地鐵車輛車門安全聯(lián)鎖環(huán)路的設(shè)計

趙 虹 林 業(yè)

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，210031，南京 ∥ 第一作者，工程師)

地鐵車輛每個客室門均設(shè)有緊急解鎖裝置，用于在突發(fā)意外情況下乘客自主開啟車門疏散逃生。對于乘客操作緊急解鎖后列車運行狀態(tài)及車門狀態(tài)的設(shè)置，各地鐵運營公司及車輛主機廠各有權(quán)衡。據(jù)此，中國城市軌道交通協(xié)會提出了規(guī)范性文件，對緊急解鎖相關(guān)功能提出了統(tǒng)一的原則性指導(dǎo)建議。本文結(jié)合CZJS/T 0022—2015《城市軌道交通車輛與信號系統(tǒng)接口技術(shù)要求(范本)》(試行版)要求，針對不同結(jié)構(gòu)緊急解鎖裝置設(shè)計合理的車門安全聯(lián)鎖環(huán)路，旨在保障乘客安全并提高運營效率。

1 地鐵車輛緊急解鎖裝置

1.1 規(guī)范要求

在信號控制模式或車輛控制模式下，CZJS/T 0022—2015《城市軌道交通車輛與信號系統(tǒng)接口技術(shù)要求(范本)》(試行版)要求：

1) 對于在區(qū)間運行的列車，操作車門緊急解鎖時不會觸發(fā)緊急制動停車，列車運行到下一站時才停車開門；對于從車站起動的列車，操作車門緊急解鎖，當(dāng)運行距離小于半列列車時將觸發(fā)列車緊急制動，當(dāng)運行距離超過半列列車時則列車繼續(xù)運行。

2) 如果列車在區(qū)間內(nèi)停車且無法開動，乘客操作緊急解鎖裝置，由司機在一個延時時間內(nèi)決定是否允許手動打開車門。如司機在延時時間內(nèi)沒有進行操作(沒有按下專用按鈕或操作開關(guān))，乘客可手動打開車門；若司機在延時時間內(nèi)進行操作(按下專用按鈕或操作開關(guān))，車門不可以手動打開。

3) 只有在列車的控制電路失效，導(dǎo)致緊急照明、緊急通風(fēng)、廣播功能失去時，才應(yīng)盡快組織乘客疏散下車，車門緊急解鎖后可以手動打開。

1.2 車門LS型鎖電氣開關(guān)介紹

從眾多地鐵項目中了解到，目前大部分地鐵車輛車門的螺旋傳動裝置使用了南京康尼機電股份有限公司獨立研發(fā)的LS型無源螺旋傳動鎖閉機構(gòu)[1](簡為“LS鎖閉機構(gòu)”)。LS鎖閉機構(gòu)為檢測車門狀態(tài)附帶了4組電氣開關(guān)，即關(guān)到位限位開關(guān)(DCS)、鎖到位限位開關(guān)(DLS)、緊急解鎖限位開關(guān)(EUS)、隔離限位開關(guān)(DCOS)。DCS用于指示車門是否已經(jīng)達到關(guān)到位狀態(tài)，DLS用于指示車門是否進入鎖閉狀態(tài)。在關(guān)門行程中，DCS先于DLS動作，其時間差約在200 ms內(nèi)，該值與車門機械調(diào)節(jié)有關(guān)。在開門行程中，DLS先于DCS動作，其時間差約在200 ms內(nèi)，該值與車門機械調(diào)節(jié)有關(guān)。通過對LS鎖閉機構(gòu)測試得知：在非零速情況下操作緊急解鎖手柄至“解鎖”位，EUS和DLS觸發(fā)，DCS未觸發(fā)。LS鎖閉機構(gòu)如圖1所示。

圖1 LS鎖閉機構(gòu)

1.3 地鐵車輛緊急解鎖裝置設(shè)計方案

目前，地鐵車輛緊急解鎖裝置設(shè)計方案包括以下3種。

1.3.1 方案1

2檔位手柄(OFF/解鎖)，不帶電磁鐵。無電磁鐵緊急解鎖裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 無電磁鐵緊急解鎖裝置

