毛開楠 王玉鑫 張 迪 秦 超 王 棟

(中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，266109，青島∥第一作者，高級工程師)

全自動運(yùn)行地鐵線路的列車車門防擠壓功能誤觸發(fā)故障頻發(fā)。由于沒有司機(jī)和機(jī)械師隨車維護(hù)，故此類故障很難及時發(fā)現(xiàn)并維修[1]，嚴(yán)重影響了地鐵運(yùn)行效率。

1 車門防擠壓功能的誤觸發(fā)

1.1 車門的防擠壓功能

為避免乘客被車門夾傷，地鐵列車車門均具有防擠壓功能。在關(guān)門的過程中，如遇到不小于30 mm×60 mm的障礙物，則防擠壓功能被激活：車門將先被施加持續(xù)0.5 s的最大關(guān)門力，之后，未關(guān)閉的車門重新打開300 mm，再重新關(guān)閉；如障礙物仍存在，則上述關(guān)門程序再循環(huán)1次。如此3次關(guān)門后，如障礙物仍存在，則車門將完全打開。

1.2 車門防擠壓功能的誤觸發(fā)故障

當(dāng)全自動運(yùn)行地鐵線路的列車發(fā)出關(guān)門指令后，靠近司機(jī)室的2個車門在即將關(guān)閉到位時，自動觸發(fā)防擠壓功能，使車門重新打開一定寬度。部分車門可在再次關(guān)閉時正常關(guān)閉，但部分車門在第3次關(guān)閉時仍無法關(guān)門，致使車門完全打開，列車無法起動。經(jīng)檢查，車門狀態(tài)良好且沒有異物卡滯。

2 故障原因分析

2.1 車門防擠壓功能的觸發(fā)原理

列車門控器具有自動障礙檢測功能，其將車門運(yùn)動行程劃分為多個距離段，并通過位置傳感器對車門位置進(jìn)行監(jiān)控。如果車門未在特定時間內(nèi)通過這些距離段，則車門防擠壓功能將被激活。

2.2 故障時的車門運(yùn)動曲線分析

以某狀態(tài)良好、無異物卡滯，且已誤觸發(fā)防擠壓功能的車門為對象，分析其故障原因。該車門防擠壓功能的觸發(fā)條件是：車門無法在125 ms內(nèi)通過8 mm。

故障時的車門位移曲線見圖1。由圖1可知：t1=2 310 ms時，門體實(shí)際位移s1=89.2 mm；t2=2 440 ms時，s2=82.1 mm。由此可知，在t1—t2時間段的130 ms內(nèi)，車門位移僅為7.1 mm。經(jīng)計算，此時車門未能實(shí)現(xiàn)在125 ms內(nèi)通過8 mm，觸發(fā)車門防擠壓功能。

圖1 車門位移曲線圖

可見，關(guān)門速度慢是導(dǎo)致觸發(fā)車門防擠壓功能的主要原因。而關(guān)門速度慢是由于關(guān)門阻力大造成的。

2.3 故障車門的關(guān)門阻力

普通地鐵列車司機(jī)室設(shè)有側(cè)門。當(dāng)列車準(zhǔn)備離站時，司機(jī)先關(guān)閉客室側(cè)門，再關(guān)閉司機(jī)室側(cè)門。因列車車內(nèi)壓力較大，故車內(nèi)氣流先從客室流向司機(jī)室，再從司機(jī)室門流出車外，減少了車輛內(nèi)外壓力差，不影響車門的正常關(guān)閉。

全自動運(yùn)行地鐵線路的列車無司機(jī)室側(cè)門。當(dāng)列車準(zhǔn)備離站、關(guān)閉客室側(cè)門時，車廂內(nèi)外氣流無法流通，形成車輛內(nèi)外壓力差。當(dāng)車內(nèi)壓力大于車外壓力時，車門在關(guān)閉過程中會受到從內(nèi)向外的推力，阻礙其關(guān)閉，從而自動觸發(fā)車門防擠壓功能。由此可見，車輛內(nèi)外壓力差的大小，是影響全自動運(yùn)行地鐵線路的列車正常關(guān)門的主要因素。

