北京地鐵15號(hào)線行程開關(guān)故障和設(shè)計(jì)改進(jìn)

張 帆

(北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司運(yùn)營(yíng)四分公司，北京市，100102)

1 引言

北京地鐵15號(hào)線客室車門是雙扇電動(dòng)齒帶傳動(dòng)內(nèi)藏門結(jié)構(gòu)。列車最高運(yùn)行速度100km/h ，平均技術(shù)速度 ≥65km/h 。每組車通過6節(jié)車輛編組而成，每節(jié)車輛上包含8套客室車門系統(tǒng)，在每節(jié)車廂內(nèi)的每個(gè)車門驅(qū)動(dòng)裝置上均配備一個(gè)獨(dú)立門控器，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一車門的單獨(dú)控制；每組列車，所有門控器通過可靠的硬線及現(xiàn)場(chǎng)總線與該列車的中央控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)整列車門的集中控制和車門狀態(tài)及故障的監(jiān)控和顯示。

車門基本技術(shù)參數(shù)：

1)門控裝置的工作電壓：DC 110V(77V～137.5V)；

2)探測(cè)最小障礙物：30×60mm(寬×高)；

3)開門時(shí)間：3±0.5 S(從車門開始開門動(dòng)作起至車門完全打開)；

4)關(guān)門時(shí)間：3±0.5 S(從車門開始關(guān)門動(dòng)作起至車門完全關(guān)閉)；

5)開、關(guān)門延時(shí)時(shí)間： 0～3.0S 可調(diào)。

車門驅(qū)動(dòng)裝置組成主要包括以下幾部分：

從動(dòng)輪組成、端子排組成、服務(wù)按鈕、關(guān)門到位開關(guān)組成(左1、右1)、鎖到位開關(guān)組成、緊急解鎖組成、門控器、電機(jī)組成、左門吊板組成、右門吊板組成。

車門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成示意圖如圖1所示。

圖1 車門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成示意圖

2 工作原理

門控器在整個(gè)列車門控制系統(tǒng)中，起著承上啟下的關(guān)鍵作用，一方面接收、檢測(cè)來自司機(jī)室控制單元的控制信號(hào)和命令，根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)條件執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作控制，另一方面時(shí)時(shí)檢測(cè)車門狀態(tài)和故障信息并向TMS匯報(bào)；每套客室門都配置一套門控器，門控器是安裝在客室門機(jī)構(gòu)上，響應(yīng)各種指令，控制著車門動(dòng)作，蜂鳴器和指示燈。門控器上設(shè)有8段碼的數(shù)碼管，可以通過數(shù)碼管的顯示，判斷出門控器在響應(yīng)何種指令，及車門處于什么狀態(tài)。

門控器的基本功能：

1).開/關(guān)門功能，包括車門開、關(guān)狀態(tài)顯示；

2).未關(guān)好車門的再開閉功能；

3).開關(guān)車門的二次緩沖功能；

4).障礙物探測(cè)重開門功能，防擠壓力小于150N；

5).車門故障切除功能(門隔離)；

6).車門內(nèi)/外緊急解鎖功能；

7).故障指示和診斷記錄功能，并可通過讀出器讀出；

8).零速保護(hù)(5km/h保護(hù))功能：

9).自診斷防護(hù)功能

2.1 門控器執(zhí)行開門指令

需滿足如下條件，門控器響應(yīng)開門指令。

1)5km信號(hào)(零速信號(hào))有效(110v)；

2)左右側(cè)門選信號(hào)有效(110v)；

3)車門處于關(guān)閉位置，即閉鎖開關(guān)，門板到位開關(guān)全部閉合；

4)開門指令信號(hào)由低電平變高電平并保持200ms以上；

5)緊急解鎖開關(guān)未觸發(fā)；

6)隔離開關(guān)未觸發(fā)。

同時(shí)滿足上述全部條件，車門響應(yīng)開門指令，執(zhí)行開門動(dòng)作。

門控器接收到開門指令，滿足開門條件，門控器控制蜂鳴器鳴響2聲，然后車門動(dòng)作，在執(zhí)行開門指令過程中，開關(guān)門指示燈閃爍，當(dāng)車門處于打開位置時(shí)，開關(guān)門指示燈常亮

2.2 門控器執(zhí)行關(guān)門指令

需滿足如下條件，門控器響應(yīng)關(guān)門指令

1)5km信號(hào)(零速信號(hào))有效(110v)；

2)左右側(cè)門選信號(hào)有效(110v)；

3)車門處于打開位置，即門板到位開關(guān)處于打開位置；

4)關(guān)門指令信號(hào)由低電平變高電平并保持200ms以上；

5)緊急解鎖開關(guān)未觸發(fā)；

6)隔離開關(guān)未觸發(fā)。

同時(shí)滿足上述全部條件，車門響應(yīng)關(guān)門指令，執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作。

門控器接收到關(guān)門指令，滿足關(guān)門條件，門控器控制蜂鳴器鳴響2聲，然后車門動(dòng)作，在執(zhí)行關(guān)門指令過程中，開關(guān)門指示燈閃爍，當(dāng)車門處于關(guān)閉位置時(shí)，開關(guān)門指示燈常滅

