北京地鐵15號線行程開關故障和設計改進

張 帆

(北京市地鐵運營有限公司運營四分公司，北京市，100102)

1 引言

北京地鐵15號線客室車門是雙扇電動齒帶傳動內藏門結構。列車最高運行速度100km/h ，平均技術速度 ≥65km/h 。每組車通過6節車輛編組而成，每節車輛上包含8套客室車門系統，在每節車廂內的每個車門驅動裝置上均配備一個獨立門控器，實現對每一車門的單獨控制；每組列車，所有門控器通過可靠的硬線及現場總線與該列車的中央控制系統和監控系統相連接，實現整列車門的集中控制和車門狀態及故障的監控和顯示。

車門基本技術參數：

1)門控裝置的工作電壓：DC 110V(77V～137.5V)；

2)探測最小障礙物：30×60mm(寬×高)；

3)開門時間：3±0.5 S(從車門開始開門動作起至車門完全打開)；

4)關門時間：3±0.5 S(從車門開始關門動作起至車門完全關閉)；

5)開、關門延時時間： 0～3.0S 可調。

車門驅動裝置組成主要包括以下幾部分：

從動輪組成、端子排組成、服務按鈕、關門到位開關組成(左1、右1)、鎖到位開關組成、緊急解鎖組成、門控器、電機組成、左門吊板組成、右門吊板組成。

車門驅動機構組成示意圖如圖1所示。

圖1 車門驅動機構組成示意圖

2 工作原理

門控器在整個列車門控制系統中，起著承上啟下的關鍵作用，一方面接收、檢測來自司機室控制單元的控制信號和命令，根據當前狀態條件執行相應的動作控制，另一方面時時檢測車門狀態和故障信息并向TMS匯報；每套客室門都配置一套門控器，門控器是安裝在客室門機構上，響應各種指令，控制著車門動作，蜂鳴器和指示燈。門控器上設有8段碼的數碼管，可以通過數碼管的顯示，判斷出門控器在響應何種指令，及車門處于什么狀態。

門控器的基本功能：

1).開/關門功能，包括車門開、關狀態顯示；

2).未關好車門的再開閉功能；

3).開關車門的二次緩沖功能；

4).障礙物探測重開門功能，防擠壓力小于150N；

5).車門故障切除功能(門隔離)；

6).車門內/外緊急解鎖功能；

7).故障指示和診斷記錄功能，并可通過讀出器讀出；

8).零速保護(5km/h保護)功能：

9).自診斷防護功能

2.1 門控器執行開門指令

需滿足如下條件，門控器響應開門指令。

1)5km信號(零速信號)有效(110v)；

2)左右側門選信號有效(110v)；

3)車門處于關閉位置，即閉鎖開關，門板到位開關全部閉合；

4)開門指令信號由低電平變高電平并保持200ms以上；

5)緊急解鎖開關未觸發；

6)隔離開關未觸發。

同時滿足上述全部條件，車門響應開門指令，執行開門動作。

門控器接收到開門指令，滿足開門條件，門控器控制蜂鳴器鳴響2聲，然后車門動作，在執行開門指令過程中，開關門指示燈閃爍，當車門處于打開位置時，開關門指示燈常亮

2.2 門控器執行關門指令

需滿足如下條件，門控器響應關門指令

1)5km信號(零速信號)有效(110v)；

2)左右側門選信號有效(110v)；

3)車門處于打開位置，即門板到位開關處于打開位置；

4)關門指令信號由低電平變高電平并保持200ms以上；

5)緊急解鎖開關未觸發；

6)隔離開關未觸發。

同時滿足上述全部條件，車門響應關門指令，執行關門動作。

門控器接收到關門指令，滿足關門條件，門控器控制蜂鳴器鳴響2聲，然后車門動作，在執行關門指令過程中，開關門指示燈閃爍，當車門處于關閉位置時，開關門指示燈常滅

3 電氣原理

北京地鐵15號線每節車廂每側設置4個車門系統，在車輛的實際運行過程中，為了保證行車的安全性，常見的安全功能要求是車輛車門在運行過程中不會被打開，而為了實現這個要求，就要保證車輛車門系統的鎖閉狀態信號，能夠正常的接入安全回路中。并接入牽引允許電路中，一旦安全回路不通，則車輛失去牽引。

15號線機構局部示意圖如下：

圖2 15號線機構局部示意圖

在進行地鐵車輛的電路設計時，對車門安全閉鎖回路的設計是十分關鍵的，其可以很方便的對所有車門的開關狀態進行監控，將車門的狀況及時傳達給TIMS，確保車輛可以安全的行駛。

a.門鎖閉開關，此開關是檢測鎖鉤是否鎖到位的開關。這個開關設有常開和常閉一組觸點。這兩組觸點分別提供給門控器和車門鎖閉硬線環路。

b.門板到位開關，此開關是檢測門板是否到位。分為門板開關1和門板開關2，這兩個開關常開和常閉一組觸點，這兩組觸點分別提供給門控器和車門鎖閉硬線環路。

c.緊急解鎖開關，此開關是在操作緊急解鎖操作后觸發的。這個開關可以提供兩個常開和兩個常閉觸點。緊急解鎖開關動作后一般是給門控器提供一個信號，同時切斷車門鎖閉硬線環路。

d. 隔離鎖開關，此開關是在操作隔離鎖后觸發的。這個開關設有常開和常閉觸點。分別提供給門控器，隔離指示燈和車門鎖閉環路。

北京地鐵15號線的單門安全閉鎖回路是把車門兩個門板開關(門到位開關1、門到位開關2) 和門鎖到位開關的常開觸點及緊急解鎖開關的常閉觸點串聯后，和隔離開關常開觸點并聯在 一起形成的，同時，每個行程開關的另一對觸點連接到門控器，給門控器提供各個行程開關的狀態信息，門控器通過列車網絡，將這些車門的狀態信息傳輸到司機室，最終顯示在人機界面，以提供給司機和維護人員查看和確認車門狀態。

