程代鈞

（廣州市地下鐵道總公司運(yùn)營事業(yè)總部車輛中心，廣東廣州 510380）

地鐵列車車門系統(tǒng)各控制部件的穩(wěn)定性及可靠性直接影響車門在正線的正常運(yùn)行。對車門系統(tǒng)部件使用情況及慣性故障進(jìn)行分析，能一定程度上掌握車門系統(tǒng)故障規(guī)律及各主要控制部件的壽命，從而提升維護(hù)水平及檢修質(zhì)量，進(jìn)一步有效降低故障率，減少突發(fā)故障對正線運(yùn)營的影響。

廣州一號線西門子列車車門系統(tǒng)故障是一號線列車故障率最高的系統(tǒng)之一。由于線路站距短，車門開啟頻繁，車門控制部件、驅(qū)動部件及傳動機(jī)構(gòu)部件長期超負(fù)荷運(yùn)行，造成部件的可靠性降低，各部件的壽命具有一定差別，架大修時更換已經(jīng)不能完全滿足實(shí)際運(yùn)用要求，需根據(jù)各部件的故障特性及壽命分析，制定可靠的維修措施。

1 車門系統(tǒng)部件故障分析

1.1 車門系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)分析

廣州一號線西門子列車車門系統(tǒng)為電控氣動門，從歷年車門故障統(tǒng)計(jì)來看，車門控制繼電器、短行程風(fēng)缸、中央控制閥及行程開關(guān)故障占電控氣動門故障的主要部分，較高的故障率直接影響到正線列車運(yùn)營質(zhì)量。從2004年至今的故障記錄統(tǒng)計(jì)，平均每年故障情況如表1所示。

表1 車門系統(tǒng)部件平均每年故障情況

1.2 車門系統(tǒng)主要部件故障分析

車門部件故障按照月度統(tǒng)計(jì)，如圖1所示，1月、2 月及12 月期間車門平均故障次數(shù)及頻率相對其他月份明顯偏高，其中車門氣動控制部件（短行程風(fēng)缸、中央控制閥及驅(qū)動風(fēng)缸等）故障率較高?？梢钥闯鐾饨绛h(huán)境對氣動部件存在一定的影響，尤其氣溫偏低的時候，氣動控制部件內(nèi)部密封圈冷縮及長期運(yùn)行下磨損、老化變形等因素導(dǎo)致故障率較高。同時由于該車型車門繼電器安裝于客室側(cè)墻頂回風(fēng)道中，繼電器及行程開關(guān)處于較為惡劣的環(huán)境下，濕度較大、灰塵較為嚴(yán)重，故障率也相對偏高。

圖1 車門部件月平均故障統(tǒng)計(jì)

2 可靠性及全壽命分析

根據(jù)車門系統(tǒng)部件的故障分布特性，采用威布爾分布研究車門系統(tǒng)主要部件的使用壽命是十分重要而又有實(shí)際意義。

威布爾分布的失效分布函數(shù)為：F（t）=1-e-[（t-γ）/η]m，

可靠度函數(shù)為：R（t）=e-[（t-γ）/η]m，

γ=0 時，即車門部件在工作一開始就逐漸發(fā)生失效，以上函數(shù)簡化為：

F（t）=1-e-（t/η）m，

R（t）=e-（t/η）m。

不可修復(fù)產(chǎn)品在故障前的工作時間平均值為：

式中m—形狀參數(shù)（威布爾斜率），γ—位置參數(shù)，η—尺度參數(shù)（特征壽命）

而對于每個車門部件來說，m 和η 取的值都會有所不同，即使同一個車門部件在不同故障時期都有所不同，對于故障特征符合“浴盆”曲線的部件，早期失效期為m＜1，到穩(wěn)定期m≈1，到耗損失效期為m＞1[1]。

可靠度和失效率可以用統(tǒng)計(jì)方法來計(jì)算，可靠度和失效率計(jì)算值如下：

3 車門主要部件可靠性及壽命分析

3.1 可靠度統(tǒng)計(jì)分析

按照目前每列車月平均運(yùn)行公里數(shù)1 萬公里，即達(dá)到架修60 萬公里要求運(yùn)行5 年左右，達(dá)到大修120 萬里要求即運(yùn)行10 年左右。一號線全程約為18 公里，正線運(yùn)行平均達(dá)到560 個單程，280 個來回，每個單程車車門動作18 次，每月正線車門平均動作次數(shù)達(dá)到5 000次，加上庫內(nèi)檢修作業(yè)（日檢及出車檢查平均每天20～35 次），每月平均約有6 000次動作，每年平均約動作7萬余次，5年平均動作約35萬次，10年平均動作約70萬次。

根據(jù)該型車架大修更換要求及故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對以下6 個車門主要故障部件進(jìn)行壽命分析，以了解目前更換周期的匹配性及預(yù)防維修措施的可行性。車門主要故障部件的可靠度如圖2所示，其中車門繼電器及S2 行車開關(guān)為架修更換，其余為大修更換。