3 電氣原理

北京地鐵15號(hào)線每節(jié)車廂每側(cè)設(shè)置4個(gè)車門系統(tǒng)，在車輛的實(shí)際運(yùn)行過程中，為了保證行車的安全性，常見的安全功能要求是車輛車門在運(yùn)行過程中不會(huì)被打開，而為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求，就要保證車輛車門系統(tǒng)的鎖閉狀態(tài)信號(hào)，能夠正常的接入安全回路中。并接入牽引允許電路中，一旦安全回路不通，則車輛失去牽引。

15號(hào)線機(jī)構(gòu)局部示意圖如下：

圖2 15號(hào)線機(jī)構(gòu)局部示意圖

在進(jìn)行地鐵車輛的電路設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)車門安全閉鎖回路的設(shè)計(jì)是十分關(guān)鍵的，其可以很方便的對(duì)所有車門的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，將車門的狀況及時(shí)傳達(dá)給TIMS，確保車輛可以安全的行駛。

a.門鎖閉開關(guān)，此開關(guān)是檢測(cè)鎖鉤是否鎖到位的開關(guān)。這個(gè)開關(guān)設(shè)有常開和常閉一組觸點(diǎn)。這兩組觸點(diǎn)分別提供給門控器和車門鎖閉硬線環(huán)路。

b.門板到位開關(guān)，此開關(guān)是檢測(cè)門板是否到位。分為門板開關(guān)1和門板開關(guān)2，這兩個(gè)開關(guān)常開和常閉一組觸點(diǎn)，這兩組觸點(diǎn)分別提供給門控器和車門鎖閉硬線環(huán)路。

c.緊急解鎖開關(guān)，此開關(guān)是在操作緊急解鎖操作后觸發(fā)的。這個(gè)開關(guān)可以提供兩個(gè)常開和兩個(gè)常閉觸點(diǎn)。緊急解鎖開關(guān)動(dòng)作后一般是給門控器提供一個(gè)信號(hào)，同時(shí)切斷車門鎖閉硬線環(huán)路。

d. 隔離鎖開關(guān)，此開關(guān)是在操作隔離鎖后觸發(fā)的。這個(gè)開關(guān)設(shè)有常開和常閉觸點(diǎn)。分別提供給門控器，隔離指示燈和車門鎖閉環(huán)路。

北京地鐵15號(hào)線的單門安全閉鎖回路是把車門兩個(gè)門板開關(guān)(門到位開關(guān)1、門到位開關(guān)2) 和門鎖到位開關(guān)的常開觸點(diǎn)及緊急解鎖開關(guān)的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)后，和隔離開關(guān)常開觸點(diǎn)并聯(lián)在 一起形成的，同時(shí)，每個(gè)行程開關(guān)的另一對(duì)觸點(diǎn)連接到門控器，給門控器提供各個(gè)行程開關(guān)的狀態(tài)信息，門控器通過列車網(wǎng)絡(luò)，將這些車門的狀態(tài)信息傳輸?shù)剿緳C(jī)室，最終顯示在人機(jī)界面，以提供給司機(jī)和維護(hù)人員查看和確認(rèn)車門狀態(tài)。

4 行程開關(guān)故障說明

在正常開關(guān)門操作下，只要有一個(gè)門沒關(guān)上或者沒鎖住，單門安全閉鎖回路就不會(huì)接通。因此開關(guān)的開，閉狀態(tài)觸發(fā)的好壞直接關(guān)系到列車的運(yùn)行安全。因此，必須保證行程開關(guān)各項(xiàng)功能及其安裝可靠性，這也是列車運(yùn)行安全性和實(shí)際可用性的基本保障。車門系統(tǒng)的行程開關(guān)是其車門系統(tǒng)監(jiān)控環(huán)節(jié)中的重要部件，由于這個(gè)部件的使用頻率高且工作強(qiáng)度大，會(huì)導(dǎo)致相關(guān)故障的頻發(fā)。

目前，北京地鐵15號(hào)線客室門行程開關(guān)使用的是沙爾特寶S826及S847行程開關(guān),該開關(guān)在運(yùn)用過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)外殼裂紋(主要發(fā)生在安裝孔附近)及卡滯故障。

4.1 S847行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)介紹

1.按鈕 2.速動(dòng)彈簧片 3.支架 4.觸橋5.常開觸點(diǎn) 6.常閉觸點(diǎn)圖3 S847行程開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

開關(guān)動(dòng)作原理：按下按鈕1，并觸動(dòng)速動(dòng)彈簧2時(shí)，支架3和觸橋4向上移動(dòng)，常閉觸點(diǎn)6斷開，常開觸點(diǎn)5接通。