手動旋轉(zhuǎn)緊急解鎖裝置手柄至135°解鎖位置，松開緊急解鎖裝置手柄，此時手柄定于90°位置。當(dāng)車速為0時，可以通過門頁上的扣手打開車門。

1.3.2 方案2

2檔位手柄(OFF/解鎖)，自帶電磁鐵。帶電磁鐵無請求位緊急解鎖裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 帶電磁鐵無請求位緊急解鎖裝置

列車運行過程中，緊急解鎖手柄內(nèi)的電磁鐵受零速信號控制。非零速時電磁鐵吸合，其芯軸會限制操作路徑，手柄將不能旋轉(zhuǎn)，車門不會直接解鎖。當(dāng)車速為0時，電磁鐵釋放，緊急解鎖裝置可以操作至“解鎖”檔，此時操作緊急解鎖裝置使鎖閉裝置解鎖，通過門頁上的扣手打開車門。

1.3.3 方案3

3檔位手柄(OFF/請求/解鎖)，自帶電磁鐵。帶電磁鐵有請求位緊急解鎖裝置結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 帶電磁鐵有請求位緊急解鎖裝置正視圖

與方案2相比，方案3緊急解鎖裝置內(nèi)部同樣具備電磁鐵，電磁鐵同樣受零速信號控制。當(dāng)車速為0時，乘客可以直接操作至解鎖位。與方案2不同之處為：列車運行過程中，當(dāng)乘客操作車門緊急解鎖手柄后，非零速手柄內(nèi)部電磁鐵得電，其限位軸發(fā)揮作用，緊急解鎖手柄只允許操作至13°“請求”位。根據(jù)實際情況及相關(guān)的運營規(guī)章制度判斷列車是否觸發(fā)制動停車，待列車停穩(wěn)后，乘客可根據(jù)手柄面板上的操作提示，可操作手柄至“解鎖”位，再通過門頁上的扣手打開車門。

2 車門安全聯(lián)鎖環(huán)路設(shè)計

根據(jù)CZJS/T 0022—2015《城市軌道交通車輛與信號系統(tǒng)接口技術(shù)要求(范本)》(試行版)的要求，設(shè)計合理的車門安全聯(lián)鎖環(huán)路，以保證列車功能完整可靠。

2.1 方案1中的車門安全聯(lián)鎖環(huán)路設(shè)計

方案1中乘客在極端情況下操作手柄至“解鎖”位，轉(zhuǎn)輪后面連接的鋼絲繩觸發(fā)位于客室車門機構(gòu)上的EUS，從而發(fā)出解鎖信號。根據(jù)LS鎖閉機構(gòu)行程開關(guān)原理，DLS發(fā)生動作。為實現(xiàn)CZJS/T 0022—2015對緊急解鎖的功能需求，需將門安全互鎖回路拆分為“門關(guān)好聯(lián)鎖環(huán)路”和“門鎖好聯(lián)鎖環(huán)路”兩部分，如圖5所示。

圖5 車門安全互鎖回路(方案1)

車門關(guān)到位聯(lián)鎖環(huán)路、車門鎖到位聯(lián)鎖環(huán)路控制邏輯如圖6所示。當(dāng)一側(cè)有任何車門打開時，該側(cè)門關(guān)到位聯(lián)鎖環(huán)路斷開，此時若乘客操作緊急解鎖開關(guān)后，會引起車門鎖到位聯(lián)鎖環(huán)路斷開。

圖6 車門聯(lián)鎖邏輯(方案1)

將關(guān)到位回路與鎖到位回路獨立，并送至列車自動控制(ATC)系統(tǒng)和列車監(jiān)控管理系統(tǒng)(TCMS)進行監(jiān)控。當(dāng)ATC監(jiān)控到關(guān)到位環(huán)路斷開時，無論列車所處何位置均觸發(fā)緊急制動；當(dāng)監(jiān)控到鎖到位環(huán)路斷開時，根據(jù)列車位置判斷是否需要輸出緊急制動。方案1完全滿足CZJS/T 0022—2015對緊急解鎖的功能需求，如表1所示。

