地鐵車輛客室車門整改措施
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編者按：本文主要從引言；客室車門簡介；車門故障；車門整改措施；結論，對地鐵車輛客室車門整改措施進行講述。其中，主要包括：內藏門；塞拉門；外掛門；車門故障；增加門控旁路開關；更改車門障礙物探測次數；增加車門再關門功能；關門夾緊力的調整；車門控制軟件的改進；內藏門的其它整改措施；外掛門的其它整改措施；外掛門的改造，具體材料請詳見：
摘要：簡要介紹了上海地鐵現有列車的內藏門、塞拉門和外掛門的結構和原理,針對三種客室車門故障的主要原因,對其系統地實施了相應的整改措施,有效地提高了車門的可靠度,降低了車門故障率。
關鍵詞：地鐵車輛;客室車門;故障原因;整改措施
0引言上海地鐵1,2號線DC01,AC01/02型電動列車的客室車門采用氣動內藏對開式滑門,3號線AC03型電動列車采用電動式塞拉門,1號線AC04型電動列車的客室車門采用電動外掛式移門。由于上海地鐵客流較大,使得列車客室車門故障率較高,客室車門的可靠性成為制約列車安全、正點運營的瓶頸之一。為了確保列車的正常運營,有效地降低客室車門的故障,本文就上海地鐵車輛客室車門存在的設計缺陷和故障進行分析,并對所采取的整改措施進行說明。1客室車門簡介1.1內藏門
內藏對開式滑門簡稱內藏門。車門開/關時,門葉在車輛側墻的外墻板與內飾板之間的夾層內移動。內藏門主要由門葉、車門導軌、傳動組件、門機械鎖閉機構、緊急解鎖機構、氣動控制系統以及電氣控制系統等組成。門葉由鋼絲繩連接,左側門葉與驅動風缸直接連接,并通過安裝在左門葉上方鋼絲繩夾緊機構與鋼絲繩相連;右側門葉與鋼絲繩調整裝置連接,通過調整鋼絲繩使其保持一定的張緊力。門葉上方設有一個鎖鉤,車門關閉后,鎖閉系統動作,鎖鉤鉤住兩扇門葉上的鎖銷,保證車門安全可靠地鎖閉。此外,車門系統裝有車門鎖閉行程開關S1、車門關閉行程開關S2、車門切除開關S3、緊急解鎖行程開關S4,實現車門的電氣控制。
內藏門通過中央控制閥來控制壓縮空氣的流向和流量,實現雙作用驅動氣缸的前進和后退,再通過鋼絲繩、繩輪和驅動支架等組成的機械傳動機構完成車門的開/關動作。機械鎖閉機構可以使車門可靠地實現在關閉位置上鎖閉。電氣控制系統控制中央控制閥來實現車門的開/關和解鎖。調節中央控制閥上的調節旋鈕可調整開/關門速度及緩沖速度。
1.2塞拉門
塞拉門在開啟狀態時,車門移動到側墻的外側;在關閉狀態時車門外表面與車體外墻成一平面,這不僅使車輛外觀美觀,而且有利于減小列車在高速行駛時的空氣阻力和降低空氣渦流產生的噪聲。塞拉門主要由門葉、支承桿、托架組件、車門導軌、傳動組件、制動組件、緊急解鎖機構、車門旁路系統以及電子門控單元(以下簡稱EDCU)等組成。車門還裝有鎖閉行程開關S1、切除開關S2、緊急解鎖開關S3和EDCU復位開關S4,實現對車門的電氣控制。作為車門的控制部件,EDCU起著監控車門狀態、驅動門機構和與控制門單元通信的作用。
塞拉門由電機驅動絲杠和螺母機械傳動機構,絲桿和螺母傳動機構帶動門葉移動,實現車門的關閉。門葉托架上的滾輪在導軌內滑動,上導軌的端部有一定的彎曲以保證門葉最后的關閉(塞閉),下導軌安裝在門葉下部,與安裝在車體上的滾輪嚙合,從而保證車門與側墻的平行度。在門關閉狀態,制動裝置的機械結構能防止門打開,開門動作時,它由電磁閥控制松開。
1.3外掛門
外掛門采用模塊化設計和安裝,門頁、車門懸掛機構以及傳動機構的部分部件安裝于車體側墻外側,電子門控單元和驅動電機裝于車體側墻的內側。外掛門主要由門頁、直流驅動電機、車門懸掛機構、絲桿/螺母機械傳動機構和EDCU等組成。此外,車門還裝有車門關閉行程開關(DCS)S2、鎖閉行程開關(DLS)S1、切除開關(LOS)S3以及緊急解鎖開關(EES)S4。
外掛門由電機帶動絲桿轉動,絲套在絲桿上的橫向移動帶動門葉在導軌上滑動。EDCU是車門的控制部件,具有監視、控制驅動電機和與控制單元通信的功能。
2車門故障
