1、广州地铁四号线车辆塞拉门系统的特点及常见故障分析摘 要：介绍塞拉门系统在广州地铁四号线车辆上的应用及其特点, 分析四号线车辆运营初期塞拉门系统存在的一些常见故障, 并有针对性地提出相应的解决方案。关键词：地铁车辆; 塞拉门系统; 特点; 故障分析0 引言塞拉门是地铁和轻轨列车普遍采用的一种车门系统, 与传统的内藏式车门和外挂式车门相比较, 塞拉门系统具有如下优点:1) 具有良好的密封性能, 对传入客室内噪声有较好的屏蔽作用, 同时可降低客室空调的能耗;2) 由于车门在关闭状态时, 门页外表面与车体侧墙成同一平面, 有利于列车在高速运行时减小空气的阻力;3) 可靠性高, 控制智能化;4) 使列车
2、外观平滑, 整体和谐美观。广州地铁四号线车辆的微动塞拉门系统是由丝杆螺母传动的电动电控车门, 具有可靠性高、结构紧凑、重量轻、维护性好、使用寿命长等优点。下面将针对本塞拉门系统的原理与结构、控制与功能方面的一些特点进行介绍, 同时对其在运营初期存在的故障进行分析。1 门系统的工作原理及结构特点1.1 门系统的组成与工作原理车门系统由驱动电机、传动装置、承载导向装置、锁闭装置、操作装置和门控器等组成。门机构通过门顶的一个吊架被安装在车体的侧墙上, 车门的机械结构如图 1 所示。车门的左、右门页与携门架进行连接, 携门架通过滚珠直线轴承在长导柱上滑动, 进而通过长导柱传递开关门的力以及将门扇和携门
3、架自身的重量传递给长导柱。同时, 携门架通过丝杆上的螺母与门的传动装置连接起来, 由丝杆的转动, 带动车门的运动。在门的运动中, 除了长短导柱起运动导向作用外, 门机构中还设有上、下滑道。上滑道安装在门顶, 携门架上有一个滚轮在滑道上滚动; 下滑道安装在门页上, 一个安装在车体结构上的滚轮摆臂装置沿滑道运动。两者也起着运动导向的作用。车门的手动解锁装置通过钢丝绳与电机制动闸相连接, 操作解锁装置后, 使制动闸盘的啮合的齿分开, 当列车停止后即可手动打开车门。运营初期操作解锁装置列车停止后车门将自动打开, 考虑到四号线为第三轨供电方式, 自动开门后, 乘客有可能会被挤落到隧道内造成事故, 给运营
4、安全带来隐患, 所以与厂商协商后, 通过更改门控系统的软件后, 使操作解锁装置后车门需要手动才能打开。门的运动由电子门控器控制, 电机驱动。如图 1 所示, 电机通过锁闭装置与丝杆螺母副连接, 丝杆上的螺母通过铰链与携门架相连。为了提供门页的摆动和平移运动, 门页与携门架相连; 同时, 携门架在纵向长导柱上滑动。长导柱连接在 3 个挂架上, 每端各一个, 中间再放一个。这 3 个挂架在短导柱上运动, 同时短导柱安装在承载支架上。携门架和挂架内安装有直线轴承, 以确保机构运动平稳。门页在摆动和平移运动过程中的控制, 由导向滚轮和上下导轨组成的系统完成。门页从完全关闭状态开始运动, 电机带动丝杆螺
5、母副, 引起携门架、长导柱、挂架、下滚轮导向部件中的转臂动作, 并最终使得门页在导向系统的引导下向外做摆出运动。在达到完全摆出状态后, 导向系统控制门扇的直线平移, 使门页平行于车辆侧面运动。在平移过程中, 携门架使门页沿着长导柱自由滑动, 直到门页达到完全打开状态。这样就实现了车门在 x,y 方向上的运动, 完成塞拉动作。1.2 塞拉门系统的结构特点四号线塞拉门系统的结构特点可以概括为以下几个方面:1) 门页由 4 点进行位置定位, 分别是平衡轮、携门架、下滚轮摆臂和挡销, 通过这 4 点, 当门处于关闭位置时,门页从 4 个位置被压紧, 即使门上承受较大的向外的力的作用下, 门页也不会发生
6、变形和脱落。2) 长短导柱, 协助完成了车门的开关是的摆动和平移运动, 承受门机构的重量, 保证了车门在打开和关闭的过程中, 门页始终与车体的侧墙平行。3) 电机制动闸采用电磁制动器结构 ,防止在车辆运行过程中 , 因紧急操作装置被激活而打开车门; 另外制动闸还有一个功能就是在得电状态下 , 车门只能单向动作, 以保证车门不会因未关好而不小心打开造成事故。4) 门机构的驱动电机采用了无刷直流电机, 与有刷直流电机相比较, 电机的使用寿命有了很大的提高。在驱动电机内集成了门位置传感器, 使开关门的速度与精确度更高。1.3 与三号线车门结构的比较广州地铁三号线采用由奥地利的 IFE 公司提供的微动
7、塞拉门系统, 该门系统的结构与四号线的塞拉门系统不同, 投入使用后发现, 门系统的关门声音非常大。其主要原因在于门系统的机构设计上, 四号线的塞拉门系统在门的外摆运动中, 长短导柱配合使门顶的悬挂机构在导柱上运动, 同时长短导柱承担了门顶机构的大部分力;而三号线的机构设计中只有长导柱, 而没有短导柱, 所以在关门门页摆入时, 携门架等门顶机构有一个很大的摆动动作。将门页带入关闭位置。摆动中机构不可避免会产生噪声, 另外, 在将门页拉入关闭位置时, 驱动电机的电流将增大以产生足够的力来完成上面的动作, 关门力过大在门关到位时对机构的冲击也是噪声的一个来源。通过以上比较, 可以看出, 四号线门机构
