（中車長春軌道客車股份有限公司設(shè)備研發(fā)部，130062，長春∥第一作者，工程師）

城市軌道交通車輛車門行程開關(guān)故障分析及改進方案

張亮亮 陳東東

（中車長春軌道客車股份有限公司設(shè)備研發(fā)部，130062，長春∥第一作者，工程師）

行程開關(guān)是城市軌道交通車輛車門系統(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)復雜，容易發(fā)生故障，導致車門系統(tǒng)故障率居高不下。針對車門行程開關(guān)故障問題，從行程開關(guān)的功能和結(jié)構(gòu)方面分析故障原因，并給出改進方案及規(guī)范化設(shè)計建議。

城市軌道交通車輛；車門；行程開關(guān)；故障分析

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

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

近年來，北京地鐵14號線列車車門使用的沙爾特寶S826行程開關(guān)出現(xiàn)了裂紋問題；西安地鐵2號線增購車車門使用的高諾斯行程開關(guān)出現(xiàn)了開關(guān)觸點不導通問題；北京地鐵6號線一期車輛車門使用的伯恩斯坦行程開關(guān)出現(xiàn)了觸點不導通問題；哈爾濱地鐵1號線列車車門使用的沙爾特寶S826行程開關(guān)出現(xiàn)了裂紋等質(zhì)量問題。以上故障問題均導致車輛當即退出運營服務(wù)，影響重大，為此，有必要針對行程開關(guān)故障問題進行深入研究并加以解決。

1 行程開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

車門行程開關(guān)的種類較多，有單觸點開關(guān)、雙觸點開關(guān)等多種類型。車門行程開關(guān)多采用雙觸點開關(guān)，即開關(guān)內(nèi)部配置一對常開觸點和一對常閉觸點。圖1是一種雙觸點車門行程開關(guān)工作示例。

圖1 雙觸點車門行程開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可見，當按鈕①被按下并觸發(fā)速動彈簧②時，支架③和觸橋④向上移動到有效位置，常閉觸點⑤斷開，常開觸點⑥接通。

2 行程開關(guān)工作原理

行程開關(guān)在車門系統(tǒng)中的作用是將車門的機械位移轉(zhuǎn)換成電信號進而傳輸至門控器（EDCU）中［1］，從而形成相應(yīng)的控制信號。以西安地鐵2號線增購車為例，全列車（6輛編組）設(shè)有48套車門系統(tǒng)，共計使用96個門關(guān)好開關(guān)（DCS）、48個鎖到位開關(guān)（DLS），48個隔離開關(guān)（LOS），24個緊急解鎖開關(guān)（ES）。其中，單門的DLS開關(guān)和2個DCS的常開觸點以及ES的常閉觸點串聯(lián)到車門的安全回路，LOS的常開觸點與車門安全回路并聯(lián)。單門的安全回路串入到車輛的安全回路中，并接入牽引允許電路中，一旦安全回路不通，則車輛無法行駛［2］。圖2是安全回路的接線圖，圖3是車門行程開關(guān)的布置圖。

圖2 行程開關(guān)安全回路接線圖

圖3 行程開關(guān)布置圖

圖4 螺釘和鋼板組合固定方式示例

3 行程開關(guān)安裝結(jié)構(gòu)

車門行程開關(guān)殼體一般為塑料材質(zhì)，為保證安裝牢固同時避免預(yù)緊力過大對開關(guān)造成破壞，需要對緊固扭矩進行嚴格控制。常用的行程開關(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號線和北京地鐵14號線車輛采用此種方式），鋼板不平以及螺釘力矩不準確會對開關(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關(guān)安裝示例。

3．2 臺階螺栓固定方式

臺階螺栓固定方式要求控制臺階螺栓的加工精度，保證緊固后開關(guān)與螺釘之間約有0．2mm的晃動量，避免緊固力對殼體造成影響。西安地鐵2號線增購車和北京10號線二期工程增購車采用此種方式。圖5是臺階螺栓固定方式的行程開關(guān)安裝示例，圖6是臺階螺栓示例。

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關(guān)安裝方式。經(jīng)過多個項目的實際驗證，其中的彈性卡簧固定方式較為可靠，且對開關(guān)的殼體壓力較小。

圖5 臺階螺栓固定方式示例

圖6 臺階螺栓示例

圖7 彈性卡簧固定方式

4 行程開關(guān)故障分析

較為常見的行程開關(guān)故障主要有行程開關(guān)裂紋和行程開關(guān)不導通，這兩類故障均可導致車門無法正常開閉，車輛不能牽引運行，嚴重影響列車的正常運營，且易造成清客類事故。

4．1 行程開關(guān)裂紋故障

行程開關(guān)由于工作環(huán)境惡劣，使用頻率高，極易發(fā)生損壞，其中開關(guān)裂紋是典型的損壞形式。開關(guān)裂紋主要有兩種表現(xiàn)形式，即自發(fā)白紋及過載與腐蝕裂紋。行程開關(guān)殼體在溫度交替等環(huán)境下因內(nèi)部應(yīng)力釋放會產(chǎn)生所謂的微裂紋即自發(fā)白紋。但這種裂紋不同于沒有內(nèi)部材料交聯(lián)的過載與腐蝕裂紋，這些裂紋兩端仍通過材料交聯(lián)保持綁定狀態(tài)，故出現(xiàn)自發(fā)白紋的開關(guān)仍能夠承受負載，并不會降低開關(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，均為零件裝配時會出現(xiàn)額外機械負載的區(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)，不受負載的影響，僅受開關(guān)殼體內(nèi)部應(yīng)力的影響。

