地鐵車門系統(tǒng)的故障與診斷

廖新訓(xùn)

深圳地鐵集團(tuán)有限公司

摘要：地鐵車輛車門作為乘客進(jìn)出車輛的通道，是地鐵車輛部件中運(yùn)作最為頻繁部件之一。地鐵車輛車門的可靠性關(guān)系到乘客的人身安全，因此，對(duì)于地鐵車門系統(tǒng)故障的研究分析具有重要意義。本文主要運(yùn)用FTA方法對(duì)車門無法自動(dòng)開啟的故障診斷，通過定性和定量分析得出導(dǎo)致此車門故障的薄弱環(huán)節(jié)，從而為車門系統(tǒng)故障診斷提供輔助決策。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；車門；故障診斷

一、地鐵車門結(jié)構(gòu)與原理

地鐵車門系統(tǒng)由機(jī)械和電氣兩部分構(gòu)成，電氣部分由電源和控制系統(tǒng)組成。電氣控制裝置主要有行程開頭與車門控制按鈕等，電機(jī)絲桿螺母和帶輪組成驅(qū)動(dòng)鎖閉裝置。

在列車正常運(yùn)行無零速信號(hào)過程中，EDCU中的安全繼電器不會(huì)得電，保證鎖閉裝置不會(huì)解鎖，當(dāng)列車進(jìn)站停車但在沒有開門信號(hào)的情況下，安全繼電器仍不得電，鎖閉裝置同樣不解鎖，車門不會(huì)打開而當(dāng)列車停穩(wěn)且產(chǎn)生開門信號(hào)后，安全繼電器輸出信號(hào)使車門鎖閉裝置解鎖，車門在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下打開地鐵車門的控制原理和工作原理框圖分別如下圖1和2所示。

圖1 地鐵車門控制原理圖

圖2 地鐵車門工作原理圖

EDCU在接收到開門信號(hào)和零速信號(hào)后，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作，電機(jī)通過帶輪帶動(dòng)絲桿螺母副，引起攜門架長(zhǎng)導(dǎo)柱掛架下滾輪導(dǎo)向部件的動(dòng)作，并最終使得門葉在導(dǎo)向系統(tǒng)的引導(dǎo)下向外做擺出運(yùn)動(dòng) 在達(dá)到完全擺出狀態(tài)后，導(dǎo)向系統(tǒng)控制門葉的直線平移，使門葉平行于車輛側(cè)面運(yùn)動(dòng)。在達(dá)到完全擺出狀態(tài)后，導(dǎo)向系統(tǒng)控制門葉的直線平移，使門葉平行于車輛側(cè)面運(yùn)動(dòng)。在平移過程中，攜門架使門葉沿著長(zhǎng)導(dǎo)柱自由滑動(dòng)，直到門葉達(dá)到完全打開狀態(tài)。

二、FTA方法理論分析

FTA方法是一種將系統(tǒng)故障形成的原因由總體至部分按樹枝狀逐級(jí)細(xì)化的圖形演繹方法，它把系統(tǒng)最不希望發(fā)生的故障作為頂事件，通過對(duì)導(dǎo)致頂事件的各種因素進(jìn)行分析，畫出故障樹，再根據(jù)故障征兆找出引起頂事件的底層因素，通過層層分析，確定故障原因，判斷故障發(fā)生的概率，找出導(dǎo)致系統(tǒng)故障的薄弱環(huán)節(jié)。

（一）FTA定性分析

FTA定性分析的目的主要是研究故障樹中所有導(dǎo)致頂事件的最小割集 最小割集是導(dǎo)致故障樹頂事件發(fā)生的數(shù)目不可再少的底事件的集合 它可以幫助發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)，從而改進(jìn)設(shè)計(jì)并可用于指導(dǎo)故障診斷。

最小割集常用的計(jì)算方法為下行法 它是根據(jù)故障樹的實(shí)際結(jié)構(gòu)，從頂事件開始，逐漸向下查尋，找出最小割集 其思路是：只就上下相鄰兩級(jí)來看，與門增加割集的階數(shù)（割集所含底事件數(shù)目），不增加割集個(gè)數(shù)；或門只增加割集個(gè)數(shù)，不增加割集階數(shù) 在從頂事件下行的過程中，依次將邏輯門的輸出事件置換成輸入事件，遇到與門就將其輸入事件排在同一行，遇到或門就將其輸入事件各自排成一行，這樣直到全部換成底事件為止，即可求得全部割集 再應(yīng)用集合運(yùn)算規(guī)則將全部割集加以簡(jiǎn)化吸收，便可以得到全部最小割集。

