基于故障樹的城軌車輛塞拉門系統(tǒng)故障與檢修

周愛萍 薛淑勝 衛(wèi) 妍 陸春錦

（1.南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211188；2.中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司， 江蘇 南京 210031）

0 引言

軌道交通車輛的車門系統(tǒng)是車輛結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，使乘客能夠快速上下車，與車輛運(yùn)行的安全密切相關(guān)。由于其使用頻率高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其故障數(shù)量在整車故障中一直占有較大比重[1-2]。因此該研究對(duì)車門系統(tǒng)的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，并且結(jié)合車門的常見故障進(jìn)行可靠性分析，基于分析結(jié)果提出切實(shí)可行的改進(jìn)措施，對(duì)提高列車車門的運(yùn)行可靠性和安全性，保證車輛安全運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 地鐵車門故障統(tǒng)計(jì)與分析

1.1 塞拉門設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)分析

軌道列車的車門系統(tǒng)主要包括客室車門、司機(jī)室側(cè)門以及緊急逃生門。通過(guò)對(duì)某城市地鐵車輛2019年5月—2020年4月這一年的192起車門故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析得出，客室車門與司機(jī)室側(cè)門的故障數(shù)分別是131起和61起，緊急逃生門一直未使用，目前未出現(xiàn)故障。由于軌道車輛運(yùn)行站間距短、車門開關(guān)頻繁以及列車客室車門數(shù)量多等特點(diǎn)，造成客室車門故障數(shù)量明顯較多。因此該文重點(diǎn)對(duì)客室車門進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)與分析。

某城市地鐵車輛配備的是典型的塞拉門，根據(jù)塞拉門的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)方式，將塞拉門分為5個(gè)子系統(tǒng)，分別是懸掛導(dǎo)向系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)鎖閉系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、內(nèi)外操作系統(tǒng)、以及門扇基礎(chǔ)系統(tǒng)[2]，見表1所示。

表1 城軌車輛塞拉門系統(tǒng)部件表

通過(guò)對(duì)塞拉門出現(xiàn)的131 起故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出塞拉門各個(gè)系統(tǒng)的故障分布情況如圖1、圖2所示。其中除了上述5個(gè)系統(tǒng)引起的故障之外，還有3種故障情況：（1）乘客原因造成的故障，共發(fā)生1起乘客沖門導(dǎo)致車門防夾故障；（2）車輛控制原因造成的故障，共發(fā)生2起車門控制電路造成的故障，ATCZVR零速度信號(hào)丟失造成的車門未開到位以及電器柜的接線端子松動(dòng)造成的車門無(wú)法開關(guān)等；（3）其他未探明原因，例如車門狀態(tài)顯示錯(cuò)誤，重新關(guān)門后故障消失，回庫(kù)檢修及跟蹤后，故障沒(méi)有再出現(xiàn)等。

圖1 地鐵客室車門子系統(tǒng)故障數(shù)統(tǒng)計(jì)

由圖2可以看出，在客室車門系統(tǒng)中，懸掛導(dǎo)向系統(tǒng)和門扇基礎(chǔ)系統(tǒng)發(fā)生的故障比例，分別占到車門故障總數(shù)的41%和40%。主要的故障形式有“車門運(yùn)行中存在漏風(fēng)”、“行駛過(guò)程中，車門有嘯叫聲”、“車門運(yùn)動(dòng)過(guò)程中卡滯、有異響”等。車門門扇基礎(chǔ)系統(tǒng)中常見故障有“車門指示燈故障”、“車門開關(guān)門過(guò)程中有異響”等。除此以外，電氣控制系統(tǒng)的故障占比是11%，出現(xiàn)多起“車門無(wú)法正常關(guān)閉”的故障現(xiàn)象。

圖2 地鐵客室車門子系統(tǒng)故障比例分布圖

1.2 客室車門月度故障數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

該文主要統(tǒng)計(jì)某線路車輛從2019年5月—2020年4月的這一年客室車門的故障情況，現(xiàn)將車門每個(gè)月的故障情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖3所示。

