基于靜態(tài)故障樹的地鐵門控系統(tǒng)安全性分析

鮑思叢

【摘 要】針對安全性要求較高的地鐵門控系統(tǒng)，提出一種基于故障樹的安全性分析方法，通過構(gòu)建組件之間的錯誤傳播路徑，轉(zhuǎn)化為靜態(tài)故障樹進行定性分析，最終確定系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)以提升地鐵門控系統(tǒng)的安全性。

【關(guān)鍵詞】地鐵車門；安全分析；故障樹

1 引言

隨著社會經(jīng)濟與科技的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化節(jié)奏加快，城市人口數(shù)目增加，城市交通工具面臨巨大挑戰(zhàn)。地鐵因其速度快、容量大的特點成為市民出行的首選交通工具。受環(huán)境因素和自身條件的影響，地鐵車門在高頻次使用過程中容易產(chǎn)生零部件磨損或電路故障，導(dǎo)致重大安全隱患。本文對地鐵門控系統(tǒng)工作原理和結(jié)構(gòu)進行了分析，闡述了門控系統(tǒng)各組件之間的關(guān)聯(lián)，并將錯誤模型轉(zhuǎn)換為故障樹模型進行安全性分析。

2 城市地鐵門控系統(tǒng)工作原理

門控系統(tǒng)主要包括總控、電氣控制單元、驅(qū)動裝置單元、傳感器裝置等子系統(tǒng)組成，通過各子系統(tǒng)間的信號傳導(dǎo)執(zhí)行開關(guān)門電機的運轉(zhuǎn)、車門系統(tǒng)狀態(tài)檢測、安全保護等操作。

2.1總控單元

總控部分包含多個輸入輸出接口，例如RS232通訊端口與列車控制系統(tǒng)的總線相連，獲得電力支持，通過接收總線信號控制門控系統(tǒng)各設(shè)備，并及時將各設(shè)備狀態(tài)，功能狀態(tài)回傳給總線從而保證門控單元與外部設(shè)備數(shù)據(jù)的實時對接；RS485與門控單元其他設(shè)備相連，根據(jù)總線信號執(zhí)行車門開啟和關(guān)閉等操作。

2.2電氣控制的單元

電氣控制單元接收總控發(fā)出的控制信號并向驅(qū)動單元輸出執(zhí)行信號。列車控制信號包括開/關(guān)門車輛控制信號、車輛零速信號；執(zhí)行機構(gòu)信號包括門隔離限位開/關(guān)、緊急裝置限位開/關(guān)和門位置傳感器信號[1]

2.3驅(qū)動電機信號

列車驅(qū)動裝置由電機，傳力螺母，門葉，閉鎖限位開關(guān)等組成。當(dāng)電動機接收門控信號跳轉(zhuǎn)時傳動裝置控制門翼完成開關(guān)門動作。

2.4傳感器

傳感器通過微波或紅外線的方式在車門打開或關(guān)閉時探測障礙物并將信號回傳至總控，尤其是關(guān)門時探測，避免乘客被車門夾傷?？偪亟邮招盘柛鶕?jù)系統(tǒng)設(shè)定條件發(fā)送相應(yīng)的信號至電氣控制單元。

3地鐵門控系統(tǒng)故障分析

地鐵各系統(tǒng)根據(jù)功能和作用可被劃分為8個系統(tǒng)，包括門控系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、車體系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、供風(fēng)制動系統(tǒng)、電路控制系統(tǒng)、列控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。根據(jù)北京地鐵運營公司統(tǒng)計的近年來北京地鐵列車故障停車的情況，由車輛原因?qū)е碌牧熊囀鹿实?74次故障中，因車門故障造成的達59次，占所有故障數(shù)的33.9%[]?？蛙囬T因其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與其頻繁的使用率成為保障故障安全運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.1車門常見故障及原因

根據(jù)常見的機械和電子零部件失效形式，常見的故障模式分為如下幾類[2]：

（1）損壞型故障，包括斷裂、擊穿、變形、壓痕等。

（2）松脫型故障，包括松動、脫落等。

（3）失調(diào)性故障，包括電壓過高過低、行程失調(diào)等。

（4）退化型故障，包括異常磨損、剝落、老化等。

（5）滲透與堵塞型故障，包括漏水、漏氣、氣阻、滲油等。

（6）性能衰退或功能失效型故障，包括過熱、異響、性能衰減等。

造成客車門失效的原因基本可以分為機械類故障和電器類故障，其中機械類故障主要為機械組件失效或維護不當(dāng)造成的門鎖失效、車門變形、螺母松動等。地鐵在行進過程中大部分時間處于動態(tài)，列車門反復(fù)開關(guān)，極易導(dǎo)致車門尺寸變形，咬合不當(dāng)；在客流高峰期，乘客對車門的擠壓也極容易導(dǎo)致車門變形，出現(xiàn)固定裝置松動的情況。電器類故障主要為各控制或驅(qū)動單元狀態(tài)異常導(dǎo)致的如控制盒失效，門控單元信號異常等。

