摘 要：简要介绍了上海地铁现有列车的内藏门、塞拉门和外挂门的结构和原理, 针对三种客室车门故障的主要原因, 对其系统地实施了相应的整改措施, 有效地提高了车门的可靠度, 降低了车门故障率。

关键词：地铁车辆; 客室车门; 故障原因; 整改措施
 
0 引言
      上海地铁 1, 2 号线 dc01, ac01/02 型电动列车的客室车门采用气动内藏对开式滑门, 3 号线 ac03 型电动列车采用电动式塞拉门, 1 号线 ac04 型电动列车的客室车门采用电动外挂式移门。由于上海地铁客流较大, 使得列车客室车门故障率较高, 客室车门的可靠性成为制约列车安全、正点运营的瓶颈之一。为了确保列车的正常运营, 有效地降低客室车门的故障, 本文就上海地铁车辆客室车门存在的设计缺陷和故障进行分析, 并对所采取的整改措施进行说明。
1 客室车门简介
1.1 内藏门
      内藏对开式滑门简称内藏门。车门开 /关时, 门叶在车辆侧墙的外墙板与内饰板之间的夹层内移动。内藏门主要由门叶、车门导轨、传动组件、门机械锁闭机构、紧急解锁机构、气动控制系统以及电气控制系统等组成。门叶由钢丝绳连接, 左侧门叶与驱动风缸直接连接, 并通过安装在左门叶上方钢丝绳夹紧机构与钢丝绳相连; 右侧门叶与钢丝绳调整装置连接, 通过调整钢丝绳使其保持一定的张紧力。门叶上方设有一个锁钩, 车门关闭后, 锁闭系统动作, 锁钩钩住两扇门叶上的锁销, 保证车门安全可靠地锁闭。wWW.11665.cOM此外, 车门系统装有车门锁闭行程开关 s1、车门关闭行程开关 s2、车门切除开关 s3、紧急解锁行程开关 s4, 实现车门的电气控制。
      内藏门通过中央控制阀来控制压缩空气的流向和流量, 实现双作用驱动气缸的前进和后退, 再通过钢丝绳、绳轮和驱动支架等组成的机械传动机构完成车门的开 /关动作。机械锁闭机构可以使车门可靠地实现在关闭位置上锁闭。电气控制系统控制中央控制阀来实现车门的开 /关和解锁。调节中央控制阀上的调节旋钮可调整开 /关门速度及缓冲速度。
1.2 塞拉门
      塞拉门在开启状态时, 车门移动到侧墙的外侧; 在关闭状态时车门外表面与车体外墙成一平面, 这不仅使车辆外观美观, 而且有利于减小列车在高速行驶时的空气阻力和降低空气涡流产生的噪声。塞拉门主要由门叶、支承杆、托架组件、车门导轨、传动组件、制动组件、紧急解锁机构、车门旁路系统以及电子门控单元( 以下简称edcu) 等组成。车门还装有锁闭行程开关 s1、切除开关s2、紧急解锁开关 s3 和 edcu 复位开关 s4, 实现对车门的电气控制。作为车门的控制部件, edcu 起着监控车门状态、驱动门机构和与控制门单元通信的作用。
      塞拉门由电机驱动丝杠和螺母机械传动机构, 丝杆和螺母传动机构带动门叶移动, 实现车门的关闭。门叶托架上的滚轮在导轨内滑动, 上导轨的端部有一定的弯曲以保证门叶最后的关闭( 塞闭) , 下导轨安装在门叶下部,与安装在车体上的滚轮啮合, 从而保证车门与侧墙的平行度。在门关闭状态, 制动装置的机械结构能防止门打开, 开门动作时, 它由电磁阀控制松开。
1.3 外挂门