表1 方案1對規(guī)范的符合情況

2.2 方案2中的車門安全聯(lián)鎖環(huán)路設(shè)計

此方案中緊急解鎖機械手柄設(shè)置電磁鐵，當(dāng)車速為0時，電磁鐵斷電，緊急解鎖裝置可以操作；當(dāng)列車非零速運行時，電磁鐵吸合，其芯軸會限制操作路徑，緊急解鎖手柄不能旋轉(zhuǎn)，車門不會直接解鎖，DCS和DLS不被觸發(fā)。將DCS及DLS觸點串聯(lián)至安全聯(lián)鎖環(huán)路中，安全互鎖回路閉合，如圖7所示。

圖7 車門安全互鎖回路(方案2)

車門安全聯(lián)鎖環(huán)路控制邏輯如圖8所示。列車運行時，當(dāng)一側(cè)有任何車門打開或乘客操作緊急解鎖開關(guān)后，該側(cè)門安全聯(lián)鎖環(huán)路斷開，此時ATC默認車門打開，并將立即封鎖牽引觸發(fā)制動。

圖8 車門聯(lián)鎖邏輯(方案2)

此方案由于受機械解鎖手柄結(jié)構(gòu)影響，借助緊急解鎖手柄只能滿足CZJS/T 0022—2015對緊急解鎖的部分功能需求，如表2所示。乘客需通過其他方式告知司機緊急情況，由司機判斷是否緊急停車疏散乘客。

表2 方案2對規(guī)范的符合情況

2.3 方案3中的車門安全聯(lián)鎖環(huán)路設(shè)計

此方案中緊急解鎖手柄設(shè)置電磁鐵且?guī)д埱笪?，車輛電路將所有車門“請求”行程開關(guān)(DRS)觸點信號串聯(lián)至請求聯(lián)鎖環(huán)路。當(dāng)列車以非零速運行時，乘客操作車門緊急解鎖手柄后，手柄內(nèi)部電磁鐵得電，緊急解鎖手柄只允許操作至“請求”位，DRS動作，請求聯(lián)鎖環(huán)路斷開，將此信號通過硬線傳給TCMS及ATC系統(tǒng)，ATC系統(tǒng)或TCMS根據(jù)具體情況執(zhí)行相應(yīng)操作。請求電路及安全聯(lián)鎖環(huán)路設(shè)計如圖9所示。

圖9 車門安全互鎖及解鎖請求回路(方案3)

將DCS、DLS及EUS觸點串聯(lián)至安全聯(lián)鎖環(huán)路中。當(dāng)車速為0時，乘客操作解鎖手至“解鎖”位，行程開關(guān)DLS、EUS動作，安全互鎖回路斷開。車門聯(lián)鎖邏輯如圖10所示。

圖10 車門聯(lián)鎖邏輯(方案3)

此方案完全滿足CZJS/T 0022—2015對緊急解鎖的功能需求，如表3所示。

表3 方案3對規(guī)范的符合情況

3 方案對比分析

方案1完全滿足CZJS/T 0022—2015對緊急解鎖的功能需求，手柄結(jié)構(gòu)相對簡單，但硬件電路設(shè)計較為復(fù)雜。ATC系統(tǒng)及TCMS硬件電路需對關(guān)到位環(huán)路及鎖到位環(huán)路分別采集，軟件電路需根據(jù)規(guī)范要求設(shè)計邏輯，使用范圍較為普遍。

相較于方案1，方案2的手柄結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，電氣硬件電路設(shè)計相對簡單，僅滿足CZJS/T 0022—2015對緊急解鎖的部分功能需求，適用于站間距較小的地鐵線路列車。該設(shè)計通常需進行特殊定制。

相較于方案1和方案2，方案3完全滿足CZJS/T 0022—2015要求，且適用的地鐵線路較廣；但手柄結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且ATC系統(tǒng)及TCMS硬件電路需增加“請求”位接口，軟件電路需根據(jù)CZJS/T 0022—2015要求設(shè)計車門聯(lián)鎖邏輯，造價較為昂貴。

4 結(jié)語

地鐵列車需從保障安全、提高運營效率及服務(wù)質(zhì)量等多角度進行配置。各地鐵公司考慮的側(cè)重點不同，選擇的緊急解鎖方案各有差異。因此，應(yīng)根據(jù)業(yè)主需求設(shè)計合理的車門安全聯(lián)鎖環(huán)路，這樣才能以最優(yōu)方案保障地鐵車輛的運行性能及乘客安全，以最大限度提高地鐵運營質(zhì)量。