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西 南 交 通 大 学本 科 毕 业 设 计（论 文）转辙机的RAMS性能分析PERFORMANCE ANALYSIS OF SWITCH MACHINE BASED ON RAMS年级 2010 级 姓名 专业 通信工程（铁道信号）指导老师 2014年6月承 诺本人郑重承诺：所呈交的设计（论文）是本人在导师的指导下独立进行设计（研究）所取得的成果，除文中特别加以标注引用的内容外，本文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的设计（研究）成果。对本设计（研究）做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现设计（论文）中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担一切后果。 学生签名：2014 年 6 月 5 日西南交通大学本科毕业设计（论文） 第I页院 系 计算机与通信工程系 专 业 通信工程（铁道信号） 年 级 2010级 姓 名 宋姗 题 目 转辙机RAMS性能分析 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第III页毕业设计（论文）任务书班 级_ 信号3班 _学生姓名_ 宋姗 学 号 20108121 发题日期： 2014年2月21日 完成日期：2014年6月5日题 目 转辙机RAMS性能分析 1、本论文的目的、意义为了满足铁路运输行业高速、高密度、智能化的发展趋势，必须对铁路设备尤其是信号设备进行现代化管理。从设备的设计阶段、安装阶段到运营维护阶段都需要关心设备的RAMS性能，找出设备的薄弱环节加以优化，从而建立综合维修管理理念，实现对设备的RAMS管理。对设备的RAMS进行分析，其中最为重要的是对设备的可靠性、安全性的分析，可靠性安全性分析的实质就是故障分析。本论文中以ZD6型转辙机设备的FMECA分析为例，建立其可靠性模型，找出ZD6型转辙机设备的所有的故障模式，并得出其FMEA表和CA表。讨论各个故障模式对转辙机设备的影响程度。FMECA是FTA的前期工作，针对严重的故障元件可采用FTA继续分析。最终分析结果为后期进行设备的RAMS管理，维修计划制定，设计优化，后勤保障等提供依据。对提高转辙机的RAMS性能提出了建议。2、学生应完成的任务 明确信号设备的重要意义； 了解RAMS的由来、组成及重要性； 了解基于RAMS的的故障分析方法 利用FMECA分析方法对ZD6型转辙机进行故障分析 通过分析结果得出相应的结论 3、论文各部分内容及时间分配：（共 18 周）第一部分 查阅相关资料、检索文献 ( 1 周)第二部分 整理分析资料、构思论文提纲 ( 2 周)第三部分 建立ZD6型转辙机系统的可靠性模型 ( 4 周)第四部分 对转辙机系统进行FMECA和FTA分析 ( 6 周)第五部分 论文修改及完善 ( 2 周)论文评阅及答辩 ( 2 周)论文整改 ( 1 周)备 注 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日西南交通大学本科毕业设计（论文） 第IV页摘 要铁路设备的RAMS工程是高速铁路发展的需要。随着铁路运输行业的高速、高密度、高智能等发展趋势，为了保证铁路列车安全、高效的运行，必须对铁路设备尤其是信号设备进行现代化管理和技术应用，即RAMS管理。本文比较了国内外的维修管理模式，找出了我国维修管理模式的不足之处，得出了引入RAMS管理模式的深远意义。论文主要介绍了RAMS的由来、发展，并介绍了可靠性、可用性、可维护性和安全性之间的关系。对基于RAMS的故障分析方法做了简介。最后以故障模式影响危害分析（FMECA）为基础，利用已有的可靠性和故障数据对ZD6型转辙机进行了FMECA分析。将转辙机分成了三个子系统，分析了各个子系统的故障模式、故障原因及故障影响，并计算出了各个故障模式的危害度，得出转辙机系统的FMEA表及CA表，为转辙机的关键零部件的维修计划的制定、维修方式的采取提供了理论和数据依据。同时又利用FTA分析方法分析转辙机设备的可靠性，比较了30天，120天，365天的可靠度，对转辙机设备的维护周期给出了建议。通过对故障模式的比较分析，得出了相应的维修管理改革建议。