动车组车门系统站台补偿器故障分析与改进

胡继珍，巩文东，巩长义，王文超

（1.IFE-威奥轨道车辆门系统（青岛）有限公司 工程部，高级工程师，山东 青岛 266108；2.山东职业学院 城市轨道学院，讲师，山东 济南 250304）

引言

CRH380系列高速动车组车门系统采用压力密封型电动单扇塞拉门系统，每套车门配备一套站台补偿器（脚踏），用于减少车辆同站台之间的间隙。车门和站台补偿器由门控器控制，门控器接收车门区域的乘客按钮信号和来自列车司机控制台的指令，控制车门的打开、关闭，并对车门和站台补偿器的状态进行监控。CRH380系列动车组上线运营已超过十年，在长期运营和检修过程中针对站台补偿器进行过多次改进，如更换新型供气节流阀、优化站台补偿器控制逻辑［1］［2］［3］等，降低了站台补偿器的故障率，但运营过程中仍然有偶发故障现象。为进一步降低车门故障率，提高车辆运营安全性，有必要进一步分析站台补偿器的故障原因，制定改进措施，为车辆的安全高效运营提供保障。

1 站台补偿器介绍

站台补偿器机械结构如图1所示［4］。站台补偿器安装在车门底部，踏板可以放平或收起。车门打开时，踏板放平，用于填补车辆同站台之间的间隙，方便乘客上下车辆。车门关闭时，踏板收起。

图1 站台补偿器的结构

站台补偿器的控制系统包括气缸、打开电磁阀、关闭电磁阀、“脚踏打开”限位开关（B10）、“脚踏已关闭”限位开关（B11）、隔离机构及气动节流阀装置。

站台补偿器由门控器控制［5］，开门过程中，车门首先打开，在车门的开度约150mm时门控器驱动打开电磁阀，使气缸打开方向充气，将踏板往打开方向开启。关闭过程中，车门首先关闭，在车门开度还剩下300mm时门控器驱动关闭电磁阀，使气缸向关闭方向充气，使踏板往关闭方向动作。限位开关B10和B11分别用于指示踏板的打开状态和关闭状态。站台补偿器底部配置一个隔离结构，使用四角钥匙操作隔离机构可使踏板被机械锁闭在关闭位置，此时触发机械隔离限位开关，指示站台补偿器处于机械隔离状态。

车门系统定义了5个故障代码用于指示站台补偿器的故障状态（如表1所示）［6］。

表1 站台补偿器故障代码

门控器监控站台补偿器的状态，并通过通信总线将站台补偿器的状态和故障信号发送给车辆。

2 站台补偿器故障分析

CRH380系列某型动车组共25列车，统计2018年10月至2020年10月两年间发生的车门站台补偿器故障共16起，故障情况如表2所示：

表2 站台补偿器故障统计

由表2可知，站台补偿器故障主要是故障代码96和故障代码97/98对应的故障，故障代码98伴随故障代码97发生。以下针对这两类主要故障进行分析。

2.1 “在规定时间内脚踏未能关闭”故障的分析

站台补偿器关闭时，如果踏板在6s内未能触发限位开关（B11），则门控器会判断为踏板在规定的时间内没有关闭，并产生故障代码96。脚踏关闭过程的控制逻辑如图2所示。

图2 脚踏关闭控制逻辑

导致踏板未能关闭的原因可能是电磁阀故障、供气节流阀故障、气缸故障、限位开关（B11）故障、限位开关（B11）安装位置偏差、异物卡滞等。根据现场的故障处理情况，故障发生时踏板通常已经处于关闭位置，但是限位开关（B11）无法触发，适当调整限位开关（B11）的位置，可以使限位开关（B11）切换为触发状态。

限位开关（B11）和限位开关（B10）为磁性开关，靠气缸内部的活塞磁铁的磁力激活，开关的安装位置是一段区域。每个开关的安装范围约15mm，安装时通常将限位开关安装在安装范围的中间位置，采用塑料卡箍固定在气缸的外壁上，安装方式如图3所示。踏板关闭时，气缸活塞推进至上部的限位开关（B11）附近，并激活限位开关（B11）；踏板打开时，气缸活塞推进至下部的限位开关（B10）附近，激活限位开关（B10）。

图3 限位开关安装区域

由于气缸外壳为表面光滑的不锈钢，且气缸在推动踏板连杆旋转时气缸本身会随着运动，因此限位开关存在着安装位置偏移的风险。

站台补偿器的打开过程和关闭过程时序如图4所示。打开电磁阀激活后，踏板往打开方向运动，踏板离开关闭位置时限位开关（B11）复位，踏板到达打开位置后，激活限位开关（B10）。关闭电磁阀激活后，踏板往关闭方向运动，踏板离开打开位置时限位开关（B10）复位，踏板到达关闭位置后，激活限位开关（B11）。

图4 站台补偿器打开和关闭过程时序图

分别将限位开关B10/B11安装在安装范围的中间位置、上限位置、下限位置，测量不同的安装位置对限位开关动作时间的影响，测量结果如表3所示。

表3 踏板打开/关闭过程中限位开关触发时间

结果显示，限位开关（B10）的安装位置对踏板的打开时间影响很小；限位开关（B11）的调整位置处于上限时，对踏板的关闭过程影响明显，限位开关（B11）的激活时间超出其它情况下开关激活时间的2倍，但该时间小于6s，不会导致故障代码96产生。但安装位置偏移超出安装范围时，会导致限位开关无法触发，影响踏板的正常打开/关闭。