8、设计合理,优点更加突出。2 门系统的控制与功能特点2.1 电子门控器电子门控器( EDCU) 是由康尼公司自行研发设计的,每对车门布置一个门控器。门控器根据列车控制信号( 开门列车线、关门列车线、零速列车线) 及门驱动机构上的各种元件传递的信号来控制车门的动作。其控制原理如图 2 所示。门控器上有 3 个数据接口, 两个 RS485 接口和一个 RS232 接口, RS485 接口主要负责和列车总线的连接,RS232 接口用来更新门控器的程序。另外, 在门控器上有一个白色的维护按钮, 在门控器有电的情况下, 按下维护按钮后, 该门的开关状态与当前的车门状态相反, 从而使车门打开或者关闭, 方便
9、了维修人员对于单独车门的维护操作。2.2 故障诊断在门控器上通过 LED 显示了所有的输入与输出门控器的信号, 确保无须任何手段即可方便地检查车门系统。除了显示门控器上个信号的输入输出状态以外, 还有一个 LED 指示灯可以显示车门的故障, 通过预设的 LED 指示灯的闪烁编码, 来显示车门所存在的故障, 不同的车门故障所闪烁的次数不同。如果同时存在几个车门故障, 那么将根据程序中设置的故障等级的优先顺序排列, 当优先级高的故障排除以后, 再显示次于该优先级故障的闪烁代码, 直到故障全部清除。同时, 诊断出的故障通过门总线传输给列车信息管理系统, 方便在司机的 TMS 上对故障进行监控。2.3
10、 安全互锁回路为了保障运营的安全, 门系统采用了安全互锁回路,采用冗余设计的两个门关到位行程开关 S1 和 S2。当一个门关到位行程开关发生故障时, 列车能够正常运营, 司机不会因此切除该车门而影响了运营。这是吸取了地铁一、二号线关于行程开关故障经常影响正常的地铁运营的教训而专门进行设计的。2.4 再开门功能在列车发出关门指令后, 发现车门的安全互锁回路信号没有反馈, 即可以通过激活再开门功能的再开门列车线, 使没有关到位的车门重新打开后再关闭, 关到位的车门将不再打开, 避免所有车门全部打开可能造成的影响运营的情况。2.5 障碍物探测障碍探测的最小障碍物为25 mm60 mm( 宽高) ,
11、灵敏度更高。障碍物的检测由两方面实现: 一方面通过监测驱动电机的电流, 门控器的程序具有自学习能力,每次开关门时电机电流的变化曲线都被保存下来, 并自动进行调整, 当关门时电机电流的实际值超过额定值的时候, 障碍物检测就会被激活; 另一方面, 通过门位置传感器进行监测, 将门的位置分成了若干段, 如果在给定的时间内还没有通过这些距离段, 障碍物检测也会被激活。以上两个条件有一个满足时, 将激活车门的障碍物检测功能, 两者相互补充。激活此功能后, 将会对门持续施加 0.5 s 的最大关门力, 然后门自动打开 350 mm, 停止 2 s 后再次关闭, 以便清除障碍物。这个循环可重复被激活 3 次
12、, 之后车门将完全打开 , 通过门内外指示灯的亮起来引起司机对该故障的注意。3 门系统运营初期的一些常见故障及分析3.1 四号线车门系统的常见故障四号线车辆投入运营以来, 列车的故障较少, 相比一、二、三号线而言基本没有因车门系统故障而影响列车的正常运营。车门在列车使用中出现的故障主要集中为以下几点: 1) 车门不能打开; 2) 车门无法关闭; 3)检测不到车门信号; 4) 开关门时动作不良。3.2 故障原因分析导致上述故障的原因主要有以下几个方面:1) 各种接线端连接不牢, 在列车正常运营过程中, 容易松脱。如开关门列车线松动从而导致车门不能正常打开或关闭, TMS 的连接线路脱开而导致无法
13、检测车门信号, 解决办法是重新紧固各接线端子。2) 车门在运行中由于频繁的操作, 导致一些本来安装调好的门上机构的位置有了变化, 使门在开关的时候动作不良, 要注意调节和经常检查的一些机构有档销与门槛嵌块的相对位置关系, 平衡轮与门页凹槽的相对位置关系等。3) 一些机械部件本身存在问题, 如曾出现过门连轴器的一个螺钉断掉使驱动电机与丝杆的连接有松动导致不能开门。4) 一些螺栓等紧固件松动, 车门的导轨螺栓松动, 会导致开门动作不良; 门的下滚轮松脱而不能正常开门等。4 结束语车门系统故障是影响列车正常运营的主要故障之一。四号线列车的塞拉门系统与另外 3 条线路列车的车门系统相比, 故障少, 性能比较稳定。随着车辆投入运营的时间增长, 还会有更多车门方面的故障问题出现, 维修工作的经验也会在各种故障的处理中丰富起来。参考文献：1 彭有根. 广州地铁二号线车辆车门系统及其控制原理 J. 电力机车与城轨车辆, 2005( 6) .2 张振淼. 城市轨道交通车辆结构与设计 M. 上海: 上海科学技术出版社, 2002.3 黄颂红, 刘菊香. 城市轨道车辆自动门系统 J. 电力机车与城轨车辆, 2004( 4) .
