地鐵塞拉門系統(tǒng)可靠性分析及應(yīng)對措施

鐘俊杰，嚴(yán)國希

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地鐵塞拉門系統(tǒng)可靠性分析及應(yīng)對措施

鐘俊杰，嚴(yán)國希

（成都地鐵運(yùn)營有限公司，四川 成都 610000）

采用故障樹分析法與故障概率計(jì)算相結(jié)合的方法對塞拉門系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，發(fā)現(xiàn)某地鐵車門系統(tǒng)的薄弱點(diǎn)為司機(jī)室側(cè)門、車門控制單元、電氣元件，通過采取一系列改進(jìn)措施，車門系統(tǒng)三個(gè)部件的高故障率得到有效控制。同時(shí)，利用可靠性分析模型評估車輛大修對車門系統(tǒng)可靠性的影響，對大修后的車門系統(tǒng)部分部件故障不降反增的現(xiàn)象進(jìn)行了分析，提出了車門大修的優(yōu)化意見。

車門系統(tǒng)；可靠性分析；車輛大修

中國地鐵客流大，尤其在上下班高峰期嚴(yán)重過載。地鐵車門由于擠壓、振動(dòng)等原因，工作環(huán)境惡劣，是整個(gè)車輛中故障頻發(fā)部分。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在軌道交通車輛系統(tǒng)中，車門系統(tǒng)故障占車輛系統(tǒng)總故障30%以上，對車輛運(yùn)行的安全性構(gòu)成嚴(yán)重威脅，亟待解決[1]。因此對地鐵車門進(jìn)行可靠性分析具有重要的意義。

1 塞拉門系統(tǒng)

為提高地鐵列車運(yùn)行中的密封性能，國內(nèi)地鐵廣泛使用塞拉門，基本機(jī)構(gòu)如圖1所示。

1.驅(qū)動(dòng)單元 2.門頁 3.緊急上車裝置（外） 4.滾子搖臂 5.下部導(dǎo)軌 6.制動(dòng)銷7.手指保護(hù)橡膠 8.車門隔離裝置 9.“停運(yùn)”限位開關(guān)S4 10.緊急下車裝置 11.苞登電纜 12.支撐滾子 13.玻璃

1.1 塞拉門的機(jī)構(gòu)

驅(qū)動(dòng)單元通過車門機(jī)構(gòu)的支撐控制臺連接到車輛結(jié)構(gòu)上。導(dǎo)桿承擔(dān)兩個(gè)門頁的所有重量，并在開門過程中保證門頁與車體相互平行。兩個(gè)滾輪通過導(dǎo)桿上的滾柱軸承滑動(dòng)，從而在機(jī)構(gòu)與門頁之間傳遞作用力，同時(shí)滾輪保證了門頁支撐件與導(dǎo)桿之間的平行度。每個(gè)門頁支撐件均通過兩個(gè)球面軸承連接到相應(yīng)的滾輪上。通過滾輪，門頁支撐件將門頁的全部重量及其運(yùn)動(dòng)力傳遞到導(dǎo)桿。車門的運(yùn)動(dòng)由一個(gè)帶有齒輪的電機(jī)產(chǎn)生，電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠（一半左旋、另一半右旋），絲杠螺母通過一個(gè)平行連桿機(jī)構(gòu)連接到滾輪上。門頁通過絲杠、滾輪和門頁支撐件進(jìn)行移動(dòng)。絲杠上用法蘭連接有一個(gè)制動(dòng)單元。當(dāng)關(guān)閉客室門時(shí)，制動(dòng)單元嚙合，從而以機(jī)械方式防止門頁開啟。當(dāng)開啟門頁時(shí)，制動(dòng)單元被以電磁方式緩解，電機(jī)即能以開啟方向轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠。針對緊急操作，通過緊急下車裝置和緊急上車裝置可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)緩解制動(dòng)單元。

