城軌列車車門系統(tǒng)關(guān)鍵部件使用壽命分析

林立春

（青島歐特美交通裝備有限公司，山東 青島 266101）

1 前言

隨著城市人口流動(dòng)越來(lái)越迅速，道路交通也得到快速發(fā)展，城軌車輛有效的克服了交通擁堵?tīng)顩r，而車門系統(tǒng)是列車的重要組成部分。在地鐵站間距較短的情況下，經(jīng)常開(kāi)關(guān)車門，車門的控制系統(tǒng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)處于高負(fù)荷工作狀態(tài)，極易發(fā)生故障。車門的故障率不僅取決于配件制造精度和性能穩(wěn)定性，在高頻率的工作狀態(tài)下，零件的實(shí)際使用壽命和理論壽命周期都被打破，導(dǎo)致零件在接近壽命周期時(shí)，不能及時(shí)修理或更換，為整個(gè)車門系統(tǒng)留下安全隱患。另外，在各級(jí)維修中，不對(duì)系統(tǒng)的主要部件進(jìn)行可靠性分析，就不能準(zhǔn)確的進(jìn)行維修更換保養(yǎng)。由于車門控制系統(tǒng)元器件的穩(wěn)定性和可靠性對(duì)城市軌道交通車門和車門系統(tǒng)的正常運(yùn)行有關(guān)鍵性影響，因此分析車門系統(tǒng)元器件的壽命和慣量就可以掌握車門系統(tǒng)的失效模式和壽命，采用Go模型對(duì)城軌列車車門進(jìn)行可靠性分析，找出車門故障形成的原因，并根據(jù)傳統(tǒng)的故障樹計(jì)算出可靠性、故障率等可靠性指標(biāo)，對(duì)城軌列車車門性能的可靠性進(jìn)行分析，提出了故障樹的定性分析，并對(duì)城軌列車車門進(jìn)行了可靠性分析，得出了城軌列車車門的失效情況，根據(jù)車門的失效模式和主要控制元件的使用壽命，對(duì)車門系統(tǒng)部件的使用壽命和慣性進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，提出了提高車門系統(tǒng)服務(wù)水平的方法，降低了故障率，降低了非計(jì)劃故障對(duì)線性運(yùn)營(yíng)乘客的影響。

2 列車車門系統(tǒng)概述

城軌列車車門較多，包括客室門、司機(jī)室門和列車前端緊急疏散門等。緊急疏散門和司機(jī)室門的設(shè)計(jì)和原理相對(duì)簡(jiǎn)單，車門數(shù)量少，一般每列車配備四套司機(jī)室門和兩套緊急疏散門，所以日常維護(hù)較少。每列車中客室門作為乘客上下車的重要通道，車門數(shù)量多，開(kāi)關(guān)門次數(shù)多，是整列車中故障率最高的部件。因此，客室門故障將直接影響城軌列車的正常運(yùn)行和乘客的安全通行。

城市軌道交通站間距短，需要頻繁開(kāi)關(guān)車門，故障率也相應(yīng)增加，影響運(yùn)營(yíng)安全，如果保養(yǎng)太多，容易造成資源浪費(fèi)，增加運(yùn)營(yíng)成本，所以必須制定合理科學(xué)的維護(hù)保養(yǎng)周期。在車輛的正常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，每天車輛入庫(kù)和車輛運(yùn)營(yíng)前都需要對(duì)車門進(jìn)行開(kāi)關(guān)試驗(yàn)，確認(rèn)車門工作正常。如果規(guī)定每天的維護(hù)工作內(nèi)容較多，所有車門的檢查維護(hù)工作會(huì)占用大量時(shí)間，而車輛每天大部分的時(shí)間都在運(yùn)營(yíng)，過(guò)長(zhǎng)的維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間會(huì)影響車輛的正常運(yùn)營(yíng)，所以每天過(guò)長(zhǎng)維修保養(yǎng)時(shí)間是過(guò)度的。需要一種可靠并且優(yōu)化后的算法以找到最佳的解決方案。

本文提出了基于城市交通風(fēng)險(xiǎn)的列車車門維修策略，該策略包括引入EDCU模塊作為主要車門子系統(tǒng)，從成本角度評(píng)估與EDCU相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，為了延長(zhǎng)車門的使用時(shí)間，降低車門的故障率，優(yōu)化車門的生命周期，提出了一種車門的使用模式。首先將事故數(shù)據(jù)與Heinrich安全準(zhǔn)則進(jìn)行比較，然后利用Amasa模型確定故障分布，根據(jù)車門系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)分析，提出了一種預(yù)測(cè)方法。研究結(jié)果可為城市交通車門維護(hù)保養(yǎng)周期的確定提供技術(shù)支持。

在單目標(biāo)優(yōu)化循環(huán)的基礎(chǔ)上，以可用性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化為目標(biāo)，在多功能優(yōu)化的基礎(chǔ)上，通過(guò)模糊、多目標(biāo)和優(yōu)化分析方法，建立了城軌列車車門服務(wù)循環(huán)模型，使車門的維護(hù)保養(yǎng)與車門狀態(tài)具有一致性。在保證行車安全的前提下，可以達(dá)到最大的維修效率。

