城市軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)行程開(kāi)關(guān)故障分析及改進(jìn)方案

（中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司設(shè)備研發(fā)部，130062，長(zhǎng)春∥第一作者，工程師）

城市軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)行程開(kāi)關(guān)故障分析及改進(jìn)方案

張亮亮 陳東東

（中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司設(shè)備研發(fā)部，130062，長(zhǎng)春∥第一作者，工程師）

行程開(kāi)關(guān)是城市軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)安全控制回路中的關(guān)鍵部件，由于使用頻率高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易發(fā)生故障，導(dǎo)致車(chē)門(mén)系統(tǒng)故障率居高不下。針對(duì)車(chē)門(mén)行程開(kāi)關(guān)故障問(wèn)題，從行程開(kāi)關(guān)的功能和結(jié)構(gòu)方面分析故障原因，并給出改進(jìn)方案及規(guī)范化設(shè)計(jì)建議。

城市軌道交通車(chē)輛；車(chē)門(mén)；行程開(kāi)關(guān)；故障分析

Author′saddressCRRC changchun Railway Vehicles Co．，Ltd．，130062，Changchun，China

城市軌道交通車(chē)輛每側(cè)通常設(shè)置3～5套車(chē)門(mén)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)乘客的快速乘降。為提高列車(chē)安全，確保車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中車(chē)門(mén)不會(huì)被誤開(kāi)，通常把車(chē)門(mén)的鎖閉狀態(tài)信號(hào)串入到車(chē)輛的安全回路中，并接入牽引允許電路，一旦安全回路不通，則車(chē)輛失去牽引。因此，車(chē)門(mén)系統(tǒng)各項(xiàng)功能的成熟可靠，是列車(chē)安全性和可用性的重要保障。城市軌道交通車(chē)輛與干線鐵路客車(chē)相比，啟停頻繁、車(chē)門(mén)數(shù)量多、上下車(chē)客流量大，這些因素容易造成車(chē)門(mén)系統(tǒng)故障頻發(fā)。而行程開(kāi)關(guān)作為車(chē)門(mén)系統(tǒng)監(jiān)控部分的關(guān)鍵部件，由于使用頻率高、工作強(qiáng)度大，導(dǎo)致故障易發(fā)。

近年來(lái)，北京地鐵14號(hào)線列車(chē)車(chē)門(mén)使用的沙爾特寶S826行程開(kāi)關(guān)出現(xiàn)了裂紋問(wèn)題；西安地鐵2號(hào)線增購(gòu)車(chē)車(chē)門(mén)使用的高諾斯行程開(kāi)關(guān)出現(xiàn)了開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)不導(dǎo)通問(wèn)題；北京地鐵6號(hào)線一期車(chē)輛車(chē)門(mén)使用的伯恩斯坦行程開(kāi)關(guān)出現(xiàn)了觸點(diǎn)不導(dǎo)通問(wèn)題；哈爾濱地鐵1號(hào)線列車(chē)車(chē)門(mén)使用的沙爾特寶S826行程開(kāi)關(guān)出現(xiàn)了裂紋等質(zhì)量問(wèn)題。以上故障問(wèn)題均導(dǎo)致車(chē)輛當(dāng)即退出運(yùn)營(yíng)服務(wù)，影響重大，為此，有必要針對(duì)行程開(kāi)關(guān)故障問(wèn)題進(jìn)行深入研究并加以解決。

1 行程開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

車(chē)門(mén)行程開(kāi)關(guān)的種類(lèi)較多，有單觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、雙觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等多種類(lèi)型。車(chē)門(mén)行程開(kāi)關(guān)多采用雙觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，即開(kāi)關(guān)內(nèi)部配置一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)和一對(duì)常閉觸點(diǎn)。圖1是一種雙觸點(diǎn)車(chē)門(mén)行程開(kāi)關(guān)工作示例。

圖1 雙觸點(diǎn)車(chē)門(mén)行程開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可見(jiàn)，當(dāng)按鈕①被按下并觸發(fā)速動(dòng)彈簧②時(shí)，支架③和觸橋④向上移動(dòng)到有效位置，常閉觸點(diǎn)⑤斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)⑥接通。

