李豐恩,劉 博,鄧騰飛

鄭州地鐵集團(tuán)有限公司,河南 鄭州 450000

0 引言

鄭州地鐵鄭許線為GOA4等級(jí)全自動(dòng)駕駛線路,車輛為3動(dòng)1拖4編組B型車,運(yùn)營(yíng)時(shí)速120 km/h,車輛總長(zhǎng)80.24 m,客室車門采用雙扇電控電動(dòng)塞拉門,每節(jié)車8套車門,每側(cè)各4套車門,呈對(duì)稱分布?？褪议T開關(guān)由電子門控器控制,可實(shí)現(xiàn)對(duì)每一門的單獨(dú)控制和列車集中控制[1]。每節(jié)車的1門和2門門控器為主門控器,通過(guò)以太網(wǎng)與列車控制和管理系統(tǒng)(train control and management system,TCMS)進(jìn)行通信,其余車門為從門,從門間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。且具有自診斷和故障記錄功能,診斷數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)絋CMS,該功能可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)查找并指明功能故障的目的,指導(dǎo)駕駛?cè)藛T操作隔離裝置進(jìn)行應(yīng)急處置,同時(shí)也可指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)人員查找并維修故障。本文主要通過(guò)闡述車門系統(tǒng)的工作原理、功能及故障診斷邏輯,研究車門典型故障的處理思路,為車門系統(tǒng)的故障處理提供指導(dǎo)。

1 車門系統(tǒng)工作原理

1.1 車門動(dòng)作原理

鄭許線車輛客室門系統(tǒng)設(shè)置有可靠的機(jī)械鎖閉機(jī)構(gòu)、故障隔離裝置、緊急解鎖、重開門等安全設(shè)施,保證車門系統(tǒng)的安全性。主要由門控器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、聯(lián)軸器、承載機(jī)構(gòu)、門頁(yè)、絲桿、長(zhǎng)導(dǎo)柱、短導(dǎo)柱、上滑道、下滑道、左右旋螺母組件、攜門架、平衡壓輪、下?lián)蹁N、下擺臂、解鎖裝置、隔離裝置、直線軸承、H型傳動(dòng)架、護(hù)指膠條、限位開關(guān)等部件組成,通過(guò)門控器控制,帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)車門的開關(guān)動(dòng)作。

傳動(dòng)裝置采用絲杠方式,傳動(dòng)裝置、導(dǎo)向裝置、驅(qū)動(dòng)裝置和鎖閉裝置集中為一個(gè)緊湊的功能單元,便于安裝和維修。電機(jī)組件由1個(gè)直流電動(dòng)機(jī)及電機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置之間的連接裝置組成。門扇的運(yùn)動(dòng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿(對(duì)于雙頁(yè)門,絲桿一半右旋,一半左旋)來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳動(dòng)螺母通過(guò)鉸鏈結(jié)構(gòu)的H型傳動(dòng)架帶動(dòng)直線軸承在長(zhǎng)導(dǎo)柱上滑動(dòng),進(jìn)而帶動(dòng)攜門架組件移動(dòng)門扇,如圖1所示。

圖1 車門開關(guān)原理示意

1.2 車門機(jī)械鎖閉和解鎖功能

鄭許線車輛客室車門機(jī)械鎖閉和解鎖功能是通過(guò)絲桿上LS鎖結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,由絲桿和螺母組件配合完成車門的機(jī)械鎖閉和解鎖動(dòng)作。LS型鎖閉系統(tǒng)具有鎖閉可靠、傳遞效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低、噪音低、運(yùn)動(dòng)特性好等顯著優(yōu)點(diǎn)。

LS鎖左右旋螺母組件的動(dòng)作原理就是利用變導(dǎo)程絲桿來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和鎖閉,鎖閉和解鎖是傳動(dòng)過(guò)程的2種狀態(tài),因此LS鎖螺母組件的傳動(dòng)和鎖閉是一種無(wú)源的變導(dǎo)程鎖閉裝置。變導(dǎo)程絲桿由大于摩擦自鎖角的正常導(dǎo)程和小于摩擦自鎖角的零導(dǎo)程組成。