对于危害度高的故障模式我们应采取尽量消除，对相应的零部件应尽量使用故障率低的零部件或者改变设计方法融入冗余等技术手段来提高设备的可靠性，从而提高设备的可用性。对于危害度较低的故障模式下的零部件，现有的维修管理模式会造成过度维修，资源浪费。再次强调了对设备的RAMS管理非常重要。关键词RAMS；信号设备；ZD6型转辙机；FMECA；FTA西南交通大学本科毕业设计（论文） 第V页AbstractRAMS engineering of railway equipment meets the needs of the development of high-speed railway. And with the railway transportation industry trending to develop of high speed, high density, high intelligence, etc, to ensure both the safety of train and the highly effective operation, railway equipment, especially the signal equipment, must be managed and applied with modernization and technology , namely the RAMS management. Comparing the maintenance management mode at home and abroad and finding out the deficiency of maintenance management mode in our country, this thesis draw a conclusion that the introduction of the of the RAMS management mode is profoundly significant. Thesis mainly states the origin and development of RAMS, and introduces the reliability, availability, maintainability, safety and the relationships among them, also including a brief introduction to fault analysis method based on the RAMS mode. Finally, based on failure mode effect and critically analysis (FMECA), thesis analyses ZD6 type switch machine with FMECA, using the existing reliability and the failure data. Switch machine is divided into three subsystems, each subsystem is analyzed the failure mode, failure causes and its effect, calculating the various failure modes of harm degree to obtain switch machine system FMEA table and CA form providing theoretical and data basis for maintenance plan and way to key parts of switch machine.Comparing and analyzing failure mode, thesis gives proposals on the corresponding maintenance management reform. For the high hazard degree of failure mode we should eliminate it as far as possible, and the corresponding parts of components should be substituted as far as possible