文/單玉兵，南京康尼機電股份有限公司

城市軌道交通由于高密度運轉，列車行車時間間隔短，行車速度高，列車編組輛數(shù)多而具有較大的運輸能力。城軌列車由于運行在專用軌道上，沒有平交道口，不受其他交通工具干擾，并且有先進的通訊信號設備，極少發(fā)生交通事故。因此軌道交通普遍具有運量大、速度快、班次密、安全舒適、準點率高、全天候、運費低和節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點被世界范圍內(nèi)廣泛使用。在城軌交通眾多特點中，安全可靠是乘客的基本需求和首要標準，也是軌道交通運營的重要主題。

據(jù)有關數(shù)據(jù)顯示,軌道交通的事故中約有25%以上是由車門故障所引起的,所以軌道列車的車門系統(tǒng)對于列車的運行和乘客的安全可靠來說十分重要。當門系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，司機或者乘務員應根據(jù)故障級別對列車做響應處理。而隔離作為車門常用的故障處理手段，既避免了列車清客下線保障了運營的連續(xù)性，又旁路了列車門系統(tǒng)故障，確保安全運營。

城軌車門隔離鎖裝置分析

根據(jù)隔離鎖的功能、安裝位置、結構及設計要點分別對不同類型的隔離鎖進行介紹：

隔離鎖功能：隔離鎖應具備兩大功能：隔離和機械鎖閉。所謂隔離是指當列車門系統(tǒng)出現(xiàn)故障后（比如關/鎖到位開關失效），列車安全互鎖回路無法閉合則無法繼續(xù)牽引；此刻操作隔離將激活隔離開關，對已有故障的關/鎖到位開關進行旁路，列車安全互鎖回路閉合，列車可繼續(xù)牽引至下一站或者回庫進行檢修。

機械鎖是指當門系統(tǒng)鎖閉系統(tǒng)出現(xiàn)故障后（無法鎖閉），隔離鎖除了上述隔離功能外，應同時具備機械鎖閉功能。此機械鎖閉的強度需滿足EN14752標準要求——門系統(tǒng)可抗開門方向力1200N下不產(chǎn)生鎖閉失效或者零件部件功能失效。

隔離鎖安裝位置：根據(jù)不同用戶的需求，隔離鎖位置各有不同，但操作隔離鎖對象應為車輛授權人員，如乘務員或者司機。一般情況下，隔離操作應為車內(nèi)隔離，亦有特殊需求從軌面外部隔離。在該需求下，隔離鎖高度位置需要兼顧車內(nèi)隔離與車外軌面解除隔離，因此一般設置在右側門板下部約1/3高處。下圖表對常見的隔離鎖位置和特點進行分析：

圖1 隔離鎖位置及特點

隔離鎖結構：因安裝位置不一樣，導致隔離鎖結構差異較大，下面分別介紹上述四種位置的隔離鎖大體結構：

·安裝于側立罩：該位置隔離鎖一般用于內(nèi)藏&外掛移門、密閉門，其基本原理為操作隔離鎖鎖芯后，隔離鎖閂旋轉一定角度后插入門板預留的鎖槽內(nèi)，可阻止門扇向開門方向移動，同時觸發(fā)隔離鎖開關并提供信號給門控器，從而實現(xiàn)機械和電隔離功能。此種結構隔離鎖無法實現(xiàn)外部操作，一旦操作隔離，當緊急逃生時必須由乘務員從內(nèi)部解鎖后才能實現(xiàn)開門逃生，同時因該裝置獨立于門系統(tǒng)，操作裝置不受門系統(tǒng)狀態(tài)限制，存在開門隔離的風險，設計時應考慮并避免，無法避免時應告知客戶此風險。

·安裝于車輛內(nèi)側頂罩：該位置隔離鎖一般用于塞拉門、外掛移門，其基本原理為操作隔離鎖鎖芯后，帶動隔離鎖鎖鉤旋轉，從而勾住門板連接板的銷軸，實現(xiàn)阻止門扇往開門方向移動。同時隔離鎖芯上有一凸輪觸發(fā)隔離鎖開關，提供給門控器隔離信號。此種結構隔離鎖能夠實現(xiàn)同時鎖閉左右門扇，但因安裝在內(nèi)部頂側罩板，無法從外部操作，同樣存在緊急逃生時必須由乘務員從內(nèi)部解鎖后才能實現(xiàn)開門逃生的問題，另因頂部空間限制，該位置并不便于日常檢查及維護，維護成本相對較高。

