地鐵車門系統的故障與診斷

廖新訓

深圳地鐵集團有限公司

摘要：地鐵車輛車門作為乘客進出車輛的通道，是地鐵車輛部件中運作最為頻繁部件之一。地鐵車輛車門的可靠性關系到乘客的人身安全，因此，對于地鐵車門系統故障的研究分析具有重要意義。本文主要運用FTA方法對車門無法自動開啟的故障診斷，通過定性和定量分析得出導致此車門故障的薄弱環節，從而為車門系統故障診斷提供輔助決策。

關鍵詞：地鐵車輛；車門；故障診斷

一、地鐵車門結構與原理

地鐵車門系統由機械和電氣兩部分構成，電氣部分由電源和控制系統組成。電氣控制裝置主要有行程開頭與車門控制按鈕等，電機絲桿螺母和帶輪組成驅動鎖閉裝置。

在列車正常運行無零速信號過程中，EDCU中的安全繼電器不會得電，保證鎖閉裝置不會解鎖，當列車進站停車但在沒有開門信號的情況下，安全繼電器仍不得電，鎖閉裝置同樣不解鎖，車門不會打開而當列車停穩且產生開門信號后，安全繼電器輸出信號使車門鎖閉裝置解鎖，車門在電機驅動下打開地鐵車門的控制原理和工作原理框圖分別如下圖1和2所示。

圖1 地鐵車門控制原理圖

圖2 地鐵車門工作原理圖

EDCU在接收到開門信號和零速信號后，控制驅動電機動作，電機通過帶輪帶動絲桿螺母副，引起攜門架長導柱掛架下滾輪導向部件的動作，并最終使得門葉在導向系統的引導下向外做擺出運動 在達到完全擺出狀態后，導向系統控制門葉的直線平移，使門葉平行于車輛側面運動。在達到完全擺出狀態后，導向系統控制門葉的直線平移，使門葉平行于車輛側面運動。在平移過程中，攜門架使門葉沿著長導柱自由滑動，直到門葉達到完全打開狀態。

二、FTA方法理論分析

FTA方法是一種將系統故障形成的原因由總體至部分按樹枝狀逐級細化的圖形演繹方法，它把系統最不希望發生的故障作為頂事件，通過對導致頂事件的各種因素進行分析，畫出故障樹，再根據故障征兆找出引起頂事件的底層因素，通過層層分析，確定故障原因，判斷故障發生的概率，找出導致系統故障的薄弱環節。

（一）FTA定性分析

FTA定性分析的目的主要是研究故障樹中所有導致頂事件的最小割集 最小割集是導致故障樹頂事件發生的數目不可再少的底事件的集合 它可以幫助發現系統可靠性的薄弱環節，從而改進設計并可用于指導故障診斷。

最小割集常用的計算方法為下行法 它是根據故障樹的實際結構，從頂事件開始，逐漸向下查尋，找出最小割集 其思路是：只就上下相鄰兩級來看，與門增加割集的階數（割集所含底事件數目），不增加割集個數；或門只增加割集個數，不增加割集階數 在從頂事件下行的過程中，依次將邏輯門的輸出事件置換成輸入事件，遇到與門就將其輸入事件排在同一行，遇到或門就將其輸入事件各自排成一行，這樣直到全部換成底事件為止，即可求得全部割集 再應用集合運算規則將全部割集加以簡化吸收，便可以得到全部最小割集。

（二）FTA定量分析

FTA定量分析的主要任務是對底事件進行重要度分析，協助定性分析共同找出系統中最薄弱的環節在定量分析中為確定各個最小割集或底事件概率變化對頂事件概率變化的影響程度，常用概率重要度來衡量最小割集或底事件的重要性，可由下式計算：

式中，Ixi為第i個底事件的概率重要度，g（P）為系統不可靠度，P（x）為第i個底事件發生的概率。

三、實例分析

為了保證乘客的出行安全和地鐵公司形象，在對車門系統進行可靠性設計時，須保證地鐵列車到站時車門能夠自動打開，現選取地鐵車門無法自動開門故障為頂事件利用FTA進行故障診斷分析，所構建的故障樹如下圖3～圖6所示。

圖3 地鐵車門自動開門故障樹

圖4 地鐵車門自動開門故障樹

圖6 地鐵車門自動開門故障樹

由故障樹可以得知以地鐵車門無法自動開門故障為頂事件建立的故障樹模型有30個底事件，并利用下行法得知30個底事件皆為一階最小割集 故障樹中各個字母代表的底事件含義及故障概率如下表1所示 利用概率重要度對故障樹的30個最小割集進行定量分析得到最小割集的重要度排序如下表2所示。

表1 故障樹底事件及概率

編號 底事件 概率 編號 底事件 概率

B1 EDCU故障 4.15 B16 零速繼電器壞 0.04

B2 緊急解鎖行程開關故障 0.64 B17 電源切除開關誤動作 0.04

B3 絲桿故障 0.83 B18 鎖閉行程開關故障 0.68

B4 螺母組件故障 1.88 B19 關閉行程開關故障 0.29

B5 切除開關故障 0.18 B20 端部解鎖裝置故障 0.34

B6 電機自身故障 0.15 B21 中間解鎖組件故障 0.71

B7 EDCU插頭松動 0.47 B22 平行度調節螺釘松動 0.15

B8 EDCU程序版本低 0.26 B23 對中螺栓松動 0.15

B9 ATC信號設備故障 0.04 B24 定位銷與嵌塊干涉 0.12

B10 開門按鈕接觸不良 0.04 B25 定位槽有雜物 0.12

B11 開門繼電器故障 0.08 B26 帶輪故障 0.04

B12 使能繼電器故障 0.04 B27 攜門架松動 0.16

B13 關門按鈕接觸故障 0.04 B28 導 軌 松 動 與 變形 0.15

B14 關門繼電器故障 0.08 B29 壓輪間隙過小 0.38

B15 速度傳感器故障 0.04 B30 導柱位置異常 0.32

表2 底事件概率重要度排序

底事件 排序 底事件 排序 底事件 排序

B1 1 B11 21 B21 5

B2 7 B12 22 B22 15

B3 4 B13 22 B23 15

B4 3 B14 21 B24 19

B5 13 B15 22 B25 19

B6 15 B16 22 B26 22

B7 8 B17 22 B27 14

B8 12 B18 6 B28 15

B9 22 B19 2 B29 9

B10 22 B20 10 B30 11

由此得知，當地鐵發生無法自動開門故障時，應按照表2中的排序依次進行故障診斷，首先檢查EDCU關閉行程開關螺母組件絲桿中間解鎖組件是否發生故障，并重點進行可靠性設計改進和在日常維修中重點關注；其次應對鎖閉行程開關緊急解鎖行程開關EDCU插頭松動壓輪間隙和端部解鎖裝置等部件進行仔細檢查，并應結合實際維修情況給予相應的改進措施。

四、結束語

綜上所述，構建地鐵車門無法自動開門故障樹，并通過定性和定量分析得出了EDCU關閉行程開關螺母組件絲桿和中間解鎖組件等5個部件對車門自動開門功能有較大的影響，進行故障診斷時應得到維修部門的重點關注，才能為以后提供技術依據。