地鐵列車車門異常防夾故障分析及改進

聶文斌 呂遠斌 馬進火

（1.中車株洲電力機車有限公司，株洲 412001；2.南寧軌道交通集團有限責任公司，南寧 530029）

某型地鐵列車為6節編組B2型車輛，4動2拖，司機室無側門，每節車每個側面設置4對雙開電動電控塞拉門。根據合同及標準EN14752要求，車門具有障礙物探測功能。當探測到尺寸超過25 mm× 60 mm（寬×高）的障礙物時，將中止本次關門動作，開啟防夾動作，即門頁向兩邊稍微打開以防止夾傷乘客，短暫停止后繼續執行關門動作。

列車交付客戶開展試運行期間，在部分站點停站后關門時，在無障礙物阻擋的情況下，部分列車的行進方向第1、2個車門有時不能直接關閉，自行開啟一次或二次防夾動作后才能關閉。本文深入分析發生上述問題可能的原因，并提出相應的處理方案。

1 車門障礙物探測原理及觸發后的動作

車門關門過程中，主要運用路程/時間監測原理來探測是否遇到障礙物，即把門頁的開度分成若干段路程，根據關門總時間給每段路程分配對應的時間。在對應的時間內，如果門頁沒有走完對應的路程，視為門頁在關門過程中遇到了障礙物[1]。

實際工程運用中，通常按照路程/時間關系換算出關門速度。當關門速度小于預設的速度時，判定為遇到了障礙物或者阻力。此時，車門控制軟件將嘗試持續加大電機電流，直到關門力達到150 N并維持 0.5 s。如果依舊不能克服障礙物或者阻力，仍然無法在對應的時間內走完對應的路程，門頁將自動向兩側彈開200 mm且停留1 s后再次嘗試關閉。如此循環執行，若連續3次都無法關閉，車門將全部 打開。

2 故障原因初步調查

結合現場故障現象，圍繞車門產生異常防夾可能的4個方面原因逐一進行研究分析，主要包括4個方面，分別為：緩行區電機轉速過低；關門力偏小；關門過程中，局部位置機械阻力較大；關門時，內外氣壓差較大。

2.1 緩行區電機轉速核查

查閱設計資料，車門關閉緩行階段分配的路程及時間分別為8 mm、125 ms，由此得出障礙物探測臨界速度為64 mm·s-1（計算方式為8÷125）。電機轉速為788 r·m-1，考慮絲桿傳動比7∶1、絲桿導程64 mm，關門速度約為120 mm·s-1（計算方式為788×64÷（7×60）），大于64 mm·s-1的障礙物臨界判斷速度，即正常情況下不應觸發防夾動作。同時，若電機轉速過低，所有車門均會觸發防夾動作，與現場故障情況不符，故排除電機轉速過低導致異常防夾的可能。

2.2 關門力核查

2.2.1 設計校核

對照EN14752標準，車門遇到障礙物時防夾關門力設計值符合要求，詳見表1。

2.2.2 現場測試

從本線路發生異常防夾的列車中選取一列現場測試車門防夾關門力，測試結果符合原始設計及標準要求，詳見表2。

表2 車門防夾關門力平均有效值實測數據 單位：N

同時，該城市另外一條線路（以下稱對比線路）的列車采用了同一家供應商提供的同款車門，一直正常運營，從未發生異常防夾。為對比檢查，檢查該線路上車門防夾關門力，結果見表3。

表3 對比線路列車的車門防夾關門力平均有效值實測數據 單位：N

對比表2和表3數據，兩條線路車門防擠壓力值基本一致。因此，排除關門力偏小導致異常防夾的可能。

2.3 機械阻力核查

現場發生異常防夾后，第一時間安排人員仔細檢查故障車門相關運動機構，未發現阻力異常的部件。此外，若關門過程中遇到了機械阻力，不應僅發生于列車行進方向上的前2個車門，由此排除機械阻力較大導致異常防夾的可能。

2.4 內外氣壓差核查

2.4.1 標準要求

《城市軌道車輛客室側門》（GB/T 30489—2014）中規定：當車內外空氣壓差不大于50 Pa時，車門應能正常開關。因此，國內雙開塞拉門關于車內外氣壓差均要求不大于50 Pa。