與自發(fā)白紋相比，機械過載裂紋是導致行程開關(guān)裂紋故障的根本原因，其主要原因為機械過載和腐蝕。機械過載及腐蝕產(chǎn)生的裂紋在開關(guān)殼體兩內(nèi)側(cè)表面沒有材料交聯(lián)，因此，開關(guān)殼體不能載重并且材料屬性被削弱，造成開關(guān)性能下降。開關(guān)門應(yīng)力、振動強度過大或車門的非正常開閉，均可能造成超過材料允許范圍的機械過載情況發(fā)生，進而導致機械過載裂紋出現(xiàn)。而在環(huán)境影響下，侵蝕性媒介在外力作用下，會在開關(guān)殼體合成材料內(nèi)出現(xiàn)一個結(jié)構(gòu)錯開過程，最終導致材料斷裂現(xiàn)象。以上兩種現(xiàn)象均會降低開關(guān)殼體合成材料的強度，導致裂紋出現(xiàn)與擴展，最終造成行程開關(guān)故障。

4．2 行程開關(guān)不導通故障

行程開關(guān)不導通是導致車輛清客救援回庫的首要原因，而開關(guān)不導通的原因是因為車門關(guān)好回路出現(xiàn)問題。車門關(guān)好回路如圖9所示［3］。

圖9 行程開關(guān)車門關(guān)好回路示意圖

在圖9中，S1為鎖到位開關(guān)，S2、S3為門到位開關(guān)，S4為隔離鎖開關(guān)，S5為常閉緊急解鎖開關(guān)。只有當S1至S5開關(guān)均正常導通時，門關(guān)好信號才能從8173觸點傳輸至8173h觸點，車輛才可以進行牽引作業(yè)，當出現(xiàn)開關(guān)不導通時，車輛無法運行。由于門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，開關(guān)自身原因及相關(guān)聯(lián)動機構(gòu)故障等均會造成開關(guān)不導通的問題出現(xiàn)。

（1）安裝及制造工藝問題：開關(guān)觸點為精密接觸部件，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，同時觸點接觸面積過小也會導致開關(guān)接觸瞬間電弧放電過大，會造成開關(guān)燒毀［4］。

（2）觸點腐蝕問題：行程開關(guān)觸點一般采用銀鎳合金，若維護保養(yǎng)不當，會造成觸點污染或腐蝕，影響行程開關(guān)導電性能下降，進而導致信號無法傳遞。觸點表面氧化是影響行程開關(guān)性能下降的重要原因。

（3）運動機構(gòu)失效問題：當車門閉合時，開關(guān)內(nèi)部常開觸點釋放，并通過復位彈簧使觸橋與常閉觸點接觸。如果內(nèi)部運動機構(gòu)失效，則觸橋不能及時有效地實現(xiàn)信號導通，安全回路無法建立，列車無法牽引。

5 行程開關(guān)改進方案

針對以上給出的行程開關(guān)故障問題，提出以下幾個解決措施來降低故障率。

5．1 針對行程開關(guān)裂紋故障

（1）對開關(guān)殼體的注塑參數(shù)進行優(yōu)化，改進注模工藝，減少殼體內(nèi)部應(yīng)力，對模具和殼體的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，改善行程開關(guān)殼體的內(nèi)部應(yīng)力狀況。

（2）行程開關(guān)安裝過程中要嚴格按照工藝要求進行安裝，按規(guī)定施加扭矩。

（3）選用更為可靠的臺階螺栓或彈性卡簧緊固方式。

（4）根據(jù)運用工況適當選擇厚壁開關(guān)。

（5）車輛月檢時，加強對行程開關(guān)殼體表面狀況的檢查，出現(xiàn)裂紋要及時更換。

5．2 針對行程開關(guān)不導通故障

（1）在車輛的各級修程中，對開關(guān)的外觀進行檢查，如出現(xiàn)破損、燒傷、腐蝕等痕跡，或者出現(xiàn)運動機構(gòu)不同步現(xiàn)象要及時更換相應(yīng)開關(guān)。

（2）針對觸點表面氧化問題，可以采用較高IP防護等級的行程開關(guān)。

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

（4）可以考慮采用加大安全回路電流的方法來擊穿清理觸點表面上的氧化層。

6 結(jié)語

城市軌道交通車輛車門系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)復雜，控制信號多，而行程開關(guān)作為實現(xiàn)機械位移與電氣信號轉(zhuǎn)換的橋梁，是車門系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。行程開關(guān)因為使用頻率高、工況惡劣、受外界干擾大，與車輛其他系統(tǒng)或零部件相比故障率較高。本文從行程開關(guān)的工作原理、安裝結(jié)構(gòu)及常見故障類型入手，分析故障原因，提出改進方案，所提出的改進措施可為今后城市軌道交通車輛車門系統(tǒng)行程開關(guān)的設(shè)計提供參考。

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

［2］ 徐群榮．地鐵運行過程中車門控制的安全性研究［J］．科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（7）：16．

［3］ 蒲晨亮，武瑩，蒲天昊，等．地鐵車輛門系統(tǒng)行程開關(guān)異常動作原因分析［J］．鐵道機車車輛，2015，35（3）：120．

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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）