4.2 沙爾特堡行程開關(guān)故障類型

1)自發(fā)裂紋故障

行程開關(guān)由于工作環(huán)境惡劣，使用頻繁，行程開關(guān)殼體在溫度交替等環(huán)境下因內(nèi)部應(yīng)力釋放會(huì)產(chǎn)生所謂的微裂紋，即自發(fā)白紋，但這種裂紋扔通過內(nèi)部材料交聯(lián)保持在穩(wěn)定狀態(tài)，因此仍能夠承受負(fù)載，保持開關(guān)應(yīng)有的功能。

2)觸點(diǎn)卡滯引起的不導(dǎo)通故障

因安裝扭矩過大，開關(guān)觸橋發(fā)生卡滯，開關(guān)觸點(diǎn)不能正常開，閉，致使安全閉鎖回路不導(dǎo)通，引發(fā)開關(guān)門故障。

4.3 行程開關(guān)的原安裝結(jié)構(gòu)

行程開關(guān)的原安裝結(jié)構(gòu)(內(nèi)六角圓柱頭螺釘及蝶形彈簧墊圈組合結(jié)構(gòu))如圖4所示。

圖4 行程開關(guān)原安裝結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)構(gòu)形式分析：行程開關(guān)通過內(nèi)六角圓柱頭螺釘M4*20與蝶形彈簧墊圈M4*9*1緊固在行程開關(guān)支架上，螺釘打扭緊力矩1NM。

原因：這種安裝結(jié)構(gòu)，因?yàn)殚_關(guān)的外殼為塑料材質(zhì)，對(duì)螺釘?shù)陌惭b扭緊力矩要求非常嚴(yán)格，如果在安裝過程中，因?yàn)槿藶橐蛩?，造成扭緊力矩過大， 會(huì)對(duì)開關(guān)造成破壞或者開關(guān)固定點(diǎn)會(huì)發(fā)生變形，開關(guān)觸橋不能正常開，閉，從而影響開關(guān)導(dǎo)通，若出現(xiàn)開關(guān)不導(dǎo)通，則車輛就無法運(yùn)行。

4.4 現(xiàn)有沙爾特堡行程開關(guān)安裝改進(jìn)方案

選用更為可靠的軸肩螺釘緊固結(jié)構(gòu),軸肩螺釘為非標(biāo)準(zhǔn)零件，可通過數(shù)控車床機(jī)加工制成，保證軸肩光桿部位的尺寸精度如下圖5所示。

圖5 軸肩螺釘緊固結(jié)構(gòu)圖

軸肩螺釘如圖6所示：

圖6 軸肩螺釘實(shí)物圖

結(jié)構(gòu)形式分析：行程開關(guān)通過軸肩螺釘將行程開關(guān)緊固在行程開關(guān)支架上，螺釘打扭緊力矩1NM.當(dāng)螺釘?shù)穆菁y桿完全進(jìn)入開關(guān)支架的螺紋孔內(nèi)后，軸肩螺釘?shù)穆菁y根部凸臺(tái)與行程開關(guān)下墊片完全貼合，因?yàn)橥古_(tái)的限制，螺釘緊固后，螺釘頭部下面與開關(guān)上面保持在合理間隙范圍內(nèi)，開關(guān)始終沒有被壓的過緊的趨勢(shì)，這樣既保證了開關(guān)的緊固可靠，而且開關(guān)的正常開閉也不會(huì)因?yàn)殚_關(guān)壓的過緊而存在失效的可能。

5 改進(jìn)建議

為了保證安裝更可靠，減小故障率的發(fā)生，建議門到位及鎖到位行程開關(guān)采用施耐德品牌行程開關(guān)來代替沙爾特寶行程開關(guān)。

施耐德開關(guān)使用及安裝調(diào)節(jié)具有以下特點(diǎn)：

1)施耐德開關(guān)材質(zhì)為不透明的藍(lán)色的工程塑料制成，且緊固部位為實(shí)心結(jié)構(gòu)，通過兩條內(nèi)六角圓柱頭螺釘M4*25緊固在支架上，緊固螺釘緊固力矩為3NM。扭緊力矩通過扭矩扳手很容易控制力矩值。

2)表面不易受到化學(xué)物品如螺紋緊固膠的腐蝕而開裂。

3)工作行程較大，不容易因調(diào)解不當(dāng)造成開關(guān)滾輪過死點(diǎn)而卡滯壓死的現(xiàn)象發(fā)生。結(jié)構(gòu)形式如圖7所示。

圖7 行程開關(guān)結(jié)構(gòu)形式

安裝后的結(jié)構(gòu)如下圖8所示。

圖8 安裝后的行程開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

6 結(jié)語

城市地鐵自動(dòng)門系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制信號(hào)多，而行程開關(guān)作為實(shí)現(xiàn)機(jī)械位移和電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換的橋梁，是車門系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，行程開關(guān)因?yàn)槭褂妙l率高，工況惡劣，受外界干擾大，與車輛其它部件相比，故障率較高，本文從行程開關(guān)的工作原理，安裝結(jié)構(gòu)等要素入手，分析了故障原因，提出了改進(jìn)方案，為今后地鐵自動(dòng)門行程開關(guān)設(shè)計(jì)提供參考。