基于故障樹的城軌車輛塞拉門系統故障與檢修

周愛萍 薛淑勝 衛 妍 陸春錦

（1.南京交通職業技術學院，江蘇 南京 211188；2.中車南京浦鎮車輛有限公司， 江蘇 南京 210031）

0 引言

軌道交通車輛的車門系統是車輛結構中的重要組成部分，使乘客能夠快速上下車，與車輛運行的安全密切相關。由于其使用頻率高、結構復雜，其故障數量在整車故障中一直占有較大比重[1-2]。因此該研究對車門系統的故障進行統計與分析，并且結合車門的常見故障進行可靠性分析，基于分析結果提出切實可行的改進措施，對提高列車車門的運行可靠性和安全性，保證車輛安全運行具有重要的現實意義。

1 地鐵車門故障統計與分析

1.1 塞拉門設備故障統計分析

軌道列車的車門系統主要包括客室車門、司機室側門以及緊急逃生門。通過對某城市地鐵車輛2019年5月—2020年4月這一年的192起車門故障進行統計與分析得出，客室車門與司機室側門的故障數分別是131起和61起，緊急逃生門一直未使用，目前未出現故障。由于軌道車輛運行站間距短、車門開關頻繁以及列車客室車門數量多等特點，造成客室車門故障數量明顯較多。因此該文重點對客室車門進一步統計與分析。

某城市地鐵車輛配備的是典型的塞拉門，根據塞拉門的結構及運動方式，將塞拉門分為5個子系統，分別是懸掛導向系統、驅動鎖閉系統、電氣控制系統、內外操作系統、以及門扇基礎系統[2]，見表1所示。

表1 城軌車輛塞拉門系統部件表

通過對塞拉門出現的131 起故障進行統計，得出塞拉門各個系統的故障分布情況如圖1、圖2所示。其中除了上述5個系統引起的故障之外，還有3種故障情況：（1）乘客原因造成的故障，共發生1起乘客沖門導致車門防夾故障；（2）車輛控制原因造成的故障，共發生2起車門控制電路造成的故障，ATCZVR零速度信號丟失造成的車門未開到位以及電器柜的接線端子松動造成的車門無法開關等；（3）其他未探明原因，例如車門狀態顯示錯誤，重新關門后故障消失，回庫檢修及跟蹤后，故障沒有再出現等。

圖1 地鐵客室車門子系統故障數統計

由圖2可以看出，在客室車門系統中，懸掛導向系統和門扇基礎系統發生的故障比例，分別占到車門故障總數的41%和40%。主要的故障形式有“車門運行中存在漏風”、“行駛過程中，車門有嘯叫聲”、“車門運動過程中卡滯、有異響”等。車門門扇基礎系統中常見故障有“車門指示燈故障”、“車門開關門過程中有異響”等。除此以外，電氣控制系統的故障占比是11%，出現多起“車門無法正常關閉”的故障現象。

圖2 地鐵客室車門子系統故障比例分布圖

1.2 客室車門月度故障數統計分析

該文主要統計某線路車輛從2019年5月—2020年4月的這一年客室車門的故障情況，現將車門每個月的故障情況進行統計，如圖3所示。

圖3 客室車門故障月度故障分布

某城市的地鐵線路是10月份正式開始投入運行，前5個月列車處于列車調試期間，處于可靠性浴盆曲線的早期失效期，部件失效率較高，并且由于交車數量的增多，故障數量也呈現增多的趨勢。這一階段失效的原因大多是設計、制造過程中的缺陷。通過前期的試運行和設備調試，塞拉門的失效率迅速降低，在正式投入運營后進入浴盆曲線的偶然失效期，這一階段失效率較低，且比較穩定。通過對故障的分析，很多故障在制造期間能夠避免發生，例如門扇油漆脫落、門扇開關門尺寸不合適等，這些可以通過提高車門生產與制造工藝來改進，同時建議在車門安裝過程中，完成車門參數調整的主要工作，不能等到地鐵車輛運行之后出現故障再進行維修，這樣容易增加試運行期間檢修人員的工作量，同時也降低了列車的可用性。