2.4.2 現場實測

列車正線運行時，使用數字式差壓表進行客室內外氣壓差測量。測量時，將儀器放置在門把手下方，如圖1所示。

測試結果如表4所示，本線路第一次關門時的客室內外氣壓差高于對比線路，且有部分站點數據大于50 Pa，可能導致車門觸發異常防夾[2]。

表4 客室內外氣壓差實測值 單位：Pa

2.4.3 車門受力計算

再次分析防夾故障現象，發現第一次無法正常關門，均出現在門頁進入上導軌彎道段時。此時，門頁運動方向與列車行進方向呈35°。現進行以下假設，即不考慮摩擦力和阻力，客室內外設為靜態氣壓差且產生的風壓直接作用于門扇。理論上，門頁進入上導軌彎道段時受力簡圖如圖2所示。

可得到平衡方程式為[3]：

第一次關門過程時的有效力Fe≤150 N，單個門扇面積S約為1.63 m2，代入后計算：

理論情況下，當客室內外氣壓差不大于64.4 Pa時，150 N關門力可以滿足車門系統正常開關要求。同理，根據式（1）和式（2）可以得出風壓在80 Pa時，門系統正常開關要求的極限力為186.2 N。

結合表4實測數據，本線路站點客室內外氣壓差超過50 Pa的值多分布在64.4～80.0 Pa，理論上第一次關門力無法克服風壓阻力、第二次關門力可以克服風壓阻力，與現場二次關門的現象相符。至此，可以判定關門時客室內外氣壓差較大是造成車門異常防夾動作的原因。

3 列車內外氣壓差深入調查

3.1 正線隧道內大氣壓強測試

對本線路和對比線路各站點的大氣壓強進行測試，結果如圖3所示。本線路各車站隧道內大氣壓強大多分布在102.0～102.3 kPa，最大102.4 kPa，最小101.6 kPa。對比線路各車站隧道內大氣壓強大多分布在101.8～102.0 kPa，最大102.05 kPa，最小 101.6 kPa。經查閱相關資料，我國部分城市的大氣壓強達103.2 kPa[4]。該城市地鐵列車正常運營，未收到車門異常防夾的反饋。因此，本線路各車站隧道內大氣壓強雖比對比線路略高，但不足以成為導致車門異常防夾的影響因素。

3.2 庫內靜態氣壓差測試

空調新風門共有1檔、2檔及全開3種開度。經庫內進行開關門測試，其開度直接影響客室內外氣壓差。根據表5和表6數據，氣壓差整體偏大，2擋新風時接近50 Pa，全開時有超過50 Pa的情形，存在異常。根據以往經驗，列車靜態氣壓差過大，極大可能是廢排安裝不當出現卡滯，使得廢氣排出不暢[5]。

表5 T04車新風不同開度時的客室內外氣壓差 單位：Pa

3.3 空調新風門開度調查

相比其他線路，本線路列車空調系統設置的除濕程序與新風門開度強關聯。當檢測到客室內濕度大于63%時，空調進入全新風模式，此時新風門開度為全開。結合當地氣象資料，發生防夾故障時其濕度普遍在70%～90%。空調新風門全開進行除濕，無形中加大了客室正壓。

3.3.1 故障原因判斷

列車廢排存在卡滯，導致靜態氣壓差過大。空調除濕程序使新風門全開，增大了客室正壓。上述兩個因素疊加，在門頁上產生超過關門力的阻力，最終導致車門異常防夾。

3.3.2 解決措施

（1）檢查廢排。普查列車廢排，整改開度無法達到預設最大狀態的廢排，以減小廢氣排出阻力，降低靜態壓差。

（2）調節空調新風門開度。更新空調控制軟件，將新風門開度設為1檔、2檔及3檔，取消全開檔位。同時，取消除濕程序與新風門開度關聯，確保客室新風量和正壓值均符合要求。

（3）調整關門順序。在不影響關門一致性的情況下，使靠近列車兩端且容易產生異常防夾的車門先關閉，具體通過門地址信息減小其關門延時時間500 ms來實現。

采取上述優化措施后，如圖4所示。列車客室內外氣壓差明顯下降，正線運行未再出現車門異常防夾現象，有效解決了該故障。

4 結語

針對某型地鐵列車在隧道內運行時少數車門在無障礙物阻擋情況下自行開啟防夾動作的情況，從車門障礙物探測原理出發，開展深入細致的調查及分析，精準定位故障原因，提出有效的改進方案，排除了 故障。