城市轨道车辆客室门隔离锁研究

文/单玉兵，南京康尼机电股份有限公司

城市轨道交通由于高密度运转，列车行车时间间隔短，行车速度高，列车编组辆数多而具有较大的运输能力。城轨列车由于运行在专用轨道上，没有平交道口，不受其他交通工具干扰，并且有先进的通讯信号设备，极少发生交通事故。因此轨道交通普遍具有运量大、速度快、班次密、安全舒适、准点率高、全天候、运费低和节能环保等优点被世界范围内广泛使用。在城轨交通众多特点中，安全可靠是乘客的基本需求和首要标准，也是轨道交通运营的重要主题。

据有关数据显示,轨道交通的事故中约有25%以上是由车门故障所引起的,所以轨道列车的车门系统对于列车的运行和乘客的安全可靠来说十分重要。当门系统出现故障后，司机或者乘务员应根据故障级别对列车做响应处理。而隔离作为车门常用的故障处理手段，既避免了列车清客下线保障了运营的连续性，又旁路了列车门系统故障，确保安全运营。

城轨车门隔离锁装置分析

根据隔离锁的功能、安装位置、结构及设计要点分别对不同类型的隔离锁进行介绍：

隔离锁功能：隔离锁应具备两大功能：隔离和机械锁闭。所谓隔离是指当列车门系统出现故障后（比如关/锁到位开关失效），列车安全互锁回路无法闭合则无法继续牵引；此刻操作隔离将激活隔离开关，对已有故障的关/锁到位开关进行旁路，列车安全互锁回路闭合，列车可继续牵引至下一站或者回库进行检修。

机械锁是指当门系统锁闭系统出现故障后（无法锁闭），隔离锁除了上述隔离功能外，应同时具备机械锁闭功能。此机械锁闭的强度需满足EN14752标准要求——门系统可抗开门方向力1200N下不产生锁闭失效或者零件部件功能失效。

隔离锁安装位置：根据不同用户的需求，隔离锁位置各有不同，但操作隔离锁对象应为车辆授权人员，如乘务员或者司机。一般情况下，隔离操作应为车内隔离，亦有特殊需求从轨面外部隔离。在该需求下，隔离锁高度位置需要兼顾车内隔离与车外轨面解除隔离，因此一般设置在右侧门板下部约1/3高处。下图表对常见的隔离锁位置和特点进行分析：

图1 隔离锁位置及特点

隔离锁结构：因安装位置不一样，导致隔离锁结构差异较大，下面分别介绍上述四种位置的隔离锁大体结构：

·安装于侧立罩：该位置隔离锁一般用于内藏&外挂移门、密闭门，其基本原理为操作隔离锁锁芯后，隔离锁闩旋转一定角度后插入门板预留的锁槽内，可阻止门扇向开门方向移动，同时触发隔离锁开关并提供信号给门控器，从而实现机械和电隔离功能。此种结构隔离锁无法实现外部操作，一旦操作隔离，当紧急逃生时必须由乘务员从内部解锁后才能实现开门逃生，同时因该装置独立于门系统，操作装置不受门系统状态限制，存在开门隔离的风险，设计时应考虑并避免，无法避免时应告知客户此风险。

·安装于车辆内侧顶罩：该位置隔离锁一般用于塞拉门、外挂移门，其基本原理为操作隔离锁锁芯后，带动隔离锁锁钩旋转，从而勾住门板连接板的销轴，实现阻止门扇往开门方向移动。同时隔离锁芯上有一凸轮触发隔离锁开关，提供给门控器隔离信号。此种结构隔离锁能够实现同时锁闭左右门扇，但因安装在内部顶侧罩板，无法从外部操作，同样存在紧急逃生时必须由乘务员从内部解锁后才能实现开门逃生的问题，另因顶部空间限制，该位置并不便于日常检查及维护，维护成本相对较高。

·安装于右侧门板左上部位：该位置隔离锁一般用于内藏&外挂移门，其基本原理为操作隔离锁锁芯后，隔离锁闩从门板上部伸出，进入上部导轨卡槽内，从而实现阻止门扇往开门方向移动。同时锁闩推动一个开关触发板，引起开关信号跳变，提供给门控器隔离信号。此种结构隔离锁能实现外部操作，但是因为隔离锁芯处于门扇顶部，外部操作时需要云梯等辅助工具，可操作性并不强，且该装置在门扇顶部开口，破坏门板密封性，有导致门扇内部进水的风险。

·安装于右侧门板右下部位：该位置隔离锁一般用于内藏&外挂移门，其基本原理为操作隔离锁锁芯后，隔离锁闩从门板侧边伸出，与车体产生限位关系，从而实现阻止门扇往开门方向移动。同时锁闩转动后直接触发开关，引起开关信号跳变，提供给门控器隔离信号。此种结构隔离锁同样可以实现内外部同步操作，隔离锁芯处于门扇下部，解决了外部操作受高度限制问题，同时也解决了门扇顶部开口密封问题，但因靠近车体侧立柱，在方案设计时需要注意锁芯相对车体侧立柱的距离，确保有足够的钥匙操作空间。