·安裝于右側門板左上部位：該位置隔離鎖一般用于內(nèi)藏&外掛移門，其基本原理為操作隔離鎖鎖芯后，隔離鎖閂從門板上部伸出，進入上部導軌卡槽內(nèi)，從而實現(xiàn)阻止門扇往開門方向移動。同時鎖閂推動一個開關觸發(fā)板，引起開關信號跳變，提供給門控器隔離信號。此種結構隔離鎖能實現(xiàn)外部操作，但是因為隔離鎖芯處于門扇頂部，外部操作時需要云梯等輔助工具，可操作性并不強，且該裝置在門扇頂部開口，破壞門板密封性，有導致門扇內(nèi)部進水的風險。

·安裝于右側門板右下部位：該位置隔離鎖一般用于內(nèi)藏&外掛移門，其基本原理為操作隔離鎖鎖芯后，隔離鎖閂從門板側邊伸出，與車體產(chǎn)生限位關系，從而實現(xiàn)阻止門扇往開門方向移動。同時鎖閂轉動后直接觸發(fā)開關，引起開關信號跳變，提供給門控器隔離信號。此種結構隔離鎖同樣可以實現(xiàn)內(nèi)外部同步操作，隔離鎖芯處于門扇下部，解決了外部操作受高度限制問題，同時也解決了門扇頂部開口密封問題，但因靠近車體側立柱，在方案設計時需要注意鎖芯相對車體側立柱的距離，確保有足夠的鑰匙操作空間。

隔離鎖設計要點：

·易接近：操作接口應易接近且便于乘務員操作，隔離狀態(tài)應能夠清晰明示；

·密封性：隔離鎖安裝后，不能影響車體或者門扇的密封性；

·安全性：設計時應盡量避免開門可隔離，具有操作防錯性，且強度滿足標準要求；

·簡易性：在保證功能的同時，設計結構應盡量的簡單，空間占用比例盡量少，便于日常維護。

綜上，從上述介紹的四種方案中，將隔離鎖安裝在門板右下部位能夠滿足上述所有設計要點，在方案設計時應作為首選方案。

安全分析與驗證

當門系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，隔離鎖作為第二套鎖閉裝置，機械強度及穩(wěn)定性均要可靠，一旦隔離功能失效，嚴重時可能導致列車開門運營的風險，這將直接影響乘客的生命安全。因此隔離鎖的可靠性和安全性十分重要。風險評估準則采用更顯矩陣進行安全性評估。嚴重度分級如下：

嚴重性等級 對人或者環(huán)境的影響 對運營的影響I 災難的 多人死亡和/或多重嚴重傷害和/或對環(huán)境嚴重破壞I I 嚴重的 單一的災禍和/或嚴重傷害和/或對環(huán)境重大的損害失去主要系統(tǒng)I I I 輕度的 較小的傷害和/或對環(huán)境有重大的威脅嚴重系統(tǒng)損壞I V 輕微的 可能有較小的傷害 輕微的系統(tǒng)損壞

頻度分級如下：

等級 頻率 頻率A 經(jīng)常發(fā)生的 >1 0次（壽命周期內(nèi)） > 1.0 0 E-5/小時B 可能發(fā)生的 <1 0次（壽命周期內(nèi)） < 1.0 0 E-5/小時C 偶然發(fā)生的 <1次（壽命周期內(nèi)） < 1.0 0 E-6/小時D 很少發(fā)生的 <0.1次（壽命周期內(nèi)） < 1.0 0 E-7/小時E 不可能發(fā)生的<0.0 1次（壽命周期內(nèi)） < 1.0 0 E-8/小時F 難以置信發(fā)生的<0.0 0 1次（壽命周期內(nèi)） < 1.0 0 E-9/小時

