地铁车辆车门安全联锁环路的设计

2021-06-29赵虹林业

城市轨道交通研究 2021年6期

赵虹林业

(中车南京浦镇车辆有限公司，210031，南京 ∥ 第一作者，工程师)

地铁车辆每个客室门均设有紧急解锁装置，用于在突发意外情况下乘客自主开启车门疏散逃生。对于乘客操作紧急解锁后列车运行状态及车门状态的设置，各地铁运营公司及车辆主机厂各有权衡。据此，中国城市轨道交通协会提出了规范性文件，对紧急解锁相关功能提出了统一的原则性指导建议。本文结合CZJS/T 0022—2015《城市轨道交通车辆与信号系统接口技术要求(范本)》(试行版)要求，针对不同结构紧急解锁装置设计合理的车门安全联锁环路，旨在保障乘客安全并提高运营效率。

1 地铁车辆紧急解锁装置

1.1 规范要求

在信号控制模式或车辆控制模式下，CZJS/T 0022—2015《城市轨道交通车辆与信号系统接口技术要求(范本)》(试行版)要求：

1) 对于在区间运行的列车，操作车门紧急解锁时不会触发紧急制动停车，列车运行到下一站时才停车开门；对于从车站起动的列车，操作车门紧急解锁，当运行距离小于半列列车时将触发列车紧急制动，当运行距离超过半列列车时则列车继续运行。

2) 如果列车在区间内停车且无法开动，乘客操作紧急解锁装置，由司机在一个延时时间内决定是否允许手动打开车门。如司机在延时时间内没有进行操作(没有按下专用按钮或操作开关)，乘客可手动打开车门；若司机在延时时间内进行操作(按下专用按钮或操作开关)，车门不可以手动打开。

3) 只有在列车的控制电路失效，导致紧急照明、紧急通风、广播功能失去时，才应尽快组织乘客疏散下车，车门紧急解锁后可以手动打开。

1.2 车门LS型锁电气开关介绍

从众多地铁项目中了解到，目前大部分地铁车辆车门的螺旋传动装置使用了南京康尼机电股份有限公司独立研发的LS型无源螺旋传动锁闭机构[1](简为“LS锁闭机构”)。LS锁闭机构为检测车门状态附带了4组电气开关，即关到位限位开关(DCS)、锁到位限位开关(DLS)、紧急解锁限位开关(EUS)、隔离限位开关(DCOS)。DCS用于指示车门是否已经达到关到位状态，DLS用于指示车门是否进入锁闭状态。在关门行程中，DCS先于DLS动作，其时间差约在200 ms内，该值与车门机械调节有关。在开门行程中，DLS先于DCS动作，其时间差约在200 ms内，该值与车门机械调节有关。通过对LS锁闭机构测试得知：在非零速情况下操作紧急解锁手柄至“解锁”位，EUS和DLS触发，DCS未触发。LS锁闭机构如图1所示。

图1 LS锁闭机构

1.3 地铁车辆紧急解锁装置设计方案

目前，地铁车辆紧急解锁装置设计方案包括以下3种。

1.3.1 方案1

2档位手柄(OFF/解锁)，不带电磁铁。无电磁铁紧急解锁装置结构如图2所示。

图2 无电磁铁紧急解锁装置

手动旋转紧急解锁装置手柄至135°解锁位置，松开紧急解锁装置手柄，此时手柄定于90°位置。当车速为0时，可以通过门页上的扣手打开车门。

1.3.2 方案2

2档位手柄(OFF/解锁)，自带电磁铁。带电磁铁无请求位紧急解锁装置结构如图3所示。

图3 带电磁铁无请求位紧急解锁装置

列车运行过程中，紧急解锁手柄内的电磁铁受零速信号控制。非零速时电磁铁吸合，其芯轴会限制操作路径，手柄将不能旋转，车门不会直接解锁。当车速为0时，电磁铁释放，紧急解锁装置可以操作至“解锁”档，此时操作紧急解锁装置使锁闭装置解锁，通过门页上的扣手打开车门。