by those of low failure rate, or we can change design method with the redundancy and other technology to 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第VI页improve the reliability of equipment, thus to improve the availability of equipment. Causing excessive maintenance for the lower harm degree parts in fault mode, the existing maintenance management mode is wasting resources. Consequently the importance of RAMS management is emphasized again.Key words RAMS；signal equipment；ZD6 type of switch machine；FMECA；FTA西南交通大学本科毕业设计（论文） 第VII页目 录第1章绪论11.1 背景和意义11.2 国内外铁路的维修管理模式的现状11.2.1 国内的维护管理模式11.2.2 国外的维护管理模式31.3 RAMS管理模式81.4 论文进度安排8第2章基于RAMS的故障分析方法102.1 RAMS简介102.1.1 RAMS 由来和发展102.1.2 RAMS 管理的重要性112.2 RAMS的组成及其关系122.3 故障分析方法的概述132.3.1 故障分析的方法介绍132.3.2 FMECA分析方法介绍16第3章转辙机的FMECA及FTA分析193.1 ZD6型电动转辙机简介193.1.1 ZD6型转辙机的结构193.1.2 转辙机的动作过程213.2 转辙机的FMECA分析213.2.1 系统定义223.2.2 分析的基本原则263.2.3 转辙机的FMEA表263.2.4 转辙机的CA分析28西南交通大学本科毕业设计（论文） 第VIII页3.2.5 FMECA总结与改进措施333.3 ZD6型转辙机FTA分析343.3.1 转辙机的故障树343.3.2 转辙机FTA定量分析373.4 转辙机设备RAMS管理40总结与展望42总结42展望42致 谢44参考文献45附 录47西南交通大学本科毕业设计（论文） 第17页第1章 绪论1.1 背景和意义铁路信号设备是组织指挥列车运行，提高运输效率，实现运输管理信息化、自动化，改善行车人员劳动条件的重要基础设施，而且也是保障铁路运输安全可靠的关键设备1。组成铁路信号系统的设备有三部分，包括车站联锁设备、区间闭塞设备、铁路信号设备。信号机、道岔转辙机、轨道电路、继电器是构成铁路信号的基础设备。信号设备为保证行车安全，提高行车密度和列车的通过能力提供了依据；职责主要表现在指挥列车作业和调车作业，向行车人员给出正确的行车命令，有效的控制行车方向，运行进路，行车间隔，列车速度等。为了保证铁路列车安全、高效的运行，必须对铁路信号设备进行有效的维护和管理。转辙机作为重要信号设备之一，主要作用是改变行车轨道、对道岔进行可靠转换、对站场进行集中控制。因此转辙机在列车行进之前，能否准确的、可靠性进行转换直接影响着行车安全，责任重大。究其原因，维修计划不合理、故障检测手段不可靠、对转辙机各个部件的可靠性不了解是主要的影响因素。可见，对转辙机的可靠性、可用性、维修性和安全性（RAMS）的提高是当前迫切需要讨论和研究的问题。1.2 国内外铁路的维修管理模式的现状1.2.1 国内的维护管理模式随着我国铁路行业快速发展，铁路信号维护工作已成为铁路运输安全生产的重要组成部分，直接涉及到运输安全。而国内的信号设备维护工作主要有电务及有关部门来负责。主要的维护模式是依靠例行检修，依靠维修人员的经验确定维修频率，通过严格的安全责任制、岗位责任制、质量验收制来监管各职位人员的工作质量，很大程度上利用人员在成本上大量投资给了包含很多不确定性因素的人。为了满足铁路运输生产的需求，保证铁路信号设备的安全可靠的运用，提高信号设备的维护管理能力，特制定铁路信号维护规则、维规等铁路运输的技术规范，为做好信号维护工作提供了基本准则。我国的设备维修体制发展过程也可以分为三个时期2：第一时期称为事后维修时期：铁路运输刚刚在国内兴起，设备数量少，结构简单，技术落后，故障失效出现才会整修，维修度不足。