（二）FTA定量分析

FTA定量分析的主要任務(wù)是對(duì)底事件進(jìn)行重要度分析，協(xié)助定性分析共同找出系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)在定量分析中為確定各個(gè)最小割集或底事件概率變化對(duì)頂事件概率變化的影響程度，常用概率重要度來衡量最小割集或底事件的重要性，可由下式計(jì)算：

式中，Ixi為第i個(gè)底事件的概率重要度，g（P）為系統(tǒng)不可靠度，P（x）為第i個(gè)底事件發(fā)生的概率。

三、實(shí)例分析

為了保證乘客的出行安全和地鐵公司形象，在對(duì)車門系統(tǒng)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，須保證地鐵列車到站時(shí)車門能夠自動(dòng)打開，現(xiàn)選取地鐵車門無法自動(dòng)開門故障為頂事件利用FTA進(jìn)行故障診斷分析，所構(gòu)建的故障樹如下圖3～圖6所示。

圖3 地鐵車門自動(dòng)開門故障樹

圖4 地鐵車門自動(dòng)開門故障樹

圖6 地鐵車門自動(dòng)開門故障樹

由故障樹可以得知以地鐵車門無法自動(dòng)開門故障為頂事件建立的故障樹模型有30個(gè)底事件，并利用下行法得知30個(gè)底事件皆為一階最小割集 故障樹中各個(gè)字母代表的底事件含義及故障概率如下表1所示 利用概率重要度對(duì)故障樹的30個(gè)最小割集進(jìn)行定量分析得到最小割集的重要度排序如下表2所示。

表1 故障樹底事件及概率

編號(hào) 底事件 概率 編號(hào) 底事件 概率

B1 EDCU故障 4.15 B16 零速繼電器壞 0.04

B2 緊急解鎖行程開關(guān)故障 0.64 B17 電源切除開關(guān)誤動(dòng)作 0.04

B3 絲桿故障 0.83 B18 鎖閉行程開關(guān)故障 0.68

B4 螺母組件故障 1.88 B19 關(guān)閉行程開關(guān)故障 0.29

B5 切除開關(guān)故障 0.18 B20 端部解鎖裝置故障 0.34

B6 電機(jī)自身故障 0.15 B21 中間解鎖組件故障 0.71

B7 EDCU插頭松動(dòng) 0.47 B22 平行度調(diào)節(jié)螺釘松動(dòng) 0.15

B8 EDCU程序版本低 0.26 B23 對(duì)中螺栓松動(dòng) 0.15

B9 ATC信號(hào)設(shè)備故障 0.04 B24 定位銷與嵌塊干涉 0.12

B10 開門按鈕接觸不良 0.04 B25 定位槽有雜物 0.12

B11 開門繼電器故障 0.08 B26 帶輪故障 0.04

B12 使能繼電器故障 0.04 B27 攜門架松動(dòng) 0.16

B13 關(guān)門按鈕接觸故障 0.04 B28 導(dǎo) 軌 松 動(dòng) 與 變形 0.15

B14 關(guān)門繼電器故障 0.08 B29 壓輪間隙過小 0.38

B15 速度傳感器故障 0.04 B30 導(dǎo)柱位置異常 0.32

表2 底事件概率重要度排序

底事件 排序 底事件 排序 底事件 排序

B1 1 B11 21 B21 5

B2 7 B12 22 B22 15

B3 4 B13 22 B23 15

B4 3 B14 21 B24 19

B5 13 B15 22 B25 19

B6 15 B16 22 B26 22

B7 8 B17 22 B27 14

B8 12 B18 6 B28 15

B9 22 B19 2 B29 9

B10 22 B20 10 B30 11

由此得知，當(dāng)?shù)罔F發(fā)生無法自動(dòng)開門故障時(shí)，應(yīng)按照表2中的排序依次進(jìn)行故障診斷，首先檢查EDCU關(guān)閉行程開關(guān)螺母組件絲桿中間解鎖組件是否發(fā)生故障，并重點(diǎn)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)改進(jìn)和在日常維修中重點(diǎn)關(guān)注；其次應(yīng)對(duì)鎖閉行程開關(guān)緊急解鎖行程開關(guān)EDCU插頭松動(dòng)壓輪間隙和端部解鎖裝置等部件進(jìn)行仔細(xì)檢查，并應(yīng)結(jié)合實(shí)際維修情況給予相應(yīng)的改進(jìn)措施。

四、結(jié)束語

綜上所述，構(gòu)建地鐵車門無法自動(dòng)開門故障樹，并通過定性和定量分析得出了EDCU關(guān)閉行程開關(guān)螺母組件絲桿和中間解鎖組件等5個(gè)部件對(duì)車門自動(dòng)開門功能有較大的影響，進(jìn)行故障診斷時(shí)應(yīng)得到維修部門的重點(diǎn)關(guān)注，才能為以后提供技術(shù)依據(jù)。