本發(fā)明涉及一種預(yù)測軌道車輛開關(guān)工作故障率的方法，屬于可靠性零部件工作故障率預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

開關(guān)工作故障率預(yù)測是可靠性設(shè)計的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，如果應(yīng)用MIL-HDBK-217F《Reliability prediction of electronic equipment》來進(jìn)行開關(guān)工作故障率預(yù)測，需要確定的因素和參數(shù)包括基本失效率、環(huán)境系數(shù)、質(zhì)量系數(shù)、應(yīng)用應(yīng)力系數(shù)、觸點(diǎn)配置系數(shù)共5種因素，且由于沒有質(zhì)量等信息造成質(zhì)量系數(shù)無法獲得及其基本故障率是產(chǎn)品行業(yè)的統(tǒng)計，而不能準(zhǔn)確代表某一種規(guī)格開關(guān)產(chǎn)品的基本故障率，同時應(yīng)用環(huán)境采用通用移動類別GM1，不能真實(shí)具體的反映開關(guān)在列車環(huán)境條件的影響程度，上述這些缺陷影響了開關(guān)工作故障率預(yù)測的準(zhǔn)確性和可信服性。而基于以往項(xiàng)目開關(guān)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)測新項(xiàng)目故障率的方法，而只需確定載荷應(yīng)力和觸點(diǎn)配置2種參數(shù)，能節(jié)約人力。且其它參數(shù)來自已往項(xiàng)目數(shù)據(jù)，極大增加了新項(xiàng)目開關(guān)工作故障率預(yù)測的可信性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種預(yù)測軌道車輛開關(guān)工作故障率的方法，其基于以往項(xiàng)目開關(guān)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)，滿足新項(xiàng)目可靠性設(shè)計時對開關(guān)工作故障率預(yù)測的要求，同時節(jié)約人力和增加新項(xiàng)目開關(guān)工作故障率預(yù)測的可信性。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的一種預(yù)測軌道車輛開關(guān)工作故障率的方法，包括如下步驟：

第一步、選取環(huán)境參數(shù)與新項(xiàng)目相同、且具有相同型號開關(guān)的歷史項(xiàng)目作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并獲取該基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

第二步、計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中開關(guān)i在項(xiàng)目j中用于功能k的工作時間t_i,j,k,t_i,j,k＝n_i,j,k×k^t_i,j,k×t_j,其中：n_i,j,k表示開關(guān)i在項(xiàng)目j用于功能k的數(shù)量；k^t_i,j,k表示開關(guān)i在項(xiàng)目j中用于功能k的使用系數(shù)，t_j表示項(xiàng)目j的工作時間；

第三步、計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中開關(guān)i在項(xiàng)目j中用于功能k的實(shí)際故障率其中：N_i,j,k表示開關(guān)i在項(xiàng)目j中用于功能k時出現(xiàn)的故障數(shù)量；

第四步、計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中開關(guān)i在項(xiàng)目j中用于k功能的設(shè)計應(yīng)力系數(shù)C_i,j,k＝π_L(i,j,k)×π_C(i,j,k),其中：π_L(I,j,k)表示開關(guān)i在項(xiàng)目j中用于功能k的載荷應(yīng)力系數(shù)；π_C(I,j,k)表示開關(guān)i在項(xiàng)目j中用于功能k的觸點(diǎn)配置系數(shù)；

第五步、計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)開關(guān)i在項(xiàng)目j中用于k功能的額定故障率

第六步、計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)開關(guān)i的平均額定故障率其中t_i是各個項(xiàng)目中開關(guān)i的工作時間總和

第七步、計算新項(xiàng)目中開關(guān)i的預(yù)測故障率其中，π_L為開關(guān)i新項(xiàng)目中新功能的載荷應(yīng)力系數(shù)，π_c為開關(guān)i在新項(xiàng)目新功能的觸點(diǎn)配置系數(shù)。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：

執(zhí)行第一步前，建立歷史項(xiàng)目的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，其中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中包含環(huán)境參數(shù)、具體型號開關(guān)的應(yīng)用應(yīng)力系數(shù)和觸點(diǎn)配置系數(shù)。

執(zhí)行第四步前建立歷史項(xiàng)目的開關(guān)i用于各個功能上的額定故障率數(shù)據(jù)庫。

執(zhí)行第七步前，建立新項(xiàng)目的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，其中，新數(shù)據(jù)庫中包含環(huán)境參數(shù)、開關(guān)i在新項(xiàng)目新功能的載荷應(yīng)力系數(shù)和觸點(diǎn)配置系數(shù)。