      外挂门采用模块化设计和安装,门页、车门悬挂机构以及传动机构的部分部件安装于车体侧墙外侧, 电子门控单元和驱动电机装于车体侧墙的内侧。外挂门主要由门页、直流驱动电机、车门悬挂机构、丝杆 /螺母机械传动机构和 edcu 等组成。此外, 车门还装有车门关闭行程开关( dcs) s2、锁闭行程开关( dls) s1、切除开关( los) s3以及紧急解锁开关( ees) s4。
      外挂门由电机带动丝杆转动, 丝套在丝杆上的横向移动带动门叶在导轨上滑动。edcu 是车门的控制部件,具有监视、控制驱动电机和与控制单元通信的功能。
2 车门故障
      由于地铁列车运营线路站距短, 客室车门频繁地开启和关闭, 因而易导致客室车门的门控电气元件和机械零部件损坏, 造成正线运营列车的客室车门故障频发。故障较轻则该车门被切除, 故障较重则列车发生掉线、清客或救援。据统计分析, 上海地铁 2003 年三条轨道交通线车辆客室车门故障的原因主要是:( 1) 地铁 1 号线内藏门发生故障的主要因素集中在尺寸配合、门槛条、驱动气缸、锁闭开关 s1、s 钩、解锁气缸、关门限位开关 s2 以及继电器等方面;( 2) 地铁 2 号线内藏门发生故障的主要因素集中在解锁气缸、s 钩、尺寸配合、驱动气缸、门槛条、锁闭开关 s1 以及关门限位开关 s2 等方面;( 3) 对地铁 3号线塞拉门而言, 由于投入运营时间不长, 除 edcu 故障引起较多的车门故障外, 其他引起车门故障的原因具有很强的随机性。
      采用可靠性分析方法 fta 和 fm ea 对上海地铁现有车辆的三种客室车门的故障情况进行分析, 可以得出车门故障的主要因素是:( 1) 从车门结构方面分析, 限位开关、继电器、门槛条、护指橡胶条、开 /关门按钮、橡胶止挡、驱动气缸 /电机、解锁气缸、s 钩门锁、钢丝绳是造成车门故障的主要因素;( 2) 从车门控制软件方面分析,edcu 的控制系统软件是车门故障的主要因素;( 3) 从环境方面分析, 车体振动或局部变形、乘客挤靠车门、车门运行环境是造成车门故障的次要因素;( 4) 从人为因素分析, 司机误操作, 乘客擅自随意启用紧急设施, 检修人员水平的制约等是造成车门故障的客观因素。
3 车门整改措施
      我们通过对车门系统的故障统计分析和可靠性研究, 针对车门故障的产生原因以及车门系统本身的设计和制造缺陷系统地实施了多项整改。因篇幅所限, 本文仅选取具有代表性的整改措施作简要介绍。
3.1 塞拉门的整改措施
3.1.1 增加门控旁路开关
      在 ac03 型列车的试运营过程中, 曾发生无法判断车门故障的位置和原因的现象, 也曾发生无法切除故障车门的情况, 这些均导致了牵引系统自动封闭, 使得列车无法自行退出运营, 给正线的运营带来很大影响。根据现有其它列车的运营经验, 司机室内设有车门门控旁路开关,可以实现对客室车门的旁路, 从而解除列车牵引系统的封闭。为此, 在原有设计的基础上通过改造线路图增加了门控旁路开关( dbps) , 如图 1 所示。当 dbps 动作 ,dir_ a( 列车 a 侧车门监控继电器触点) 和 dir_ b( 列车 b 侧车门监控继电器触点) 被旁路, 列车所有车门系统对于牵引系统的影响被旁路。即当出现严重车门故障时,通过使用“门控旁路开关”, 列车可自行牵引退出正线, 避免救援, 减少故障影响正常运营的时间, 有效地降低了列车车门故障对正常运营带来的不良影响。