圖3 客室車門故障月度故障分布

某城市的地鐵線路是10月份正式開始投入運(yùn)行，前5個(gè)月列車處于列車調(diào)試期間，處于可靠性浴盆曲線的早期失效期，部件失效率較高，并且由于交車數(shù)量的增多，故障數(shù)量也呈現(xiàn)增多的趨勢(shì)。這一階段失效的原因大多是設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中的缺陷。通過(guò)前期的試運(yùn)行和設(shè)備調(diào)試，塞拉門的失效率迅速降低，在正式投入運(yùn)營(yíng)后進(jìn)入浴盆曲線的偶然失效期，這一階段失效率較低，且比較穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)故障的分析，很多故障在制造期間能夠避免發(fā)生，例如門扇油漆脫落、門扇開關(guān)門尺寸不合適等，這些可以通過(guò)提高車門生產(chǎn)與制造工藝來(lái)改進(jìn)，同時(shí)建議在車門安裝過(guò)程中，完成車門參數(shù)調(diào)整的主要工作，不能等到地鐵車輛運(yùn)行之后出現(xiàn)故障再進(jìn)行維修，這樣容易增加試運(yùn)行期間檢修人員的工作量，同時(shí)也降低了列車的可用性。

1.3 塞拉門典型故障處理措施分析

在統(tǒng)計(jì)的131起客室車門的故障中，共有61起故障是通過(guò)對(duì)車門參數(shù)進(jìn)行調(diào)整完成檢修作業(yè)，例如“車門運(yùn)行中漏風(fēng)”、“行駛過(guò)程中車門有嘯叫聲”、“車門運(yùn)動(dòng)過(guò)程中卡滯、有異響”等故障，基本都是通過(guò)調(diào)整車門尺寸參數(shù)即可修復(fù)，不需要消耗備品備件。這主要是因?yàn)檐囬T是運(yùn)動(dòng)部件，且開關(guān)門動(dòng)作頻繁，在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過(guò)程中，車門相關(guān)的機(jī)械尺寸容易發(fā)生變化，從而引起上述一系列故障。因此對(duì)車門的機(jī)械尺寸進(jìn)行調(diào)整是城軌車輛檢修工要掌握的一項(xiàng)必備技能。接下來(lái)對(duì)車門參數(shù)調(diào)整的維修作業(yè)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

地鐵車門的調(diào)整主要包括V型尺寸調(diào)整、門扇對(duì)中調(diào)整、壓輪調(diào)整、滾輪擺臂調(diào)整、平行度調(diào)整、門扇密封性調(diào)整以及行程開關(guān)調(diào)整等[3-4]。在統(tǒng)計(jì)分析中得出，地鐵車輛車門調(diào)整任務(wù)最多的是V型尺寸調(diào)整、對(duì)中尺寸調(diào)整以及壓輪調(diào)整，接下來(lái)對(duì)這3種調(diào)整過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

1.3.1 V型尺寸調(diào)整

V型尺寸是指門扇上部開度比下部開度大2mm~5mm。因?yàn)檐囬T驅(qū)動(dòng)裝置位于門扇的上部，V型尺寸可以保證在載客狀態(tài)下，車門關(guān)閉時(shí)門頁(yè)與車體地板面平行。當(dāng)車門出現(xiàn)異常情況以及車門其他檢修作業(yè)之后，都需要進(jìn)行V型調(diào)整，主要通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)車門上攜門架連接板上的偏心輪實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)門頁(yè)的單獨(dú)調(diào)整，如圖4所示。當(dāng)門頁(yè)上部開度小于下部開度時(shí)，將偏心輪輪心朝向門頁(yè)外擺方向旋轉(zhuǎn)。

圖4 V型尺寸調(diào)整偏心輪位置

1.3.2 對(duì)中尺寸調(diào)整

門頁(yè)對(duì)中是指左右2個(gè)門頁(yè)相對(duì)門框中心線距離的差值[4]。對(duì)中尺寸影響到車門的密封性和平整度，一般要求在0mm~2mm。若車門對(duì)中尺寸不滿足要求，就會(huì)出現(xiàn)“車門運(yùn)行時(shí)漏風(fēng)”、“車門運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有嘯叫聲”等故障?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的鉸鏈與傳動(dòng)螺母之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，松開防松螺母，旋轉(zhuǎn)螺紋套，以調(diào)整對(duì)中左右門扇。橫向距離必須在左右兩側(cè)的螺紋套上進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整完成后，緊固防松螺母，如圖5所示。

