基于故障树的城轨车辆塞拉门系统故障与检修

周爱萍 薛淑胜 卫 妍 陆春锦

（1.南京交通职业技术学院，江苏 南京 211188；2.中车南京浦镇车辆有限公司， 江苏 南京 210031）

0 引言

轨道交通车辆的车门系统是车辆结构中的重要组成部分，使乘客能够快速上下车，与车辆运行的安全密切相关。由于其使用频率高、结构复杂，其故障数量在整车故障中一直占有较大比重[1-2]。因此该研究对车门系统的故障进行统计与分析，并且结合车门的常见故障进行可靠性分析，基于分析结果提出切实可行的改进措施，对提高列车车门的运行可靠性和安全性，保证车辆安全运行具有重要的现实意义。

1 地铁车门故障统计与分析

1.1 塞拉门设备故障统计分析

轨道列车的车门系统主要包括客室车门、司机室侧门以及紧急逃生门。通过对某城市地铁车辆2019年5月—2020年4月这一年的192起车门故障进行统计与分析得出，客室车门与司机室侧门的故障数分别是131起和61起，紧急逃生门一直未使用，目前未出现故障。由于轨道车辆运行站间距短、车门开关频繁以及列车客室车门数量多等特点，造成客室车门故障数量明显较多。因此该文重点对客室车门进一步统计与分析。

某城市地铁车辆配备的是典型的塞拉门，根据塞拉门的结构及运动方式，将塞拉门分为5个子系统，分别是悬挂导向系统、驱动锁闭系统、电气控制系统、内外操作系统、以及门扇基础系统[2]，见表1所示。

表1 城轨车辆塞拉门系统部件表

通过对塞拉门出现的131 起故障进行统计，得出塞拉门各个系统的故障分布情况如图1、图2所示。其中除了上述5个系统引起的故障之外，还有3种故障情况：（1）乘客原因造成的故障，共发生1起乘客冲门导致车门防夹故障；（2）车辆控制原因造成的故障，共发生2起车门控制电路造成的故障，ATCZVR零速度信号丢失造成的车门未开到位以及电器柜的接线端子松动造成的车门无法开关等；（3）其他未探明原因，例如车门状态显示错误，重新关门后故障消失，回库检修及跟踪后，故障没有再出现等。

图1 地铁客室车门子系统故障数统计

由图2可以看出，在客室车门系统中，悬挂导向系统和门扇基础系统发生的故障比例，分别占到车门故障总数的41%和40%。主要的故障形式有“车门运行中存在漏风”、“行驶过程中，车门有啸叫声”、“车门运动过程中卡滞、有异响”等。车门门扇基础系统中常见故障有“车门指示灯故障”、“车门开关门过程中有异响”等。除此以外，电气控制系统的故障占比是11%，出现多起“车门无法正常关闭”的故障现象。

图2 地铁客室车门子系统故障比例分布图

1.2 客室车门月度故障数统计分析

该文主要统计某线路车辆从2019年5月—2020年4月的这一年客室车门的故障情况，现将车门每个月的故障情况进行统计，如图3所示。

图3 客室车门故障月度故障分布

某城市的地铁线路是10月份正式开始投入运行，前5个月列车处于列车调试期间，处于可靠性浴盆曲线的早期失效期，部件失效率较高，并且由于交车数量的增多，故障数量也呈现增多的趋势。这一阶段失效的原因大多是设计、制造过程中的缺陷。通过前期的试运行和设备调试，塞拉门的失效率迅速降低，在正式投入运营后进入浴盆曲线的偶然失效期，这一阶段失效率较低，且比较稳定。通过对故障的分析，很多故障在制造期间能够避免发生，例如门扇油漆脱落、门扇开关门尺寸不合适等，这些可以通过提高车门生产与制造工艺来改进，同时建议在车门安装过程中，完成车门参数调整的主要工作，不能等到地铁车辆运行之后出现故障再进行维修，这样容易增加试运行期间检修人员的工作量，同时也降低了列车的可用性。

1.3 塞拉门典型故障处理措施分析

在统计的131起客室车门的故障中，共有61起故障是通过对车门参数进行调整完成检修作业，例如“车门运行中漏风”、“行驶过程中车门有啸叫声”、“车门运动过程中卡滞、有异响”等故障，基本都是通过调整车门尺寸参数即可修复，不需要消耗备品备件。这主要是因为车门是运动部件，且开关门动作频繁，在长时间的运行过程中，车门相关的机械尺寸容易发生变化，从而引起上述一系列故障。因此对车门的机械尺寸进行调整是城轨车辆检修工要掌握的一项必备技能。接下来对车门参数调整的维修作业进行简要分析。

地铁车门的调整主要包括V型尺寸调整、门扇对中调整、压轮调整、滚轮摆臂调整、平行度调整、门扇密封性调整以及行程开关调整等[3-4]。在统计分析中得出，地铁车辆车门调整任务最多的是V型尺寸调整、对中尺寸调整以及压轮调整，接下来对这3种调整过程进行简要说明。

1.3.1 V型尺寸调整

V型尺寸是指门扇上部开度比下部开度大2mm~5mm。因为车门驱动装置位于门扇的上部，V型尺寸可以保证在载客状态下，车门关闭时门页与车体地板面平行。当车门出现异常情况以及车门其他检修作业之后，都需要进行V型调整，主要通过转动每个车门上携门架连接板上的偏心轮实现对每个门页的单独调整，如图4所示。当门页上部开度小于下部开度时，将偏心轮轮心朝向门页外摆方向旋转。

