城市軌道車輛客室門隔離鎖研究

文/單玉兵，南京康尼機電股份有限公司

城市軌道交通由于高密度運轉，列車行車時間間隔短，行車速度高，列車編組輛數多而具有較大的運輸能力。城軌列車由于運行在專用軌道上，沒有平交道口，不受其他交通工具干擾，并且有先進的通訊信號設備，極少發生交通事故。因此軌道交通普遍具有運量大、速度快、班次密、安全舒適、準點率高、全天候、運費低和節能環保等優點被世界范圍內廣泛使用。在城軌交通眾多特點中，安全可靠是乘客的基本需求和首要標準，也是軌道交通運營的重要主題。

據有關數據顯示,軌道交通的事故中約有25%以上是由車門故障所引起的,所以軌道列車的車門系統對于列車的運行和乘客的安全可靠來說十分重要。當門系統出現故障后，司機或者乘務員應根據故障級別對列車做響應處理。而隔離作為車門常用的故障處理手段，既避免了列車清客下線保障了運營的連續性，又旁路了列車門系統故障，確保安全運營。

城軌車門隔離鎖裝置分析

根據隔離鎖的功能、安裝位置、結構及設計要點分別對不同類型的隔離鎖進行介紹：

隔離鎖功能：隔離鎖應具備兩大功能：隔離和機械鎖閉。所謂隔離是指當列車門系統出現故障后（比如關/鎖到位開關失效），列車安全互鎖回路無法閉合則無法繼續牽引；此刻操作隔離將激活隔離開關，對已有故障的關/鎖到位開關進行旁路，列車安全互鎖回路閉合，列車可繼續牽引至下一站或者回庫進行檢修。

機械鎖是指當門系統鎖閉系統出現故障后（無法鎖閉），隔離鎖除了上述隔離功能外，應同時具備機械鎖閉功能。此機械鎖閉的強度需滿足EN14752標準要求——門系統可抗開門方向力1200N下不產生鎖閉失效或者零件部件功能失效。

隔離鎖安裝位置：根據不同用戶的需求，隔離鎖位置各有不同，但操作隔離鎖對象應為車輛授權人員，如乘務員或者司機。一般情況下，隔離操作應為車內隔離，亦有特殊需求從軌面外部隔離。在該需求下，隔離鎖高度位置需要兼顧車內隔離與車外軌面解除隔離，因此一般設置在右側門板下部約1/3高處。下圖表對常見的隔離鎖位置和特點進行分析：

圖1 隔離鎖位置及特點

隔離鎖結構：因安裝位置不一樣，導致隔離鎖結構差異較大，下面分別介紹上述四種位置的隔離鎖大體結構：

·安裝于側立罩：該位置隔離鎖一般用于內藏&外掛移門、密閉門，其基本原理為操作隔離鎖鎖芯后，隔離鎖閂旋轉一定角度后插入門板預留的鎖槽內，可阻止門扇向開門方向移動，同時觸發隔離鎖開關并提供信號給門控器，從而實現機械和電隔離功能。此種結構隔離鎖無法實現外部操作，一旦操作隔離，當緊急逃生時必須由乘務員從內部解鎖后才能實現開門逃生，同時因該裝置獨立于門系統，操作裝置不受門系統狀態限制，存在開門隔離的風險，設計時應考慮并避免，無法避免時應告知客戶此風險。

·安裝于車輛內側頂罩：該位置隔離鎖一般用于塞拉門、外掛移門，其基本原理為操作隔離鎖鎖芯后，帶動隔離鎖鎖鉤旋轉，從而勾住門板連接板的銷軸，實現阻止門扇往開門方向移動。同時隔離鎖芯上有一凸輪觸發隔離鎖開關，提供給門控器隔離信號。此種結構隔離鎖能夠實現同時鎖閉左右門扇，但因安裝在內部頂側罩板，無法從外部操作，同樣存在緊急逃生時必須由乘務員從內部解鎖后才能實現開門逃生的問題，另因頂部空間限制，該位置并不便于日常檢查及維護，維護成本相對較高。

·安裝于右側門板左上部位：該位置隔離鎖一般用于內藏&外掛移門，其基本原理為操作隔離鎖鎖芯后，隔離鎖閂從門板上部伸出，進入上部導軌卡槽內，從而實現阻止門扇往開門方向移動。同時鎖閂推動一個開關觸發板，引起開關信號跳變，提供給門控器隔離信號。此種結構隔離鎖能實現外部操作，但是因為隔離鎖芯處于門扇頂部，外部操作時需要云梯等輔助工具，可操作性并不強，且該裝置在門扇頂部開口，破壞門板密封性，有導致門扇內部進水的風險。

·安裝于右側門板右下部位：該位置隔離鎖一般用于內藏&外掛移門，其基本原理為操作隔離鎖鎖芯后，隔離鎖閂從門板側邊伸出，與車體產生限位關系，從而實現阻止門扇往開門方向移動。同時鎖閂轉動后直接觸發開關，引起開關信號跳變，提供給門控器隔離信號。此種結構隔離鎖同樣可以實現內外部同步操作，隔離鎖芯處于門扇下部，解決了外部操作受高度限制問題，同時也解決了門扇頂部開口密封問題，但因靠近車體側立柱，在方案設計時需要注意鎖芯相對車體側立柱的距離，確保有足夠的鑰匙操作空間。