1.3 塞拉門典型故障處理措施分析

在統計的131起客室車門的故障中，共有61起故障是通過對車門參數進行調整完成檢修作業，例如“車門運行中漏風”、“行駛過程中車門有嘯叫聲”、“車門運動過程中卡滯、有異響”等故障，基本都是通過調整車門尺寸參數即可修復，不需要消耗備品備件。這主要是因為車門是運動部件，且開關門動作頻繁，在長時間的運行過程中，車門相關的機械尺寸容易發生變化，從而引起上述一系列故障。因此對車門的機械尺寸進行調整是城軌車輛檢修工要掌握的一項必備技能。接下來對車門參數調整的維修作業進行簡要分析。

地鐵車門的調整主要包括V型尺寸調整、門扇對中調整、壓輪調整、滾輪擺臂調整、平行度調整、門扇密封性調整以及行程開關調整等[3-4]。在統計分析中得出，地鐵車輛車門調整任務最多的是V型尺寸調整、對中尺寸調整以及壓輪調整，接下來對這3種調整過程進行簡要說明。

1.3.1 V型尺寸調整

V型尺寸是指門扇上部開度比下部開度大2mm~5mm。因為車門驅動裝置位于門扇的上部，V型尺寸可以保證在載客狀態下，車門關閉時門頁與車體地板面平行。當車門出現異常情況以及車門其他檢修作業之后，都需要進行V型調整，主要通過轉動每個車門上攜門架連接板上的偏心輪實現對每個門頁的單獨調整，如圖4所示。當門頁上部開度小于下部開度時，將偏心輪輪心朝向門頁外擺方向旋轉。

圖4 V型尺寸調整偏心輪位置

1.3.2 對中尺寸調整

門頁對中是指左右2個門頁相對門框中心線距離的差值[4]。對中尺寸影響到車門的密封性和平整度，一般要求在0mm~2mm。若車門對中尺寸不滿足要求，就會出現“車門運行時漏風”、“車門運動過程中有嘯叫聲”等故障。可通過調整驅動機構上的鉸鏈與傳動螺母之間的距離來實現。根據測量結果，松開防松螺母，旋轉螺紋套，以調整對中左右門扇。橫向距離必須在左右兩側的螺紋套上進行調整，調整完成后，緊固防松螺母，如圖5所示。

1.3.3 壓輪調整

壓輪（又稱為平衡輪），位于車門兩側門頁的上端，其作用主要為保證車門關閉后門扇的平行性。調整的重點是保證壓輪與門上壓輪槽的距離[4]。車門運動過程中依靠壓輪槽進行關閉。當車門關閉時，用手轉動壓輪，壓輪應該是處于壓住了車門，但是又能輕微轉動的狀態，與壓輪槽一般保持在1mm~2mm間隙要求，不能過緊或過松[5]。若壓輪過緊，會導致壓輪槽有磨損，如圖6所示，同時引起車門運行過程中有異響，嚴重會導致車門無法關閉；若壓輪過松，會出現車門運行中漏風、漏光以及車門出現嘯叫聲等問題。在統計的131起故障中，共有18起由于壓輪造成的車門故障。調整過程中主要通過旋轉壓輪支架上的偏心輪進行調整，轉動偏心輪調節壓輪高低，偏心輪位置如圖7所示，確定壓輪壓緊位置。同時，左右2個門扇之間的壓輪間隙應該保持一致。