螺母組件上的螺母座與門扇相連,滾動(dòng)銷安裝在螺母組件的螺母套上。電機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)銷左右平移實(shí)現(xiàn)開關(guān)門,在滾動(dòng)銷進(jìn)入絲桿鎖閉段后,實(shí)現(xiàn)對(duì)螺母組件和門扇的機(jī)械鎖閉,在滾動(dòng)銷離開絲桿鎖閉段后,實(shí)現(xiàn)對(duì)螺母組件和門扇的解鎖,因此LS鎖絲桿螺母組件是一種螺旋傳動(dòng)、關(guān)閉到位自動(dòng)鎖閉、開門自動(dòng)解鎖、無(wú)源鎖閉的裝置,如圖2所示。

圖2 LS鎖結(jié)構(gòu)

2 門故障診斷邏輯

車門系統(tǒng)對(duì)電子門控器(electronic door control unit,EDCU)內(nèi)部及門功能進(jìn)行診斷,并且還可通過(guò)監(jiān)控輸出電流來(lái)判斷車門回路中是否有斷路或短路的情況,以便時(shí)刻保持車門的安全性。診斷出的故障可分為3級(jí),即主要故障、次要故障、事件。

主要故障為高優(yōu)先級(jí),乘客的安全或門的操作可能受到影響,工作人員要針對(duì)這一情況采取臨時(shí)應(yīng)急措施,例如隔離故障車門;次要故障為低優(yōu)先級(jí),乘客的安全或門的操作可能受到部分影響,可以在待列車回庫(kù)后進(jìn)行檢查或維修這些故障;事件指門系統(tǒng)重要操作的相關(guān)記錄,無(wú)需人為干預(yù)。當(dāng)車門被診斷出主要故障后需盡快安排檢查,若故障不能被修復(fù),則故障門需要被隔離;次要故障對(duì)于門的安全不會(huì)造成影響,所有指令均可以繼續(xù)被操作,門需要被檢查。EDCU故障診斷信息表如表1所示。

表1 EDCU故障診斷信息表

3 典型故障分析

3.1 安全互鎖回路異常故障

3.1.1 故障現(xiàn)象

2023年7月14日,車輛段庫(kù)內(nèi)檢修人員報(bào)ZX04車HMI上顯示3車5門圖標(biāo)顯紅,故障履歷現(xiàn)存故障報(bào)3車5號(hào)門安全互鎖回路異常故障。

3.1.2 電氣原理分析

因地鐵車輛每節(jié)車車門數(shù)量較多(B型車8套、A型車10套),且屬于直接面對(duì)乘客的部件,故對(duì)車門的安全性和可靠性要求較高。為保證客室車門的安全可靠性,每套客室車門均設(shè)置有1個(gè)S2關(guān)到位開關(guān)、1個(gè)S1鎖到位開關(guān),安裝在承載機(jī)構(gòu)上,用于監(jiān)控車門的關(guān)鎖到位狀態(tài)。每個(gè)開關(guān)包含有NO(常開)及NC(常閉)觸點(diǎn),機(jī)械上聯(lián)動(dòng),但電氣上互相獨(dú)立。NC觸點(diǎn)用于列車安全回路,NO觸點(diǎn)用于門控器內(nèi)部的檢測(cè)電路[2],如圖3所示。

圖3 開關(guān)安裝示意

鄭許線車輛車門級(jí)安全互鎖回路由安全互鎖1回路和安全互鎖2回路組成。安全互鎖1回路由門關(guān)到位開關(guān)S2的NC觸點(diǎn)與隔離開關(guān)S4的NO觸點(diǎn)并聯(lián)連接;安全互鎖2回路由門鎖到位開關(guān)S1的NC觸點(diǎn)和緊急解鎖開關(guān)S3的NC觸點(diǎn)串聯(lián)連接。當(dāng)安全互鎖回路閉合時(shí),安全互鎖1 回路端口1 和安全互鎖1 回路端口2狀態(tài)一致且安全互鎖2回路端口1和安全互鎖2回路端口2狀態(tài)一致,車輛允許牽引;若檢測(cè)到安全互鎖1回路端口1 和安全互鎖1回路端口2狀態(tài)不一致或安全互鎖2回路端口1和安全互鎖2回路端口2狀態(tài)不一致,則報(bào)安全互鎖回路異常故障,車輛牽引封鎖,電氣原理圖如圖4所示。

