城軌列車車門系統關鍵部件使用壽命分析

林立春

（青島歐特美交通裝備有限公司，山東 青島 266101）

1 前言

隨著城市人口流動越來越迅速，道路交通也得到快速發展，城軌車輛有效的克服了交通擁堵狀況，而車門系統是列車的重要組成部分。在地鐵站間距較短的情況下，經常開關車門，車門的控制系統和傳動機構處于高負荷工作狀態，極易發生故障。車門的故障率不僅取決于配件制造精度和性能穩定性，在高頻率的工作狀態下，零件的實際使用壽命和理論壽命周期都被打破，導致零件在接近壽命周期時，不能及時修理或更換，為整個車門系統留下安全隱患。另外，在各級維修中，不對系統的主要部件進行可靠性分析，就不能準確的進行維修更換保養。由于車門控制系統元器件的穩定性和可靠性對城市軌道交通車門和車門系統的正常運行有關鍵性影響，因此分析車門系統元器件的壽命和慣量就可以掌握車門系統的失效模式和壽命，采用Go模型對城軌列車車門進行可靠性分析，找出車門故障形成的原因，并根據傳統的故障樹計算出可靠性、故障率等可靠性指標，對城軌列車車門性能的可靠性進行分析，提出了故障樹的定性分析，并對城軌列車車門進行了可靠性分析，得出了城軌列車車門的失效情況，根據車門的失效模式和主要控制元件的使用壽命，對車門系統部件的使用壽命和慣性進行了統計分析，提出了提高車門系統服務水平的方法，降低了故障率，降低了非計劃故障對線性運營乘客的影響。

2 列車車門系統概述

城軌列車車門較多，包括客室門、司機室門和列車前端緊急疏散門等。緊急疏散門和司機室門的設計和原理相對簡單，車門數量少，一般每列車配備四套司機室門和兩套緊急疏散門，所以日常維護較少。每列車中客室門作為乘客上下車的重要通道，車門數量多，開關門次數多，是整列車中故障率最高的部件。因此，客室門故障將直接影響城軌列車的正常運行和乘客的安全通行。

城市軌道交通站間距短，需要頻繁開關車門，故障率也相應增加，影響運營安全，如果保養太多，容易造成資源浪費，增加運營成本，所以必須制定合理科學的維護保養周期。在車輛的正常運營過程中，每天車輛入庫和車輛運營前都需要對車門進行開關試驗，確認車門工作正常。如果規定每天的維護工作內容較多，所有車門的檢查維護工作會占用大量時間，而車輛每天大部分的時間都在運營，過長的維護保養時間會影響車輛的正常運營，所以每天過長維修保養時間是過度的。需要一種可靠并且優化后的算法以找到最佳的解決方案。

本文提出了基于城市交通風險的列車車門維修策略，該策略包括引入EDCU模塊作為主要車門子系統，從成本角度評估與EDCU相關的風險，為了延長車門的使用時間，降低車門的故障率，優化車門的生命周期，提出了一種車門的使用模式。首先將事故數據與Heinrich安全準則進行比較，然后利用Amasa模型確定故障分布，根據車門系統的結構和數據分析，提出了一種預測方法。研究結果可為城市交通車門維護保養周期的確定提供技術支持。

在單目標優化循環的基礎上，以可用性和經濟性優化為目標，在多功能優化的基礎上，通過模糊、多目標和優化分析方法，建立了城軌列車車門服務循環模型，使車門的維護保養與車門狀態具有一致性。在保證行車安全的前提下，可以達到最大的維修效率。

3 典型故障及原因分析

軌道交通的距離比站臺短。在運行過程中，門始終處于關閉狀態，這使得車門制動部分容易磨損，從而增加了故障頻率。車門系統失效的原因基本上由車門開關失效等因素決定，考慮到近年來城市交通的發展，可分為兩類。

3.1 電氣故障

基本上在門控單元、電源、指示燈、電機等位置，這種故障都會影響車輛的正常運營。蘇州地鐵3號線在運營過程中，由于外部信號的異常干擾，門控系統未能及時接收到控制指令，造成車門開關困難。同時，當信號傳輸長時間中斷、電流瞬間增大導致電機運轉中斷時，都會影響車輛的安全性和穩定性。另外，每天車輛運營結束后都需要對車體外部進行清洗，在清洗過程中，水可能會進入車體內部，破壞電氣件；在寒冷地區，車廂內部會形成冷凝水，在潮濕地區，濕氣較大，這些因素也會導致電氣件的使用壽命降低；同時，繼電器觸點間的接觸電阻在長期使用的情況下會增大，當電阻增大到一定程度，會對電流傳輸產生一定的影響，從而可能導致繼電器故障等，這些因素最終會導致車門控制故障，影響車輛的安全穩定運行。

3.2 機械故障

造成這種故障的原因有很多，其中最重要的是車門相關零件因壓縮而變形，或者在生產過程中，由于尺寸誤差大，技術條件不符合要求，因為車門開關頻率高，導致運行過程中出現故障。車門金屬部件的疲勞故障也是導致故障的主要原因。當人流量高峰時，乘客會比較多，車廂內非常擁擠，許多乘客擠靠在車門上，在車輛長時間運營后，車門狀態會發生變化，從而導致車門開關門異常，這將阻礙軌道交通的正常運行。

4 車門系統故障統計

車門分析系統在城軌列車上分析車門系統的主要部件故障。根據歷年車門故障統計數據，按車門各部位年平均故障率計算，開關門故障的故障率最高。開關門故障主要由門控器、繼電器、電機、限位開關等故障引起，直接影響列車運行質量。需要注意的是，造成車門故障的主要原因也是門控器、繼電器、電機和限位開關，占全部故障80%以上，外部人為原因和機械參數故障不在統計范圍內。

可靠性是指產品在規定的條件下、在規定的時間內完成規定的功能的能力。這種能力通常指概率值（R）t。這是在規定的條件下和規定的時間內，元器件(產品)、設備或者系統穩定完成功能的程度或性質，產品的失效往往是特定分布函數的正態分布、指數分布、對數正態分布、威布爾分布等，這是一個非線性模型。

5 門系統故障數據整理

在同一工作模式下，同一設備的故障導致多種故障模式時，同一設備或裝置或多個報警只記錄一次。在多個設備或部件發生故障的情況下，不可能證明一種故障導致另一種故障，每種故障記錄一個故障。當系統記錄故障和實際維修故障重復時，必須將其與最初報告的故障結合起來進行分析。由獨立故障引起的依賴故障不包括在系統故障中，此類故障被認為不重要的故障，這種認知是為減少分析的復雜性，不是錯誤的認知。

6 結束語

根據長期故障記錄，采用威布爾資源模型對車門系統關鍵部件進行可靠性分析，提高了安全性、降低了故障率，提高了車門系統部件的使用壽命。在維護保養方面，研究了部分部件更換和修理的可能性。這樣的生命周期分析可以延長車輛的使用壽命，為今后車門的維護保養和有針對性的門系統調查提供數據庫，有助于更好地了解車門系統的使用規律，降低故障率，提高維修針對性，提高工作質量和服務質量。