廣州地鐵二號線A5型車正線車門自動防夾故障調查分析

范 彪，江炳流

（廣州地鐵集團公司運營事業總部，廣州 510310）

0 引言

城市軌道交通車輛具有運載客流量大、時間間隔短、乘客上下車頻繁[1]等特點，而車門系統是地鐵車輛非常重要的一個系統，是直接與乘客界面相連的部件，也是關乎乘客生命安全設備。隨著國內城市軌道交通的迅猛發展，正線客流量越來越大的趨勢。正線電客車的準點率、可靠性的要求也越來越高，車門系統的質量與運營服務的質量密切相關。為研究正線電客車車門在無障礙物時出現車門自動防夾故障的根本原因，通過在列車上不斷進行試驗、機械結構模擬、軟件優化并總結經驗，結合現場列車運營的隧道環境、客室通風方式等特點進行對比分析。查找引起車門自動防夾故障的根本原因并提出合理的解決措施，從根本上解決了正線車門自動啟動防夾故障。本文對地鐵車門自動防夾故障進行研究分析，希望對國內外同類型故障提供學習參考依據。

1 故障情況

2020 年4月13日地鐵二號線A5型車塞拉門[2]在洛溪站下行出現8A109 車1 號車門無法關閉，行調組織司機到場處理，并將故障報調度，09:48 司機到場切除該車門后動車。

2020 年4 月14 日地鐵二號線A5 型車在石壁下行出現8A121 車1 號車門無法關閉，行調組織司機到場處理，09:57 司機處理完畢后動車。

相同故障在相同區間段下行位置出現，且均表現為A5型車。該類故障共同點為車門無障礙物時自動啟動防夾信息。

2 原因調查

2.1 數據分析

2.1.1 車門門控器數據

圖1 所示為4 月13 日8A109 車1 號門門控數據[3]。讀取車門數據發現4月13日，09:43:58起8A109車1號門連續報出：關門過程障礙檢測觸發到設定次數，以及司機操作解鎖車門信息。圖2 所示為8A121 車1 號門門控數據。讀取故障車門數據4 月14 日，09:52:51 起8A121 車1號門連續報出：關門過程障礙檢測觸發到設定次數信息[4]。8A109110 車和8A121122 車兩列車故障時，門控器數據均顯示關門過程障礙檢測觸發到設定次數信息，即列車車門啟動防夾信息而無其他故障信息。

圖1 8A109車1號門門控數據

圖2 8A121車1號門門控數據

2.1.2 車輛屏數據

4 月13 日09:43:51 起，8A109110 車車輛屏并無車門故障信息，9:46:21為司機手動解鎖信息，如圖3所示。4月14日09:52:51起，8A121122車車輛屏并無車門故障記錄，如圖4所示。8A109110車和8A121122車兩列車車門故障時，車輛屏有左門安全回路斷開信息并無車門故障信息顯示。說明列車左門安全回路在輸出關門指令后仍有車門未關閉現象，即車門啟動防夾打開。

圖3 8A109110 車車輛屏故障記錄

圖4 8A121122 車車輛屏故障記錄圖片

2.1.3 車門參數及部件檢查情況

回庫后測量8A109 車1 號門、8A121 車1 號門車門參數均在正常范圍內，如表1所示。

表1 8A109、8A121車1號門參數測量

8A109 車1 號門、8A121 車1 號門車門部件檢查：檢查絲桿無毛刺[4]；滾動銷正常無異常磨損；下滑道正常緊固件無松動；有電試驗螺母副翻轉正常；檢查車門運動同步性正常；檢查車門電機轉動正常；測量電流、電機三相阻值均在范圍內，有電功能試驗8A109 車、8A121車1號門開關門功能正常[5]。

綜上檢查情況，8A109110、8A121122車車門故障非車門門頁機構、參數及電路問題引起。

2.1.4 庫內模擬試驗

庫內對8A109110、8A121122 車車門進行關門力試驗，在列車開空調和不開空調情況下進行關門夾緊力測試對比情況如表2～3所示。通過上述試驗發現列車在開空調后車門關門力存在明顯下降趨勢，說明客室風壓能影響列車關門力大小[6]。

表2 8A109110車庫內開空調與不開空調關門力測試對比

因近期受國內疫情影響，為提升列車送往客室內的新風量。根據公司疫情防控預案，對所有列車新風門進行全開模式改造，即增大客室新風門量輸入，提供客室風量循環。現對不同車型A4A5 型車新風門全開、自動和關閉狀態下進行對比，另外選取1 列A4 型車和1 列A5型車，對比平均值如表4～5所示。從統計對比可知：庫內其他列車新風門全開模式下相比較自動開或不開空調模式時，風壓對車門關門力影響較大。即新風門全開時客室風壓易造成列車關門力下降[7]。