3.2靜態(tài)故障樹建立

故障樹的建立過程往往是一個反復(fù)深入、逐步完善的過程。本文采用演繹法，首先需要找到導(dǎo)致頂事件發(fā)生的諸多因素，暫且將這些因素稱為中間事件。在中間事件的基礎(chǔ)上再次分析，迭代出更深層次的原因，生成中間事件，直到事件無法再劃分，這些事件就被稱為底事件。最后再分析這些事件之間的邏輯關(guān)系，利用相應(yīng)的邏輯門將它們組合成一個整體。

列車門控系統(tǒng)的常見故障為：行程開關(guān)故障、傳感器回傳錯誤等。其中電氣控制單元故障可進一步細化為：門控系統(tǒng)自身組件損壞，物理車門開合錯誤，開關(guān)門按鈕失效。引起物理車門開合異常的因素可繼續(xù)歸納為：驅(qū)動電機失效，門隔離開關(guān)失效。驅(qū)動電機包含的故障有：門鎖故障，門葉故障，控制車門絲桿扭簧組件失效，電機故障。其他不屬于門控系統(tǒng)考慮范圍內(nèi)的組件引發(fā)的故障歸類到其他故障下。

3.3故障樹的定性分析

故障樹定性分析的目的是找出可能引起頂事件發(fā)生的因素，求出故障樹最小割集，預(yù)估潛在故障，得出系統(tǒng)安全性最薄弱的地方，以便改進運營和維護方案。排除其他故障中包含的諸多因素，列車門控系統(tǒng)最終能夠得到9個最小割集，每個一階最小割集對應(yīng)故障樹的一個底事件，這些底事件可認定為導(dǎo)致頂事件發(fā)生的主要因素。

3地鐵車門維護建議

3.1調(diào)整地鐵車門結(jié)構(gòu)

調(diào)整地鐵車門結(jié)構(gòu)有利于減少門體與車體的摩擦，避免門板位置錯位。在調(diào)整門結(jié)構(gòu)時需要對門板弧度進行科學(xué)、合理的測量，及時矯正車門或更換門板。

3.2嚴(yán)格控制門控系統(tǒng)各元件質(zhì)量

在組裝前對元件進行篩選，保證元件質(zhì)量。同時，在安裝時需要注意安裝手法，注意調(diào)整開關(guān)門時行程開關(guān)的位置，保證門觸電和開關(guān)觸點所處位置恰當(dāng)。對于絲桿螺母這種機械轉(zhuǎn)動裝置的保養(yǎng)需要定期添加潤滑油，提高轉(zhuǎn)動裝置的動力作用，定期做保養(yǎng)工作以減少因疏忽保養(yǎng)造成的機械損傷，及時更換零部件避免故障波及其他部件導(dǎo)致連鎖故障。

3.3及時更換磨損部件

因地鐵在長期運行中內(nèi)部組件的高頻振動和高頻使用容易導(dǎo)致部件丟失、松動等情況，在處理此類故障時，需要在各級維修中定期更換外觀已破損、復(fù)位彈簧失效、出點服飾的行程開關(guān)，定期清潔外觀正常的行程開關(guān)，重新校準(zhǔn)螺母。

4結(jié)束語

地鐵車門系統(tǒng)是地鐵故障最頻繁發(fā)生的部分，確保門控系統(tǒng)的安全對保證地鐵平穩(wěn)運行、市民安全出行都有十分重要的意義。本文通過對地鐵門控系統(tǒng)常見故障分析，提煉影響地鐵門控系統(tǒng)故障的重要組件，從而進一步提高地鐵的安全性。

參考文獻：

[1] 楊穎，李駿，彭冬良等.地鐵列車車門系統(tǒng)故障分析及診斷方法[J].電力機車與城軌車輛，2014（6）：21-23.

[2] 張亦農(nóng).遷徙地鐵門控系統(tǒng)的故障樹診斷方法研究[J]，2016，11.

[3] 王連森.城市軌道交通車輛維護與檢修[M].中國鐵道出版社，2012.

（作者單位：北方工業(yè)大學(xué)）