第二时期是计划预修时期：随着国民经济的恢复和发展，铁路运输设备数量增加，结构复杂化，质量提高，我国在五六十年代开始学习国外的计划预期检修制度，按照一定的时间间隔，一定的作业范围对铁路运输设备进行养护和维修。第三时期是维修大发展时期：随着科技的飞跃，相关机构逐渐引进了对设备进行综合管理的思想，对维修制度进行改革，开始关注设备的可靠性，以可靠性为中心的维修(RCM)成为发展的趋势。不再按传统的定时范围的模式古板的维修，通过较为先进的检测手段、可靠性评估手段、寿命预测手段等技术方法来分析故障的频率、模式、影响等来更科学的制定维修方法。从国内的维修现状的分析，以故障后检修、预防性计划维修为主的维修体制已很难适应今天突飞猛速的铁路发展，如今的铁路信号设备趋向于智能化，精密化、复杂化、信息化，铁路信号设备的安全可靠经济高效运行对铁路行业乃至社会都有很大的影响。目前国内的维修体制有很大的问题，主要表现在：检修频繁、维修不足、维修过剩、盲目维修、维修计划死板。如表1-1。表 1-1 国内维修现状分析维修问题原因影响检修频繁设备监控手段不完善干扰运输生产，易造成设备性能下降、诱发故障、减少寿命周期；维修工作量大。维修不足检修计划不合理潜在故障隐藏，恶化，扩张，造成严重故障。维修过剩一些设备状态稳定，可靠性高，并不需定期维修资源过度浪费，易诱发维修故障。 盲目维修对设备的认识不足，不能对症下药不能正确的把握维修时机，资源浪费维修计划固定死板缺少考虑时机负荷情况，不注重维修的经济性，资源集中度低，质量检验控制环节薄弱资源浪费，不能准确把握维修时机，容易事后知。铁路基础设施必须长时间处于良好的运行状态，以保证高速度、高密度的列车安全。因而对高铁基础装备的维护、维修和检测工作有了更高、更严格的要求。随着装备设施的优化、维修技术的增强，“大而全、小而全”的维修手段已经不能满足高速铁路的维修需要，有关部门需要形成更能适应发展需要的综合维修管理理念，建立低成本、高效率、集成化、信息化、智能化的综合维修管理模式3。通过对我国维修体制的分析，以及根据我国铁路信号设备的特点，很有必要建立一套合理的、更有效的信号设备维修策略。1.2.2 国外的维护管理模式高速铁路在日本起源，在西欧得到了快速的发展，目前世界上很多国家都已建成高速铁路。国外的高速铁路养护维修工作的突出特点是管理、检测、维护、维修严格分开，其中以日本、德国和法国为代表，在综合维修管理上有比较成熟的发展。1日本日本铁路绝大部分市场化。外包公司根据轨道检测单元对轨道检查数据和钢轨探伤结果，对保证线路安全运行的设备进行诊断和评价，从而制定设备检修计划，来监督设备的检测和维修工作，对施工质量的验收进行检测，负责日常检查工作等。轨道检测单位根据合同任务，跟踪检测钢轨探伤检测结果并告知铁路信息中心。维修工作单位依据签订的合同要求，负责轨道维修和更新过程，并把验收和结算结果交给管理单元4。日本铁路维修管理结构如下图。图1-1 日本铁路维修组织结构图外包公司根据轨道检测单元对轨道检查数据和钢轨探伤结果，对保证线路安全运行的设备进行诊断和评价，从而制定设备检修计划，来监督设备的检测和维修工作，对施工质量的验收进行检测，负责日常检查工作等。轨道检测单位根据合同任务，跟踪检测钢轨探伤检测结果并告知铁路信息中心。维修工作单位依据签订的合同要求，负责轨道维修和更新过程，并把验收和结算结果交给管理单元6。日本高速铁路组织东北海道新干线为例。日本东海道新干线是在东中国海的铁路公司东铁道公司负责东海道新干线铁路部门，设备部在东海道新干线铁路部门负责新的路由维护和修理工作。安全线类部属下的设施，一流的管理和10线保护线，每持有3线管理办公室，管理办公室负责每20双公里线路维修工作7。2德国德国铁路在经历了网运分离的改革后，铁路基础设施与铁路运输服务分离开来。德国铁路股份公司（DB）统一管理下属的三个分支部门：客运部（BAHN）、基础设施部（DB NETZE）、货运与物流部（DB SCHENLER）。除铁路股份公司外，德国铁路还有不少由政府出面委托经营的小型铁路公司。德国铁路的从设计就开始考虑到运营后的状态，最大程度降低投入运营后的日常维护保养成本，尽可能的减少因维修养护带来的运输不便。目前,德国铁路公司的设备维修管理模式是“自主维护为主，委外维护为辅”，绝大部分的日常维护更新工作由其下属的路网公司负责，还有一部分交由委外公司。