隔離鎖設計要點：

·易接近：操作接口應易接近且便于乘務員操作，隔離狀態應能夠清晰明示；

·密封性：隔離鎖安裝后，不能影響車體或者門扇的密封性；

·安全性：設計時應盡量避免開門可隔離，具有操作防錯性，且強度滿足標準要求；

·簡易性：在保證功能的同時，設計結構應盡量的簡單，空間占用比例盡量少，便于日常維護。

綜上，從上述介紹的四種方案中，將隔離鎖安裝在門板右下部位能夠滿足上述所有設計要點，在方案設計時應作為首選方案。

安全分析與驗證

當門系統出現故障后，隔離鎖作為第二套鎖閉裝置，機械強度及穩定性均要可靠，一旦隔離功能失效，嚴重時可能導致列車開門運營的風險，這將直接影響乘客的生命安全。因此隔離鎖的可靠性和安全性十分重要。風險評估準則采用更顯矩陣進行安全性評估。嚴重度分級如下：

嚴重性等級 對人或者環境的影響 對運營的影響I 災難的 多人死亡和/或多重嚴重傷害和/或對環境嚴重破壞I I 嚴重的 單一的災禍和/或嚴重傷害和/或對環境重大的損害失去主要系統I I I 輕度的 較小的傷害和/或對環境有重大的威脅嚴重系統損壞I V 輕微的 可能有較小的傷害 輕微的系統損壞

頻度分級如下：

等級 頻率 頻率A 經常發生的 >1 0次（壽命周期內） > 1.0 0 E-5/小時B 可能發生的 <1 0次（壽命周期內） < 1.0 0 E-5/小時C 偶然發生的 <1次（壽命周期內） < 1.0 0 E-6/小時D 很少發生的 <0.1次（壽命周期內） < 1.0 0 E-7/小時E 不可能發生的<0.0 1次（壽命周期內） < 1.0 0 E-8/小時F 難以置信發生的<0.0 0 1次（壽命周期內） < 1.0 0 E-9/小時

嚴重度分類矩陣：

注：R1：可忽略的；R2：可容忍的；R3：不希望有的；R4：無法接受的

僅當綜合安全等級評定為R1時，當前設計才被認為是安全可靠的。當前軌道門系統隔離鎖常見危害識別如下：

潛在危害 潛在原因 減輕措施列車運營時，被隔離的門電氣意外驅動或者打開門控器驅動開門1. 門系統隔離后，不響應任何開門指令；2. 機械裝置可靠，當電機開門時，可以承受電機開門力；列車運營時沒被隔離的門意外打開乘客操作了E E D 1.乘客操作E E D，車門不解鎖；2.隔離裝置因能承受E E D的解鎖力；列車停止在站臺時，開著門發出門未關到位時意外隔離1-當門控器診斷出故障時，判斷門位置，若未處于關鎖到位位置，則驅動關門2-隔離開關與額外的鎖到位開關串聯，旁路安全回路緊急情況時，車門無法從內部操作緊急解鎖裝置打開發生緊急情況時，乘客無法解隔離發生緊急情況時，通過其他車門逃生；緊急情況時，車門無法從外部操作解鎖裝置打開發生緊急情況時，車外救援人員無法解隔離發生緊急情況時，通過其他車門逃生；

通過對上述常見危害識別進行判定，開門發車嚴重度評估為I級（災難的）。利用故障樹分析法分析“列車在車門沒有關到位的情況下發車”的風險。評定該風險事件的失效率為5.64075E-14/h。因“列車在車門沒有關到位的情況下發車”的風險頻度為F，故根據下表得出，期綜合風險等級為R1，可忽略的（無需任何同意即可接受）。基本事件：隔離鎖的機械強度不足會導致隔離裝置損壞、機械隔離功能失效，致使本該被隔離的門系統可能會在列車運營的過程中被打開，因此隔離鎖的機械強度驗證應作為關鍵驗證項點納入設計驗證環節。

ID 描述 失效率Q事件 1 鎖到位開關組件故障（無法釋放） 2.3636E-7事件 2 關到位開關組件故障（無法釋放） 2.3636E-7事件 3 關門保護失效 2.57465E-10事件 4 隔離開關組件故障（以外觸發） 2.57465E-10中間事件 1車門未關到位且安全回路錯誤閉合 5.5866E-14中間事件 2隔離開關以外觸發且主動關門失效 5.41559E-16

根據EN 14752的標準要求，隔離鎖舌需要承受開門方向1200N的力門不被打開。隔離鎖的強度受材質及自身結構的影響，本文對截面6mm×9mm材質為ZG12Cr18Ni9的鎖舌進行實物驗證。

門板前沿承受1200N時，鎖舌變形0.05mm，持續加力至3000N時變形量增加至1.46mm，此時門系統隔離功能正常，但門系統不能退出隔離，故該材質截面的極限加載強度為2000N，當加載力超出2000N時門系統隔離功能正常，不存在安全隱患，整體滿足EN14752的設計要求，數據見下表，鎖舌的殘余變形曲線圖見圖2。

施加力 隔離鎖舌變形量（mm） 隔離功能 退出隔離1200N 0.05 正常 正常2000N 0.7 正常 正常2400N 1 正常 無法退出3000N 1.46 正常 無法退出

圖2 外載荷和殘余變形關系

隔離鎖對門系統的安全及列車的可靠運行有著深遠的影響，車輛及乘客的安全是設計中的重中之重，不同位置的隔離鎖功能及安全性能上存在一定的差異性，雖然隔離鎖的操作位置由主機廠根據業主的需求提前完成確認，但設計師在方案設計時應充分考慮并分析可能存在的安全隱患，并告知客戶存在的潛在風險，以提高門系統及整車的安全及可靠性。