跨座式單軌列車氣動客室門系統(tǒng)的可靠性技術(shù)研究

摘 要：產(chǎn)品的可靠性，作為產(chǎn)品與時間密切關(guān)聯(lián)的質(zhì)量特性，逐漸受到大家的重視。隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，將仿真技術(shù)應(yīng)用到可靠性技術(shù)研究上，即形成了可靠性仿真。本文介紹了重慶單軌車雙扇電控氣動內(nèi)藏門的結(jié)構(gòu)和原理。在大量收集了該型號車門的歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對客室門系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析，得出導(dǎo)致該型客室門故障的主要可能因素和薄弱環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：可靠性；跨座式單軌列車；雙扇電控氣動內(nèi)藏門

中圖分類號：U270.38+6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0140-02

1 雙扇電控氣動內(nèi)藏門客室車門簡介

1.1 概 述

重慶單軌車客室車門采用BBD19型雙扇電控氣動內(nèi)藏門。表1為單軌車客室車門的主要參數(shù)。

1.2 車門系統(tǒng)的功能和原理介紹

1.2.1 開關(guān)門功能

當(dāng)車速低于7km/h，當(dāng)操作開門按鈕時開關(guān)門信號才能接通門機(jī)構(gòu)上的開關(guān)門轉(zhuǎn)換繼電器OC，從而接通開門電磁閥，給氣缸通氣打開車門。

當(dāng)操作關(guān)門按鈕，斷開開門繼電器和開門輔助繼電器電源，從而斷開開關(guān)門轉(zhuǎn)換繼電器OC電源，接通關(guān)門電磁閥，給氣缸通氣關(guān)閉車門。

1.2.2 再開閉功能

當(dāng)按下再開閉按鈕，如果車門已經(jīng)關(guān)好，則車門保持關(guān)閉狀態(tài)；在關(guān)門的過程中，如果車門沒有完全關(guān)閉，則車門打開，松開再開閉按鈕后車門自動關(guān)閉。

1.2.3 開關(guān)車門的緩沖功能

通過調(diào)節(jié)車門上方驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的緩沖調(diào)節(jié)節(jié)流閥可實(shí)現(xiàn)列車車門的開關(guān)門速度大小的調(diào)節(jié)。

1.2.4 故障隔離功能

操作門機(jī)上方的隔離鎖（四角鑰匙操作），在機(jī)械隔離的同時觸發(fā)隔離開關(guān)（S3），斷開本車門電源，從而使開門電磁閥和關(guān)門電磁閥斷電。這時電控開關(guān)門信號失效，該單個車門被隔離。

1.2.5 內(nèi)部及外部緊急解鎖功能

當(dāng)操作門機(jī)上方的緊急解鎖手柄時，機(jī)械鎖打開，緊急解鎖開關(guān)（S2）被觸發(fā)，接通緊急解鎖繼電器（JIS），斷開關(guān)門電磁閥電源。此時就可以用手將車門打開。

1.2.6 安全機(jī)械鎖閉機(jī)構(gòu)

門機(jī)上方設(shè)有機(jī)械鎖鉤，當(dāng)車門關(guān)好后，機(jī)械鎖鉤將兩扇車門鎖緊。車門打開過程中，機(jī)械鎖鉤先打開，松開兩扇門，驅(qū)動氣缸才能將兩扇車門打開。

1.2.7 7km/h保護(hù)功能

當(dāng)車速低于7km/h，ATP接通設(shè)在列車中心控制屏上的7km/h檢測輔助繼電器7KAR，只有當(dāng)7KAR被接通時，當(dāng)操作開門按鈕時開關(guān)門信號才能接通門機(jī)構(gòu)上的開關(guān)們轉(zhuǎn)換繼電器OC，從而接通開門電磁閥，給氣缸通氣打開車門。開門信號也只有當(dāng)車速低于7km/h時，操作開門按鈕接通開門繼電器和開門輔助繼電器產(chǎn)生。