大部分大修作业，部分计划修作业、通信装置的检查及维护作业交由第三方或者铁路工程建设单位来负责。而路网公司下属的维护检修部门负责大部分的计划修、处理误差以及排除故障、以及其他设备的检查和养护任务8。德国铁路所有的固定基础设施都由路网公司承担。路网公司下设有多个部门，包括有：路网设备管理部门、路网维修部门、路网运营部门和路网维护部门。德铁公司维修组织结构如图所示。图 1-2 德国铁路维修组织结构图3法国法国国营铁路公司初期只是一个私有股份和国有股份都有的半国有化公司（SEM）。法国TGV铁路的养护维修工作是实行三级管理体制（总局-地区局-基层）。总局主要负责高铁的养护维修管理工作；地区局主要负责和管理所管辖区域；基层部则综合性的负责所有的维修工作。法国高速铁路将维修工作承包给路外维修公司，这样的维修公司按照与法铁的工务部门签定的合同细则进行专业的维修。而工务部门只需负责日常的检测、养护和监督、管理等工作。法国铁路的地区分局一共23个，机构设置与法铁铁路总部类似。综合维修段作为基层维修部门主要的任务是对桥隧、通信信号系统以及接触网等进行检测维护管理。综合维修段包含一个综合维修管理部门和两个生产单位，分别是线路工区和电务电气化工区。维修工区人员都是具备编制养护维修计划以及技术管理经验的管理型人员管理人员。维修工区下有很多维修班组,是维修工作的最基层单元。基层班组主要负责对现场设备的监控、检测、养护以及故障抢修。法国国铁维修组织机构如图1-3所示。图 1-3 法国铁路维修管理模式通过对国内外轨道交通维修管理模式的分析，我们发这些在轨道交通行业有成熟运营经验的国家的维修管理围绕着“分级管理，管、检、修分离，部分委外修”几个标准来进行的。从国内外维修管理模式比较，国外铁路部分经验我国是可以借鉴的，比如检维修机构的规划、维修委外承包等方式。但根据我国的国情、运营环境、装备类型等差异，我们需要在借鉴的基础上找到适合我国高速铁路发展的维修管理模式。在铁路运输行业突飞猛进的发展趋势下，评估我国铁路现有铁路信号设备维修管理模式，参考一些运营经验丰富的国家，对我国信号设备维修管理模式进行优化和改进意义非凡。1.3 RAMS管理模式RAMS管理，即系统在全寿命周期内对可靠性、可用性、可维护性及安全性四种性能的管理，在国内通常被称为系统保证管理。RMAS由可靠性、可用性、可维护性及安全性构成，它们四性的组成及这四种特性的关系也是紧密联系的。对于可靠性、维修性和可用性三者的关系来说，当可靠性越高，故障间隔时间(MTBF:mean time between failure)越长，则其维修时间间隔(MTTR:mean time to restoration)就越长，维修性就越好，总得使用时间变长，可用性就越好。对于安全性来说，当可靠性越高，故障率越低，安全事故发生的概率变越小，维修性越好的产品发生故障的概率也会越小。轨道交通作为交通行业的枢纽，是解决人们出行的问题的主要方式，人口密集，发生不安全事故造成的危害较大；而轨道交通作为民生行业，建设投资成本巨大，后期的运营成本也很高，所以需要从经济性的角度来考虑。RAMS管理的理念主要就是平衡安全和经济两个方面的问题，避免顾此失彼。1.4 论文进度安排初步进度安排设计如下：第1章 绪论。阐述了论文讨论的背景和意义，介绍了铁路信号设备的作用，信号设备RAMS的重要意义，并对国内外的维修现状进行了比较，找出我国维修管理模式的不足，强调了RAMS的重要性。第2章 基于RAMS的故障分析方法。本章首先介绍了RAMS的由来和发展以及RAMS的含义，随后介绍了基于RAMS的故障分析方法，并比较了不同方法的应用范围。第3章 转辙机的FMECA和FTA分析。根据前两章对RAMS的介绍，以信号设备中的ZD6-A型转辙机为例，采用FMECA分析方法，对转辙机设备进行故障模式影响危害分析，将转辙机系统分成了三个单元，列出了每个单元的故障模式，根据已有的故障率数据，分析了转辙机设备各个故障模式的危害度，并对危害度结果进行分析对比，对转辙机设备中的各个单元的养护维修计划给出了建议。又针对转辙机中最易故障的自动开闭器采用了FTA分析，找出了所有可能导致自动开闭器故障的原因，利用已有数据估算了自动开闭器在30天内的故障率，和各个故障的概率重要度。以此类推用相似的方法可以分析转辙机乃至整个信号系统的可靠性参数。第4章 结论与展望。根据前三章的分析进行了总结和展望。第2章 基于RAMS的故障分析方法2.1 RAMS简介可靠性、安全性分析是可靠性、安全性工程的重要工作，对于设备的可靠性、安全性分析实质就是故障分析。