圖4 安全互鎖回路電氣原理

列車級(jí)安全互鎖回路是將整車所有單個(gè)車門的安全互鎖回路進(jìn)行串聯(lián)。在車門狀態(tài)正常的情況下,前一個(gè)車門的安全聯(lián)鎖回路出口信號(hào)的狀態(tài)應(yīng)該和后一個(gè)車門的入口信號(hào)的狀態(tài)是相同的,如果不相同,則車門之間是存在故障的[3]。

3.1.3 現(xiàn)場(chǎng)故障排查

根據(jù)車門安全互鎖回路異常故障報(bào)出原理,本次故障重點(diǎn)從2個(gè)互鎖回路接線、S1和S2開關(guān)狀態(tài)及門控器進(jìn)行查找。

上車檢查3車5門門控器及行程開關(guān)各接線未發(fā)現(xiàn)存在虛接、脫落、斷線等異?，F(xiàn)象;檢查S1、S2開關(guān)動(dòng)作靈活、無(wú)卡滯;下載門控器數(shù)據(jù)顯示安全互鎖回路異常故障,查看故障時(shí)刻IO口狀態(tài)曲線圖顯示安全互鎖2回路端口1 I16跳變?yōu)榈碗娖?使用萬(wàn)用表測(cè)量安全互鎖2回路端口1接線(XT1-41d)電壓為108 V,輸入電壓正常。

通過(guò)以上排查,發(fā)現(xiàn)3車5門安全互鎖2回路端口1實(shí)際為高電平,但門控器卻檢測(cè)到為低電平。門控器檢測(cè)與實(shí)際不一致,判斷故障原因?yàn)殚T控器內(nèi)部故障,現(xiàn)場(chǎng)更換門控器后故障消失,多次測(cè)試車門功能正常。

3.1.4 門控器拆解分析

為進(jìn)一步鎖定具體故障點(diǎn),分析是否存在批量隱患,特對(duì)門控器進(jìn)行拆解分析。拆開門控器蓋板檢查控制板外觀無(wú)異常;按照技術(shù)要求對(duì)門控器內(nèi)部各電源點(diǎn)的阻抗進(jìn)行測(cè)試,均在參考值范圍內(nèi);對(duì)門控器內(nèi)部各電源點(diǎn)的輸出電壓進(jìn)行測(cè)試,均在參考值范圍內(nèi);對(duì)門控器的所有端口進(jìn)行絕緣—耐壓—絕緣測(cè)試,絕緣電阻和耐壓性能滿足要求;按照出廠檢驗(yàn)技術(shù)要求,燒錄出廠檢驗(yàn)程序,對(duì)輸入、輸出、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、通訊等功能模塊進(jìn)行功能測(cè)試,發(fā)現(xiàn)I16輸入口功能異常,進(jìn)一步檢測(cè)為I16輸入口電阻開路,如圖5所示。

圖5 輸入口電阻測(cè)量(開路)

3.1.5 結(jié)論與措施

經(jīng)過(guò)排查分析,發(fā)現(xiàn)故障原因?yàn)?車5門門控器I16輸入口電路電阻失效,失效模式為開路,該電阻失效會(huì)導(dǎo)致門控器I16輸入口電路異常,使得門控器無(wú)法識(shí)別I16信號(hào)的高電平輸入,導(dǎo)致安全互鎖回路異常故障的發(fā)生。

同時(shí)為確定是否存在批量質(zhì)量問(wèn)題,及時(shí)消除隱患,要求車門廠家對(duì)使用該批次電阻生產(chǎn)的門控器進(jìn)行復(fù)查,經(jīng)過(guò)初測(cè)、老化、復(fù)測(cè)等測(cè)試無(wú)不良記錄,確認(rèn)此次電阻失效為個(gè)例情況,其余產(chǎn)品無(wú)批量質(zhì)量隱患。

3.2 車門數(shù)據(jù)總線通信故障

3.2.1 故障現(xiàn)象

2023年9月20日,車輛段庫(kù)內(nèi)檢修人員報(bào)ZX15車HMI上3車6門顯示未知,故障履歷現(xiàn)存故障報(bào)3車6號(hào)門數(shù)據(jù)總線通信故障,3車6門上電自檢失敗。