1.2 塞拉門的工作原理

當(dāng)打開車門時(shí)，門控器收到信號，門頁從完全關(guān)閉狀態(tài)開始運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)器解鎖，電機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，引起攜門架帶動(dòng)門頁向外做擺出。門頁完全擺出后，門頁仍受導(dǎo)向系統(tǒng)控制帶動(dòng)門頁直線平移到全開狀態(tài)，最后切斷電源，電機(jī)停止工作，實(shí)現(xiàn)門頁的靜止打開。相反，當(dāng)車門需要關(guān)閉時(shí)，門控器收到信號，控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，門頁從完全打開狀態(tài)開始關(guān)閉，當(dāng)門頁關(guān)到位時(shí)，觸發(fā)行程開關(guān)，切斷相應(yīng)部件電源，電機(jī)停止工作，實(shí)現(xiàn)靜止關(guān)閉。

1.3 塞拉門的特點(diǎn)

與外掛門、內(nèi)藏門對比，塞拉門特點(diǎn)[2]為：

（1）平衡壓輪、攜門架、下滾輪擺臂和車門下?lián)蹁N四點(diǎn)將門頁進(jìn)行定位。車門關(guān)閉后，門頁受到這四點(diǎn)的壓緊力作用，使得在承受較大外力時(shí)，門頁仍能保持關(guān)緊狀態(tài)，不至于發(fā)生門頁的脫落變形現(xiàn)象。

（2）長導(dǎo)柱承受車門的重量，使得整個(gè)機(jī)構(gòu)的受力均衡。保證在開關(guān)門過程中，門頁與車體側(cè)墻保持平行，同時(shí)車門在開啟的狀態(tài)下很好地滿足車輛限界要求，不至于與車體發(fā)生接觸，造成車體表面的劃傷甚至損壞。

車門系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：當(dāng)車門處于完全打開狀態(tài)時(shí)，門頁懸掛在車體的外側(cè)；當(dāng)車門接近關(guān)閉終點(diǎn)時(shí)，門頁有一個(gè)向內(nèi)的“塞拉”動(dòng)作，門頁關(guān)閉后門頁與車體表面平齊。使用塞拉門的列車具有更好的密封性能和整體美觀性。但是，由于多一個(gè)“塞拉”的動(dòng)作，塞拉門的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，重量也較大。

2 塞拉門的故障

統(tǒng)計(jì)某地鐵車輛中心可靠性平臺數(shù)據(jù)，將塞拉門系統(tǒng)常見故障及原因進(jìn)行整理和分類。

根據(jù)GB/T 21562－2008規(guī)定[3]，在統(tǒng)計(jì)和計(jì)算軌道列車故障率時(shí)常采用平均故障率，是在統(tǒng)計(jì)的行走公里或時(shí)間內(nèi)，一臺或多臺車輛發(fā)生故障的次數(shù)與累計(jì)公里數(shù)或時(shí)間的比值。公式為＝N/Σ，式中：N為一臺或多臺車輛在統(tǒng)計(jì)的行走公里內(nèi)發(fā)生故障的總數(shù)；Σ為車輛累計(jì)走行公里數(shù)。對幾種故障類型再進(jìn)一步細(xì)分原因，得到表1。

3 車門系統(tǒng)故障樹建立及分析

3.1 故障樹的建立

故障樹的建立需從頂事件開始向下逐步分解，經(jīng)過若干層中間事件到達(dá)底事件。首先確定“車門開關(guān)門故障”作為頂事件，然后采用演繹法對建立車門系統(tǒng)的故障樹，為了方便后面計(jì)算為故障模式進(jìn)行編號，如圖2所示。故障樹中底事件均為最小割集，并且關(guān)系都為“或”，相當(dāng)于任意個(gè)底事件發(fā)生故障都會(huì)導(dǎo)致頂事件的發(fā)生。

