全自動運行地鐵線路的列車車門防擠壓功能誤觸發故障及應對策略

毛開楠 王玉鑫 張 迪 秦 超 王 棟

(中車青島四方機車車輛股份有限公司，266109，青島∥第一作者，高級工程師)

全自動運行地鐵線路的列車車門防擠壓功能誤觸發故障頻發。由于沒有司機和機械師隨車維護，故此類故障很難及時發現并維修[1]，嚴重影響了地鐵運行效率。

1 車門防擠壓功能的誤觸發

1.1 車門的防擠壓功能

為避免乘客被車門夾傷，地鐵列車車門均具有防擠壓功能。在關門的過程中，如遇到不小于30 mm×60 mm的障礙物，則防擠壓功能被激活：車門將先被施加持續0.5 s的最大關門力，之后，未關閉的車門重新打開300 mm，再重新關閉；如障礙物仍存在，則上述關門程序再循環1次。如此3次關門后，如障礙物仍存在，則車門將完全打開。

1.2 車門防擠壓功能的誤觸發故障

當全自動運行地鐵線路的列車發出關門指令后，靠近司機室的2個車門在即將關閉到位時，自動觸發防擠壓功能，使車門重新打開一定寬度。部分車門可在再次關閉時正常關閉，但部分車門在第3次關閉時仍無法關門，致使車門完全打開，列車無法起動。經檢查，車門狀態良好且沒有異物卡滯。

2 故障原因分析

2.1 車門防擠壓功能的觸發原理

列車門控器具有自動障礙檢測功能，其將車門運動行程劃分為多個距離段，并通過位置傳感器對車門位置進行監控。如果車門未在特定時間內通過這些距離段，則車門防擠壓功能將被激活。

2.2 故障時的車門運動曲線分析

以某狀態良好、無異物卡滯，且已誤觸發防擠壓功能的車門為對象，分析其故障原因。該車門防擠壓功能的觸發條件是：車門無法在125 ms內通過8 mm。

故障時的車門位移曲線見圖1。由圖1可知：t1=2 310 ms時，門體實際位移s1=89.2 mm；t2=2 440 ms時，s2=82.1 mm。由此可知，在t1—t2時間段的130 ms內，車門位移僅為7.1 mm。經計算，此時車門未能實現在125 ms內通過8 mm，觸發車門防擠壓功能。

圖1 車門位移曲線圖

可見，關門速度慢是導致觸發車門防擠壓功能的主要原因。而關門速度慢是由于關門阻力大造成的。

2.3 故障車門的關門阻力

普通地鐵列車司機室設有側門。當列車準備離站時，司機先關閉客室側門，再關閉司機室側門。因列車車內壓力較大，故車內氣流先從客室流向司機室，再從司機室門流出車外，減少了車輛內外壓力差，不影響車門的正常關閉。

全自動運行地鐵線路的列車無司機室側門。當列車準備離站、關閉客室側門時，車廂內外氣流無法流通，形成車輛內外壓力差。當車內壓力大于車外壓力時，車門在關閉過程中會受到從內向外的推力，阻礙其關閉，從而自動觸發車門防擠壓功能。由此可見，車輛內外壓力差的大小，是影響全自動運行地鐵線路的列車正常關門的主要因素。

2.4 車輛內外壓力差

2.4.1 車輛內外壓力差測試

以某防擠壓功能誤觸發故障頻發的全自動運行地鐵線路的列車為測試列車，在其車門內、外表面分別設置壓力傳感器，對列車離站關門過程中的車輛內外壓力差進行測量。

在頭節車輛靠近站臺側的4套客室側門內、外表面各設置1個壓力傳感器。4套客室側門的門號分別為1門、3門、5門及7門。按空調開啟和空調關閉兩種測試工況，測得列車停靠典型站點關門時的車輛內外壓力差最大值如表1所示。

GB/T 30489—2014《城市軌道車輛客室側門》第6.6.2.2條規定：在靜止車輛上，當車內外壓力差不大于50 Pa時，門應能正常開關。由表1可知，車門關閉時的內外壓力差遠超標準規定的50 Pa。

表1 車輛內外壓力差最大值

以鮑山站的列車3門為例，關門過程的車輛內外壓力差變化曲線見圖2。

由圖2可知：從開始關門起(t=0時)，隨著兩扇門板的距離越來越小，氣流從車內流向車外的通道越來越窄，車門處車輛內外壓力差越來越大，車門所受阻力也越來越大；在車門完全關閉的瞬間(t=3 s時)，車輛內外壓力差達到峰值；車門關閉后，車輛內外壓力差逐步減小，約0.3 s后趨于穩定，保持在50～70 Pa。