有益效果

以往項(xiàng)目的開關(guān)工作故障率預(yù)測有兩個標(biāo)準(zhǔn)①根據(jù)GJB/Z 299C-2006《電子設(shè)備可靠性預(yù)計手冊》預(yù)測,本標(biāo)準(zhǔn)只給出開關(guān)故障率一個定值,沒有區(qū)分質(zhì)量、供應(yīng)商、運(yùn)行環(huán)境、應(yīng)用應(yīng)力及觸點(diǎn)配置等因素的影響,降低了開關(guān)故障率預(yù)測的準(zhǔn)確性和可信性；②根據(jù)MIL-HDBK-217F《Reliability prediction of electronic equipment》預(yù)測,本標(biāo)準(zhǔn)采用應(yīng)力法預(yù)測開關(guān)工作故障率,建立了開關(guān)工作故障率預(yù)測模型。實(shí)際工作,多采用MIL-HDBK-217F《Reliability prediction of electronic equipment》預(yù)測開關(guān)的工作故障率。

以往項(xiàng)目的開關(guān)工作故障率根據(jù)MIL-HDBK-217F《Reliability prediction of electronic equipment》：λ_p＝λ_b×π_C×π_L×π_Q×π_E,式中，λ_b表示基本故障率，π_E表示環(huán)境系數(shù)，π_Q表示質(zhì)量系數(shù)，π_L表示載荷應(yīng)力系數(shù)，π_C表示觸點(diǎn)配置系數(shù)，對于同一規(guī)格(型號)的開關(guān)而言，基本故障率λ_b由廠商提供，為常量，開關(guān)應(yīng)用在某一具體項(xiàng)目中時，環(huán)境系數(shù)π_E、質(zhì)量系數(shù)π_Q相對恒定。那么可以令開關(guān)的額定故障率λ^r＝λ_b×π_Q×π_E，可見，對于具體項(xiàng)目而言，由于項(xiàng)目中具體型號開關(guān)的λ_b、π_E、π_Q這些參數(shù)相對恒定，因此額定基本故障率λ^r也相對恒定，對于一個環(huán)境相同的新項(xiàng)目而言，那么開關(guān)i的工作故障率而λ^r可以通過歷史項(xiàng)目中實(shí)際運(yùn)行情況來獲得。由于不同項(xiàng)目保修期運(yùn)行里程有區(qū)別，那么應(yīng)當(dāng)更多地去考慮運(yùn)行里程較長的項(xiàng)目，因此本發(fā)明引入了權(quán)重分配的方案，使預(yù)測更加準(zhǔn)確。

本發(fā)明方法減少了影響因素個數(shù)，從需要確定的因素和參數(shù)包括基本失效率、環(huán)境系數(shù)、質(zhì)量系數(shù)、觸點(diǎn)配置系數(shù)、載荷應(yīng)力系數(shù)，減少到只需確定觸點(diǎn)配置系數(shù)和載荷應(yīng)力系數(shù)2種參數(shù)，能節(jié)約人力。且其它參數(shù)來自已往項(xiàng)目數(shù)據(jù)，極大增加了新項(xiàng)目開關(guān)工作故障率預(yù)測的可信性。

可見，本方法構(gòu)思奇巧、計算公式簡單，參數(shù)因素減少，生產(chǎn)效率提高，且增加了新項(xiàng)目開關(guān)工作故障率預(yù)測的可信性。本專利將在軌道交通領(lǐng)域可靠性開關(guān)預(yù)測得到廣泛的應(yīng)用，具有良好的市場前景。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。但是本發(fā)明不限于所給出的例子。

以供應(yīng)商APT公司提供的型號為L39-C₁-10/開關(guān)為例，該型號為普通自復(fù)位按鈕-鈕子式開關(guān)，滿足IEC 60947/GB 14048.5,接觸電阻：硬銀觸點(diǎn)不大于50mΩ，最大絕緣電壓為AC 2500V 50Hz·1min；機(jī)械壽命不小于3*10⁶次，電壽命不小于6*10⁵次，工作環(huán)境溫度-25℃～55℃。

一、已往項(xiàng)目數(shù)據(jù)(如表1所示)，由于j至少為2，才能保證開關(guān)i的平均額定故障率具有參考性。

在第一個(j＝1)項(xiàng)目(深圳4號線地鐵項(xiàng)目)中，使用①ATO按鈕START,只在司機(jī)室安裝，4輛車編組每列車安裝4個，只有相應(yīng)端的司機(jī)室激活,才處于帶電狀態(tài),使用系數(shù)k_i,j,k^t＝0.5,觸點(diǎn)配置采用單刀單擲SPST形式π_C＝1.0，工作負(fù)載電流為0.015A，額定阻性負(fù)載電流為1A，感性負(fù)載，載荷應(yīng)力系數(shù)π_L＝1.02；②ATC重啟按鈕ATCRPB,只在司機(jī)室安裝,每列車安裝2個，只有相應(yīng)端的司機(jī)室激活,才處于帶電狀態(tài),使用系數(shù)k_i,j,k^t＝0.05,其也用于非電源的關(guān)合π_U＝1.0，觸點(diǎn)配置也采用單刀單擲SPST形式π_C＝1.0，工作負(fù)載電流為0.015A，額定阻性負(fù)載電流為1A，感性負(fù)載，載荷應(yīng)力系數(shù)π_L＝1.02。統(tǒng)計保修期內(nèi)24列車共運(yùn)行時間t_j＝426096(h),ATO按鈕START共發(fā)生故障43起，ATC重啟按鈕ATCRPB沒有發(fā)生故障。計算①ATO按鈕START實(shí)際故障率額定故障率②ATC重啟按鈕實(shí)際故障率額定故障率