2.1.1 RAMS 由来和发展RAMS是Reliability 、Availability 、Maintainability 和Safety第一个字母的组合（前三者的组合叫RAM）。即代表的是安全性、可靠性、可用性和可维护性四个重要性质，其中可靠性是指：产品在规定的条件下和规定的时间区间（t1，t2）内完成规定功能的能力，也就是说，可靠性就是某系统或部件在给定的条件下，在给定的时间间隔内，能够完成指定功能的几率，以平均无故障时间（MTBF）或者平均无故障里程（MKBF：mean kilometers failure）来表述，安全性：免除不可接受的风险影响的特性，可用性：在要求外部资源得到保证的前提下，产品在规定的条件下和规定的时刻或时间区间内处于可执行规定功能状态的能力，可维护性：在规定的条件下，使用规定的程序和资源进行维修时，对于给定使用条件下的产品在规定的时间内，能完成指定的实际维修工作能力9。可靠性工程作为一门独立的工程学科，是在第二次世界大战以后从航空工业和电子工业发展过来的，美国国防部电子设备可靠性咨询组AGREE在1957年发表了相关研究报告，成为可靠性工程壮大发展的标志。后来广泛运用于宇航，铁路，化工，机电等其它领域。中国铁道学会自动化委员会于1981年10月在南京召开了关于铁路信号设备可靠性的学术会议，会议以一些信号设备可靠性论文为基础进行讨论，提出了在铁路信号领域需要积极开展可靠性工作的观点，在过去铁路信号强调安全性大于一切，因此可靠性工程始终没有作为一个独立的学科被明确提出10。铁路信号安全性同样是一门独立性学科，它涵盖有铁路信号安全性管理、技术、理论和定量计算等内容。由于铁路信号设备不断引入最新的科学技术，铁路信号的安全性研究尚在发展之中。唯一不变的是安全性始终在铁路运输工作中保持第一要害的地位，提高铁路运输效率永远是在安全的前提下进行的。为了加快我国铁路列车运行控制系统的发展，制定了相关技术标准和规范，在这些规范和标准上引入了国际上有关铁路的可靠性、可用性、可维护性、安全性RAMS(Reliability Availability Maintainability Safety)的标准，可靠性和安全性的问题更加引起了我国铁道信号工程技术人员的关注。2.1.2 RAMS 管理的重要性现代，RAMS工程逐步在各个工业领域内得到广泛的应用，在信号设备上也得到了极大重视，今后必将得到更大的发展，其主要原因是：1RAMS是轨道交通安全运输的重要保证随着铁路设备的智能化、复杂化和精密化，当设备故障，将可能对人类社会造成的不可磨灭的危害。高度复杂的产品甚至会因为一个微小的零件失效而引起灾难性的后果。因此为了保证轨道交通能够安全运输，相关机构应该重视和加强对铁路设备的RAMS研究。2RAMS是保持轨道交通运输能力的重要因素现代，在高科技条件下，空间、时间明显压缩，运输的整备和进程大为加快，轨道交通运输能力更加依赖于轨道交通的技术装备，因此也更加依赖于信号设备的可用性、可靠性、可维护性和安全性，这在高速、重载铁路中表现尤为突出。在现代铁路高速、重载的发展形势下，为了保持和提高铁路运输能力，对机电设备、信号设备的RAMS提出了更高的要求。3RAMS是提高经济效益的需要为了设备的可靠运用，铁路运输的可持续、快速发展，在研究设备的RAMS上进行投资已迫不及待。目前国内的铁路还是保持安全高于一切的运营观念，投入大量的财力、人力来换取安全性。为了保证铁路运输行业可持续、健康的发展需要在经济效益的做研究。所以研究设备的RAMS特性非常重要。2.2 RAMS的组成及其关系信号设备的RAMS是由可靠性、可用性、维修性和安全性组成，它们之前又是密切相关的。如下图11图 2-1 RAMS之间的关系信号设备的RAMS是其可靠性、可用性、可维修性和安全性的总称。它是铁路信号系统长期工作所体现出来的特性。在设备的整个寿命周期内，它可以通过已建立的工程概念、方法、工具和相关的技术来提高。由子系统、零部件和元件组成的信号系统，可用性和安全性来就能定性和定量的表达其RAMS特性。所以信号设备的RAMS主要依赖于可用性和安全性，依赖于可用性和安全性之间的技术指标的协调。对于信号设备来说，在运行环境的范围内，系统的故障将对列车运行产生一定的影响。几乎所有故障都会对系统的可靠性产生不利的影响，从而影响列车的可用性。然而在规定的运行条件下，只有一些特殊的故障会对安全性产生不利影响。它们的关系如图。