圖6 壓輪槽磨損圖

圖7 偏心輪位置圖

2 塞拉門系統的故障樹建立

在塞拉門故障的統計與分析中得知車門系統故障原因分布范圍廣，同一故障現象可能有多種故障原因，同一種故障原因可能會導致不同的故障現象。故障樹分析法是一種針對故障現象進行各種原因分析的可靠性分析技術[6]。因此該文基于故障樹分析法對車門系統常見故障現象進行可靠性分析，分析結果有利于檢修維護人員快速完成車門故障定位與檢修工作，減少故障排查時間，縮短檢修時間，從而有效提高列車的可靠性和可用性，具有十分重要的現實意義。

在2019年5月—2020年4月，某地鐵車輛的客室車門共發生31起“車門無法關門”以及27起“車門運行中有異響”等故障現象。因此該文將“車門無法正常關閉”以及“開關門動作異響”分別作為故障樹頂事件，建立故障樹如圖8和圖9所示。通過故障樹分析，得出2個故障樹的底事件以及底事件的發生次數如表2和表3所示。

圖8 “車門無法正常關閉”故障樹

圖9 “車門開關門動作異響”故障樹

表2 “車門無法正常關閉”故障樹事件列表

表3 “開關門動作有異響”故障樹事件列表

由于列車交付和投入運營的時間不一致，并且2019年5—9月的故障數據是設備調試與試運營期間的數據，因此不具備統計故障率的實際價值，從而無法對以上分析的故障樹進行定量分析。為了便于了解底事件的重要度，該文統計了一年時間內底事件的發生次數。通過底事件故障的發生次數，分析得出在設備維護與檢修作業中應該注意以下幾點：1）在“車門無法正常關閉”事件中，機械故障“壓輪過緊”和電氣故障“EDCU信號異常”需要重點關注。壓輪位于客室車門的頂端，客室車門日常維護作業中需要加強檢查。通過查閱地鐵客室車門的維護手冊得知，目前客室車門的日檢作業中并沒有壓輪的檢查這一項，因此應該提高對壓輪尺寸檢查和調整的周期性。另外，需要周期性檢查和調整壓輪尺寸。 2）在“開關門動作有異響”事件中，“上下滑道潤滑不足”以及“下檔銷間隙錯位”發生次數相對較多。其中發生多起由于部件潤滑不足導致的開關門動作異響事件。通過查閱地鐵客室車門的維護手冊得知，目前客室車門的預防性維護作業中建議每年或者每運行125000km對車門運動部件進行清潔潤滑。根據該文分析情況，建議將車門運動部件的清潔潤滑間隔周期縮短。

3 結語

通過對某地鐵車輛運營過程中客室車門故障的統計與分析得知，車門懸掛系統和門扇基礎系統的故障率較高，建議系統研究人員應著力提高這2個系統的可靠性水平；其次，分析得出“車門運行中漏風”、“行駛過程中車門有嘯叫聲”、“車門運動過程中卡滯、有異響”等為常見故障，可以通過調整車門參數完成檢修，因此結合調整經驗對車門參數調整的技術進行分析，希望能進一步提高客室車門檢修人員的操作技能水平和維修業務能力。最后，通過統計得出“車門無法正常關閉”“車門開關門動作異響”為典型故障模式，因此該文通過故障樹分析法對以上2個故障模式進行分析，根據故障樹底事件的發生次數，得知“壓輪過緊”和“EDCU信號故障”是“車門無法正常關閉”的重要因素，“上下滑道潤滑不足”以及“下檔銷間隙錯位”是“車門開關門動作異響”的重要因素。因此，車輛檢修部門應該對以上底事件給予重視，在日常檢修作業中加強檢查；同時建議縮短關鍵運動部件的檢修間隔周期。

該文分析結果有利于指導客室車門檢修人員提高設備檢修能力，縮短故障診斷時間，進而提高客室車門的可靠性，同時為制定城軌車輛客室車門系統維護手冊提供指導建議。但是該文研究還存在不足之處，由于故障數據有限，并未對故障樹進行定量分析，以期隨著運行故障數據的累計，得到底事件的故障率，從而在定量上對客室車門故障進行深入分析，這將是該文作者后期致力攻克的研究難點。