2 行程開(kāi)關(guān)工作原理

行程開(kāi)關(guān)在車(chē)門(mén)系統(tǒng)中的作用是將車(chē)門(mén)的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)而傳輸至門(mén)控器（EDCU）中［1］，從而形成相應(yīng)的控制信號(hào)。以西安地鐵2號(hào)線增購(gòu)車(chē)為例，全列車(chē)（6輛編組）設(shè)有48套車(chē)門(mén)系統(tǒng)，共計(jì)使用96個(gè)門(mén)關(guān)好開(kāi)關(guān)（DCS）、48個(gè)鎖到位開(kāi)關(guān)（DLS），48個(gè)隔離開(kāi)關(guān)（LOS），24個(gè)緊急解鎖開(kāi)關(guān)（ES）。其中，單門(mén)的DLS開(kāi)關(guān)和2個(gè)DCS的常開(kāi)觸點(diǎn)以及ES的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)到車(chē)門(mén)的安全回路，LOS的常開(kāi)觸點(diǎn)與車(chē)門(mén)安全回路并聯(lián)。單門(mén)的安全回路串入到車(chē)輛的安全回路中，并接入牽引允許電路中，一旦安全回路不通，則車(chē)輛無(wú)法行駛［2］。圖2是安全回路的接線圖，圖3是車(chē)門(mén)行程開(kāi)關(guān)的布置圖。

圖2 行程開(kāi)關(guān)安全回路接線圖

圖3 行程開(kāi)關(guān)布置圖

圖4 螺釘和鋼板組合固定方式示例

3 行程開(kāi)關(guān)安裝結(jié)構(gòu)

車(chē)門(mén)行程開(kāi)關(guān)殼體一般為塑料材質(zhì)，為保證安裝牢固同時(shí)避免預(yù)緊力過(guò)大對(duì)開(kāi)關(guān)造成破壞，需要對(duì)緊固扭矩進(jìn)行嚴(yán)格控制。常用的行程開(kāi)關(guān)安裝方式有以下3種。

3．1 螺釘鋼板組合固定方式

螺釘和鋼板組合固定方式需要控制緊固螺釘?shù)牧刂翟?．1N·m（哈爾濱地鐵1號(hào)線和北京地鐵14號(hào)線車(chē)輛采用此種方式），鋼板不平以及螺釘力矩不準(zhǔn)確會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)殼體產(chǎn)生影響。圖4是采用螺釘和鋼板組合固定方式的行程開(kāi)關(guān)安裝示例。

3．2 臺(tái)階螺栓固定方式

臺(tái)階螺栓固定方式要求控制臺(tái)階螺栓的加工精度，保證緊固后開(kāi)關(guān)與螺釘之間約有0．2mm的晃動(dòng)量，避免緊固力對(duì)殼體造成影響。西安地鐵2號(hào)線增購(gòu)車(chē)和北京10號(hào)線二期工程增購(gòu)車(chē)采用此種方式。圖5是臺(tái)階螺栓固定方式的行程開(kāi)關(guān)安裝示例，圖6是臺(tái)階螺栓示例。

3．3 彈性卡簧固定方式

彈性卡簧固定方式依靠卡簧固定螺釘，減小螺釘對(duì)塑料殼體的影響。圖7是彈性卡簧固定方式示例。

以上3種固定方式均為成熟的行程開(kāi)關(guān)安裝方式。經(jīng)過(guò)多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際驗(yàn)證，其中的彈性卡簧固定方式較為可靠，且對(duì)開(kāi)關(guān)的殼體壓力較小。

圖5 臺(tái)階螺栓固定方式示例

圖6 臺(tái)階螺栓示例

圖7 彈性卡簧固定方式

4 行程開(kāi)關(guān)故障分析

較為常見(jiàn)的行程開(kāi)關(guān)故障主要有行程開(kāi)關(guān)裂紋和行程開(kāi)關(guān)不導(dǎo)通，這兩類(lèi)故障均可導(dǎo)致車(chē)門(mén)無(wú)法正常開(kāi)閉，車(chē)輛不能牽引運(yùn)行，嚴(yán)重影響列車(chē)的正常運(yùn)營(yíng)，且易造成清客類(lèi)事故。