1.3.3 壓輪調(diào)整

壓輪（又稱為平衡輪），位于車門兩側(cè)門頁(yè)的上端，其作用主要為保證車門關(guān)閉后門扇的平行性。調(diào)整的重點(diǎn)是保證壓輪與門上壓輪槽的距離[4]。車門運(yùn)動(dòng)過(guò)程中依靠壓輪槽進(jìn)行關(guān)閉。當(dāng)車門關(guān)閉時(shí)，用手轉(zhuǎn)動(dòng)壓輪，壓輪應(yīng)該是處于壓住了車門，但是又能輕微轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)，與壓輪槽一般保持在1mm~2mm間隙要求，不能過(guò)緊或過(guò)松[5]。若壓輪過(guò)緊，會(huì)導(dǎo)致壓輪槽有磨損，如圖6所示，同時(shí)引起車門運(yùn)行過(guò)程中有異響，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致車門無(wú)法關(guān)閉；若壓輪過(guò)松，會(huì)出現(xiàn)車門運(yùn)行中漏風(fēng)、漏光以及車門出現(xiàn)嘯叫聲等問(wèn)題。在統(tǒng)計(jì)的131起故障中，共有18起由于壓輪造成的車門故障。調(diào)整過(guò)程中主要通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓輪支架上的偏心輪進(jìn)行調(diào)整，轉(zhuǎn)動(dòng)偏心輪調(diào)節(jié)壓輪高低，偏心輪位置如圖7所示，確定壓輪壓緊位置。同時(shí)，左右2個(gè)門扇之間的壓輪間隙應(yīng)該保持一致。

圖6 壓輪槽磨損圖

圖7 偏心輪位置圖

2 塞拉門系統(tǒng)的故障樹建立

在塞拉門故障的統(tǒng)計(jì)與分析中得知車門系統(tǒng)故障原因分布范圍廣，同一故障現(xiàn)象可能有多種故障原因，同一種故障原因可能會(huì)導(dǎo)致不同的故障現(xiàn)象。故障樹分析法是一種針對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行各種原因分析的可靠性分析技術(shù)[6]。因此該文基于故障樹分析法對(duì)車門系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象進(jìn)行可靠性分析，分析結(jié)果有利于檢修維護(hù)人員快速完成車門故障定位與檢修工作，減少故障排查時(shí)間，縮短檢修時(shí)間，從而有效提高列車的可靠性和可用性，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在2019年5月—2020年4月，某地鐵車輛的客室車門共發(fā)生31起“車門無(wú)法關(guān)門”以及27起“車門運(yùn)行中有異響”等故障現(xiàn)象。因此該文將“車門無(wú)法正常關(guān)閉”以及“開關(guān)門動(dòng)作異響”分別作為故障樹頂事件，建立故障樹如圖8和圖9所示。通過(guò)故障樹分析，得出2個(gè)故障樹的底事件以及底事件的發(fā)生次數(shù)如表2和表3所示。

