截止2017年底，我國鐵路營業(yè)里程達(dá)到12.7萬km，其中高鐵2.5萬km，全國日均開行動(dòng)車組4 000列以上。動(dòng)車組列車的大規(guī)模運(yùn)行，對(duì)列車的運(yùn)行安全也提出了越來越高的要求。電磁接觸器作為高速列車中重要的控制元件，一旦發(fā)生故障，將影響列車的正常運(yùn)行，甚至引發(fā)嚴(yán)重的事故。因此，對(duì)應(yīng)用于高速列車的接觸器進(jìn)行可靠性研究，從科學(xué)的角度給出接觸器剩余壽命特征，為接觸器檢測(cè)、維護(hù)、運(yùn)行提供依據(jù)，具有重要的價(jià)值和意義。

針對(duì)接觸器狀態(tài)檢測(cè)、可靠性評(píng)估等問題，文獻(xiàn)[1,2]對(duì)接觸器產(chǎn)品的可靠性壽命試驗(yàn)進(jìn)行了分析，并指出可將接觸器可靠性壽命特征評(píng)估和產(chǎn)品退化參數(shù)關(guān)聯(lián)，這為接觸器產(chǎn)品的可靠性及壽命評(píng)估方法的研究提供了思路。文獻(xiàn)[3,4]提出實(shí)時(shí)采集線圈電流和觸點(diǎn)壓降進(jìn)而計(jì)算接觸器吸合時(shí)間，建立接觸器壽命預(yù)測(cè)模型，對(duì)接觸器壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。

文獻(xiàn)[5-7]提出基于性能退化參數(shù)的可靠性壽命實(shí)時(shí)評(píng)估方法，并通過隨機(jī)過程和貝葉斯估計(jì)方法實(shí)時(shí)更新并測(cè)量其性能退化參數(shù)來推導(dǎo)產(chǎn)品的壽命特征表達(dá)式。文獻(xiàn)[8,9]指出，接觸器可以通過觸點(diǎn)電阻和吸合時(shí)間兩個(gè)性能退化參數(shù)來表征接觸器的壽命，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)壽命預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型。

目前針對(duì)高速列車電磁接觸器可靠性評(píng)估方法的研究相對(duì)較少，對(duì)接觸器特征參數(shù)的選取缺乏依據(jù)，退化模型的建立和數(shù)據(jù)處理的方法仍需改進(jìn)。

本文首先基于高速列車用電磁接觸器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)電磁接觸器失效機(jī)理進(jìn)行分析，提出了一種高速列車電磁接觸器的可靠性評(píng)估方法。根據(jù)接觸器電磁仿真模型和動(dòng)力學(xué)模型，推導(dǎo)接觸器特征參數(shù)映射關(guān)系，確定接觸器壽命預(yù)測(cè)模型；設(shè)計(jì)并搭建接觸器可靠性測(cè)試平臺(tái)，對(duì)接觸器開展可靠性壽命實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，接觸器剩余壽命的預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)際情況基本一致，表明所構(gòu)建壽命預(yù)測(cè)模型的正確性，進(jìn)一步驗(yàn)證了所提出高速列車接觸器可靠性評(píng)估方法的有效性。

圖12 接觸器可靠性試驗(yàn)平臺(tái)實(shí)物圖

圖21 接觸器觸頭表面照

結(jié)論

本文提出了一種高速列車接觸器的可靠性評(píng)估方法。為了驗(yàn)證上述方法的有效性，設(shè)計(jì)并搭建了接觸器可靠性測(cè)試平臺(tái)。基于西門子3RT1017 2KF41電磁接觸器開展了可靠性壽命試驗(yàn)。根據(jù)前期10萬次接觸器可靠性試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，采用擬合的方法得到了超程時(shí)間退化模型及電弧能量模型。

為了預(yù)測(cè)接觸器的剩余壽命，繼續(xù)開展了接觸器后期試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量。根據(jù)后期試驗(yàn)結(jié)果的分析，提出了接觸器超程時(shí)間的失效閾值，進(jìn)而推導(dǎo)了接觸器剩余壽命的預(yù)測(cè)模型。通過對(duì)比接觸器剩余壽命的預(yù)測(cè)值和實(shí)際值，驗(yàn)證了接觸器剩余壽命預(yù)測(cè)模型和接觸器仿真模型的正確性，進(jìn)而驗(yàn)證了高速列車接觸器可靠性評(píng)估方法的有效性。