由于地鐵列車運營線路站距短,客室車門頻繁地開啟和關閉,因而易導致客室車門的門控電氣元件和機械零部件損壞,造成正線運營列車的客室車門故障頻發。故障較輕則該車門被切除,故障較重則列車發生掉線、清客或救援。據統計分析,上海地鐵2003年三條軌道交通線車輛客室車門故障的原因主要是:(1)地鐵1號線內藏門發生故障的主要因素集中在尺寸配合、門檻條、驅動氣缸、鎖閉開關S1、S鉤、解鎖氣缸、關門限位開關S2以及繼電器等方面;(2)地鐵2號線內藏門發生故障的主要因素集中在解鎖氣缸、S鉤、尺寸配合、驅動氣缸、門檻條、鎖閉開關S1以及關門限位開關S2等方面;(3)對地鐵3號線塞拉門而言,由于投入運營時間不長,除EDCU故障引起較多的車門故障外,其他引起車門故障的原因具有很強的隨機性。
采用可靠性分析方法FTA和FMEA對上海地鐵現有車輛的三種客室車門的故障情況進行分析,可以得出車門故障的主要因素是:(1)從車門結構方面分析,限位開關、繼電器、門檻條、護指橡膠條、開/關門按鈕、橡膠止擋、驅動氣缸/電機、解鎖氣缸、S鉤門鎖、鋼絲繩是造成車門故障的主要因素;(2)從車門控制軟件方面分析,EDCU的控制系統軟件是車門故障的主要因素;(3)從環境方面分析,車體振動或局部變形、乘客擠靠車門、車門運行環境是造成車門故障的次要因素;(4)從人為因素分析,司機誤操作,乘客擅自隨意啟用緊急設施,檢修人員水平的制約等是造成車門故障的客觀因素。
3車門整改措施
我們通過對車門系統的故障統計分析和可靠性研究,針對車門故障的產生原因以及車門系統本身的設計和制造缺陷系統地實施了多項整改。因篇幅所限,本文僅選取具有代表性的整改措施作簡要介紹。
3.1塞拉門的整改措施
3.1.1增加門控旁路開關
在AC03型列車的試運營過程中,曾發生無法判斷車門故障的位置和原因的現象,也曾發生無法切除故障車門的情況,這些均導致了牽引系統自動封閉,使得列車無法自行退出運營,給正線的運營帶來很大影響。根據現有其它列車的運營經驗,司機室內設有車門門控旁路開關,可以實現對客室車門的旁路,從而解除列車牽引系統的封閉。為此,在原有設計的基礎上通過改造線路圖增加了門控旁路開關(DBPS),如圖1所示。當DBPS動作,DIR_A(列車A側車門監控繼電器觸點)和DIR_B(列車B側車門監控繼電器觸點)被旁路,列車所有車門系統對于牽引系統的影響被旁路。即當出現嚴重車門故障時,通過使用“門控旁路開關”,列車可自行牽引退出正線,避免救援,減少故障影響正常運營的時間,有效地降低了列車車門故障對正常運營帶來的不良影響。
3.1.2更改車門障礙物探測次數
障礙物探測功能是指當車門探測到有乘客或障礙物被夾時,車門夾緊力會在短暫的時間內消失,給乘客一定的時間脫身,然后再繼續實施關門動作。但是該功能的探測次數直接影響了車門的性能。塞拉門初始設計的障礙物探測次數為3次,經常發生障礙物探測3次結束后車門自動打開現象,導致更多的乘客涌入車廂,車門無法關閉而使列車晚點。因此將探測次數改為6次,并且減小車門探測后的緩沖反彈幅度。在6次探測時間之內,被夾乘客將通過該扇門進入車內,進行障礙物探測的車門會在沒有障礙物的情況下自動關閉,這樣就減少了車門無法關閉而帶來的列車晚點的影響。
3.1.3增加車門再關門功能
再關門功能是指當車門遇到障礙物并探測設定的次數后仍無法關閉時,車門會自動完全打開,此時司機可直接按關門按鈕關閉未關閉的車門。AC03型列車車門原設計是不具備再關門功能,當車門障礙物探測數次后仍無法關閉時,車門自動打開,此時司機只有先按開門按鈕打開所有車門,然后再按關門按鈕才能將未關閉的車門關閉。由于再次打開所有車門會導致更多的乘客擠入車廂,并再次激活再開門功能,所有車門無法關閉,在客流高峰顯得尤為突出,嚴重影響了地鐵的正點運營。車門增設再關門功能后,取消了車門自鎖信號,當司機再次按下關門按鈕,將發出關門脈沖信號,只對未關閉的個別車門進行再關門操作。該功能的優點在高峰客流時顯得尤為突出,不需要將所有車門全部打開后再關閉,且防止了因車門再開門功能而影響了車門的正常關閉。
3.1.4關門夾緊力的調整