表4 A4型車關門力對比

表3 8A121122車庫內開空調與不開空調關門力測試對比

表5 A5型車關門力對比

2.1.5 隧道情況

（1）正線隧道風速數據采集

為收集正線隧道風速數據，利用風速儀測量二號線各站臺列車頭端1/2 號門關門時風速，從收集所得數據表明洛溪站到廣州南站區間風速均比其他站點偏高，風速數據如表6所示。

表6 二號線各站臺1/2號風速數據表

根據伯努利方程得出的風－壓關系，風壓計算為：

式中：wp為風壓，kN/m2；ρ為空氣密度，kg/m3；v為風速，m/s。

由于空氣密度（ρ）和重度（r）的關系為r = ρ·g，因此有ρ = r/g。在式（1）中使用這一關系，得到：

式（2） 為標準風壓公式。在標準狀態下（氣壓為1 013 hPa，溫度為15 ℃），空氣重度r=0.012 25 kN/m3。重力加速度g=9.8 m/s2，可得：

根據風壓與速度之間的關系可知風速越大，受到的風壓也越大，即受到的風的阻力增大。

（2）洛溪站至廣州南站風機開啟情況調查

當高速運行的列車進入封閉的隧道，隧道內的空氣原為靜止，因列車的沖擊產生高壓波，該高壓波以聲音的速度傳播(遠大于列車行駛速度)。因此當列車進入隧道產生之高壓波迅速往下游傳遞，壓力波傳達的隧道空氣立即被加速，當壓力波抵達下游隧道口時產生反射波，反射波往隧道上游傳遞，當其傳遞之隧道空氣將再一次被加速。

同樣的列車車尾進入隧道，會產生一股負壓波，該股負壓波，也同樣會作用在隧道內之空氣流速。另外受到隧道構造之影響，亦可能因波動之穿透或反射而改變波動。因列車在隧道內行駛而產生各種波動在隧道內逐漸加速隧道內之空氣，使隧道內之空氣隨著列車而行進，便稱之為隧道內之活塞效應。根據活塞效應，隧道中的空氣被列車帶動而順著列車前進的方向流動，這一現象稱為列車的活塞作用，由此所形成的氣流將增大隧道內風壓。

經咨詢行車設備部門，目前二號線隧道軌排風機未開啟洛溪至石壁段開啟。在4 月13、14 日，109110 車、121122 車車門故障時站臺風機均未開啟。即隧道內的風壓得不到有效釋放至大氣壓。

（3）二號線各站距離分析

二號線正線共24個車站（廣州南站-嘉禾望崗），全長30.92 km，查看線網設計圖發現二號線各站點之間距離發現洛溪至廣州南站站點間距離為二號線線路最長區間，其余站點站距較短。

自2019 年10 月26 日起二號線執行Z02159 時刻表正線開始運行46列車，二號線上線列車逐步增加，線路中列車行車間隔如此緊密，在長區間段的站臺隧道風壓也將隨之增大。

綜合上述車門啟動自動防夾故障調查，列車1/2號門在關門時因受到隧道風與客室空調風壓差造成極大阻力，導致車門多次無法關閉從而啟動自動防夾故障。

3 解決措施

解決措施如下。（1）將客室空調模式改為自動通風模式，以降低客室壓力。（2）故障時刻正線隧道排風機關閉，隧道內氣壓無法得到釋放，即可通過在此長區段開啟站臺排風，以降低隧道風壓影響。（3）對二號線A5 型車1/2 號門關門力大小進行適當調整，在符合關門力有效值閾值范圍內（不大于300 N）情況下，適當增加列車端墻處單個車門關門力，由原來的150 N、200 N、250 N 調整為180 N、230 N、270 N[8]，通過提升關門力參數來降低空調新風全開模式帶來的影響，以減少列車自動啟動防夾故障發生概率。通過采取以上措施，廣州地鐵二號線正線未再出現車門自動防夾故障，該故障得到有效解決。

4 結束語

綜合以上調查分析，本次故障的原因：列車空調新風門調整為全開狀態，改變了列車客室風壓大小；洛溪站至石壁站區間隧道軌排風機未開啟，未使隧道風壓與外界大氣壓相同，造成列車在開門時隧道氣流影響車門開關。

經過現場測量和數據對比列車到站開門時頭端位置車門受到氣流影響，導致列車車門關門力下降，從而觸發列車車門自動啟動防夾。通過現場不斷地測試和軟件修訂，并選取試驗列車將車門關門力提升，從根本上解決了正線車門自動防夾故障，避免了正線晚點清客事件的發生，提升了列車運營質量。