范 彪，江炳流

（廣州地鐵集團(tuán)公司運(yùn)營事業(yè)總部，廣州 510310）

0 引言

城市軌道交通車輛具有運(yùn)載客流量大、時間間隔短、乘客上下車頻繁[1]等特點(diǎn)，而車門系統(tǒng)是地鐵車輛非常重要的一個系統(tǒng)，是直接與乘客界面相連的部件，也是關(guān)乎乘客生命安全設(shè)備。隨著國內(nèi)城市軌道交通的迅猛發(fā)展，正線客流量越來越大的趨勢。正線電客車的準(zhǔn)點(diǎn)率、可靠性的要求也越來越高，車門系統(tǒng)的質(zhì)量與運(yùn)營服務(wù)的質(zhì)量密切相關(guān)。為研究正線電客車車門在無障礙物時出現(xiàn)車門自動防夾故障的根本原因，通過在列車上不斷進(jìn)行試驗(yàn)、機(jī)械結(jié)構(gòu)模擬、軟件優(yōu)化并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場列車運(yùn)營的隧道環(huán)境、客室通風(fēng)方式等特點(diǎn)進(jìn)行對比分析。查找引起車門自動防夾故障的根本原因并提出合理的解決措施，從根本上解決了正線車門自動啟動防夾故障。本文對地鐵車門自動防夾故障進(jìn)行研究分析，希望對國內(nèi)外同類型故障提供學(xué)習(xí)參考依據(jù)。

1 故障情況

2020 年4月13日地鐵二號線A5型車塞拉門[2]在洛溪站下行出現(xiàn)8A109 車1 號車門無法關(guān)閉，行調(diào)組織司機(jī)到場處理，并將故障報調(diào)度，09:48 司機(jī)到場切除該車門后動車。

2020 年4 月14 日地鐵二號線A5 型車在石壁下行出現(xiàn)8A121 車1 號車門無法關(guān)閉，行調(diào)組織司機(jī)到場處理，09:57 司機(jī)處理完畢后動車。

相同故障在相同區(qū)間段下行位置出現(xiàn)，且均表現(xiàn)為A5型車。該類故障共同點(diǎn)為車門無障礙物時自動啟動防夾信息。

2 原因調(diào)查

2.1 數(shù)據(jù)分析

2.1.1 車門門控器數(shù)據(jù)

圖1 所示為4 月13 日8A109 車1 號門門控數(shù)據(jù)[3]。讀取車門數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)4月13日，09:43:58起8A109車1號門連續(xù)報出：關(guān)門過程障礙檢測觸發(fā)到設(shè)定次數(shù)，以及司機(jī)操作解鎖車門信息。圖2 所示為8A121 車1 號門門控數(shù)據(jù)。讀取故障車門數(shù)據(jù)4 月14 日，09:52:51 起8A121 車1號門連續(xù)報出：關(guān)門過程障礙檢測觸發(fā)到設(shè)定次數(shù)信息[4]。8A109110 車和8A121122 車兩列車故障時，門控器數(shù)據(jù)均顯示關(guān)門過程障礙檢測觸發(fā)到設(shè)定次數(shù)信息，即列車車門啟動防夾信息而無其他故障信息。

圖1 8A109車1號門門控數(shù)據(jù)

圖2 8A121車1號門門控數(shù)據(jù)

2.1.2 車輛屏數(shù)據(jù)

4 月13 日09:43:51 起，8A109110 車車輛屏并無車門故障信息，9:46:21為司機(jī)手動解鎖信息，如圖3所示。4月14日09:52:51起，8A121122車車輛屏并無車門故障記錄，如圖4所示。8A109110車和8A121122車兩列車車門故障時，車輛屏有左門安全回路斷開信息并無車門故障信息顯示。說明列車左門安全回路在輸出關(guān)門指令后仍有車門未關(guān)閉現(xiàn)象，即車門啟動防夾打開。

圖3 8A109110 車車輛屏故障記錄

圖4 8A121122 車車輛屏故障記錄圖片

2.1.3 車門參數(shù)及部件檢查情況

回庫后測量8A109 車1 號門、8A121 車1 號門車門參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，如表1所示。