1.3 門機(jī)結(jié)構(gòu)

氣動驅(qū)動系統(tǒng)，由氣缸、齒帶輪（滑輪）、鋁合金導(dǎo)軌、齒帶等部件組成。驅(qū)動氣缸動作，通過齒帶運(yùn)動，帶動左右吊板在門導(dǎo)軌中反向同步運(yùn)動，進(jìn)而推動門扇運(yùn)動。地板上設(shè)有下導(dǎo)軌，使車門能夠在氣缸的作用下沿上下導(dǎo)軌平滑的運(yùn)動，門導(dǎo)軌材質(zhì)采用鋁合金型材，可承受門機(jī)吊板及門扇的重量。車門系統(tǒng)設(shè)置中央鎖鉤，在車門關(guān)閉后將兩扇門鎖緊，并設(shè)置一套緊急解鎖裝置。門板骨架采用采用鋁合金框架結(jié)構(gòu)。

雙扇電動內(nèi)藏門的上部承載驅(qū)動裝置包括：1傳動導(dǎo)向裝置；2驅(qū)動氣缸；3門鎖裝置；4電磁閥；5故障隔離鎖；6外側(cè)緊急解鎖裝置，以及實(shí)現(xiàn)電控氣動功能的其他附件構(gòu)成。如圖2所示。

門機(jī)構(gòu)電氣組成包括門關(guān)到位行程開關(guān)、緊急解鎖行程開關(guān)、隔離行程開關(guān)、開門電磁閥、關(guān)門電磁閥、開關(guān)門轉(zhuǎn)換繼電器、緊急解鎖繼電器、門關(guān)好繼電器和7km/h信號轉(zhuǎn)換繼電器等電器元件。門機(jī)構(gòu)電氣是本個車門功能的執(zhí)行器件和信號采集元件。

2 雙扇電控氣動內(nèi)藏門故障統(tǒng)計(jì)分析

由于城市軌道交通線路的站距短，客室車門頻繁開閉，易導(dǎo)致客室門的電氣部件和機(jī)械部件的損壞，造成車輛在正線運(yùn)營時客室門故障頻發(fā)。如故障較輕則可隔離車門，運(yùn)行至終點(diǎn)站下線回庫處理。如故障無法處理則會造成列車掉線、清客、救援等，會嚴(yán)重影響正線車輛的正常運(yùn)營。

對2016年雙扇電控氣動內(nèi)藏門26次下線故障原因統(tǒng)計(jì)分析（見圖3）。基本可將客室門故障原因劃分為氣缸、中央鎖閉裝置、行程開關(guān)、繼電器、門全關(guān)燈、蜂鳴器等6種故障。繼電器是主要因素；行程開關(guān)、門全關(guān)燈等故障是次要因素；監(jiān)控系統(tǒng)等故障是一般因素。

對2017年雙扇電控氣動內(nèi)藏門21次下線故障原因統(tǒng)計(jì)分析（見圖4）。基本可將車門故障原因劃分為氣缸、中央鎖閉裝置、行程開關(guān)、繼電器、門全關(guān)燈、蜂鳴器等6種故障。繼電器是主要因素；行程開關(guān)、中央鎖閉裝置等故障是次要因素；蜂鳴器故障是一般因素。

3 雙扇電控氣動內(nèi)藏門可靠性模型的建立

可靠性框圖是研究系統(tǒng)可靠性的重要工具。可靠性框圖技術(shù)主要是用框圖形式將一個系統(tǒng)的各部件故障之間的邏輯關(guān)系表示出來。系統(tǒng)各部分由零件、部件、組合件、單機(jī)、裝置、機(jī)組、分系統(tǒng)構(gòu)成。整體系統(tǒng)可靠性要依靠每一個部分的可靠性。因此，研究系統(tǒng)的可靠性，就是要研究可靠性的邏輯關(guān)系，既要對各個部分的組合方式進(jìn)行研究，又要對各部分可靠性與整個系統(tǒng)可靠性之間的關(guān)系進(jìn)行研究。主要常見的可靠性邏輯關(guān)系有串聯(lián)連接、并聯(lián)連接、混聯(lián)連接、橋形連接及復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。可靠性框圖就是表示這些邏輯關(guān)系的工具。