在第二個(j＝2)項(xiàng)目(南京2號線項(xiàng)目)中，使用①睡眠控制帶燈按鈕SPB,每列車安裝2個，只有相應(yīng)端的司機(jī)室激活,才處于可接通狀態(tài),使用系數(shù)k_i,j,k^t＝0.05,觸點(diǎn)配置采用單刀單擲SPST形式π_C＝1.0，工作負(fù)載電流為0.071A，額定阻性負(fù)載電流為1A，感性負(fù)載，載荷應(yīng)力系數(shù)π_L＝1.03；②輔助壓縮機(jī)啟動按鈕ACMSPB,每列車安裝1個，列車喚醒后至列車休眠,處于帶電狀態(tài),使用系數(shù)k_i,j,k^t＝1.0,觸點(diǎn)配置采用單刀單擲SPST形式π_C＝1.0，工作負(fù)載電流為0.786A，額定阻性負(fù)載電流為1A，感性負(fù)載，載荷應(yīng)力系數(shù)π_L＝47.52。統(tǒng)計保修期內(nèi)28列車共運(yùn)行時間t_j＝459900(h),睡眠控制帶燈按鈕SPB發(fā)生故障1起，輔助壓縮機(jī)啟動按鈕ACMSPB發(fā)生故障3起。計算①睡眠控制帶燈按鈕SPB實(shí)際故障率額定故障率②輔助壓縮機(jī)啟動按鈕ACMSPB實(shí)際故障率額定故障率

對兩個項(xiàng)目的各功能開關(guān)額定故障率進(jìn)行權(quán)重分配，得到該型號開關(guān)的平均額定故障率：

表1

新開發(fā)蘇州四號線項(xiàng)目中，除霜器開關(guān)DWS仍選用供應(yīng)商提供的型號為L39-C₁-10/開關(guān)，單刀單擲觸點(diǎn)配置形式。

新項(xiàng)目除霜器開關(guān)DWS,觸點(diǎn)配置采用單刀單擲SPST形式π_C＝1.0，工作負(fù)載電流為0.05A，額定阻性負(fù)載電流為1A，感性負(fù)載，載荷應(yīng)力系數(shù)π_L＝1.02。。

根據(jù)本發(fā)明第七步中的公式，新項(xiàng)目中該繼電器的工作故障率預(yù)測值

下面應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測開關(guān)工作故障率，與本發(fā)明實(shí)施例預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比。

①應(yīng)用GJB/Z 299C-2006標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測開關(guān)工作故障率

λ_p＝(λ_b1+λ_b2)×π_E×π_Q×π_L×π_CYC＝(0.001+0.03)*6.4*1.0*1.02*0.5*10^-6＝1.01*10^-7

②應(yīng)用MIL-HDBK-217F標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測開關(guān)工作故障率

λ_p＝λ_b×π_L×π_C×π_Q×π_E＝0.1*1.02*1.0*2*18*10^-6＝3.672*10^-6

通過上述兩種方法進(jìn)行的開關(guān)工作故障率預(yù)測結(jié)果的比較，可得出如下結(jié)論：

⑵應(yīng)用GJB/Z 299C-2006和MIL-HDBK-217F兩個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的故障率預(yù)測值與基于本方法預(yù)測值相近，這正因?yàn)楸痉椒ü收下实念A(yù)測用以往運(yùn)行信息(項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn))的數(shù)據(jù)的原因，且采用運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行故障率預(yù)測更準(zhǔn)確和更可信。

⑵采用本專利的方法比采用MIL-HDBK-217F和GJB/Z 299C-2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行故障率預(yù)測要簡單，對于列車設(shè)計使用上百種的開關(guān)，采用本專利的方法可節(jié)約人力和時間。

⑶采用本專利進(jìn)行額定基本故障率的計算，進(jìn)而建立開關(guān)額定故障率數(shù)據(jù)庫，也可為設(shè)計中不同廠家不同規(guī)格開關(guān)的選型提供了數(shù)據(jù)支持，為列車可靠性水平提高提供了基礎(chǔ)。

除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。