1.3.3 方案3

3档位手柄(OFF/请求/解锁)，自带电磁铁。带电磁铁有请求位紧急解锁装置结构见图4。

图4 带电磁铁有请求位紧急解锁装置正视图

与方案2相比，方案3紧急解锁装置内部同样具备电磁铁，电磁铁同样受零速信号控制。当车速为0时，乘客可以直接操作至解锁位。与方案2不同之处为：列车运行过程中，当乘客操作车门紧急解锁手柄后，非零速手柄内部电磁铁得电，其限位轴发挥作用，紧急解锁手柄只允许操作至13°“请求”位。根据实际情况及相关的运营规章制度判断列车是否触发制动停车，待列车停稳后，乘客可根据手柄面板上的操作提示，可操作手柄至“解锁”位，再通过门页上的扣手打开车门。

2 车门安全联锁环路设计

根据CZJS/T 0022—2015《城市轨道交通车辆与信号系统接口技术要求(范本)》(试行版)的要求，设计合理的车门安全联锁环路，以保证列车功能完整可靠。

2.1 方案1中的车门安全联锁环路设计

方案1中乘客在极端情况下操作手柄至“解锁”位，转轮后面连接的钢丝绳触发位于客室车门机构上的EUS，从而发出解锁信号。根据LS锁闭机构行程开关原理，DLS发生动作。为实现CZJS/T 0022—2015对紧急解锁的功能需求，需将门安全互锁回路拆分为“门关好联锁环路”和“门锁好联锁环路”两部分，如图5所示。

图5 车门安全互锁回路(方案1)

车门关到位联锁环路、车门锁到位联锁环路控制逻辑如图6所示。当一侧有任何车门打开时，该侧门关到位联锁环路断开，此时若乘客操作紧急解锁开关后，会引起车门锁到位联锁环路断开。

图6 车门联锁逻辑(方案1)

将关到位回路与锁到位回路独立，并送至列车自动控制(ATC)系统和列车监控管理系统(TCMS)进行监控。当ATC监控到关到位环路断开时，无论列车所处何位置均触发紧急制动；当监控到锁到位环路断开时，根据列车位置判断是否需要输出紧急制动。方案1完全满足CZJS/T 0022—2015对紧急解锁的功能需求，如表1所示。

表1 方案1对规范的符合情况

2.2 方案2中的车门安全联锁环路设计

此方案中紧急解锁机械手柄设置电磁铁，当车速为0时，电磁铁断电，紧急解锁装置可以操作；当列车非零速运行时，电磁铁吸合，其芯轴会限制操作路径，紧急解锁手柄不能旋转，车门不会直接解锁，DCS和DLS不被触发。将DCS及DLS触点串联至安全联锁环路中，安全互锁回路闭合，如图7所示。

图7 车门安全互锁回路(方案2)

车门安全联锁环路控制逻辑如图8所示。列车运行时，当一侧有任何车门打开或乘客操作紧急解锁开关后，该侧门安全联锁环路断开，此时ATC默认车门打开，并将立即封锁牵引触发制动。

图8 车门联锁逻辑(方案2)

此方案由于受机械解锁手柄结构影响，借助紧急解锁手柄只能满足CZJS/T 0022—2015对紧急解锁的部分功能需求，如表2所示。乘客需通过其他方式告知司机紧急情况，由司机判断是否紧急停车疏散乘客。

表2 方案2对规范的符合情况

2.3 方案3中的车门安全联锁环路设计

此方案中紧急解锁手柄设置电磁铁且带请求位，车辆电路将所有车门“请求”行程开关(DRS)触点信号串联至请求联锁环路。当列车以非零速运行时，乘客操作车门紧急解锁手柄后，手柄内部电磁铁得电，紧急解锁手柄只允许操作至“请求”位，DRS动作，请求联锁环路断开，将此信号通过硬线传给TCMS及ATC系统，ATC系统或TCMS根据具体情况执行相应操作。请求电路及安全联锁环路设计如图9所示。