图4 V型尺寸调整偏心轮位置

1.3.2 对中尺寸调整

门页对中是指左右2个门页相对门框中心线距离的差值[4]。对中尺寸影响到车门的密封性和平整度，一般要求在0mm~2mm。若车门对中尺寸不满足要求，就会出现“车门运行时漏风”、“车门运动过程中有啸叫声”等故障。可通过调整驱动机构上的铰链与传动螺母之间的距离来实现。根据测量结果，松开防松螺母，旋转螺纹套，以调整对中左右门扇。横向距离必须在左右两侧的螺纹套上进行调整，调整完成后，紧固防松螺母，如图5所示。

1.3.3 压轮调整

压轮（又称为平衡轮），位于车门两侧门页的上端，其作用主要为保证车门关闭后门扇的平行性。调整的重点是保证压轮与门上压轮槽的距离[4]。车门运动过程中依靠压轮槽进行关闭。当车门关闭时，用手转动压轮，压轮应该是处于压住了车门，但是又能轻微转动的状态，与压轮槽一般保持在1mm~2mm间隙要求，不能过紧或过松[5]。若压轮过紧，会导致压轮槽有磨损，如图6所示，同时引起车门运行过程中有异响，严重会导致车门无法关闭；若压轮过松，会出现车门运行中漏风、漏光以及车门出现啸叫声等问题。在统计的131起故障中，共有18起由于压轮造成的车门故障。调整过程中主要通过旋转压轮支架上的偏心轮进行调整，转动偏心轮调节压轮高低，偏心轮位置如图7所示，确定压轮压紧位置。同时，左右2个门扇之间的压轮间隙应该保持一致。

图6 压轮槽磨损图

图7 偏心轮位置图

2 塞拉门系统的故障树建立

在塞拉门故障的统计与分析中得知车门系统故障原因分布范围广，同一故障现象可能有多种故障原因，同一种故障原因可能会导致不同的故障现象。故障树分析法是一种针对故障现象进行各种原因分析的可靠性分析技术[6]。因此该文基于故障树分析法对车门系统常见故障现象进行可靠性分析，分析结果有利于检修维护人员快速完成车门故障定位与检修工作，减少故障排查时间，缩短检修时间，从而有效提高列车的可靠性和可用性，具有十分重要的现实意义。

在2019年5月—2020年4月，某地铁车辆的客室车门共发生31起“车门无法关门”以及27起“车门运行中有异响”等故障现象。因此该文将“车门无法正常关闭”以及“开关门动作异响”分别作为故障树顶事件，建立故障树如图8和图9所示。通过故障树分析，得出2个故障树的底事件以及底事件的发生次数如表2和表3所示。

图8 “车门无法正常关闭”故障树

图9 “车门开关门动作异响”故障树

表2 “车门无法正常关闭”故障树事件列表

表3 “开关门动作有异响”故障树事件列表

由于列车交付和投入运营的时间不一致，并且2019年5—9月的故障数据是设备调试与试运营期间的数据，因此不具备统计故障率的实际价值，从而无法对以上分析的故障树进行定量分析。为了便于了解底事件的重要度，该文统计了一年时间内底事件的发生次数。通过底事件故障的发生次数，分析得出在设备维护与检修作业中应该注意以下几点：1）在“车门无法正常关闭”事件中，机械故障“压轮过紧”和电气故障“EDCU信号异常”需要重点关注。压轮位于客室车门的顶端，客室车门日常维护作业中需要加强检查。通过查阅地铁客室车门的维护手册得知，目前客室车门的日检作业中并没有压轮的检查这一项，因此应该提高对压轮尺寸检查和调整的周期性。另外，需要周期性检查和调整压轮尺寸。 2）在“开关门动作有异响”事件中，“上下滑道润滑不足”以及“下档销间隙错位”发生次数相对较多。其中发生多起由于部件润滑不足导致的开关门动作异响事件。通过查阅地铁客室车门的维护手册得知，目前客室车门的预防性维护作业中建议每年或者每运行125000km对车门运动部件进行清洁润滑。根据该文分析情况，建议将车门运动部件的清洁润滑间隔周期缩短。

3 结语

通过对某地铁车辆运营过程中客室车门故障的统计与分析得知，车门悬挂系统和门扇基础系统的故障率较高，建议系统研究人员应着力提高这2个系统的可靠性水平；其次，分析得出“车门运行中漏风”、“行驶过程中车门有啸叫声”、“车门运动过程中卡滞、有异响”等为常见故障，可以通过调整车门参数完成检修，因此结合调整经验对车门参数调整的技术进行分析，希望能进一步提高客室车门检修人员的操作技能水平和维修业务能力。最后，通过统计得出“车门无法正常关闭”“车门开关门动作异响”为典型故障模式，因此该文通过故障树分析法对以上2个故障模式进行分析，根据故障树底事件的发生次数，得知“压轮过紧”和“EDCU信号故障”是“车门无法正常关闭”的重要因素，“上下滑道润滑不足”以及“下档销间隙错位”是“车门开关门动作异响”的重要因素。因此，车辆检修部门应该对以上底事件给予重视，在日常检修作业中加强检查；同时建议缩短关键运动部件的检修间隔周期。

该文分析结果有利于指导客室车门检修人员提高设备检修能力，缩短故障诊断时间，进而提高客室车门的可靠性，同时为制定城轨车辆客室车门系统维护手册提供指导建议。但是该文研究还存在不足之处，由于故障数据有限，并未对故障树进行定量分析，以期随着运行故障数据的累计，得到底事件的故障率，从而在定量上对客室车门故障进行深入分析，这将是该文作者后期致力攻克的研究难点。