頂事件概率計(jì)算采用首項(xiàng)近似算子[4]，為：

式中：K、K為第、個(gè)最小割集；N為最小割集數(shù)；為權(quán)因子。

3.2 車門系統(tǒng)故障的分析

從表1看出底事件概率都很小，所以取1，計(jì)算得到車門開關(guān)故障概率約為3.91E-05，相當(dāng)于約每2.56萬公里發(fā)生一次車門故障。由于塞拉門故障很多是由中間事件引起，采用首項(xiàng)近似算子計(jì)算中間事件的概率如圖3所示，可以看出，司機(jī)室側(cè)門故障、車門控制單元故障、電氣元件故障三個(gè)故障率較高。

表1 塞拉門故障統(tǒng)計(jì)表

圖2 塞拉門故障樹

進(jìn)一步分析原因以及車輛維保部門采取的措施如下：

（1）司機(jī)室側(cè)門故障（圖4）：首先是司機(jī)室側(cè)門空心鎖銷常發(fā)生松脫或斷裂的現(xiàn)象；其次是司機(jī)室側(cè)門難關(guān)或側(cè)門關(guān)好后運(yùn)行中自動(dòng)打開，導(dǎo)致門關(guān)好信號不能送出；最后是司機(jī)室側(cè)門鎖芯故障導(dǎo)致司機(jī)室側(cè)門鎖難打開。這些都是司機(jī)室側(cè)門鎖設(shè)計(jì)的缺陷，供貨商于2008～2009年間對側(cè)門鎖進(jìn)行改造，最終司機(jī)室側(cè)門故障得到有效控制。

（2）車門驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路中斷故障（圖5）：發(fā)生故障時(shí)車門不能動(dòng)作，重新開關(guān)門故障依然存在，可能是車門存在一定間隙，司機(jī)顯示屏顯示車門圖標(biāo)為半紅半黑。故障在正線上出現(xiàn)，需要切除車門，這樣對正線列車正常運(yùn)營造成較大影響。供貨商于2009年4月完成了車門門控器加裝二極管改造以后，該故障得到了有效控制。

圖3 中間事件的概率

圖4 司機(jī)室側(cè)門鎖整改前后故障統(tǒng)計(jì)

圖5 車門驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路中斷

（3）K2故障（圖6）：主要表現(xiàn)為不需使能信號就可打開車門。是由于K2繼電器實(shí)際壽命遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壽命。供貨商于2008年7月底完成K2改造，K2繼電器故障得到有效控制。

3 大修對車門系統(tǒng)的影響

列車運(yùn)行約10年或140萬公里時(shí)需要進(jìn)行車輛大修。其中車門系統(tǒng)大修流程為：拆卸門頁－更新門頁密封膠條、護(hù)指膠條－安裝門頁－檢查車門傳動(dòng)、鎖閉等機(jī)構(gòu)、更新行程開關(guān)－調(diào)整車門機(jī)械參數(shù)－護(hù)指膠條噴涂橡膠保護(hù)劑或涂抹硅基酯－車門2000次開關(guān)實(shí)－車門有電功能調(diào)試、S1數(shù)據(jù)調(diào)整、下檔銷安裝調(diào)整。

圖6 K2繼電器故障統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)13列車大修前一年及大修后一年車門系統(tǒng)的故障次數(shù)，并進(jìn)行對比，如圖7所示，可以看出大修后車門系統(tǒng)的故障率不減反增。主要原因如下：

（1）前期大修經(jīng)驗(yàn)不足，大修后的塞拉門系統(tǒng)質(zhì)量不樂觀，其中2013年完成大修的6列車中車門系統(tǒng)發(fā)生故障47次，約8次/列；2014年完成7列車，故障次數(shù)約4次/列。

