截止2017年底，我國鐵路營業(yè)里程達到12.7萬km，其中高鐵2.5萬km，全國日均開行動車組4 000列以上。動車組列車的大規(guī)模運行，對列車的運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行，甚至引發(fā)嚴重的事故。因此，對應(yīng)用于高速列車的接觸器進行可靠性研究，從科學(xué)的角度給出接觸器剩余壽命特征，為接觸器檢測、維護、運行提供依據(jù)，具有重要的價值和意義。

針對接觸器狀態(tài)檢測、可靠性評估等問題，文獻[1,2]對接觸器產(chǎn)品的可靠性壽命試驗進行了分析，并指出可將接觸器可靠性壽命特征評估和產(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估方法的研究提供了思路。文獻[3,4]提出實時采集線圈電流和觸點壓降進而計算接觸器吸合時間，建立接觸器壽命預(yù)測模型，對接觸器壽命進行預(yù)測。

文獻[5-7]提出基于性能退化參數(shù)的可靠性壽命實時評估方法，并通過隨機過程和貝葉斯估計方法實時更新并測量其性能退化參數(shù)來推導(dǎo)產(chǎn)品的壽命特征表達式。文獻[8,9]指出，接觸器可以通過觸點電阻和吸合時間兩個性能退化參數(shù)來表征接觸器的壽命，并根據(jù)試驗數(shù)據(jù)推導(dǎo)壽命預(yù)測數(shù)學(xué)模型。

目前針對高速列車電磁接觸器可靠性評估方法的研究相對較少，對接觸器特征參數(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。

本文首先基于高速列車用電磁接觸器的結(jié)構(gòu)特點，對電磁接觸器失效機理進行分析，提出了一種高速列車電磁接觸器的可靠性評估方法。根據(jù)接觸器電磁仿真模型和動力學(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)測模型；設(shè)計并搭建接觸器可靠性測試平臺，對接觸器開展可靠性壽命實驗。

實驗結(jié)果表明，接觸器剩余壽命的預(yù)測結(jié)果和實際情況基本一致，表明所構(gòu)建壽命預(yù)測模型的正確性，進一步驗證了所提出高速列車接觸器可靠性評估方法的有效性。

圖12 接觸器可靠性試驗平臺實物圖

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估方法。為了驗證上述方法的有效性，設(shè)計并搭建了接觸器可靠性測試平臺。基于西門子3RT1017 2KF41電磁接觸器開展了可靠性壽命試驗。根據(jù)前期10萬次接觸器可靠性試驗測試結(jié)果，采用擬合的方法得到了超程時間退化模型及電弧能量模型。

為了預(yù)測接觸器的剩余壽命，繼續(xù)開展了接觸器后期試驗數(shù)據(jù)的測量。根據(jù)后期試驗結(jié)果的分析，提出了接觸器超程時間的失效閾值，進而推導(dǎo)了接觸器剩余壽命的預(yù)測模型。通過對比接觸器剩余壽命的預(yù)測值和實際值，驗證了接觸器剩余壽命預(yù)測模型和接觸器仿真模型的正確性，進而驗證了高速列車接觸器可靠性評估方法的有效性。