4 行程開關故障說明

在正常開關門操作下，只要有一個門沒關上或者沒鎖住，單門安全閉鎖回路就不會接通。因此開關的開，閉狀態觸發的好壞直接關系到列車的運行安全。因此，必須保證行程開關各項功能及其安裝可靠性，這也是列車運行安全性和實際可用性的基本保障。車門系統的行程開關是其車門系統監控環節中的重要部件，由于這個部件的使用頻率高且工作強度大，會導致相關故障的頻發。

目前，北京地鐵15號線客室門行程開關使用的是沙爾特寶S826及S847行程開關,該開關在運用過程中經常會出現外殼裂紋(主要發生在安裝孔附近)及卡滯故障。

4.1 S847行程開關的結構介紹

1.按鈕 2.速動彈簧片 3.支架 4.觸橋5.常開觸點 6.常閉觸點圖3 S847行程開關結構圖

開關動作原理：按下按鈕1，并觸動速動彈簧2時，支架3和觸橋4向上移動，常閉觸點6斷開，常開觸點5接通。

4.2 沙爾特堡行程開關故障類型

1)自發裂紋故障

行程開關由于工作環境惡劣，使用頻繁，行程開關殼體在溫度交替等環境下因內部應力釋放會產生所謂的微裂紋，即自發白紋，但這種裂紋扔通過內部材料交聯保持在穩定狀態，因此仍能夠承受負載，保持開關應有的功能。

2)觸點卡滯引起的不導通故障

因安裝扭矩過大，開關觸橋發生卡滯，開關觸點不能正常開，閉，致使安全閉鎖回路不導通，引發開關門故障。

4.3 行程開關的原安裝結構

行程開關的原安裝結構(內六角圓柱頭螺釘及蝶形彈簧墊圈組合結構)如圖4所示。

圖4 行程開關原安裝結構示意圖

結構形式分析：行程開關通過內六角圓柱頭螺釘M4*20與蝶形彈簧墊圈M4*9*1緊固在行程開關支架上，螺釘打扭緊力矩1NM。

原因：這種安裝結構，因為開關的外殼為塑料材質，對螺釘的安裝扭緊力矩要求非常嚴格，如果在安裝過程中，因為人為因素，造成扭緊力矩過大， 會對開關造成破壞或者開關固定點會發生變形，開關觸橋不能正常開，閉，從而影響開關導通，若出現開關不導通，則車輛就無法運行。

4.4 現有沙爾特堡行程開關安裝改進方案

選用更為可靠的軸肩螺釘緊固結構,軸肩螺釘為非標準零件，可通過數控車床機加工制成，保證軸肩光桿部位的尺寸精度如下圖5所示。

圖5 軸肩螺釘緊固結構圖

軸肩螺釘如圖6所示：

圖6 軸肩螺釘實物圖

結構形式分析：行程開關通過軸肩螺釘將行程開關緊固在行程開關支架上，螺釘打扭緊力矩1NM.當螺釘的螺紋桿完全進入開關支架的螺紋孔內后，軸肩螺釘的螺紋根部凸臺與行程開關下墊片完全貼合，因為凸臺的限制，螺釘緊固后，螺釘頭部下面與開關上面保持在合理間隙范圍內，開關始終沒有被壓的過緊的趨勢，這樣既保證了開關的緊固可靠，而且開關的正常開閉也不會因為開關壓的過緊而存在失效的可能。

5 改進建議

為了保證安裝更可靠，減小故障率的發生，建議門到位及鎖到位行程開關采用施耐德品牌行程開關來代替沙爾特寶行程開關。

施耐德開關使用及安裝調節具有以下特點：

1)施耐德開關材質為不透明的藍色的工程塑料制成，且緊固部位為實心結構，通過兩條內六角圓柱頭螺釘M4*25緊固在支架上，緊固螺釘緊固力矩為3NM。扭緊力矩通過扭矩扳手很容易控制力矩值。

2)表面不易受到化學物品如螺紋緊固膠的腐蝕而開裂。

3)工作行程較大，不容易因調解不當造成開關滾輪過死點而卡滯壓死的現象發生。結構形式如圖7所示。

圖7 行程開關結構形式

安裝后的結構如下圖8所示。

圖8 安裝后的行程開關結構示意圖

6 結語

城市地鐵自動門系統機械結構復雜，控制信號多，而行程開關作為實現機械位移和電氣信號轉換的橋梁，是車門系統中的關鍵部件，行程開關因為使用頻率高，工況惡劣，受外界干擾大，與車輛其它部件相比，故障率較高，本文從行程開關的工作原理，安裝結構等要素入手，分析了故障原因，提出了改進方案，為今后地鐵自動門行程開關設計提供參考。