3 典型故障及原因分析

軌道交通的距離比站臺(tái)短。在運(yùn)行過(guò)程中，門始終處于關(guān)閉狀態(tài)，這使得車門制動(dòng)部分容易磨損，從而增加了故障頻率。車門系統(tǒng)失效的原因基本上由車門開(kāi)關(guān)失效等因素決定，考慮到近年來(lái)城市交通的發(fā)展，可分為兩類。

3.1 電氣故障

基本上在門控單元、電源、指示燈、電機(jī)等位置，這種故障都會(huì)影響車輛的正常運(yùn)營(yíng)。蘇州地鐵3號(hào)線在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，由于外部信號(hào)的異常干擾，門控系統(tǒng)未能及時(shí)接收到控制指令，造成車門開(kāi)關(guān)困難。同時(shí)，當(dāng)信號(hào)傳輸長(zhǎng)時(shí)間中斷、電流瞬間增大導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中斷時(shí)，都會(huì)影響車輛的安全性和穩(wěn)定性。另外，每天車輛運(yùn)營(yíng)結(jié)束后都需要對(duì)車體外部進(jìn)行清洗，在清洗過(guò)程中，水可能會(huì)進(jìn)入車體內(nèi)部，破壞電氣件；在寒冷地區(qū)，車廂內(nèi)部會(huì)形成冷凝水，在潮濕地區(qū)，濕氣較大，這些因素也會(huì)導(dǎo)致電氣件的使用壽命降低；同時(shí)，繼電器觸點(diǎn)間的接觸電阻在長(zhǎng)期使用的情況下會(huì)增大，當(dāng)電阻增大到一定程度，會(huì)對(duì)電流傳輸產(chǎn)生一定的影響，從而可能導(dǎo)致繼電器故障等，這些因素最終會(huì)導(dǎo)致車門控制故障，影響車輛的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 機(jī)械故障

造成這種故障的原因有很多，其中最重要的是車門相關(guān)零件因壓縮而變形，或者在生產(chǎn)過(guò)程中，由于尺寸誤差大，技術(shù)條件不符合要求，因?yàn)檐囬T開(kāi)關(guān)頻率高，導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障。車門金屬部件的疲勞故障也是導(dǎo)致故障的主要原因。當(dāng)人流量高峰時(shí)，乘客會(huì)比較多，車廂內(nèi)非常擁擠，許多乘客擠靠在車門上，在車輛長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)營(yíng)后，車門狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致車門開(kāi)關(guān)門異常，這將阻礙軌道交通的正常運(yùn)行。

4 車門系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)

車門分析系統(tǒng)在城軌列車上分析車門系統(tǒng)的主要部件故障。根據(jù)歷年車門故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，按車門各部位年平均故障率計(jì)算，開(kāi)關(guān)門故障的故障率最高。開(kāi)關(guān)門故障主要由門控器、繼電器、電機(jī)、限位開(kāi)關(guān)等故障引起，直接影響列車運(yùn)行質(zhì)量。需要注意的是，造成車門故障的主要原因也是門控器、繼電器、電機(jī)和限位開(kāi)關(guān)，占全部故障80%以上，外部人為原因和機(jī)械參數(shù)故障不在統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)。

可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能的能力。這種能力通常指概率值（R）t。這是在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，元器件(產(chǎn)品)、設(shè)備或者系統(tǒng)穩(wěn)定完成功能的程度或性質(zhì)，產(chǎn)品的失效往往是特定分布函數(shù)的正態(tài)分布、指數(shù)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、威布爾分布等，這是一個(gè)非線性模型。

5 門系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)整理

在同一工作模式下，同一設(shè)備的故障導(dǎo)致多種故障模式時(shí)，同一設(shè)備或裝置或多個(gè)報(bào)警只記錄一次。在多個(gè)設(shè)備或部件發(fā)生故障的情況下，不可能證明一種故障導(dǎo)致另一種故障，每種故障記錄一個(gè)故障。當(dāng)系統(tǒng)記錄故障和實(shí)際維修故障重復(fù)時(shí)，必須將其與最初報(bào)告的故障結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析。由獨(dú)立故障引起的依賴故障不包括在系統(tǒng)故障中，此類故障被認(rèn)為不重要的故障，這種認(rèn)知是為減少分析的復(fù)雜性，不是錯(cuò)誤的認(rèn)知。

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)長(zhǎng)期故障記錄，采用威布爾資源模型對(duì)車門系統(tǒng)關(guān)鍵部件進(jìn)行可靠性分析，提高了安全性、降低了故障率，提高了車門系統(tǒng)部件的使用壽命。在維護(hù)保養(yǎng)方面，研究了部分部件更換和修理的可能性。這樣的生命周期分析可以延長(zhǎng)車輛的使用壽命，為今后車門的維護(hù)保養(yǎng)和有針對(duì)性的門系統(tǒng)調(diào)查提供數(shù)據(jù)庫(kù)，有助于更好地了解車門系統(tǒng)的使用規(guī)律，降低故障率，提高維修針對(duì)性，提高工作質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量。