图 2-2 信号设备故障的影响2.3 故障分析方法的概述随着科学技术的发展，铁路信号设备（包括转辙机、轨道电路、计算机联锁系统等）正向复杂化，自动化和机电一体化方向发展。铁路信号设备的使用条件更加严酷，运行环境更加恶劣，因此对信号设备的RAMS要求也越来越严格，信号设备在运用过程中发生故障时必然的，为了减少故障，对信号设备进行故障分析是非常必要的。故障分析工作大大促进了科学技术的进步和铁路事业的发展，使得设计人员能尽可能的设计出更加安全可靠的信号设备，并且能是维修工作也做到合理、优化。2.3.1故障分析的方法介绍故障分析的内容非常广泛，涉及的学科门类很多。而本文的故障分析是从RAMS工程出发来进行故障分析的，即从宏观的角度对故障的可能性、分布情况，质量好坏以及整个系统的RAMS进行分析。电动转辙机的可靠性分析是根据故障模式、机理、影响及其后果的严重程度来分析转辙机的故障规律的。为了采取有力的预防和排除故障的措施，需计算其可靠度或者平均故障间隔时间MTBF，提高转辙机的可靠性，通过对转辙机的故障分析，确定各故障模式的危害程度。为有关部门制定合理的维修计划，采用有效的维修方式，优化设备设计提供了依据。一般常用的故障可靠性分析方法从三个方面分类：按故障原因分类，按故障影响分类，按综合分析分类。图 2-3 故障分析常用方法1直方图直方图法是可靠性数据分析和故障查找的一种常用方法，主要用来采集故障数据，需求故障的规律性。根据参数的差异，显示故障的数量，产品的失效率和累积频率，对环境的产品状态之间的关系，也可以估算产品数据总体服从什么分布。2因果图法因果图法也是分析故障原因的常用方法之一，又被称之为鱼骨图法或者树枝图法。它以产品的故障作为结果，以导致故障的诸多因素为原因，绘出相关图形。通过图形的因果关系，进一步分析复杂的故障因素，找出主要的故障因素。3主次图法主次图又被称为排列图或巴雷特图。是一种分析、查找故障主要因素的直观图，对分析产品故障的主要原因非常有效。4故障树分析法故障树分析（FTA故障树分析，是一个图形演绎故障）的方法，它是一个故障的逻辑推理方法。分析所有的可能导致故障因素（软件、硬件、环境等），绘出逻辑框图（故障树），得出系统的故障因素和故障的概率。通过故障树分析的结果，确定系统的薄弱环节、关键部位、应采取的措施、对可靠性试验的要求等。5事件树分析法事件树（Event Tree Analysis，ETA）是在设备设计环节中，先假设一个初因事件，再分析该初因事件可能导致的所有事件的后果，从而来评估系统/设备的安全性。事件树分析法一般用于描述系统发生事件的序列，在复杂系统的重大事故和故障时能比较有效的分析。6故障模式影响及危害分析故障模式影响及危害分析(Fault Mode Effects Criticality Analysis，FMECA)是在产品设计环节里，通过对设备各个组成元部件潜在的所有故障模式及其设备功能的影响进行分析，提出可以采取的避免和优化措施，来提升系统/设备的安全性、可靠性的一种分析方法。该方法是在故障模式影响分析的基础上，判断其故障的危害程度有多大，并把每个潜在的故障模式的后果按它的严酷程度分类，分析其危害程度。以上分析方法都是RAMS 管理必不可少的，其中FMECA和FTA作为RAMS管理的两个非常重要的技术手段，在可靠性研究中发挥着至关重要的作用。FMECA是FTA的基础。本文主要是用故障模式影响及危害分析方法（FMECA）对电动转辙机的可靠性进行全面分析，对组成转辙机的各子系统、零部件进行可靠性的逐一分析，根据已有的可靠性数据，找出转辙机所有的故障模式、每种故障模式对转辙机正常工作的影响大小，确定每种故障对转辙机性能，维修人员的安全，维护计划造成的影响，根据各故障模式影响的危害程度及其故障概率，计算出故障模式的危害度，找出转辙机的薄弱元部件，为后面采取有效措施消除这些影响、改进转辙机系统、提高转辙机的RAMS性能等提供依据。2.3.2 FMECA分析方法介绍FMECA（Failure Mode Effect Criticality Analysis）故障模式、影响及危害分析方法是一种在产品设计阶段常用方法，主要用于分析产品所以故障模式，及其各个模式的危害度。 FMECA的目的和任务FMECA技术其本质是希望能找出一种全局的、系统的故障分析方法，并有效的将这种方法程序化、标准化及格式化。