圖2 鮑山站列車3門的關門壓力差曲線圖

2.4.2 車輛內外壓力差分析

列車運行時，前車不斷將隧道內的空氣帶出，后車將空氣往前推；列車停站后，頭節車輛附近的隧道內負壓較大。這是車輛內外壓力差大的主要原因。

進一步分析外因可知：

1)隧道阻塞比越大，車輛內外壓力差越大。

2)隧道越長，車輛內外壓力差越大。

3)隧道風機的布置數量充分，且全部開啟通風功能，有利于降低隧道負壓，進而降低車輛內外壓力差。經調查發現，在車門防擠壓誤報故障頻發的站點，隧道風機的通風口均未開啟。

4)車輛編組數越多，車輛內外壓力差越大。

5)列車運行速度越高，車輛內外壓力差越大。

6)在線運行的列車數量越多，車輛內外壓力差越大。

分析車輛內因可知：

1)空調的影響。由表1可知：空調是否開啟，對車輛內外壓力差影響較大。空調關閉后，車輛內外壓力差可降低40～80 Pa。

2)廢氣排氣的影響。廢氣排氣裝置作為車輛內外空氣交流的通風口，在平衡車輛內外壓力差方面發揮重要作用。測試列車的廢氣排氣裝置均設在車輛二位端。從表1可知，相較而言，在離廢氣排氣裝置較遠的1門及3門處車輛內外壓力差更大。

2.5 車門關門力

GB/T 30489—2014《城市軌道車輛客室側門》僅要求第1次關門力Fe≤150 N，而對Fe無下限要求。各車門關門力由車門控制軟件設定為相同值，但因每扇門的機械阻力不同，故實測的Fe也大小不一，一般為110～140 N。防擠壓力雖符合標準，但部分車門的Fe過小，易自動觸發防擠壓功能，導致關門故障。

3 應對策略

針對上述車輛內外壓力差過大的原因，本文提出一系列應對措施。

3.1 合理的阻塞比

地鐵建設方應在項目策劃階段合理設置隧道阻塞比。為降低車輛內外壓力差，避免氣壓波動影響乘客舒適感及車門的正常啟閉，地鐵隧道阻塞比一般應為0.30～0.45。

3.2 確保隧道正常通風

應定期檢查隧道各通風裝置狀態，確保通風裝置正常運行。降低隧道負壓，有利于降低車輛內外壓力差。

3.3 優化列車空調系統的控制邏輯

應優化全自動運行地鐵線路的列車空調系統控制邏輯。當列車到站停車后，車輛空調應降低運行頻率，減少新風量，減少車內正壓。

3.4 優化廢氣排氣裝置的布置

對于全自動運行線路的地鐵列車頭節車輛，應合理設計廢氣排氣裝置與各車門的位置關系。建議將廢氣排氣裝置布置在車輛的兩端或中間，以增大關門時空氣流動，進而降低關門時的車輛內外壓力差。

3.5 優化車門控制邏輯

在全自動運行地鐵線路的車輛設計時，應從以下兩個方面優化車門控制邏輯：

1)在滿足標準的前提下，在車門軟件設置中應盡量增大Fe，并增設下限。建議Fe為130～150 N。

2)根據廢氣排氣裝置的位置，調整車門的關門延遲時間。頭節車輛遠離廢氣排氣裝置處的車門先關，靠近廢氣排氣裝置處的車門后關。

3.6 減小關門阻力

在確保車門密封性的前提下，優化調整車門的V型尺寸、對中度及外擺量等關鍵參數，以及密封結構，應確保開關門順暢，使開關門阻力最小。

4 結語

隨著城市軌道交通的發展，全自動運行地鐵線路越來越多，列車運行速度也越來越快。列車運行速度提升后將進一步增大車輛內外壓力差，車門自動觸發防擠壓的問題會越來越嚴重。本文從車門防擠壓原理、車門自身調整狀態、車輛內外壓力差等多方面對車門防擠壓功能誤觸發問題進行了深入分析，并從隧道阻塞比、隧道通風裝置，以及車輛的車門、空調、廢氣排氣裝置的優化等方面提出了針對性的應對策略，為其他類似項目提供參考。