2.4 車輛內(nèi)外壓力差

2.4.1 車輛內(nèi)外壓力差測試

以某防擠壓功能誤觸發(fā)故障頻發(fā)的全自動運(yùn)行地鐵線路的列車為測試列車，在其車門內(nèi)、外表面分別設(shè)置壓力傳感器，對列車離站關(guān)門過程中的車輛內(nèi)外壓力差進(jìn)行測量。

在頭節(jié)車輛靠近站臺側(cè)的4套客室側(cè)門內(nèi)、外表面各設(shè)置1個壓力傳感器。4套客室側(cè)門的門號分別為1門、3門、5門及7門。按空調(diào)開啟和空調(diào)關(guān)閉兩種測試工況，測得列車?？康湫驼军c(diǎn)關(guān)門時的車輛內(nèi)外壓力差最大值如表1所示。

GB/T 30489—2014《城市軌道車輛客室側(cè)門》第6.6.2.2條規(guī)定：在靜止車輛上，當(dāng)車內(nèi)外壓力差不大于50 Pa時，門應(yīng)能正常開關(guān)。由表1可知，車門關(guān)閉時的內(nèi)外壓力差遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的50 Pa。

表1 車輛內(nèi)外壓力差最大值

以鮑山站的列車3門為例，關(guān)門過程的車輛內(nèi)外壓力差變化曲線見圖2。

由圖2可知：從開始關(guān)門起(t=0時)，隨著兩扇門板的距離越來越小，氣流從車內(nèi)流向車外的通道越來越窄，車門處車輛內(nèi)外壓力差越來越大，車門所受阻力也越來越大；在車門完全關(guān)閉的瞬間(t=3 s時)，車輛內(nèi)外壓力差達(dá)到峰值；車門關(guān)閉后，車輛內(nèi)外壓力差逐步減小，約0.3 s后趨于穩(wěn)定，保持在50～70 Pa。

圖2 鮑山站列車3門的關(guān)門壓力差曲線圖

2.4.2 車輛內(nèi)外壓力差分析

列車運(yùn)行時，前車不斷將隧道內(nèi)的空氣帶出，后車將空氣往前推；列車停站后，頭節(jié)車輛附近的隧道內(nèi)負(fù)壓較大。這是車輛內(nèi)外壓力差大的主要原因。

進(jìn)一步分析外因可知：

1)隧道阻塞比越大，車輛內(nèi)外壓力差越大。

2)隧道越長，車輛內(nèi)外壓力差越大。

3)隧道風(fēng)機(jī)的布置數(shù)量充分，且全部開啟通風(fēng)功能，有利于降低隧道負(fù)壓，進(jìn)而降低車輛內(nèi)外壓力差。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在車門防擠壓誤報故障頻發(fā)的站點(diǎn)，隧道風(fēng)機(jī)的通風(fēng)口均未開啟。

4)車輛編組數(shù)越多，車輛內(nèi)外壓力差越大。

5)列車運(yùn)行速度越高，車輛內(nèi)外壓力差越大。

6)在線運(yùn)行的列車數(shù)量越多，車輛內(nèi)外壓力差越大。

分析車輛內(nèi)因可知：

1)空調(diào)的影響。由表1可知：空調(diào)是否開啟，對車輛內(nèi)外壓力差影響較大?？照{(diào)關(guān)閉后，車輛內(nèi)外壓力差可降低40～80 Pa。

2)廢氣排氣的影響。廢氣排氣裝置作為車輛內(nèi)外空氣交流的通風(fēng)口，在平衡車輛內(nèi)外壓力差方面發(fā)揮重要作用。測試列車的廢氣排氣裝置均設(shè)在車輛二位端。從表1可知，相較而言，在離廢氣排氣裝置較遠(yuǎn)的1門及3門處車輛內(nèi)外壓力差更大。

