地铁车门系统的故障与诊断

廖新训

深圳地铁集团有限公司

摘要：地铁车辆车门作为乘客进出车辆的通道，是地铁车辆部件中运作最为频繁部件之一。地铁车辆车门的可靠性关系到乘客的人身安全，因此，对于地铁车门系统故障的研究分析具有重要意义。本文主要运用FTA方法对车门无法自动开启的故障诊断，通过定性和定量分析得出导致此车门故障的薄弱环节，从而为车门系统故障诊断提供辅助决策。

关键词：地铁车辆；车门；故障诊断

一、地铁车门结构与原理

地铁车门系统由机械和电气两部分构成，电气部分由电源和控制系统组成。电气控制装置主要有行程开头与车门控制按钮等，电机丝杆螺母和带轮组成驱动锁闭装置。

在列车正常运行无零速信号过程中，EDCU中的安全继电器不会得电，保证锁闭装置不会解锁，当列车进站停车但在没有开门信号的情况下，安全继电器仍不得电，锁闭装置同样不解锁，车门不会打开而当列车停稳且产生开门信号后，安全继电器输出信号使车门锁闭装置解锁，车门在电机驱动下打开地铁车门的控制原理和工作原理框图分别如下图1和2所示。

图1 地铁车门控制原理图

图2 地铁车门工作原理图

EDCU在接收到开门信号和零速信号后，控制驱动电机动作，电机通过带轮带动丝杆螺母副，引起携门架长导柱挂架下滚轮导向部件的动作，并最终使得门叶在导向系统的引导下向外做摆出运动 在达到完全摆出状态后，导向系统控制门叶的直线平移，使门叶平行于车辆侧面运动。在达到完全摆出状态后，导向系统控制门叶的直线平移，使门叶平行于车辆侧面运动。在平移过程中，携门架使门叶沿着长导柱自由滑动，直到门叶达到完全打开状态。

二、FTA方法理论分析

FTA方法是一种将系统故障形成的原因由总体至部分按树枝状逐级细化的图形演绎方法，它把系统最不希望发生的故障作为顶事件，通过对导致顶事件的各种因素进行分析，画出故障树，再根据故障征兆找出引起顶事件的底层因素，通过层层分析，确定故障原因，判断故障发生的概率，找出導致系统故障的薄弱环节。

（一）FTA定性分析

FTA定性分析的目的主要是研究故障树中所有导致顶事件的最小割集 最小割集是导致故障树顶事件发生的数目不可再少的底事件的集合 它可以帮助发现系统可靠性的薄弱环节，从而改进设计并可用于指导故障诊断。

最小割集常用的计算方法为下行法 它是根据故障树的实际结构，从顶事件开始，逐渐向下查寻，找出最小割集 其思路是：只就上下相邻两级来看，与门增加割集的阶数（割集所含底事件数目），不增加割集个数；或门只增加割集个数，不增加割集阶数 在从顶事件下行的过程中，依次将逻辑门的输出事件置换成输入事件，遇到与门就将其输入事件排在同一行，遇到或门就将其输入事件各自排成一行，这样直到全部换成底事件为止，即可求得全部割集 再应用集合运算规则将全部割集加以简化吸收，便可以得到全部最小割集。

（二）FTA定量分析

FTA定量分析的主要任务是对底事件进行重要度分析，协助定性分析共同找出系统中最薄弱的环节在定量分析中为确定各个最小割集或底事件概率变化对顶事件概率变化的影响程度，常用概率重要度来衡量最小割集或底事件的重要性，可由下式计算：

式中，Ixi为第i个底事件的概率重要度，g（P）为系统不可靠度，P（x）为第i个底事件发生的概率。

三、实例分析

为了保证乘客的出行安全和地铁公司形象，在对车门系统进行可靠性设计时，须保证地铁列车到站时车门能够自动打开，现选取地铁车门无法自动开门故障为顶事件利用FTA进行故障诊断分析，所构建的故障树如下图3～图6所示。

图3 地铁车门自动开门故障树

图4 地铁车门自动开门故障树

图6 地铁车门自动开门故障树

由故障树可以得知以地铁车门无法自动开门故障为顶事件建立的故障树模型有30个底事件，并利用下行法得知30个底事件皆为一阶最小割集 故障树中各个字母代表的底事件含义及故障概率如下表1所示 利用概率重要度对故障树的30个最小割集进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 故障树底事件及概率

编号 底事件 概率 编号 底事件 概率

B1 EDCU故障 4.15 B16 零速继电器坏 0.04

B2 紧急解锁行程开关故障 0.64 B17 电源切除开关误动作 0.04

B3 丝杆故障 0.83 B18 锁闭行程开关故障 0.68

B4 螺母组件故障 1.88 B19 关闭行程开关故障 0.29

B5 切除开关故障 0.18 B20 端部解锁装置故障 0.34

B6 电机自身故障 0.15 B21 中间解锁组件故障 0.71

B7 EDCU插头松动 0.47 B22 平行度调节螺钉松动 0.15

B8 EDCU程序版本低 0.26 B23 对中螺栓松动 0.15

B9 ATC信号设备故障 0.04 B24 定位销与嵌块干涉 0.12

B10 开门按钮接触不良 0.04 B25 定位槽有杂物 0.12

B11 开门继电器故障 0.08 B26 带轮故障 0.04

B12 使能继电器故障 0.04 B27 携门架松动 0.16

B13 关门按钮接触故障 0.04 B28 导 轨 松 动 与 变形 0.15

B14 关门继电器故障 0.08 B29 压轮间隙过小 0.38

B15 速度传感器故障 0.04 B30 导柱位置异常 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，当地铁发生无法自动开门故障时，应按照表2中的排序依次进行故障诊断，首先检查EDCU关闭行程开关螺母组件丝杆中间解锁组件是否发生故障，并重点进行可靠性设计改进和在日常维修中重点关注；其次应对锁闭行程开关紧急解锁行程开关EDCU插头松动压轮间隙和端部解锁装置等部件进行仔细检查，并应结合实际维修情况给予相应的改进措施。

四、结束语

综上所述，构建地铁车门无法自动开门故障树，并通过定性和定量分析得出了EDCU关闭行程开关螺母组件丝杆和中间解锁组件等5个部件对车门自动开门功能有较大的影响，进行故障诊断时应得到维修部门的重点关注，才能为以后提供技术依据。