受電弓故障模式分析與維護策略
技術與應用
作者：王煒俊 洪躍
[摘 要] 受電弓作為城市軌道交通車輛的一個重要組成部件，是車輛供電係統的源頭和重要環節，它從架空接觸網上獲取電能，並傳遞給車輛牽引逆變器和輔助逆變器，它的性能直接影響列車運行的可靠性。文章基於可靠性理論，對某型號受電弓進行FEMCA分析，並針對危害度最大的故障模式，提出改進措施，為今後製定維修策略提供依據。
[關鍵詞] 受電弓；故障模式；維護策略
[作者簡介] 王煒俊，上海大學機電工程與自動化學院，申通龐巴迪（上海）軌道交通維修有限公司，上海，201615；洪躍，申通龐巴迪（上海）軌道交通維修有限公司，上海，201615
[中圖分類號] U269.6 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-7723（2015）05-0027-0004
一、概 述
近年來，由於受電弓故障導致地鐵車輛大麵積延誤的事件時有發生，可見受電弓在城市軌道交通車輛中扮演著十分重要的角色，它發生的故障可能會嚴重威脅車輛的運行可靠性[1]。因而十分有必要通過FMECA[2-3]分析方法，對受電弓故障進行詳細分析，判斷其獲取主要故障模式，分析各故障部件危害度及成因，為今後維修策略的製定提供建議。
受電弓主要由底架、下部框架、上部框架、弓頭、升弓裝置、落弓氣缸、休息位置傳感器組成。
本文選取受電弓主要部件，結合近五年故障數據統計，運用故障模式影響及危害性分析的分析方法，研究故障危害性矩陣圖，找出各種對受電弓危害嚴重的單點故障，製定維修策略。
二、 故障模式影響及危害度分析的基本原理
FMECA（Failure Mode Effect and Criticality Anal
ysis）是故障模式、影響及危害性分析的簡稱，它由三個方麵的內容組成：故障模式分析FMA、故障影響分析FEA和危害性分析CA。故障模式分析FMA和故障影響分析FEA構成了故障模式及影響分析FMEA，FMECA是在FMEA的基礎上，結合CA，深入分析危害性影響的發生概率和等級。通過逐一分析各子係統和元件不同故障對係統工作的影響，FMECA可以全麵識別薄弱環節和關鍵項目，為評價和改進係統設計的可靠性提供基本信息。故障模式分析FMA是羅列元件、子係統出現的故障狀態或故障表現形式。
故障影響分析FEA是定義元件或子係統故障對產品造成的影響，也就是要根據部件故障的嚴重程度劃分為不同的等級，不同的故障模式所造成的影響是不同的，因而對係統造成的最終影響也要差別的對待。
危害性分析CA由故障影響的嚴重性和發生的概率共同確定，一般分為定性分析法和定量分析法兩種。由於具備具體的產品故障數據，故本文采用定量分析法來計算故障危害度。定量分析法是根據工作時間 、故障率 、故障模式比率 、故障影響概率 來計算產品的危害度Cr。
工作時間 通常以工作小時或循環次數或運行公裏數表示之。本文是以工作小時進行計算，單位為h。本文選取的統計樣本為統計某地鐵在2010～2014年這5年間受電弓運行的總時間，每天按運行20個小時來計算 。
故障模式影響概率 是指產品在某種故障模式條件下，喪失產品功能的條件概率。 值的確定是代表分析人員對產品故障模式、原因和影響等掌握的程度。通常 值的確定是按經驗進行定量估計。
故障模式的危害度[4] Cmj是產品危害度的一部分。產品在工作時間t內，以第j個故障模式發生的某嚴酷度等級下的危害度Cmj。
三、受電弓實例分析
根據上述介紹的故障模式分析方法FMA對受電弓進行故障模式分析，考慮到篇幅原因，選擇了發生故障數較高的幾種故障模式。
通過數據統計可以看出碳滑板磨耗超標、分流導線斷股、碳滑板磨耗不均勻、休息位置指示器降弓故障或線電壓繼電器故障、絕緣軟管漏氣、對角拉杆裂紋占到了所有受電弓故障71.35%，是受電弓的主要故障，需要重點檢查。