城轨列车车门系统关键部件使用寿命分析

林立春

（青岛欧特美交通装备有限公司，山东 青岛 266101）

1 前言

随着城市人口流动越来越迅速，道路交通也得到快速发展，城轨车辆有效的克服了交通拥堵状况，而车门系统是列车的重要组成部分。在地铁站间距较短的情况下，经常开关车门，车门的控制系统和传动机构处于高负荷工作状态，极易发生故障。车门的故障率不仅取决于配件制造精度和性能稳定性，在高频率的工作状态下，零件的实际使用寿命和理论寿命周期都被打破，导致零件在接近寿命周期时，不能及时修理或更换，为整个车门系统留下安全隐患。另外，在各级维修中，不对系统的主要部件进行可靠性分析，就不能准确的进行维修更换保养。由于车门控制系统元器件的稳定性和可靠性对城市轨道交通车门和车门系统的正常运行有关键性影响，因此分析车门系统元器件的寿命和惯量就可以掌握车门系统的失效模式和寿命，采用Go模型对城轨列车车门进行可靠性分析，找出车门故障形成的原因，并根据传统的故障树计算出可靠性、故障率等可靠性指标，对城轨列车车门性能的可靠性进行分析，提出了故障树的定性分析，并对城轨列车车门进行了可靠性分析，得出了城轨列车车门的失效情况，根据车门的失效模式和主要控制元件的使用寿命，对车门系统部件的使用寿命和惯性进行了统计分析，提出了提高车门系统服务水平的方法，降低了故障率，降低了非计划故障对线性运营乘客的影响。

2 列车车门系统概述

城轨列车车门较多，包括客室门、司机室门和列车前端紧急疏散门等。紧急疏散门和司机室门的设计和原理相对简单，车门数量少，一般每列车配备四套司机室门和两套紧急疏散门，所以日常维护较少。每列车中客室门作为乘客上下车的重要通道，车门数量多，开关门次数多，是整列车中故障率最高的部件。因此，客室门故障将直接影响城轨列车的正常运行和乘客的安全通行。

城市轨道交通站间距短，需要频繁开关车门，故障率也相应增加，影响运营安全，如果保养太多，容易造成资源浪费，增加运营成本，所以必须制定合理科学的维护保养周期。在车辆的正常运营过程中，每天车辆入库和车辆运营前都需要对车门进行开关试验，确认车门工作正常。如果规定每天的维护工作内容较多，所有车门的检查维护工作会占用大量时间，而车辆每天大部分的时间都在运营，过长的维护保养时间会影响车辆的正常运营，所以每天过长维修保养时间是过度的。需要一种可靠并且优化后的算法以找到最佳的解决方案。

本文提出了基于城市交通风险的列车车门维修策略，该策略包括引入EDCU模块作为主要车门子系统，从成本角度评估与EDCU相关的风险，为了延长车门的使用时间，降低车门的故障率，优化车门的生命周期，提出了一种车门的使用模式。首先将事故数据与Heinrich安全准则进行比较，然后利用Amasa模型确定故障分布，根据车门系统的结构和数据分析，提出了一种预测方法。研究结果可为城市交通车门维护保养周期的确定提供技术支持。

在单目标优化循环的基础上，以可用性和经济性优化为目标，在多功能优化的基础上，通过模糊、多目标和优化分析方法，建立了城轨列车车门服务循环模型，使车门的维护保养与车门状态具有一致性。在保证行车安全的前提下，可以达到最大的维修效率。

3 典型故障及原因分析

轨道交通的距离比站台短。在运行过程中，门始终处于关闭状态，这使得车门制动部分容易磨损，从而增加了故障频率。车门系统失效的原因基本上由车门开关失效等因素决定，考虑到近年来城市交通的发展，可分为两类。

3.1 电气故障

基本上在门控单元、电源、指示灯、电机等位置，这种故障都会影响车辆的正常运营。苏州地铁3号线在运营过程中，由于外部信号的异常干扰，门控系统未能及时接收到控制指令，造成车门开关困难。同时，当信号传输长时间中断、电流瞬间增大导致电机运转中断时，都会影响车辆的安全性和稳定性。另外，每天车辆运营结束后都需要对车体外部进行清洗，在清洗过程中，水可能会进入车体内部，破坏电气件；在寒冷地区，车厢内部会形成冷凝水，在潮湿地区，湿气较大，这些因素也会导致电气件的使用寿命降低；同时，继电器触点间的接触电阻在长期使用的情况下会增大，当电阻增大到一定程度，会对电流传输产生一定的影响，从而可能导致继电器故障等，这些因素最终会导致车门控制故障，影响车辆的安全稳定运行。

3.2 机械故障

造成这种故障的原因有很多，其中最重要的是车门相关零件因压缩而变形，或者在生产过程中，由于尺寸误差大，技术条件不符合要求，因为车门开关频率高，导致运行过程中出现故障。车门金属部件的疲劳故障也是导致故障的主要原因。当人流量高峰时，乘客会比较多，车厢内非常拥挤，许多乘客挤靠在车门上，在车辆长时间运营后，车门状态会发生变化，从而导致车门开关门异常，这将阻碍轨道交通的正常运行。

4 车门系统故障统计

车门分析系统在城轨列车上分析车门系统的主要部件故障。根据历年车门故障统计数据，按车门各部位年平均故障率计算，开关门故障的故障率最高。开关门故障主要由门控器、继电器、电机、限位开关等故障引起，直接影响列车运行质量。需要注意的是，造成车门故障的主要原因也是门控器、继电器、电机和限位开关，占全部故障80%以上，外部人为原因和机械参数故障不在统计范围内。

可靠性是指产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。这种能力通常指概率值（R）t。这是在规定的条件下和规定的时间内，元器件(产品)、设备或者系统稳定完成功能的程度或性质，产品的失效往往是特定分布函数的正态分布、指数分布、对数正态分布、威布尔分布等，这是一个非线性模型。

5 门系统故障数据整理

在同一工作模式下，同一设备的故障导致多种故障模式时，同一设备或装置或多个报警只记录一次。在多个设备或部件发生故障的情况下，不可能证明一种故障导致另一种故障，每种故障记录一个故障。当系统记录故障和实际维修故障重复时，必须将其与最初报告的故障结合起来进行分析。由独立故障引起的依赖故障不包括在系统故障中，此类故障被认为不重要的故障，这种认知是为减少分析的复杂性，不是错误的认知。

6 结束语

根据长期故障记录，采用威布尔资源模型对车门系统关键部件进行可靠性分析，提高了安全性、降低了故障率，提高了车门系统部件的使用寿命。在维护保养方面，研究了部分部件更换和修理的可能性。这样的生命周期分析可以延长车辆的使用寿命，为今后车门的维护保养和有针对性的门系统调查提供数据库，有助于更好地了解车门系统的使用规律，降低故障率，提高维修针对性，提高工作质量和服务质量。