嚴重度分類矩陣：

注：R1：可忽略的；R2：可容忍的；R3：不希望有的；R4：無法接受的

僅當綜合安全等級評定為R1時，當前設計才被認為是安全可靠的。當前軌道門系統(tǒng)隔離鎖常見危害識別如下：

潛在危害 潛在原因 減輕措施列車運營時，被隔離的門電氣意外驅動或者打開門控器驅動開門1. 門系統(tǒng)隔離后，不響應任何開門指令；2. 機械裝置可靠，當電機開門時，可以承受電機開門力；列車運營時沒被隔離的門意外打開乘客操作了E E D 1.乘客操作E E D，車門不解鎖；2.隔離裝置因能承受E E D的解鎖力；列車停止在站臺時，開著門發(fā)出門未關到位時意外隔離1-當門控器診斷出故障時，判斷門位置，若未處于關鎖到位位置，則驅動關門2-隔離開關與額外的鎖到位開關串聯(lián)，旁路安全回路緊急情況時，車門無法從內(nèi)部操作緊急解鎖裝置打開發(fā)生緊急情況時，乘客無法解隔離發(fā)生緊急情況時，通過其他車門逃生；緊急情況時，車門無法從外部操作解鎖裝置打開發(fā)生緊急情況時，車外救援人員無法解隔離發(fā)生緊急情況時，通過其他車門逃生；

通過對上述常見危害識別進行判定，開門發(fā)車嚴重度評估為I級（災難的）。利用故障樹分析法分析“列車在車門沒有關到位的情況下發(fā)車”的風險。評定該風險事件的失效率為5.64075E-14/h。因“列車在車門沒有關到位的情況下發(fā)車”的風險頻度為F，故根據(jù)下表得出，期綜合風險等級為R1，可忽略的（無需任何同意即可接受）。基本事件：隔離鎖的機械強度不足會導致隔離裝置損壞、機械隔離功能失效，致使本該被隔離的門系統(tǒng)可能會在列車運營的過程中被打開，因此隔離鎖的機械強度驗證應作為關鍵驗證項點納入設計驗證環(huán)節(jié)。

ID 描述 失效率Q事件 1 鎖到位開關組件故障（無法釋放） 2.3636E-7事件 2 關到位開關組件故障（無法釋放） 2.3636E-7事件 3 關門保護失效 2.57465E-10事件 4 隔離開關組件故障（以外觸發(fā)） 2.57465E-10中間事件 1車門未關到位且安全回路錯誤閉合 5.5866E-14中間事件 2隔離開關以外觸發(fā)且主動關門失效 5.41559E-16

根據(jù)EN 14752的標準要求，隔離鎖舌需要承受開門方向1200N的力門不被打開。隔離鎖的強度受材質及自身結構的影響，本文對截面6mm×9mm材質為ZG12Cr18Ni9的鎖舌進行實物驗證。

門板前沿承受1200N時，鎖舌變形0.05mm，持續(xù)加力至3000N時變形量增加至1.46mm，此時門系統(tǒng)隔離功能正常，但門系統(tǒng)不能退出隔離，故該材質截面的極限加載強度為2000N，當加載力超出2000N時門系統(tǒng)隔離功能正常，不存在安全隱患，整體滿足EN14752的設計要求，數(shù)據(jù)見下表，鎖舌的殘余變形曲線圖見圖2。

施加力 隔離鎖舌變形量（mm） 隔離功能 退出隔離1200N 0.05 正常 正常2000N 0.7 正常 正常2400N 1 正常 無法退出3000N 1.46 正常 無法退出

圖2 外載荷和殘余變形關系

隔離鎖對門系統(tǒng)的安全及列車的可靠運行有著深遠的影響，車輛及乘客的安全是設計中的重中之重，不同位置的隔離鎖功能及安全性能上存在一定的差異性，雖然隔離鎖的操作位置由主機廠根據(jù)業(yè)主的需求提前完成確認，但設計師在方案設計時應充分考慮并分析可能存在的安全隱患，并告知客戶存在的潛在風險，以提高門系統(tǒng)及整車的安全及可靠性。