2.2 限位开关“脚踏已关闭”故障和限位开关“脚踏打开”故障的分析

车门关闭后门控器会发出“车门已关闭”和“脚踏关闭”状态信号，司机室屏显示车门关闭图标和脚踏关闭图标。正线运营出现司机室屏显示车门关闭但脚踏未关闭现象，故障发生时车门和脚踏实际处于关闭位置，门控器记录故障代码97/98。针对发生该故障的站台补偿器气缸和限位开关（B11）进行检测，发现气缸功能良好，而限位开关B11的常开触点发生形变，导致常开触点存在粘连的可能，即踏板打开后B11开关可能会因常开触点粘连无法复位，导致B11限位开关故障代码97产生。

限位开关（B11）故障代码97的控制逻辑如图5所示：脚踏打开电磁阀启动，限位开关（B10）已经指示脚踏打开，但限位开关（B11）仍然指示脚踏已关闭，300ms后报出故障代码97；脚踏打开状态下，若限位开关（B11）复位，则故障代码97复位。

图5 故障代码97控制逻辑

限位开关（B10）故障代码98的控制逻辑如图6所示：脚踏关闭电磁阀启动，“限位开关（B11）已经指示脚踏关闭，但限位开关（B10）仍然指示脚踏打开，300ms后报出故障代码98。脚踏关闭状态下，若限位开关（B10）复位，则故障代码98复位。

图6 故障代码98控制逻辑

“脚踏关闭”信号的控制逻辑如图7所示：限位开关（B11）激活状态且没有产生故障代码97。

图7 脚踏关闭信号逻辑

如果限位开关（B11）常开触点粘连，B11信号会持续激活，脚踏打开后，会产生故障代码97。之后将脚踏关闭，97故障仍处于激活状态，此时车门无法发出“脚踏关闭”信号。由表3可知，脚踏关闭过程中，打开电磁阀激活200-300ms后“脚踏打开”限位开关B10才会复位，而故障代码98的控制逻辑中，B10/B11同时激活300ms报出故障代码98。在B11限位开关常开触点粘连的情况下，脚踏关闭过程中、打开电磁阀激活后，B11和B10会同时激活近300ms，因此导致偶发的故障代码98产生。

上述分析可知，造成站台补偿器故障的原因为：限位开关B10/B11为电磁磁性开关，安装位置偏移超出设计范围后影响开关的触发；且开关触点容易出现粘连，导致开关触点无法复位。司机室屏显示车门关闭但脚踏未关闭时，车门和踏板实际处于关闭位置，是由于开关故障导致门控器无法识别到踏板的实际状态。

3 站台补偿器优化措施

3.1 限位开关安装方式优化

根据上述分析，针对性的提出如下解决措施：使用金属卡箍替代原有的塑料卡箍，使限位开关B10/B11固定更牢固。并在车辆月检、年检等检修中增加对限位开关安装位置和安装方向的检查，防止限位开关安装位置和方向出现较大偏移。

研究B10/B11限位开关替代方案，采用更可靠的机械式微动开关替代磁性开关。限位开关不再使用卡箍安装在气缸壁上，而是使用螺栓紧固在站台补偿器底部的踏板机械连杆附近的支架上，并在大修修程中完成限位开关的换装，以彻底解决限位开关触点粘连和安装位置偏移导致的脚踏故障。

3.2 控制逻辑优化

①正线故障时，车门和站台补偿器均处于关闭位置，因此可以确认限位开关（B11）故障情况下，不会影响车门的关门过程。优化后的“脚踏关闭”状态信号控制逻辑如图8所示：

图8 优化后的脚踏关闭逻辑

该逻辑可以保证在故障情况下车门和处于关闭位置时，司机室HMI屏显示车门和站台补偿器为关闭状态：

站台补偿器正常关闭时，门控器发出“脚踏关闭”信号。

B11常开触点粘连时（持续激活状态），由于车门/脚踏已经关闭，门控器发出“脚踏关闭”信号。

B11故障无法触发时，由于车门已经到达关闭位置，门控器发出“脚踏关闭”信号。

因其它部件如电磁阀、气缸等引起站台补偿器故障，导致站台补偿器无法关闭时，车门关闭过程中会碰撞踏板，并触发障碍物探测功能，导致车门无法关闭，司机室HMI屏会提示为车门防夹状态，提醒乘务人员处置车门故障。

②优化故障代码97和98的判断时间。由表3可知，B10/B11在不同安装位置情况下，打开或关闭电磁阀启动后限位开关B10/B11的动作时间最大为1.7s，经试验可将故障代码97/98的判断时间由300ms延长到2s，避免由于限位开关偶发故障情况下闪报故障代码97/98。优化后的控制逻辑于2021年3月起在现场应用，运行情况良好，目前没收到相关故障报告。

4 结论

车门站台补偿器通过电磁阀驱动气缸控制踏板的动作，通过电磁限位开关判断踏板是否打开/关闭到位，为复杂的电、磁、气控制系统。本文提出的优化车门控制逻辑方案，已应用到列车运营中，有效的降低了站台补偿器故障率；限位开关安装方式优化方案计划在后续的大修过程中实施，可进一步减少站台补偿器故障，为车门系统的正常关闭提供保证，从而保障列车的安全、准时运营。