2.5 車門關(guān)門力

GB/T 30489—2014《城市軌道車輛客室側(cè)門》僅要求第1次關(guān)門力Fe≤150 N，而對Fe無下限要求。各車門關(guān)門力由車門控制軟件設(shè)定為相同值，但因每扇門的機(jī)械阻力不同，故實(shí)測的Fe也大小不一，一般為110～140 N。防擠壓力雖符合標(biāo)準(zhǔn)，但部分車門的Fe過小，易自動觸發(fā)防擠壓功能，導(dǎo)致關(guān)門故障。

3 應(yīng)對策略

針對上述車輛內(nèi)外壓力差過大的原因，本文提出一系列應(yīng)對措施。

3.1 合理的阻塞比

地鐵建設(shè)方應(yīng)在項目策劃階段合理設(shè)置隧道阻塞比。為降低車輛內(nèi)外壓力差，避免氣壓波動影響乘客舒適感及車門的正常啟閉，地鐵隧道阻塞比一般應(yīng)為0.30～0.45。

3.2 確保隧道正常通風(fēng)

應(yīng)定期檢查隧道各通風(fēng)裝置狀態(tài)，確保通風(fēng)裝置正常運(yùn)行。降低隧道負(fù)壓，有利于降低車輛內(nèi)外壓力差。

3.3 優(yōu)化列車空調(diào)系統(tǒng)的控制邏輯

應(yīng)優(yōu)化全自動運(yùn)行地鐵線路的列車空調(diào)系統(tǒng)控制邏輯。當(dāng)列車到站停車后，車輛空調(diào)應(yīng)降低運(yùn)行頻率，減少新風(fēng)量，減少車內(nèi)正壓。

3.4 優(yōu)化廢氣排氣裝置的布置

對于全自動運(yùn)行線路的地鐵列車頭節(jié)車輛，應(yīng)合理設(shè)計廢氣排氣裝置與各車門的位置關(guān)系。建議將廢氣排氣裝置布置在車輛的兩端或中間，以增大關(guān)門時空氣流動，進(jìn)而降低關(guān)門時的車輛內(nèi)外壓力差。

3.5 優(yōu)化車門控制邏輯

在全自動運(yùn)行地鐵線路的車輛設(shè)計時，應(yīng)從以下兩個方面優(yōu)化車門控制邏輯：

1)在滿足標(biāo)準(zhǔn)的前提下，在車門軟件設(shè)置中應(yīng)盡量增大Fe，并增設(shè)下限。建議Fe為130～150 N。

2)根據(jù)廢氣排氣裝置的位置，調(diào)整車門的關(guān)門延遲時間。頭節(jié)車輛遠(yuǎn)離廢氣排氣裝置處的車門先關(guān)，靠近廢氣排氣裝置處的車門后關(guān)。

3.6 減小關(guān)門阻力

在確保車門密封性的前提下，優(yōu)化調(diào)整車門的V型尺寸、對中度及外擺量等關(guān)鍵參數(shù)，以及密封結(jié)構(gòu)，應(yīng)確保開關(guān)門順暢，使開關(guān)門阻力最小。

4 結(jié)語

隨著城市軌道交通的發(fā)展，全自動運(yùn)行地鐵線路越來越多，列車運(yùn)行速度也越來越快。列車運(yùn)行速度提升后將進(jìn)一步增大車輛內(nèi)外壓力差，車門自動觸發(fā)防擠壓的問題會越來越嚴(yán)重。本文從車門防擠壓原理、車門自身調(diào)整狀態(tài)、車輛內(nèi)外壓力差等多方面對車門防擠壓功能誤觸發(fā)問題進(jìn)行了深入分析，并從隧道阻塞比、隧道通風(fēng)裝置，以及車輛的車門、空調(diào)、廢氣排氣裝置的優(yōu)化等方面提出了針對性的應(yīng)對策略，為其他類似項目提供參考。