表1 8A109、8A121車1號門參數(shù)測量

8A109 車1 號門、8A121 車1 號門車門部件檢查：檢查絲桿無毛刺[4]；滾動銷正常無異常磨損；下滑道正常緊固件無松動；有電試驗(yàn)螺母副翻轉(zhuǎn)正常；檢查車門運(yùn)動同步性正常；檢查車門電機(jī)轉(zhuǎn)動正常；測量電流、電機(jī)三相阻值均在范圍內(nèi)，有電功能試驗(yàn)8A109 車、8A121車1號門開關(guān)門功能正常[5]。

綜上檢查情況，8A109110、8A121122車車門故障非車門門頁機(jī)構(gòu)、參數(shù)及電路問題引起。

2.1.4 庫內(nèi)模擬試驗(yàn)

庫內(nèi)對8A109110、8A121122 車車門進(jìn)行關(guān)門力試驗(yàn)，在列車開空調(diào)和不開空調(diào)情況下進(jìn)行關(guān)門夾緊力測試對比情況如表2～3所示。通過上述試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)列車在開空調(diào)后車門關(guān)門力存在明顯下降趨勢，說明客室風(fēng)壓能影響列車關(guān)門力大小[6]。

表2 8A109110車庫內(nèi)開空調(diào)與不開空調(diào)關(guān)門力測試對比

因近期受國內(nèi)疫情影響，為提升列車送往客室內(nèi)的新風(fēng)量。根據(jù)公司疫情防控預(yù)案，對所有列車新風(fēng)門進(jìn)行全開模式改造，即增大客室新風(fēng)門量輸入，提供客室風(fēng)量循環(huán)?，F(xiàn)對不同車型A4A5 型車新風(fēng)門全開、自動和關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)行對比，另外選取1 列A4 型車和1 列A5型車，對比平均值如表4～5所示。從統(tǒng)計對比可知：庫內(nèi)其他列車新風(fēng)門全開模式下相比較自動開或不開空調(diào)模式時，風(fēng)壓對車門關(guān)門力影響較大。即新風(fēng)門全開時客室風(fēng)壓易造成列車關(guān)門力下降[7]。

表4 A4型車關(guān)門力對比

表3 8A121122車庫內(nèi)開空調(diào)與不開空調(diào)關(guān)門力測試對比

表5 A5型車關(guān)門力對比

2.1.5 隧道情況

（1）正線隧道風(fēng)速數(shù)據(jù)采集

為收集正線隧道風(fēng)速數(shù)據(jù)，利用風(fēng)速儀測量二號線各站臺列車頭端1/2 號門關(guān)門時風(fēng)速，從收集所得數(shù)據(jù)表明洛溪站到廣州南站區(qū)間風(fēng)速均比其他站點(diǎn)偏高，風(fēng)速數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 二號線各站臺1/2號風(fēng)速數(shù)據(jù)表

根據(jù)伯努利方程得出的風(fēng)－壓關(guān)系，風(fēng)壓計算為：

式中：wp為風(fēng)壓，kN/m2；ρ為空氣密度，kg/m3；v為風(fēng)速，m/s。

由于空氣密度（ρ）和重度（r）的關(guān)系為r = ρ·g，因此有ρ = r/g。在式（1）中使用這一關(guān)系，得到：

式（2） 為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓公式。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（氣壓為1 013 hPa，溫度為15 ℃），空氣重度r=0.012 25 kN/m3。重力加速度g=9.8 m/s2，可得：

根據(jù)風(fēng)壓與速度之間的關(guān)系可知風(fēng)速越大，受到的風(fēng)壓也越大，即受到的風(fēng)的阻力增大。

（2）洛溪站至廣州南站風(fēng)機(jī)開啟情況調(diào)查

當(dāng)高速運(yùn)行的列車進(jìn)入封閉的隧道，隧道內(nèi)的空氣原為靜止，因列車的沖擊產(chǎn)生高壓波，該高壓波以聲音的速度傳播(遠(yuǎn)大于列車行駛速度)。因此當(dāng)列車進(jìn)入隧道產(chǎn)生之高壓波迅速往下游傳遞，壓力波傳達(dá)的隧道空氣立即被加速，當(dāng)壓力波抵達(dá)下游隧道口時產(chǎn)生反射波，反射波往隧道上游傳遞，當(dāng)其傳遞之隧道空氣將再一次被加速。

