基于智能運(yùn)維系統(tǒng)的地鐵塞拉門可靠性探討

姜培昌 李廣寧 苗昌坤

摘 要：地鐵車門系統(tǒng)是乘客上下車輛的通道，是車輛使用最頻繁的部件之一。隨著智能運(yùn)維系統(tǒng)應(yīng)用于車門系統(tǒng)，使傳統(tǒng)的糾正性維修和預(yù)防性維護(hù)，向以人為本的分散維修、基于狀態(tài)修的預(yù)防性維護(hù)模式升級(jí)，有效降低故障率，減少維護(hù)成本。并在智能運(yùn)維系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過冗余設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高車門系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：可靠性;故障等級(jí);智能運(yùn)維;亞健康診斷;冗余設(shè)計(jì)

1.地鐵塞拉門可靠性概述

地鐵客室塞拉門作為乘客上下車的通道，是車輛使用最頻繁的部件之一， 客室門系統(tǒng)是關(guān)系到乘客安全和運(yùn)營(yíng)秩序的關(guān)鍵設(shè)備，是影響行車安全的數(shù)量最多的單一部件。

在地鐵車輛正線運(yùn)營(yíng)中，車門系統(tǒng)數(shù)量多，列車發(fā)車間隔及停站時(shí)間短，頻繁的開關(guān)門動(dòng)作，必須具有高安全性和高可靠性。

2.塞拉門故障等級(jí)及統(tǒng)計(jì)

2.1 故障等級(jí)

地鐵塞拉門的故障對(duì)列車運(yùn)行產(chǎn)生不同的影響，根據(jù)各故障模式造成的嚴(yán)重程度，故障等級(jí)分為以下幾類：

Ⅰ.列車運(yùn)行過程中，因車門故障造成乘客人身傷害：如列車行駛過程中，某個(gè)車門鎖閉失效，突然意外打開。

Ⅱ.車門故障無法排除、導(dǎo)致車輛不能繼續(xù)運(yùn)營(yíng)，需要清客停運(yùn)：如車門無法正常關(guān)閉到位，不能實(shí)現(xiàn)隔離;線束故障導(dǎo)致列車無法牽引。

Ⅲ.短時(shí)間無法處理車門故障，個(gè)別車門隔離后，列車可以繼續(xù)運(yùn)營(yíng)：如車門電機(jī)位置傳感器失效;鎖閉到位開關(guān)觸點(diǎn)不良。

Ⅳ.無法正常關(guān)門，需要司機(jī)或駐站工作人員排除故障：存在異物阻礙或卡滯，導(dǎo)致無法正常關(guān)門;乘客意外操作緊急解鎖裝置。

Ⅴ.對(duì)列車運(yùn)營(yíng)無影響，列車可繼續(xù)運(yùn)行，回庫檢修：如：蜂鳴器無響聲;因潤(rùn)滑不良造成的異響。

2.2 故障分類統(tǒng)計(jì)

門系統(tǒng)的主要故障類型為：承載導(dǎo)向故障、電氣控制故障、驅(qū)動(dòng)鎖閉故障、內(nèi)外操作故障、基礎(chǔ)部件故障、人為原因、其它等。根據(jù)某地鐵線路數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)各類故障類型占比如圖所示。

3.智能運(yùn)維系統(tǒng)提高可靠性

3.1智能運(yùn)維的需求

傳統(tǒng)的檢修主要是糾正性維修和預(yù)防性維護(hù)，預(yù)防性維護(hù)主要以月檢、年檢、架修、大修為主。隨著信息技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)在城市軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用，智能運(yùn)維系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以人為本的分散維修模式，基于狀態(tài)修的預(yù)防性維護(hù)，有效減小維護(hù)工作量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人工成本。

3.2智能運(yùn)維的功能

門控器通過實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)車門系統(tǒng)關(guān)鍵部件、運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)、診斷，并在地面平臺(tái)界面上將檢測(cè)結(jié)果在線呈現(xiàn)。車門智能運(yùn)維系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能需求，包含并不限于以下：實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè);智能運(yùn)維數(shù)據(jù)檢測(cè);實(shí)時(shí)故障診斷;亞健康預(yù)診斷;數(shù)據(jù)分析;故障報(bào)警、異常預(yù)警;遠(yuǎn)程更新車門軟件;移動(dòng)端APP監(jiān)控等功能。

3.3 亞健康診斷示例

車門預(yù)診斷的根本依據(jù)，是大量的車門運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累。通過大數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，來判斷車門當(dāng)前運(yùn)行曲線，是哪種異常造成的，從而推斷出亞健康的狀態(tài)和隱患部件。車門亞健康的預(yù)測(cè)種類及判斷依據(jù)，示例如下：