（2）大修過程中需拆裝門頁、更換門頁周邊密封橡膠條，車門配合度較原廠裝配差，加上新橡膠條處于磨合期，車門機(jī)械參數(shù)不穩(wěn)定。

圖7 車門系統(tǒng)大修前后故障次數(shù)對比

從圖7還可以看出，鎖閉裝置失效、車門控制系統(tǒng)故障及司機(jī)室側(cè)門故障，在大修后故障明顯增加。

主要原因以及應(yīng)對措施如下：

（1）鎖閉裝置失效：大修過程中對于鎖閉裝置主要是檢查為主，當(dāng)車門系統(tǒng)運(yùn)營10年以上，鎖閉裝置機(jī)械部分及限位開關(guān)等出現(xiàn)故障情況。建議后期大修加大鎖閉裝置的維修程度。

（2）車門控制系統(tǒng)故障：大修過程中對門控器只做清潔與基本測試，未做深層次的維修，加上近年來客運(yùn)量的激增，對車門系統(tǒng)的考驗(yàn)比較嚴(yán)峻，門控器報(bào)偶發(fā)故障更加頻繁。建議對門控器進(jìn)行深層次的維修，更換設(shè)計(jì)缺陷或者壽命到限的電子元器件。

（3）司機(jī)室側(cè)門故障：大修過程中需要拆卸司機(jī)室側(cè)門，更換密封橡膠條，車間裝配司機(jī)室門的精度不足，同時(shí)司機(jī)室側(cè)門鎖設(shè)計(jì)也存在一定缺陷。建議后續(xù)大修完善司機(jī)室側(cè)門安裝工藝，另外供應(yīng)商對司機(jī)室門鎖進(jìn)行換型。

4 結(jié)語

車門可靠性模型對提高車門系統(tǒng)維修效率具有重要意義?？煽啃阅Ｐ驼页隽藢囬T故障影響大的底事件，整改后車門可靠性得到提升，驗(yàn)證了模型準(zhǔn)確性。同時(shí)可靠性模型分析了車輛大修對于車門系統(tǒng)影響情況，給出整改措施。

[1]王建斌，朱小娟，浦又亮. 地鐵車輛客室車門故障原因及整改措施[C]. 城市軌道交通關(guān)鍵技術(shù)論壇暨第二十屆地鐵學(xué)術(shù)交流會(huì)，2010.

[2]王冬雷. 廣州地鐵四號線車輛塞拉門系統(tǒng)的特點(diǎn)及常見故障分析[J]. 電力機(jī)車與城軌車輛，2006，29（6）：44-46.

[3]李丹天，章國齊. 頂上事件發(fā)生概率的計(jì)算方法及適用范圍研究[J]. 硅谷，2012（20）：110-113.

[4]GB/T 21562－2008，軌道交通可靠性、可用性、可維修性和安全性規(guī)范及示例[S].

[5]孫紅梅，高齊圣，樸營國. 關(guān)于故障樹分析中幾種典型重要度的研究[J]. 可靠性與環(huán)境適應(yīng)性理論研究，2007，25（2）：39-42.

Reliability Analysis and Responses of Metro Vehicles'Sliding Plug Door

ZHONG Junjie，YAN Guoxi

(Chengdu Metro Operation Co., Ltd., Chengdu 610000, China )

This paper combines both FTA and failure probability together, in order to analyze the failure of metro vehicles' sliding plug door. “Side door of driver's room”, “EDCU” and “electrical unit” are the weaknesses of some metro vehicles' door system, which by taking a series of improvement measures can be effectively controlled. At the same time, reliability analysis model is used to evaluate the influence of vehicle overhaul on the reliability of the door system. Increasing in the failure of some parts of the door system after vehicle overhaul has been analyzed, the optimization opinion of the door system overhaul is put forward.

door system；reliability analysis；vehicle overhaul

U231+.92

B

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.11.018

1006－0316 (2018) 11－0072－05

2018－01－03

鐘俊杰（1987－），男，四川成都人，碩士研究生，工程師，主要從事城市軌道交通車輛機(jī)械技術(shù)管理工作。