4．1 行程開(kāi)關(guān)裂紋故障

行程開(kāi)關(guān)由于工作環(huán)境惡劣，使用頻率高，極易發(fā)生損壞，其中開(kāi)關(guān)裂紋是典型的損壞形式。開(kāi)關(guān)裂紋主要有兩種表現(xiàn)形式，即自發(fā)白紋及過(guò)載與腐蝕裂紋。行程開(kāi)關(guān)殼體在溫度交替等環(huán)境下因內(nèi)部應(yīng)力釋放會(huì)產(chǎn)生所謂的微裂紋即自發(fā)白紋。但這種裂紋不同于沒(méi)有內(nèi)部材料交聯(lián)的過(guò)載與腐蝕裂紋，這些裂紋兩端仍通過(guò)材料交聯(lián)保持綁定狀態(tài)，故出現(xiàn)自發(fā)白紋的開(kāi)關(guān)仍能夠承受負(fù)載，并不會(huì)降低開(kāi)關(guān)性能。圖8為自發(fā)白紋易發(fā)部位示意圖。

圖8 行程開(kāi)關(guān)自發(fā)白紋易發(fā)部位

圖8 中1、2、3所示位置為自發(fā)白紋易發(fā)部位，均為零件裝配時(shí)會(huì)出現(xiàn)額外機(jī)械負(fù)載的區(qū)域。1、2位置在安裝柱區(qū)域，3位置在螺紋固定區(qū)域，這些部位自發(fā)白紋的出現(xiàn)，不受負(fù)載的影響，僅受開(kāi)關(guān)殼體內(nèi)部應(yīng)力的影響。

與自發(fā)白紋相比，機(jī)械過(guò)載裂紋是導(dǎo)致行程開(kāi)關(guān)裂紋故障的根本原因，其主要原因?yàn)闄C(jī)械過(guò)載和腐蝕。機(jī)械過(guò)載及腐蝕產(chǎn)生的裂紋在開(kāi)關(guān)殼體兩內(nèi)側(cè)表面沒(méi)有材料交聯(lián)，因此，開(kāi)關(guān)殼體不能載重并且材料屬性被削弱，造成開(kāi)關(guān)性能下降。開(kāi)關(guān)門(mén)應(yīng)力、振動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大或車(chē)門(mén)的非正常開(kāi)閉，均可能造成超過(guò)材料允許范圍的機(jī)械過(guò)載情況發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)械過(guò)載裂紋出現(xiàn)。而在環(huán)境影響下，侵蝕性媒介在外力作用下，會(huì)在開(kāi)關(guān)殼體合成材料內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)結(jié)構(gòu)錯(cuò)開(kāi)過(guò)程，最終導(dǎo)致材料斷裂現(xiàn)象。以上兩種現(xiàn)象均會(huì)降低開(kāi)關(guān)殼體合成材料的強(qiáng)度，導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)與擴(kuò)展，最終造成行程開(kāi)關(guān)故障。

4．2 行程開(kāi)關(guān)不導(dǎo)通故障

行程開(kāi)關(guān)不導(dǎo)通是導(dǎo)致車(chē)輛清客救援回庫(kù)的首要原因，而開(kāi)關(guān)不導(dǎo)通的原因是因?yàn)檐?chē)門(mén)關(guān)好回路出現(xiàn)問(wèn)題。車(chē)門(mén)關(guān)好回路如圖9所示［3］。

圖9 行程開(kāi)關(guān)車(chē)門(mén)關(guān)好回路示意圖

在圖9中，S1為鎖到位開(kāi)關(guān)，S2、S3為門(mén)到位開(kāi)關(guān)，S4為隔離鎖開(kāi)關(guān)，S5為常閉緊急解鎖開(kāi)關(guān)。只有當(dāng)S1至S5開(kāi)關(guān)均正常導(dǎo)通時(shí)，門(mén)關(guān)好信號(hào)才能從8173觸點(diǎn)傳輸至8173h觸點(diǎn)，車(chē)輛才可以進(jìn)行牽引作業(yè)，當(dāng)出現(xiàn)開(kāi)關(guān)不導(dǎo)通時(shí)，車(chē)輛無(wú)法運(yùn)行。由于門(mén)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開(kāi)關(guān)自身原因及相關(guān)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)故障等均會(huì)造成開(kāi)關(guān)不導(dǎo)通的問(wèn)題出現(xiàn)。

（1）安裝及制造工藝問(wèn)題：開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)為精密接觸部件，若制造誤差不符合制造工藝要求，極易造成接觸不良的情況發(fā)生，同時(shí)觸點(diǎn)接觸面積過(guò)小也會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)接觸瞬間電弧放電過(guò)大，會(huì)造成開(kāi)關(guān)燒毀［4］。

（2）觸點(diǎn)腐蝕問(wèn)題：行程開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)一般采用銀鎳合金，若維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)，會(huì)造成觸點(diǎn)污染或腐蝕，影響行程開(kāi)關(guān)導(dǎo)電性能下降，進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)無(wú)法傳遞。觸點(diǎn)表面氧化是影響行程開(kāi)關(guān)性能下降的重要原因。