根據(jù)可靠性框圖可以得到各組成部分的可靠性與系統(tǒng)可靠性之間的關(guān)系，即數(shù)學(xué)模型，叫可靠性模型，可靠性指標(biāo)是根據(jù)相應(yīng)的模型計(jì)算而得的，例如平均故障時間、平均故障率等，是預(yù)計(jì)系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)。

（1）雙扇電控氣動內(nèi)藏門系統(tǒng)可靠性框圖

建立客室門系統(tǒng)的可靠性框圖先了解客室門系統(tǒng)的功能圖，功能圖表示的是車門各部件功能之間的邏輯關(guān)系。再根據(jù)系統(tǒng)功能圖，分析故障和邏輯關(guān)系，并用框圖的形式表示，即可得到可靠性框圖?？煽啃钥驁D與原理圖的形狀有時相似，有時卻很不相同。由于不同系統(tǒng)的可靠性邏輯關(guān)系不同，其可靠性框圖和模型也各不相同，得出的不同邏輯系統(tǒng)的可靠度也有差異。

雙扇電控氣動內(nèi)藏門系統(tǒng)可以分為控制設(shè)備、驅(qū)動組件、傳動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向組件、安全鎖閉就夠、解鎖裝置、門板及其他部件等。對客室門系統(tǒng)進(jìn)行功能性組件等級分類，可確定其基本結(jié)構(gòu)為混聯(lián)結(jié)構(gòu)，框圖如圖5。

（2）雙扇電控氣動內(nèi)藏門系統(tǒng)可靠性模型

客室門系統(tǒng)是一個混聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由若干個子系統(tǒng)串聯(lián)，而其子系統(tǒng)由若干個相互并聯(lián)或串聯(lián)的部件構(gòu)成，該客室門系統(tǒng)是一個并一串聯(lián)系統(tǒng)。其可靠性數(shù)學(xué)模型為：

Rs（t）= Ri（t）· 1- 1-R （1）

式中：Rs（t）系統(tǒng)的總可靠度，Ri（t）第i個內(nèi)部串聯(lián)子系統(tǒng)的可靠度， rij（t）第i個內(nèi)部并聯(lián)子系統(tǒng)的第j個零件的可靠度。

對于客室門系統(tǒng)的各個單獨(dú)的子系統(tǒng)，若子系統(tǒng)內(nèi)部是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，則可以通過子系統(tǒng)的單個部件的故障率的總乘積得到子系統(tǒng)故障率。其可靠度計(jì)算式為：

Rs（t）=R1（t）R2（t）… Rn（t）= Ri（t）（2）

式2中：Rs（t）為子系統(tǒng)的可靠度，Ri（t）為第i個串聯(lián)零件的可靠度。

并聯(lián)子系統(tǒng)的可靠度的一般計(jì)算式為：

Rs（t）=1-Fs（t）=1- Fi（t）=1- [1-Ri（t）]（3）

式3中：Rs（t）為子系統(tǒng)的可靠度，F(xiàn)s（t）為子系統(tǒng)的累積失效率，Ri（t）為第i個并聯(lián)零件的可靠度。

4 論文小結(jié)

本文主要就重慶二號線跨座式單軌列車雙扇電控氣動內(nèi)藏門的功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，在確立門系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)定性和定量要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)門系統(tǒng)的任務(wù)分析和工作原理，建立了門系統(tǒng)的基本可靠性框圖和可靠性數(shù)學(xué)模型。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-5-12