地鐵列車客室車門關門夾緊力大小與乘客安全和車門故障密切相關。力太小會由于乘客擁擠而造成車門無法正常關閉,車門也容易產生故障,對列車運營有比較大的影響;力太大又會增加夾傷乘客的可能,顯得不夠人性化。AC03型列車車門原設計的關門夾緊力均為150￣200N,再開門功能頻繁啟動,車門無法正常關閉。為了降低車門對運營的影響,同時也考慮到乘客免于被車門夾傷的安全性保護,進行了車門的關門夾緊力的試驗。當選擇較大的車門夾緊力時,車門夾緊力隨著障礙物探測次數的增加而由小到大逐步增加,這樣就使得乘客在車門夾緊力較小的時候就能脫身,有效降低了夾傷乘客的可能性。根據實際運營情況和試驗結果,將列車車門的關門次數設為6次,每次的關門夾緊力分別改為150,200,260,260,260,260N,有效地解決了因車門關閉困難而對列車造成的晚點。
3.1.5車門控制軟件的改進
針對塞拉門存在的頻繁死機和其它控制功能的缺陷,對車門控制軟件版本進行改進,新版軟件與舊版本軟件相比主要做了如下改進:車門驅動電機斷路故障(故障代碼1)的監測方式由原來的一次監測改為兩次監測;當車門檢測到有障礙物時(故障代碼6),車門控制單元DCU中會記錄為“初級故障”,并且在車門正常工作后此故障記錄將被自動刪除;在關門過程中車門遇到障礙物無法關閉時,會自動執行6次關門動作,關門夾緊力分別為150,200,260,260,260,260N,如果最后一次仍未能關閉到位,車門將處于打開位置,此時可以按關門按鈕再關門;當車門死機并處于未完全關閉的狀態下,該門頁處于自由狀態,可以直接手動推門將門完全關閉,然后將該扇門切除。
3.2內藏門的整改措施
3.2.1對列車車門驅動氣缸的工作風壓進行降壓整改
AC01/02型列車與DC01型列車車門結構基本相同,同屬于內藏門。分析DC01車門驅動氣缸的工作壓力僅為3.5bar,而AC01/02型列車的車門驅動氣缸的工作壓力高達5.0bar,所以AC01/02型列車的車門驅動氣缸和車門系統調整尺寸容易變動的故障與工作壓力較高有一定的關系。在120#車的I單元A車進行了門控系統的降壓試驗,即把車門驅動氣缸的工作壓力由原5.0bar逐步下調,同時檢查車門的工作性能。試驗結果顯示,在門控系統總風管壓力調整為4.0ba(r額定為5.0bar)時,車門的開關門速度和緩沖功能都正常,改善了氣缸及門控傳動系統的工況。隨后對兩列車的所有客室門控系統分別進行壓力為4.0bar的低壓試驗,運營試驗跟蹤半年后,整改效果良好。現在已對上海地鐵1,2號線所有AC01/02型列車的車門驅動氣缸壓力進行降壓整改。
3.2.2內藏門的其它整改措施
(1)對車門驅動氣缸的整改;
(2)門鉤限位銷裝配方式的改造;
(3)車門尺寸超差的整改措施;
(4)關門止擋的改造;
(5)車門解鎖小氣缸節流閥的整改;
(6)S1和S2限位開關的改造;
(7)車門電氣控制系統的改造;
(8)車門護指橡膠條的改造。
3.3外掛門的改造
AC04型列車的客室車門是外掛門,由于該型列車尚處于調試和試運營階段,故外掛門所存在的設計缺陷或故障均未能充分暴露?，F根據AC03型電動列車塞拉門的運營經驗,對外掛門設計結構的缺陷提出相應的整改措施。
3.3.1車門切除與緊急開門裝置聯鎖的改造
AC04電動列車外掛門調試時,發現門在被切除后乘客仍然可以通過緊急解鎖手柄將門打開。車門的切除將使司機無法對該門監控,乘客通過操作緊急解鎖手柄將該門打開后,列車仍然可以啟動運營,對車內乘客將形成不安全的隱患。因此,對其進行如下整改:在車門的切除裝置上增設一個機械止擋裝置(銷釘),如圖2所示,使該止擋在車門切除裝置動作時聯動,從而鎖住緊急開門解鎖裝置使其無法動作,在機械上實現聯鎖,保證車門在切除的狀態下無法通過緊急開門扳手打開車門。
3.3.2外掛門的其它整改措施
(1)門檻條導向槽的改造;(2)車門緊急解鎖裝置罩板的改造;(3)門控軟件參數的改進。
4結論
上海地鐵三條線的客流量逐月逐年遞增,特別是在客流高峰時,車內乘客異常擁擠,車門系統頻繁承受超常工況,經常導致車門裝配尺寸超差變形或行程開關失效等故障,影響車門的正常關閉和開啟功能。我們根據現有列車使用的三種不同類型的客室車門(內藏門、塞拉門和外掛門)的不同故障原因,系統地對其實施相應的整改,有效地提高了車門系統的可靠度,降低了車門故障率。
參考文獻：
[1]倪挺,李鋼鋒.上海地鐵車輛客室車門故障分析與對策[J].電力機車與城軌車輛,2003,(5).
