铁路信号安全型继电器的可靠性评估方法研究

摘要

目前，随着中国铁路路网系统的迅速发展，对于其运行控制系统与信号设备系统的安全性要求愈发严格。安全型继电器是铁路信号设备系统中重要的基础部件之一，其可靠性会影响铁路信号系统的安全工作，现阶段采用的定期检修与失效更换的系统维护方法已经无法适应继电器损伤累积变化监测与精准维护的需求。本文从节省成本、保证安全的角度出发，基于失效机理、寿命预测和可靠性系统开展了研究。
　　首先，本文分析了安全型继电器的工作特性和可靠性在国内外的研究现状，分步厘清了现阶段该研究领域中使用的研究方法及其研究成果。辨析了继电器的机械寿命与电寿命的分别，根据失效表现分析了随机性失效与退化性失效的异同。针对退化性失效，选取触点作为继电器研究对象，其表面形态根据材料转移程度表现不同，继电器退化失效机理不同，最能够体现其退化趋势的特征参数也不同，针对特征参数的处理方法及失效阈值更不相同，所以通过对不同失效过程的详细分析，探讨内部机理，得到不同失效模式的特征参数失效阈值、处理方法。针对随机性失效，以内部部件为对象，分析了多种表现形态、故障随机性与可修复性。
　　其次，在将失效进行机理分类之后，基于Fisher判别准则对退化性失效情况下的污染失效、桥接失效和磨损失效三种失效模式下的六项特性参数进行判别，从中筛选出最能反映失效趋势的特性参数作为电寿命预测参数，利用经验模态分解方法对受测数据进行降噪处理;建立了退化统计模型描述失效过程，采用模糊判别方法对四种退化统计模型进行判别。同时建立随机Petri网故障模型进行动态性描述，构建了模型可达树及状态转移图。
　　最后，设计了RT-01继电器可靠性寿命检测系统的触点与线圈测量电路，构建特性参数算法对采集数据进行转化，建立了多种函数曲线拟合模型并进行仿真，对曲线拟合效果进行效果评价，根据预测寿命采用模糊评判方法确定最佳退化统计模型，得到继电器的可靠性变化曲线，并与实际失效时刻可靠度对比评估了精度;同时针对继电器随机性失效的原因，采用随机Petri网建立内部部件失效模型，并最终利用马尔科夫方法对故障率和可靠度进行定量计算，描绘可靠性曲线。最终，将两种可靠性研究方法结果进行综合分析，得到综合性能对比，其变化过程比较准确地表现出继电器的正常退化过程，结果精度达到95％左右。

目录

声明

致谢

摘要

1．1．1 课题的研究背景

1．1．2 本文的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 研究现状概述

1．2．2 继电器电寿命试验系统的研究现状

1．2．3 继电器失效机理及可靠性的研究现状

1．2．4 继电器寿命预测方法的研究现状

1．3 论文研究内容与篇章结构

2 继电器失效机理分析及特征参数处理

2．1 安全型继电器工作原理及特征

2．1．1 安全型继电器可靠性与使用寿命概述

2．1．2 安全型继电器元件结构及工作原理

2．1．3 安全型继电器特性描述

2．2 安全型继电器失效模式及机理分析

2．2．1 失效的基本概念

2．2．2 性能退化参数定义

2．2．3 安全型继电器失效模式

2．2．4 安全型继电器失效机理

2．3 不同失效模式最佳鉴别参数

2．3．1 基于Fisher线性判别准则

2．3．2 判别分析仿真结果

2．4 继电器随机性失效分析

2．4．1 随机性失效原因分析

2．4．2 随机性故障分析方法

2．4．3 随机Petri网概念

2．5 本章小结

3 安全型继电器寿命预测与可靠性评估方法

3．1 特性参数退化模型与寿命预测

3．1．1 退化特性参数失效阈值

3．1．2 预测变量数据处理

3．1．3 退化模型与寿命预测方法

3．2 基于退化统计模型的继电器的可靠性评估方法

3．2．1 四种分布模型参数估计

3．2．2 最佳退化模型模糊判断

3．3 基于随机petri网的继电器的可靠性评估方法

3．3．1 安全型继电器故障SPN模型及分析

3．3．2 随机Petri网模型的马尔科夫过程转化

3．4 本章小结

4 安全型继电器寿命预测与可靠性评估的验证

4．1 继电器可靠性寿命检测系统及算法处理

4．1．1 继电器可靠性寿命检测系统设计

4．1．2 特性参数算法处理

4．2 寿命预测

4．2．1 数据预处理结果

4．2．2 寿命预测结果

4．3 可靠性评估的验证结果

4．3．1 基于退化统计模型的可靠性评估验证结果

4．3．2 基于随机Petri网的可靠性评估验证结果

4．4 性能比较与综合评价

4．5 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

图索引

表索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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