按照FMECA的分析方法和程序对构成设备（系统）的子系统、零部件，或对形成设备的各个过程步骤进行逐一分析；找出设备（系统）所有可能的故障模式，确定每种故障模式对系统可用性、行车的安全性及故障后的维修性的影响及影响程度，并按照其影响的严重程度及其发生概率大小，确定该故障模式的危害性/度，找出系统薄弱环节，采取有效措施来提高其性能，避免故障发生后不安全导向。通过这样的分析提高设备（系统）可靠性和维修性提供科学依据，同时为维修后勤保障分析、计划分析、试验计划的验证及检查等提供信息。一般来说，FMECA的主要任务包括以下几点12：1首先要弄清楚系统可靠性逻辑关系，即对系统各零件的功能及其之间的联系和影响进行了解。依次分析它们的可靠性特点，列出系统有关部件的所有故障模式和产生原因；2凭借系统可靠性逻辑关系，用推理、归纳的手段，分析各个故障模式对系统或者子系统造成的影响及后果。3分析判断每种故障模式对系统功能级别造成的故障影响的严重等级。根据需要可以估计故障危害等级发生的概率。4根据故障的严重程度和发生的概率，估计损害的程度。5根据所得结果，针对那些危害度高的故障模式，提出一定的优化改进措施，例如冗余、优化设计、替换等，将后果严重的、潜在的子系统的故障尽早排除。6，在进行维修性分析时，还应确定故障查找的方法，制定相应的维护手段和维护措施，为维护管理计划的制定提供依据。 FMECA分析过程和步骤FMECA分析过程和基本步骤为：1定义系统的功能和运行的最基本要求；2绘制功能和可靠性框图以及其他图表或者模型，必要的解释说明；3确定分析的基本准则和实现分析过程的所需文件；4找出故障模式、故障原因和后果影响，以及它们的重要性和顺序；5找出故障检测、排除措施和手段；6找出设计和运行环境下的预防方法，来避免危害严重的事件；7确定事件的危害度；8估计故障概率；9对考虑的多重故障的特定组合进行调查；10建议。西南交通大学本科毕业论文 第46页第3章 转辙机的FMECA及FTA分析目前在国内转辙机系统的生产过程中，基本上很少甚至没有考虑到RAMS的各项指标的分配和落实；在与承包商签订合同时也很少几乎没有提及RAMS各项指标的具体要求；在转辙机设备投入运营后运营商也几乎不开展相关的RAMS验证。转辙机设备作为信号系统的组成设备，在保证信号系统安全可靠中发挥着至关重要的作用，因此对转辙机系统同样要求较高的可靠性和安全性指标。必须采用RAMS标准对转辙机系统进行分析，全面的考虑转辙机系统从设计到施工到运营各个环节潜在的问题。本章将以ZD6-A型转辙机为对象，建立其可靠性模型，利用故障模式影响危害分析（FMECA）方法，以沈阳铁路局电务段检修所检修卡片记录（检修时间为5年，检修转辙机共443台）13的数据为依据，分析转辙机系统的故障模式及各个故障模式对系统的影响，将其可能的故障模式进行严重等级划分，并提出了相应的优化和改进措施。3.1 ZD6型电动转辙机简介转辙机是道岔控制系统的执行机构，其作用是对道岔进行转换和锁闭，并监督及表示道岔所处的位置和状态。3.1.1 ZD6型转辙机的结构ZD6型系列的电动转辙机是国内铁路应有最广泛的一种电动转辙机，由于ZD6型电动转辙机采用内锁闭方式，不适用于提速道岔，所以主要用于非提速区段以及提速区段的侧线上13。ZD6型转辙机的型号及分类如下图：图 3-1 ZD6型转辙机型号及分类ZD6-A型电动转辙机主要由电动机、动作杆、摩擦联结器、表示杆、减速器、移位接触器、主轴、外壳等组成，如下图。图 3-2 ZD6型电动转辙机结构101电动机电动机为电动转辙机提供动力，需要具备足够大的功率，以便获得必要的转矩和转速。ZD6-A型转辙机的电动机的工作制式是断续的直流串激可动模式。通过改变转子绕组（电枢）或定子绕组（激磁绕组）中的电流方向来引导直流电动机的顺转或者逆转。2减速器因受体积、重量的约束，转辙机所有电动机的功率不可能特别大，为了能带动道岔转换需要较大的转矩，就需要采用减速器把转速降下了。ZD6-A型转辙机的减速器由两级组成，第一级为定轴传动外齿合齿轮，由小齿轮带动大齿轮，第二级为行星传动式减速器。3自动开闭器自动开闭器的作用是能及时的、准确的反映道岔尖轨所处位置，并对控制电动机和挤岔进行表示。4摩擦联结器摩擦联结器的功能是保护电机和转动惯量的吸收。3.1.2 转辙机的动作过程ZD6-A型转辙机的传动原理介绍，以道岔处于定位锁闭（左锁闭）为例，此时自动开闭器第1、3排接点处于闭合状态。下面就道岔从定位转到反位为例，描述转辙机的传动过程。电动机中通入规定方向的控制电流，电动机轴逆时针旋转。电动机通过中间齿轮传递、摩擦联结器的保护，带动减速器输入轴顺时针旋转，输出轴便逆时针旋转。输出轴通过启动片带动主轴按逆时针的方向