（3）運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)失效問(wèn)題：當(dāng)車(chē)門(mén)閉合時(shí)，開(kāi)關(guān)內(nèi)部常開(kāi)觸點(diǎn)釋放，并通過(guò)復(fù)位彈簧使觸橋與常閉觸點(diǎn)接觸。如果內(nèi)部運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)失效，則觸橋不能及時(shí)有效地實(shí)現(xiàn)信號(hào)導(dǎo)通，安全回路無(wú)法建立，列車(chē)無(wú)法牽引。

5 行程開(kāi)關(guān)改進(jìn)方案

針對(duì)以上給出的行程開(kāi)關(guān)故障問(wèn)題，提出以下幾個(gè)解決措施來(lái)降低故障率。

5．1 針對(duì)行程開(kāi)關(guān)裂紋故障

（1）對(duì)開(kāi)關(guān)殼體的注塑參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)注模工藝，減少殼體內(nèi)部應(yīng)力，對(duì)模具和殼體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善行程開(kāi)關(guān)殼體的內(nèi)部應(yīng)力狀況。

（2）行程開(kāi)關(guān)安裝過(guò)程中要嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行安裝，按規(guī)定施加扭矩。

（3）選用更為可靠的臺(tái)階螺栓或彈性卡簧緊固方式。

（4）根據(jù)運(yùn)用工況適當(dāng)選擇厚壁開(kāi)關(guān)。

（5）車(chē)輛月檢時(shí)，加強(qiáng)對(duì)行程開(kāi)關(guān)殼體表面狀況的檢查，出現(xiàn)裂紋要及時(shí)更換。

5．2 針對(duì)行程開(kāi)關(guān)不導(dǎo)通故障

（1）在車(chē)輛的各級(jí)修程中，對(duì)開(kāi)關(guān)的外觀進(jìn)行檢查，如出現(xiàn)破損、燒傷、腐蝕等痕跡，或者出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不同步現(xiàn)象要及時(shí)更換相應(yīng)開(kāi)關(guān)。

（2）針對(duì)觸點(diǎn)表面氧化問(wèn)題，可以采用較高IP防護(hù)等級(jí)的行程開(kāi)關(guān)。

（3）注意開(kāi)關(guān)的選型，如采用小電流電路可以考慮金觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。

（4）可以考慮采用加大安全回路電流的方法來(lái)?yè)舸┣謇碛|點(diǎn)表面上的氧化層。

6 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制信號(hào)多，而行程開(kāi)關(guān)作為實(shí)現(xiàn)機(jī)械位移與電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換的橋梁，是車(chē)門(mén)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。行程開(kāi)關(guān)因?yàn)槭褂妙l率高、工況惡劣、受外界干擾大，與車(chē)輛其他系統(tǒng)或零部件相比故障率較高。本文從行程開(kāi)關(guān)的工作原理、安裝結(jié)構(gòu)及常見(jiàn)故障類(lèi)型入手，分析故障原因，提出改進(jìn)方案，所提出的改進(jìn)措施可為今后城市軌道交通車(chē)輛車(chē)門(mén)系統(tǒng)行程開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)提供參考。

［1］ 羅祥勇．行程開(kāi)關(guān)引起的故障及其維修探析［J］．科技傳播，2013（7）：119．

［2］ 徐群榮．地鐵運(yùn)行過(guò)程中車(chē)門(mén)控制的安全性研究［J］．科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（7）：16．

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［4］ 閆格，吳細(xì)秀，田蕓，等．開(kāi)關(guān)電弧放電電磁暫態(tài)干擾研究綜述［J］．高壓電器，2014，50（2）：119．

Fault Analysis of Urban Rail Transit Vehicle Door Travel Switch and Improvement Measurement

ZHANG Liangliang，CHEN Dongdong

Travel switch plays an important role in the control circuit of door system for the safety operation of urban rail transit vehicle．Due to the frequent use，the complex structure and the frequently occurred faults，the high failure rate of vehicle door system remains a big problem．In this paper，the problem of door travel switch failure is studied from aspects of the functions and structures of the door travel switch，some improvement measurements are proposed．

urban rail transit vehicle；vehicle door；travel switch；fault analysis

U270．38＋6

10．16037／j．1007－869x．2017．02．017

2016－09－21）