上海轨道交通列车车门系统可靠性研究-成果小结

上海轨道交通列车车门系统可靠性研究

主要研究单位：上海申通轨道交通研究咨询有限公司

同济大学

主要研究人员：皇甫小燕、程祖国、王建兵、浦汉亮、何伟荣

1、研究背景和项目来源

项目背景、立项依据及必要性

上海的轨道交通网络正在进一步扩大，车型增加，网络中车辆数及运营年限逐步增多，客流显著增长，大车、小车的客流在城市中心接驳，车门出现新故障，评估车门故障间隔时间、评估车门的可用性和维修性等显得尤为重要。对车门可靠性、可用性、维修性、安全性(RAMS)性能各项指标有一个量化的、全面的新认识迫在眉睫，站在运营角度升级、完善车门功能，巩固车门效能；制定车门通用技术要求，使车门产品系列化、标准化、通用化；解决车门系列多、种类多引发的配件供应问题，是企业管理水平提升面临的重要课题。

上海轨道交通运输在公共交通运输中所占比例逐年增加，且越来越重要。列车运营车门可靠性研究对车门维护维修、新线车辆采购相关条款的制定具有重要的指导意义。

通过本课题研究也为制定有关列车车门企业规范奠定基础。

2、主要研究内容

2.1 研究内容

2.1.1调研网络车辆车门技术规格，结合车型，按照动力源类型(气动、电动)对车门技术规格进行分类、研究、评估，以寻求和研究满足上海地区客流要求的车门技术要求或规范

城市地铁车辆的车门主要有二大形式的驱动方式：电动和气动。根据门页的运动轨迹分为：直线运动和非直线运动，通常称为：外挂门、内藏门和推拉门。

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根据车辆设计安全性要求，它们的控制方式都是通过列车导线传递指令，是属于集中式开、关车门和锁门，而它们的结果信息目前采用网络方式（软件通信），分车辆级和列车级，前者一般采用RS485，后者使用网络结构，属串口连接，有的直接采用网络结构，但是直接采用网络方法，成本相对高、维护成本同样高。每个车门的控制器需要增加一个网卡，如：MWB卡、PC-104工业总线和内部的通信协议，并且目前没有双向传输功能，只能发车门的结果状态信息，如：开门、锁门、切除和通信故障等。随着数字化网络的发展，地铁车辆的车门控制和显示也越来越智能化，如：远程控制车门功能，可以选择单门任意开和关门、故障解除等。不需要司机离开驾驶台就能完成车门的故障切除和故障修复等功能。

上海地铁1、2号线DC01、AC01/02型电动列车的客室车门采用了奥地利IFE车门公司提供的气动内藏对开式滑门，3号线AC03型电动列车采用奥地利IFE车门公司提供的电动式塞拉门，1号线AC04型电动列车的客室车门采用法国法维莱(Faiveley)公司提供的电动外挂式移门。各线路运行列车车门类型共20种，其中：采用电动塞拉门的车型6种，采用电动外挂门5种，采用电动内藏门5种，采用气动内藏门4种。

课题分析了三类车门结构、特点，为进一步的分析奠定了基础。

2.1.2收集对照实际运营故障记录，对各类车门的平均故障间隔时间(MTBF)进行统计分析，对车门的可使用性进行评估；

由于地铁列车运营线路站距短，客室车门频繁开启和关闭，因而导致客室车门的门控电气元件和机械零部件损坏；此外在车辆各级检修作业过程中，由于维修人员未严格按照维修手册中车门检修工艺的要求进行检修，造成正线运营列车的客室车门故障频发。

车辆分公司2010年1—6月份各线列车5分钟晚点共143起，图1是列车各大系统累计的故障率相对比，可见车门故障是蛋糕中份额最大者。

分析发现车门故障有明显的早晚高峰特征、工作日特征和季节特征。 一天24小时，以6分钟为单位，列车下线1970起故障的分布情况见图2。可见早高峰7:30～8:30间车门故障率比平峰时间高出许多，8:00时刻车门故障率是平峰的10倍。

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图1 列车各大系统故障导致5分钟晚点的比例

图2 车门故障一天之内分布特征（纵坐标：故障次数）与客流分时分布 市民早晨9点上班、下午17点下班。结合上海上下班的平均出行距离与交通旅行速度，7:30～8:30是上班高峰时段，交通最为繁忙拥堵，客流量最大。晚上下班不像上班，不一定很准时、很集中。以上下班为主客流的公共交通客流特征呈早晚高峰特征。车门故障高峰与客流高峰完全对应，见图2（右）。

按周统计列车故障下线次数可见双休日车门故障明显低于工作日，且周一故障最高。如果把周二到周五视正常值，则周一故障率高出26％，周六、周日的故障率只有正常值的55％。

按工作习惯，上周的工作小结和本周的工作安排一般都是在周一进行，这种工作例会往往必须参加，故相对其它工作日周一出勤率最高、乘车人最多、车上最拥挤基本能解释得通（当然可能还有其它种种原因），周一车门故障率高于平常工作日与出勤率吻合。

休息为主的周六、周日出行时大多数不是为了上班，时刻的集中度、时间的抓紧度不及工作日，不必挤车。乘客少了，又不因赶时间而挤车，车门的故障率

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显著降低。

还研究了车门可靠性可用性维修性等，详见报告。

2.1.3对平均故障间隔时间(MTBF)相对短的故障，或平均故障间隔时间(MTBF)相对长、但引发的运营事故级别高的故障基于运营维修、维护修程、原始设计等方面分析查找故障真正起因，寻求、提出具体解决方案或措施；并对措施实施的有效性进行论证

2007年元旦到2009年4月20日1～9号线与车门有关的列车下线事故约2300起，详细记录故障时刻的列车下线1970起。正线运营列举故障形式50多种，故障较轻则导致该车门被切除，故障较重则导致列车掉线、清客或救援的发生。

将各条线路各列车各种车门的各类故障累计在一起，车门主要零部件的MTBF如表1所示。由表可见，查不出原因的故障最多，平均2起/天，异物引发的车门故障每9天一次，司机操作失误每百天出现一次。

表1 车门主要零部件MTBF（单位:天）对比

故障部件 无异常 车门尺寸 异物 继电器 车门控制单元 限位开关 接线 待查 门销 指示灯 RI0M 紧急拉手 导线 MTBF 0.5 9 10 11 13 17 21 24 32 39 40 42 54 故障部件 司机误操作 门槛条 紧固件 电机传动轮 车门软件 离合器 门控制单元 关门按钮 其他 FIP网络 扇形板 门叶 弹簧 MTBF 99 104 111 115 140 162 206 210 216 230 255 279 341 4