圖8 “車門無(wú)法正常關(guān)閉”故障樹

圖9 “車門開關(guān)門動(dòng)作異響”故障樹

表2 “車門無(wú)法正常關(guān)閉”故障樹事件列表

表3 “開關(guān)門動(dòng)作有異響”故障樹事件列表

由于列車交付和投入運(yùn)營(yíng)的時(shí)間不一致，并且2019年5—9月的故障數(shù)據(jù)是設(shè)備調(diào)試與試運(yùn)營(yíng)期間的數(shù)據(jù)，因此不具備統(tǒng)計(jì)故障率的實(shí)際價(jià)值，從而無(wú)法對(duì)以上分析的故障樹進(jìn)行定量分析。為了便于了解底事件的重要度，該文統(tǒng)計(jì)了一年時(shí)間內(nèi)底事件的發(fā)生次數(shù)。通過(guò)底事件故障的發(fā)生次數(shù)，分析得出在設(shè)備維護(hù)與檢修作業(yè)中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：1）在“車門無(wú)法正常關(guān)閉”事件中，機(jī)械故障“壓輪過(guò)緊”和電氣故障“EDCU信號(hào)異常”需要重點(diǎn)關(guān)注。壓輪位于客室車門的頂端，客室車門日常維護(hù)作業(yè)中需要加強(qiáng)檢查。通過(guò)查閱地鐵客室車門的維護(hù)手冊(cè)得知，目前客室車門的日檢作業(yè)中并沒(méi)有壓輪的檢查這一項(xiàng)，因此應(yīng)該提高對(duì)壓輪尺寸檢查和調(diào)整的周期性。另外，需要周期性檢查和調(diào)整壓輪尺寸。 2）在“開關(guān)門動(dòng)作有異響”事件中，“上下滑道潤(rùn)滑不足”以及“下檔銷間隙錯(cuò)位”發(fā)生次數(shù)相對(duì)較多。其中發(fā)生多起由于部件潤(rùn)滑不足導(dǎo)致的開關(guān)門動(dòng)作異響事件。通過(guò)查閱地鐵客室車門的維護(hù)手冊(cè)得知，目前客室車門的預(yù)防性維護(hù)作業(yè)中建議每年或者每運(yùn)行125000km對(duì)車門運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行清潔潤(rùn)滑。根據(jù)該文分析情況，建議將車門運(yùn)動(dòng)部件的清潔潤(rùn)滑間隔周期縮短。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某地鐵車輛運(yùn)營(yíng)過(guò)程中客室車門故障的統(tǒng)計(jì)與分析得知，車門懸掛系統(tǒng)和門扇基礎(chǔ)系統(tǒng)的故障率較高，建議系統(tǒng)研究人員應(yīng)著力提高這2個(gè)系統(tǒng)的可靠性水平；其次，分析得出“車門運(yùn)行中漏風(fēng)”、“行駛過(guò)程中車門有嘯叫聲”、“車門運(yùn)動(dòng)過(guò)程中卡滯、有異響”等為常見故障，可以通過(guò)調(diào)整車門參數(shù)完成檢修，因此結(jié)合調(diào)整經(jīng)驗(yàn)對(duì)車門參數(shù)調(diào)整的技術(shù)進(jìn)行分析，希望能進(jìn)一步提高客室車門檢修人員的操作技能水平和維修業(yè)務(wù)能力。最后，通過(guò)統(tǒng)計(jì)得出“車門無(wú)法正常關(guān)閉”“車門開關(guān)門動(dòng)作異響”為典型故障模式，因此該文通過(guò)故障樹分析法對(duì)以上2個(gè)故障模式進(jìn)行分析，根據(jù)故障樹底事件的發(fā)生次數(shù)，得知“壓輪過(guò)緊”和“EDCU信號(hào)故障”是“車門無(wú)法正常關(guān)閉”的重要因素，“上下滑道潤(rùn)滑不足”以及“下檔銷間隙錯(cuò)位”是“車門開關(guān)門動(dòng)作異響”的重要因素。因此，車輛檢修部門應(yīng)該對(duì)以上底事件給予重視，在日常檢修作業(yè)中加強(qiáng)檢查；同時(shí)建議縮短關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)部件的檢修間隔周期。

該文分析結(jié)果有利于指導(dǎo)客室車門檢修人員提高設(shè)備檢修能力，縮短故障診斷時(shí)間，進(jìn)而提高客室車門的可靠性，同時(shí)為制定城軌車輛客室車門系統(tǒng)維護(hù)手冊(cè)提供指導(dǎo)建議。但是該文研究還存在不足之處，由于故障數(shù)據(jù)有限，并未對(duì)故障樹進(jìn)行定量分析，以期隨著運(yùn)行故障數(shù)據(jù)的累計(jì)，得到底事件的故障率，從而在定量上對(duì)客室車門故障進(jìn)行深入分析，這將是該文作者后期致力攻克的研究難點(diǎn)。