隔离锁设计要点：

·易接近：操作接口应易接近且便于乘务员操作，隔离状态应能够清晰明示；

·密封性：隔离锁安装后，不能影响车体或者门扇的密封性；

·安全性：设计时应尽量避免开门可隔离，具有操作防错性，且强度满足标准要求；

·简易性：在保证功能的同时，设计结构应尽量的简单，空间占用比例尽量少，便于日常维护。

综上，从上述介绍的四种方案中，将隔离锁安装在门板右下部位能够满足上述所有设计要点，在方案设计时应作为首选方案。

安全分析与验证

当门系统出现故障后，隔离锁作为第二套锁闭装置，机械强度及稳定性均要可靠，一旦隔离功能失效，严重时可能导致列车开门运营的风险，这将直接影响乘客的生命安全。因此隔离锁的可靠性和安全性十分重要。风险评估准则采用更显矩阵进行安全性评估。严重度分级如下：

严重性等级 对人或者环境的影响 对运营的影响I 灾难的 多人死亡和/或多重严重伤害和/或对环境严重破坏I I 严重的 单一的灾祸和/或严重伤害和/或对环境重大的损害失去主要系统I I I 轻度的 较小的伤害和/或对环境有重大的威胁严重系统损坏I V 轻微的 可能有较小的伤害 轻微的系统损坏

频度分级如下：

等级 频率 频率A 经常发生的 >1 0次（寿命周期内） > 1.0 0 E-5/小时B 可能发生的 <1 0次（寿命周期内） < 1.0 0 E-5/小时C 偶然发生的 <1次（寿命周期内） < 1.0 0 E-6/小时D 很少发生的 <0.1次（寿命周期内） < 1.0 0 E-7/小时E 不可能发生的<0.0 1次（寿命周期内） < 1.0 0 E-8/小时F 难以置信发生的<0.0 0 1次（寿命周期内） < 1.0 0 E-9/小时

严重度分类矩阵：

注：R1：可忽略的；R2：可容忍的；R3：不希望有的；R4：无法接受的

仅当综合安全等级评定为R1时，当前设计才被认为是安全可靠的。当前轨道门系统隔离锁常见危害识别如下：

潜在危害 潜在原因 减轻措施列车运营时，被隔离的门电气意外驱动或者打开门控器驱动开门1. 门系统隔离后，不响应任何开门指令；2. 机械装置可靠，当电机开门时，可以承受电机开门力；列车运营时没被隔离的门意外打开乘客操作了E E D 1.乘客操作E E D，车门不解锁；2.隔离装置因能承受E E D的解锁力；列车停止在站台时，开着门发出门未关到位时意外隔离1-当门控器诊断出故障时，判断门位置，若未处于关锁到位位置，则驱动关门2-隔离开关与额外的锁到位开关串联，旁路安全回路紧急情况时，车门无法从内部操作紧急解锁装置打开发生紧急情况时，乘客无法解隔离发生紧急情况时，通过其他车门逃生；紧急情况时，车门无法从外部操作解锁装置打开发生紧急情况时，车外救援人员无法解隔离发生紧急情况时，通过其他车门逃生；

通过对上述常见危害识别进行判定，开门发车严重度评估为I级（灾难的）。利用故障树分析法分析“列车在车门没有关到位的情况下发车”的风险。评定该风险事件的失效率为5.64075E-14/h。因“列车在车门没有关到位的情况下发车”的风险频度为F，故根据下表得出，期综合风险等级为R1，可忽略的（无需任何同意即可接受）。基本事件：隔离锁的机械强度不足会导致隔离装置损坏、机械隔离功能失效，致使本该被隔离的门系统可能会在列车运营的过程中被打开，因此隔离锁的机械强度验证应作为关键验证项点纳入设计验证环节。

ID 描述 失效率Q事件 1 锁到位开关组件故障（无法释放） 2.3636E-7事件 2 关到位开关组件故障（无法释放） 2.3636E-7事件 3 关门保护失效 2.57465E-10事件 4 隔离开关组件故障（以外触发） 2.57465E-10中间事件 1车门未关到位且安全回路错误闭合 5.5866E-14中间事件 2隔离开关以外触发且主动关门失效 5.41559E-16

根据EN 14752的标准要求，隔离锁舌需要承受开门方向1200N的力门不被打开。隔离锁的强度受材质及自身结构的影响，本文对截面6mm×9mm材质为ZG12Cr18Ni9的锁舌进行实物验证。

门板前沿承受1200N时，锁舌变形0.05mm，持续加力至3000N时变形量增加至1.46mm，此时门系统隔离功能正常，但门系统不能退出隔离，故该材质截面的极限加载强度为2000N，当加载力超出2000N时门系统隔离功能正常，不存在安全隐患，整体满足EN14752的设计要求，数据见下表，锁舌的残余变形曲线图见图2。

施加力 隔离锁舌变形量（mm） 隔离功能 退出隔离1200N 0.05 正常 正常2000N 0.7 正常 正常2400N 1 正常 无法退出3000N 1.46 正常 无法退出

图2 外载荷和残余变形关系

隔离锁对门系统的安全及列车的可靠运行有着深远的影响，车辆及乘客的安全是设计中的重中之重，不同位置的隔离锁功能及安全性能上存在一定的差异性，虽然隔离锁的操作位置由主机厂根据业主的需求提前完成确认，但设计师在方案设计时应充分考虑并分析可能存在的安全隐患，并告知客户存在的潜在风险，以提高门系统及整车的安全及可靠性。