同樣的列車車尾進(jìn)入隧道，會產(chǎn)生一股負(fù)壓波，該股負(fù)壓波，也同樣會作用在隧道內(nèi)之空氣流速。另外受到隧道構(gòu)造之影響，亦可能因波動之穿透或反射而改變波動。因列車在隧道內(nèi)行駛而產(chǎn)生各種波動在隧道內(nèi)逐漸加速隧道內(nèi)之空氣，使隧道內(nèi)之空氣隨著列車而行進(jìn)，便稱之為隧道內(nèi)之活塞效應(yīng)。根據(jù)活塞效應(yīng)，隧道中的空氣被列車帶動而順著列車前進(jìn)的方向流動，這一現(xiàn)象稱為列車的活塞作用，由此所形成的氣流將增大隧道內(nèi)風(fēng)壓。

經(jīng)咨詢行車設(shè)備部門，目前二號線隧道軌排風(fēng)機(jī)未開啟洛溪至石壁段開啟。在4 月13、14 日，109110 車、121122 車車門故障時站臺風(fēng)機(jī)均未開啟。即隧道內(nèi)的風(fēng)壓得不到有效釋放至大氣壓。

（3）二號線各站距離分析

二號線正線共24個車站（廣州南站-嘉禾望崗），全長30.92 km，查看線網(wǎng)設(shè)計圖發(fā)現(xiàn)二號線各站點(diǎn)之間距離發(fā)現(xiàn)洛溪至廣州南站站點(diǎn)間距離為二號線線路最長區(qū)間，其余站點(diǎn)站距較短。

自2019 年10 月26 日起二號線執(zhí)行Z02159 時刻表正線開始運(yùn)行46列車，二號線上線列車逐步增加，線路中列車行車間隔如此緊密，在長區(qū)間段的站臺隧道風(fēng)壓也將隨之增大。

綜合上述車門啟動自動防夾故障調(diào)查，列車1/2號門在關(guān)門時因受到隧道風(fēng)與客室空調(diào)風(fēng)壓差造成極大阻力，導(dǎo)致車門多次無法關(guān)閉從而啟動自動防夾故障。

3 解決措施

解決措施如下。（1）將客室空調(diào)模式改為自動通風(fēng)模式，以降低客室壓力。（2）故障時刻正線隧道排風(fēng)機(jī)關(guān)閉，隧道內(nèi)氣壓無法得到釋放，即可通過在此長區(qū)段開啟站臺排風(fēng)，以降低隧道風(fēng)壓影響。（3）對二號線A5 型車1/2 號門關(guān)門力大小進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，在符合關(guān)門力有效值閾值范圍內(nèi)（不大于300 N）情況下，適當(dāng)增加列車端墻處單個車門關(guān)門力，由原來的150 N、200 N、250 N 調(diào)整為180 N、230 N、270 N[8]，通過提升關(guān)門力參數(shù)來降低空調(diào)新風(fēng)全開模式帶來的影響，以減少列車自動啟動防夾故障發(fā)生概率。通過采取以上措施，廣州地鐵二號線正線未再出現(xiàn)車門自動防夾故障，該故障得到有效解決。

4 結(jié)束語

綜合以上調(diào)查分析，本次故障的原因：列車空調(diào)新風(fēng)門調(diào)整為全開狀態(tài)，改變了列車客室風(fēng)壓大??；洛溪站至石壁站區(qū)間隧道軌排風(fēng)機(jī)未開啟，未使隧道風(fēng)壓與外界大氣壓相同，造成列車在開門時隧道氣流影響車門開關(guān)。

經(jīng)過現(xiàn)場測量和數(shù)據(jù)對比列車到站開門時頭端位置車門受到氣流影響，導(dǎo)致列車車門關(guān)門力下降，從而觸發(fā)列車車門自動啟動防夾。通過現(xiàn)場不斷地測試和軟件修訂，并選取試驗(yàn)列車將車門關(guān)門力提升，從根本上解決了正線車門自動防夾故障，避免了正線晚點(diǎn)清客事件的發(fā)生，提升了列車運(yùn)營質(zhì)量。