圖2 車門主要故障部件可靠度

3.2 壽命分析

表2 擬合直線離散點(diǎn)

S2 行程開關(guān)平均壽命MTTF 根據(jù)求得的m 及η 值，計(jì)算平均壽命約為57 年，即全部失效?？煽慷纫_(dá)到0.95，S2 行程開關(guān)使用壽命約5 年，與目前架修期進(jìn)行更換周期較為匹配。

根據(jù)以上方法，同樣可得到繼電器的m 及η值，預(yù)計(jì)平均壽命為37年，即全部失效。可靠度要達(dá)到0.95 以上，車門關(guān)鍵繼電器只可運(yùn)用3.4年；到達(dá)0.92 以上，車門繼電器只能使用5 年?？煽慷冉档?.03 后，每年的故障車門繼電器故障總數(shù)量將增加80多起，將給正線營運(yùn)造成很大影響。推薦該型號車門繼電器（MCRC）3～3.5年進(jìn)行定期更換，需提前于架修期進(jìn)行更換。S1行程開關(guān)平均壽命計(jì)算約36年，根據(jù)各個階段的m及η ，得到該部件在6.5 年左右（可靠度在0.91），由偶然故障期進(jìn)入耗損故障期，處于剛架修完1年后。而S1行程開關(guān)從使用環(huán)境及動作頻率與S2行程開關(guān)一樣，同時由于S1行程開關(guān)IP等級相對較低，密封性較差，故障率反而相對較高，所以S1行程開關(guān)更換周期建議結(jié)合架修進(jìn)行更換。

中央控制閥平均壽命計(jì)算約19.6 年，根據(jù)各個階段的m及η，得到該部件在6.1年左右由偶然故障期進(jìn)入耗損故障期，結(jié)合中央控制閥的失效形式（排氣異響、漏氣、Y2 電磁閥故障等），建議架修更換內(nèi)部密封圈及Y2 與Y1 或Y3 進(jìn)行互換，減少慣性故障帶來的行車影響。驅(qū)動風(fēng)缸平均壽命計(jì)算約34.4 年，根據(jù)各個階段的m 及η，得到該部件在6.8年左右由偶然故障期進(jìn)入耗損故障期。鑒于驅(qū)動風(fēng)缸故障主要表現(xiàn)為內(nèi)部密封圈老化變形，導(dǎo)致風(fēng)缸內(nèi)部活塞左右兩邊缸體漏氣，不能形成穩(wěn)定壓差，架修有必要對內(nèi)部密封圈進(jìn)行統(tǒng)一更換，減少后期故障率，將可進(jìn)一步提高車門運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性。短行程風(fēng)缸平均壽命計(jì)算約15.9 年，根據(jù)各個階段的m 及η，得到該部件在4.6年左右由偶然故障期進(jìn)入耗損故障期，接近1 次架修期。對于短行程風(fēng)缸故障無法修復(fù)內(nèi)部密封圈，修復(fù)使用可靠性不高，建議結(jié)合架修逐步進(jìn)行更換。

4 檢修措施

①結(jié)合車門故障特點(diǎn)及重大節(jié)假日客流因素影響，可在原有計(jì)劃性檢修（半年檢、年檢）外增加臨時性集中普查，使車門各關(guān)鍵參數(shù)達(dá)到最佳狀態(tài)，避免關(guān)鍵參數(shù)超差，影響車門正常開關(guān)，并對關(guān)鍵部件進(jìn)行測量檢查，如繼電器、行程開關(guān)的動作檢查及阻值測量。

②根據(jù)以上壽命分析，定期更換故障率較高的部件，制定車門系統(tǒng)關(guān)鍵部件更換周期，如繼電器定期更換及Y2與Y1或Y3定期互換等措施。

③對故障率較高的部件進(jìn)行換型，如車門繼電器更換成西門子或防護(hù)等級較高的安川繼電器，提高防塵防護(hù)等級，可有效降低相關(guān)故障率。

④由于該型車運(yùn)用已久，尤其是車門系統(tǒng)相關(guān)部件國產(chǎn)化率不高，無法有效大批量進(jìn)行更換，以6 個月為一次參數(shù)調(diào)整周期不能滿足現(xiàn)有車門關(guān)鍵參數(shù)變化情況。對此，建立車門系統(tǒng)預(yù)防維修模式，縮短車門關(guān)鍵參數(shù)調(diào)整周期，壓縮到每3-4 月調(diào)整一次，并結(jié)合慣性故障特點(diǎn)及每年重大節(jié)假日普查開展，可全面提高車門系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

該車門部件壽命分析是建立在長期故障記錄統(tǒng)計(jì)，利用威布爾壽命模型分析計(jì)算出車門系統(tǒng)主要故障部件壽命情況，并采取相應(yīng)的維護(hù)措施，制訂可靠、完善的檢修工藝，可進(jìn)一步減少故障率，提高運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量。

［1］董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS）［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

［2］王長庚.地鐵列車?yán)^電器全壽命分析和維修對策探討［J］.城市軌道交通研究，2011（08）：92-95.