劉少波

西安市地下鐵道有限責(zé)任公司運營分公司

關(guān)于西安地鐵DKZ27型電客車客室側(cè)門行程開關(guān)質(zhì)量分析

劉少波

西安市地下鐵道有限責(zé)任公司運營分公司

地鐵車輛的客室車門在運營中頻繁使用，因而導(dǎo)致其故障率比較高。經(jīng)常會出現(xiàn)三次防夾、鎖閉故障、三秒不釋放等故障，而在后續(xù)多次試驗時故障未能重現(xiàn)，大多會將故障判斷為門控器偶發(fā)故障，但根據(jù)對行程開關(guān)的分析，有部分故障可能是行程開關(guān)偶發(fā)失效引起的。

地鐵車輛；車門；行程開關(guān)

1 引言

西安地鐵二號線DKZ27型電客車客室側(cè)門的S1、S2、S3行程開關(guān)采用德國SCHALTBAU(沙爾特寶)進口S826-em20型速動開關(guān)。該速動開關(guān)在客室側(cè)門系統(tǒng)中主要負責(zé)輔助門控器對中央鎖鉤動作、門板動作的信息采集及整車控制總線對所有客室側(cè)門關(guān)好狀態(tài)的檢測。在多年運營中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)客室側(cè)門系統(tǒng)故障是由該型號速動開關(guān)引起。而目前大部分電客車走行公里數(shù)已接近60萬公里，部分電客車已完成架修工作，現(xiàn)對該速動開關(guān)的質(zhì)量及壽命進行分析并提出相關(guān)措施，利用電客車的修程來提高車門系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低正線故障率。

行程開關(guān)的原理：行程開關(guān)又稱為限位開關(guān)或者位置開關(guān)，行程開關(guān)在實際的工程應(yīng)用中，用于機械設(shè)備的行程工程控制機器限位保護。一般將行程開關(guān)直接置于電源之后，當(dāng)裝于生產(chǎn)機械運動部位上的模塊撞擊行程開關(guān)，行程開關(guān)彈簧片可以進行觸點的切換，在常開和常閉之間進行轉(zhuǎn)換，從而使電路與電源之間斷開或者閉合。通過將機械(位移)信號轉(zhuǎn)換為電信號而實現(xiàn)了對機械的運動方向、行程大小的控制。

2 S826-em20速動開關(guān)的質(zhì)量狀態(tài)

2.1 影響質(zhì)量狀態(tài)的可靠性分析

速動開關(guān)的可靠性因素主要指通過可靠性試驗，在不同的電壓、電流、工況下得出的開關(guān)壓降超限失效數(shù)據(jù)、計算出的平均電壽命、試驗得出的平均機械壽命等。依托于數(shù)據(jù)，在可靠性不滿足時出現(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量下降問題。

S826-em20速動開關(guān)可靠性數(shù)據(jù)如下：

開關(guān)壓降超限失效：百萬分之三(亞5級)；

平均機械壽命：1000萬次;

平均電壽命：62.5萬次【DKZ27型電客車客室側(cè)門速動開關(guān)實際工況：U=110VDC，I＜300mA(電客車行程開關(guān)實測電流值：常閉觸點I≈6mA，常開觸點I≈95mA)，時間常數(shù)=0ms(純電阻電路)，詳見圖1】

對國內(nèi)其他同級別的亞5級QKW5型速動開關(guān)實測數(shù)據(jù)進行參考，試驗依據(jù)TB/T3219-2010《機車車輛繼電器和接觸器的可靠性試驗規(guī)則》第6.1條可靠性驗證試驗方案中，失效率等級定為亞5級的試驗規(guī)則。

失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計

根據(jù)試驗的壽命數(shù)據(jù)，可以繪制QKW5型速動開關(guān)試品壓降超限失效趨勢圖。如圖2

從圖中可以看出，在到達一定的操作次數(shù)后，速動開關(guān)的失效率會快速增高

實測QKW5型速動開關(guān)觸點接觸壓降超限與斷開壓降超限失效比例如圖3所示

從圖中可以看出，同級別的亞5級QKW5型速動開關(guān)斷開壓降超限比例遠高于接觸壓降超限比例

從這里就可以得出電客車設(shè)計的一個理念，電客車的車輛安全環(huán)線要采用速動開關(guān)的常開觸點，而給門控器的信號則采用常閉觸點，可以從兩方面進行分析：

(1)關(guān)門過程。在關(guān)門的過程中S1、S2、S3速動開關(guān)的常開觸點閉合，常閉觸點斷開。而從數(shù)據(jù)分析閉合接觸的失效比例遠低于斷開的失效比例，所以優(yōu)先考慮車門安全環(huán)線的狀態(tài)，將常開觸點串聯(lián)在的車門安全環(huán)線，保證列車的正常牽引行駛，常閉觸點斷開的失效比例較高，所以常閉觸點的信號傳輸給門控器，即使單個常閉觸點失效，僅影響單個車門報故障，并不會對整列車造成影響，從而保證正常運行。

(2)開關(guān)過程。在開門的過程中S1、S2、S3速動開關(guān)的常開觸點斷開，常閉觸點閉合。而從數(shù)據(jù)分析閉合接觸的失效比例遠低于斷開的失效比例，常開觸點是與車門安全環(huán)線串聯(lián)，雖然斷開壓降超限的失效比例較高，但整列車S1、S2、S3行程開關(guān)共計3×8×6=144個，僅需有一個行程開關(guān)斷開，便會保證車門安全環(huán)線的斷開。常閉觸點經(jīng)過的信號通往門控器，可以保證車門的正常開啟。

2.2 壽命問題分析

隨著速動開關(guān)的動作次數(shù)的增加，開關(guān)的外觀質(zhì)量、可靠性都會逐漸降低，直接變現(xiàn)在隨著運營公里數(shù)的增加，客室側(cè)門行程開關(guān)類問題逐漸凸顯，是導(dǎo)致運營故障的突出問題。

(1)5年行程開關(guān)的動作次數(shù)計算

公式：Nmax=5×365×2×(n1×n2+n3)

n1為正線運營單列車最大運行圈數(shù)，以目前2號線時刻表計算為10圈；n2為正線單程站數(shù)，以目前2號線站數(shù)計算為21站；n3為每日庫內(nèi)維修需開關(guān)門的次數(shù)2次；5為運營5年。365為每年天數(shù)；2為每次開關(guān)門速動開關(guān)動作次數(shù)。

5年行程開關(guān)的動作次數(shù)最大值為5×365×2×(9×21+2) =697150(次)。

(2)具體分析。根據(jù)S826速動開關(guān)的平均機械壽命1000萬次和平均電壽命62.5萬次，目前二號線DKZ27型電客車客室側(cè)門的S1S2S3行程開關(guān)動作最大值約為70萬次，因此，該位置的速動開關(guān)在運營5年后，很難保證其動作可靠性，所以至少每隔5年對客室側(cè)門S1S2S3行程開關(guān)換新。。

3 后續(xù)線路改進建議

選用等級較高的速動開關(guān)

針對速動開關(guān)百萬分之三的失效率，為了避免偶發(fā)的行程開關(guān)失效，建議在考慮成本的情況下，盡量選用等級較高的速動開關(guān)(亞5級以上)。

[1]西安地鐵2號線維修手冊2008年.

[2]西安地鐵2號線車輛電氣及及空氣制動原理圖2008年.

[3]王玉龍《QKW5型速動開關(guān)可靠性試驗數(shù)據(jù)分析》鐵道技術(shù)監(jiān)督第41卷第11期.