4.可靠性提升方案研究

基于運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、檢修經(jīng)驗(yàn)的積累，以及智能運(yùn)維系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)于存在磨損、安裝尺寸、阻力等在一定周期內(nèi)存在連續(xù)性特征的故障現(xiàn)象，可以進(jìn)行有效進(jìn)行預(yù)警。但是對(duì)于無法正常預(yù)測(cè)的，例如鎖閉開關(guān)屬于觸點(diǎn)接觸的開關(guān)量，無連續(xù)型特征，所以無法進(jìn)行預(yù)測(cè)，此類故障點(diǎn)成為了制約門系統(tǒng)可靠性的重要項(xiàng)點(diǎn)，對(duì)此類進(jìn)行如下研究。

4.1承載部件檢修

通過上述智能運(yùn)維系統(tǒng)的亞健康診斷可知，承載零部件的磨損、變形和安裝尺寸的變化等可以有效的進(jìn)行預(yù)診斷和維護(hù)。但是材料的斷裂故障，對(duì)于在線運(yùn)營(yíng)車輛還無直接診斷的有效方法。仍然需要在定期檢修維護(hù)中進(jìn)行檢測(cè)，渦流檢測(cè)可有效提高檢測(cè)可靠性和準(zhǔn)確性，渦流檢測(cè)是一種比較先進(jìn)檢測(cè)內(nèi)部裂紋的方法。但是在檢測(cè)過程中，零件的硬度變化、尺寸差異、表面粗糙度的不同都會(huì)使渦流發(fā)生變化。以門系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的承載軸為例，具體實(shí)施方法為，首先，反復(fù)對(duì)合格式樣進(jìn)行檢測(cè)，性質(zhì)相同合格零件的測(cè)試數(shù)值在阻抗平面上形成一個(gè)密集點(diǎn)云區(qū)域，設(shè)為基準(zhǔn)值;然后，對(duì)零件進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試數(shù)值如果落在點(diǎn)云區(qū)域范圍內(nèi)，則判斷為合格，測(cè)試數(shù)值如果落在點(diǎn)云區(qū)域范圍外，則判定為不合格。

4.2 鎖閉到位開關(guān)冗余設(shè)計(jì)

目前地鐵塞拉門鎖閉開關(guān)的設(shè)計(jì)形式，普遍采用單個(gè)開關(guān)的觸點(diǎn)串入到門控器的回路中。由于檢測(cè)開關(guān)只存在導(dǎo)通和斷路兩種狀態(tài)，所以鎖閉到位開關(guān)故障具有不可預(yù)測(cè)性。通過并聯(lián)冗余組合，提高可靠性，單個(gè)鎖閉開關(guān)的故障率為9.6E-07，平均無故障時(shí)間為1.04E+06h，并聯(lián)冗余后，故障率為4.92 E-07，平均無故障時(shí)間為2.03E+06h。通過計(jì)算可知，通過冗余設(shè)計(jì)后，可將平均無故障時(shí)間提高至約單個(gè)開關(guān)的2倍。

平均無故障時(shí)間：

故障率：

4.3 門控器冗余設(shè)計(jì)

地鐵門控器的典型配置方式為，以每節(jié)車8套門系統(tǒng)為例，配置為2臺(tái)主門控器和4臺(tái)副門控器。

每節(jié)車內(nèi)部形成局域網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)傳輸，每節(jié)車與整車的通訊通過主門控器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)與整車通訊。 2臺(tái)主門控器采用1主1備的方式配置，并且互為備用，實(shí)現(xiàn)主門控器冗余的控制設(shè)計(jì)。

目前地鐵車輛車門系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)，還是以單個(gè)門控器單獨(dú)控制一套車門系統(tǒng)的方案為主。實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，地鐵車輛一般單側(cè)門系統(tǒng)進(jìn)行開、關(guān)門動(dòng)作的特點(diǎn)，基于單側(cè)開門的前提條件下，研究并提出一種單節(jié)車內(nèi)部門控器的冗余控制方案，例如，1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)、7號(hào)側(cè)開關(guān)門的情況下，如果3號(hào)門系統(tǒng)門控器不能正常工作，則啟動(dòng)4號(hào)門系統(tǒng)的門控器來控制3號(hào)門系統(tǒng)。此方案，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)對(duì)側(cè)車門的門控器互為冗余的控制設(shè)計(jì)。

總結(jié)

地鐵車輛門系統(tǒng)是乘客上下車的通道，作為地鐵車輛最重要的部件之一，車門是關(guān)系到乘客安全和運(yùn)營(yíng)秩序的關(guān)鍵設(shè)備，車門故障輕則造成乘客滯留、車輛晚點(diǎn)，重則可能影響乘客人身安全。運(yùn)用智能運(yùn)維系統(tǒng)有效降低了故障率，減少維護(hù)成本。在此基礎(chǔ)上，研究承載部件的檢修和電氣件的冗余設(shè)計(jì)，提出了材料渦流探傷技術(shù)應(yīng)用，以及鎖閉開關(guān)和門控器冗余設(shè)計(jì)的解決方案，可以進(jìn)一步提升地鐵客室塞拉門運(yùn)營(yíng)的可靠性。

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