3.2.2 電氣原理分析

根據(jù)車門電氣原理圖分析,單節(jié)車門間通過(guò)X6、X7數(shù)據(jù)線將門控器進(jìn)行串聯(lián),并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,如圖6所示。

圖6 車門數(shù)據(jù)傳輸電氣原理

3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)故障排查

根據(jù)電氣原理圖分析,車門間主要通過(guò)X6、X7以太網(wǎng)接線及門控器進(jìn)行通信,本次故障排查主要從X6、X7及門控器展開。

檢查3車6門門控器上X6、X7插頭安裝無(wú)松動(dòng)、插針無(wú)異常。下載3車6門門控器數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)總線通信故障,與列車報(bào)出故障一致。查看3車數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)1號(hào)主門能接收到1、3、5、7、8門數(shù)據(jù),2號(hào)主門能接收到2、4門數(shù)據(jù),均無(wú)6門數(shù)據(jù),說(shuō)明ETH內(nèi)網(wǎng)在6門前后均發(fā)生斷線。通過(guò)X6、X7連接網(wǎng)口均無(wú)法ping通該門,重啟門控器后故障仍存在,判斷為3車6門門控器故障,現(xiàn)場(chǎng)更換門控器后,上電測(cè)試故障消失,測(cè)試車門功能恢復(fù)正常。

3.2.4 門控器拆解分析

為鎖定故障點(diǎn),特對(duì)門控器進(jìn)行進(jìn)一步檢查。檢查門控器外觀無(wú)異常,內(nèi)部控制板外觀無(wú)異常。同時(shí)按照技術(shù)要求,對(duì)門控器內(nèi)部電源靜態(tài)阻抗測(cè)試,均在參考值范圍內(nèi);對(duì)門控器內(nèi)部電源電壓測(cè)試,均在參考值范圍內(nèi);對(duì)門控器的所有端口進(jìn)行絕緣—耐壓—絕緣測(cè)試,絕緣電阻和耐壓性能滿足要求;按照出廠檢驗(yàn)技術(shù)要求,燒錄出廠檢驗(yàn)程序,對(duì)輸入、輸出、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、通信等功能模塊進(jìn)行功能測(cè)試,在進(jìn)行以太網(wǎng)通信時(shí),發(fā)現(xiàn)以太網(wǎng)無(wú)法ping通,經(jīng)檢測(cè),發(fā)現(xiàn)為以太網(wǎng)板卡進(jìn)入固件燒錄模式(boot模式)的按鈕失效(一直處于導(dǎo)通狀態(tài)),如圖7所示,其他功能測(cè)試正常。

圖7 失效按鈕開關(guān)(常導(dǎo)通狀態(tài))

3.2.5 結(jié)論與措施

經(jīng)過(guò)排查分析,發(fā)現(xiàn)故障原因?yàn)殚T控器以太網(wǎng)板卡上進(jìn)入固件燒錄模式的按鈕開關(guān)失效,失效模式為常導(dǎo)通,導(dǎo)致以太網(wǎng)板卡在上電時(shí)直接進(jìn)入固件燒錄模式,通信無(wú)法正常建立,報(bào)出通信故障。

同時(shí)為確定是否存在批量質(zhì)量問(wèn)題,及時(shí)消除隱患,要求車門廠家對(duì)使用該批次按鈕開關(guān)生產(chǎn)的門控器進(jìn)行復(fù)查,經(jīng)過(guò)初測(cè)、老化、復(fù)測(cè)等測(cè)試無(wú)不良記錄,確認(rèn)此次電阻失效為個(gè)例情況,其余產(chǎn)品無(wú)批量質(zhì)量隱患。

4 結(jié)束語(yǔ)

車門系統(tǒng)作為地鐵車輛的關(guān)鍵部件,直接影響車輛運(yùn)行及乘客服務(wù)質(zhì)量,應(yīng)確保其功能正常,因此,對(duì)車門系統(tǒng)的故障診斷是很有必要的。同時(shí)在車門系統(tǒng)故障處理時(shí),需要結(jié)合車門工作原理、故障診斷邏輯及電氣控制原理,深入分析故障原因,鎖定故障點(diǎn),若發(fā)現(xiàn)存在批量質(zhì)量問(wèn)題,應(yīng)及時(shí)制定措施、排除隱患。