3.1.2 更改车门障碍物探测次数
      障碍物探测功能是指当车门探测到有乘客或障碍物被夹时, 车门夹紧力会在短暂的时间内消失, 给乘客一定的时间脱身, 然后再继续实施关门动作。但是该功能的探测次数直接影响了车门的性能。塞拉门初始设计的障碍物探测次数为 3 次, 经常发生障碍物探测 3 次结束后车门自动打开现象, 导致更多的乘客涌入车厢, 车门无法关闭而使列车晚点。因此将探测次数改为 6 次, 并且减小车门探测后的缓冲反弹幅度。在 6 次探测时间之内, 被夹乘客将通过该扇门进入车内, 进行障碍物探测的车门会在没有障碍物的情况下自动关闭, 这样就减少了车门无法关闭而带来的列车晚点的影响。

3.1.3 增加车门再关门功能
      再关门功能是指当车门遇到障碍物并探测设定的次数后仍无法关闭时, 车门会自动完全打开, 此时司机可直接按关门按钮关闭未关闭的车门。ac03 型列车车门原设计是不具备再关门功能, 当车门障碍物探测数次后仍无法关闭时, 车门自动打开, 此时司机只有先按开门按钮打开所有车门, 然后再按关门按钮才能将未关闭的车门关闭。由于再次打开所有车门会导致更多的乘客挤入车厢,并再次激活再开门功能, 所有车门无法关闭, 在客流高峰显得尤为突出, 严重影响了地铁的正点运营。车门增设再关门功能后, 取消了车门自锁信号, 当司机再次按下关门按钮, 将发出关门脉冲信号, 只对未关闭的个别车门进行再关门操作。该功能的优点在高峰客流时显得尤为突出,不需要将所有车门全部打开后再关闭, 且防止了因车门再开门功能而影响了车门的正常关闭。
3.1.4 关门夹紧力的调整
      地铁列车客室车门关门夹紧力大小与乘客安全和车门故障密切相关。力太小会由于乘客拥挤而造成车门无法正常关闭, 车门也容易产生故障, 对列车运营有比较大的影响; 力太大又会增加夹伤乘客的可能, 显得不够人性化。ac03 型列车车门原设计的关门夹紧力均为 150￣200 n, 再开门功能频繁启动, 车门无法正常关闭。为了降低车门对运营的影响, 同时也考虑到乘客免于被车门夹伤的安全性保护, 进行了车门的关门夹紧力的试验。当选择较大的车门夹紧力时, 车门夹紧力随着障碍物探测次数的增加而由小到大逐步增加, 这样就使得乘客在车门夹紧力较小的时候就能脱身, 有效降低了夹伤乘客的可能性。根据实际运营情况和试验结果, 将列车车门的关门次数设为 6 次, 每次的关门夹紧力分别改为 150, 200,260, 260, 260, 260 n, 有效地解决了因车门关闭困难而对列车造成的晚点。
3.1.5 车门控制软件的改进
      针对塞拉门存在的频繁死机和其它控制功能的缺陷, 对车门控制软件版本进行改进, 新版软件与旧版本软件相比主要做了如下改进 : 车门驱动电 机 断 路 故 障( 故障代码 1) 的监测方式由原来的一次监测改为两次监测; 当车门检测到有障碍物时( 故障代码 6) , 车门控制单元 dcu 中会记录为“初级故障”, 并且在车门正常工作后此故障记录将被自动删除; 在关门过程中车门遇到障碍物无法关闭时, 会自动执行 6 次关门动作, 关门夹紧力分别为 150, 200, 260, 260, 260, 260 n, 如果最后一次仍未能关闭到位, 车门将处于打开位置, 此时可以按关门按钮再关门; 当车门死机并处于未完全关闭的状态下, 该门页处于自由状态, 可以直接手动推门将门完全关闭, 然后将该扇门切除。
3.2 内藏门的整改措施
3.2.1 对列车车门驱动气缸的工作风压进行降压整改
      ac01/02 型列车与 dc01 型列车车门结构基本相同,同属于内藏门。分析 dc01 车门驱动气缸的工作压力仅为 3.5 bar, 而 ac01/02 型列车的车门驱动气缸的工作压力高达 5.0 bar, 所以 ac01/02 型列车的车门驱动气缸和车门系统调整尺寸容易变动的故障与工作压力较高有一定的关系。在 120# 车的 i单元 a 车进行了门控系统的降压试验, 即把车门驱动气缸的工作压力由原 5.0 bar逐步下调, 同时检查车门的工作性能。试验结果显示, 在门控系统总风管压力调整为 4.0 ba(r 额定为 5.0 bar) 时, 车门的开关门速度和缓冲功能都正常, 改善了气缸及门控传动系统的工况。随后对两列车的所有客室门控系统分别进行压力为 4.0 bar的低压试验, 运营试验跟踪半年后, 整改效果良好。现在已对上海地铁 1, 2 号线所有 ac01/02型列车的车门驱动气缸压力进行降压整改。
3.2.2 内藏门的其它整改措施
      ( 1) 对车门驱动气缸的整改;
      ( 2) 门钩限位销装配方式的改造;
      ( 3) 车门尺寸超差的整改措施;
      ( 4) 关门止挡的改造;
      ( 5) 车门解锁小气缸节流阀的整改;
      ( 6) s1 和 s2 限位开关的改造;
      ( 7) 车门电气控制系统的改造;
      ( 8) 车门护指橡胶条的改造。
3.3 外挂门的改造
      ac04 型列车的客室车门是外挂门, 由于该型列车尚处于调试和试运营阶段, 故外挂门所存在的设计缺陷或故障均未能充分暴露。现根据 ac03 型电动列车塞拉门的运营经验, 对外挂门设计结构的缺陷提出相应的整改措施。
3.3.1 车门切除与紧急开门装置联锁的改造
      ac04 电动列车外挂门调试时, 发现门在被切除后乘客仍然可以通过紧急解锁手柄将门打开。车门的切除将使司机无法对该门监控, 乘客通过操作紧急解锁手柄将该门打开后, 列车仍然可以启动运营, 对车内乘客将形成不安全的隐患。因此, 对其进行如下整改: 在车门的切除装置上增设一个机械止挡装置( 销钉) , 如图 2 所示, 使该止挡在车门切除装置动作时联动, 从而锁住紧急开门解锁装置使其无法动作, 在机械上实现联锁, 保证车门在切除的状态下无法通过紧急开门扳手打开车门。
3.3.2 外挂门的其它整改措施
      ( 1) 门槛条导向槽的改造;( 2) 车门紧急解锁装置罩板的改造;( 3) 门控软件参数的改进。

4 结论
      上海地铁三条线的客流量逐月逐年递增, 特别是在客流高峰时, 车内乘客异常拥挤, 车门系统频繁承受超常工况, 经常导致车门装配尺寸超差变形或行程开关失效等故障, 影响车门的正常关闭和开启功能。我们根据现有列车使用的三种不同类型的客室车门( 内藏门、塞拉门和外挂门) 的不同故障原因, 系统地对其实施相应的整改,有效地提高了车门系统的可靠度, 降低了车门故障率。
参考文献：
[1] 倪 挺, 李钢锋.上海地铁车辆客室车门故障分析与对策[j].电力机车与城轨车辆, 2003,( 5) .