城市轨道交通车辆车门行程开关故障分析及改进方案

（中车长春轨道客车股份有限公司设备研发部，130062，长春∥第一作者，工程师）

城市轨道交通车辆车门行程开关故障分析及改进方案

张亮亮 陈东东

（中车长春轨道客车股份有限公司设备研发部，130062，长春∥第一作者，工程师）

行程开关是城市轨道交通车辆车门系统安全控制回路中的关键部件，由于使用频率高、结构复杂，容易发生故障，导致车门系统故障率居高不下。针对车门行程开关故障问题，从行程开关的功能和结构方面分析故障原因，并给出改进方案及规范化设计建议。

城市轨道交通车辆；车门；行程开关；故障分析

Author′saddressCRRC changchun Railway Vehicles Co．，Ltd．，130062，Changchun，China

城市轨道交通车辆每侧通常设置3～5套车门系统，以实现乘客的快速乘降。为提高列车安全，确保车辆在运行过程中车门不会被误开，通常把车门的锁闭状态信号串入到车辆的安全回路中，并接入牵引允许电路，一旦安全回路不通，则车辆失去牵引。因此，车门系统各项功能的成熟可靠，是列车安全性和可用性的重要保障。城市轨道交通车辆与干线铁路客车相比，启停频繁、车门数量多、上下车客流量大，这些因素容易造成车门系统故障频发。而行程开关作为车门系统监控部分的关键部件，由于使用频率高、工作强度大，导致故障易发。

近年来，北京地铁14号线列车车门使用的沙尔特宝S826行程开关出现了裂纹问题；西安地铁2号线增购车车门使用的高诺斯行程开关出现了开关触点不导通问题；北京地铁6号线一期车辆车门使用的伯恩斯坦行程开关出现了触点不导通问题；哈尔滨地铁1号线列车车门使用的沙尔特宝S826行程开关出现了裂纹等质量问题。以上故障问题均导致车辆当即退出运营服务，影响重大，为此，有必要针对行程开关故障问题进行深入研究并加以解决。

1 行程开关内部结构

车门行程开关的种类较多，有单触点开关、双触点开关等多种类型。车门行程开关多采用双触点开关，即开关内部配置一对常开触点和一对常闭触点。图1是一种双触点车门行程开关工作示例。

图1 双触点车门行程开关内部结构示意图

由图1可见，当按钮①被按下并触发速动弹簧②时，支架③和触桥④向上移动到有效位置，常闭触点⑤断开，常开触点⑥接通。

2 行程开关工作原理

行程开关在车门系统中的作用是将车门的机械位移转换成电信号进而传输至门控器（EDCU）中［1］，从而形成相应的控制信号。以西安地铁2号线增购车为例，全列车（6辆编组）设有48套车门系统，共计使用96个门关好开关（DCS）、48个锁到位开关（DLS），48个隔离开关（LOS），24个紧急解锁开关（ES）。其中，单门的DLS开关和2个DCS的常开触点以及ES的常闭触点串联到车门的安全回路，LOS的常开触点与车门安全回路并联。单门的安全回路串入到车辆的安全回路中，并接入牵引允许电路中，一旦安全回路不通，则车辆无法行驶［2］。图2是安全回路的接线图，图3是车门行程开关的布置图。

图2 行程开关安全回路接线图

图3 行程开关布置图

图4 螺钉和钢板组合固定方式示例

3 行程开关安装结构

车门行程开关壳体一般为塑料材质，为保证安装牢固同时避免预紧力过大对开关造成破坏，需要对紧固扭矩进行严格控制。常用的行程开关安装方式有以下3种。

3．1 螺钉钢板组合固定方式

螺钉和钢板组合固定方式需要控制紧固螺钉的力矩值在1．1N·m（哈尔滨地铁1号线和北京地铁14号线车辆采用此种方式），钢板不平以及螺钉力矩不准确会对开关壳体产生影响。图4是采用螺钉和钢板组合固定方式的行程开关安装示例。

3．2 台阶螺栓固定方式

台阶螺栓固定方式要求控制台阶螺栓的加工精度，保证紧固后开关与螺钉之间约有0．2mm的晃动量，避免紧固力对壳体造成影响。西安地铁2号线增购车和北京10号线二期工程增购车采用此种方式。图5是台阶螺栓固定方式的行程开关安装示例，图6是台阶螺栓示例。

3．3 弹性卡簧固定方式

弹性卡簧固定方式依靠卡簧固定螺钉，减小螺钉对塑料壳体的影响。图7是弹性卡簧固定方式示例。

以上3种固定方式均为成熟的行程开关安装方式。经过多个项目的实际验证，其中的弹性卡簧固定方式较为可靠，且对开关的壳体压力较小。

图5 台阶螺栓固定方式示例

图6 台阶螺栓示例

图7 弹性卡簧固定方式

4 行程开关故障分析

较为常见的行程开关故障主要有行程开关裂纹和行程开关不导通，这两类故障均可导致车门无法正常开闭，车辆不能牵引运行，严重影响列车的正常运营，且易造成清客类事故。

4．1 行程开关裂纹故障

行程开关由于工作环境恶劣，使用频率高，极易发生损坏，其中开关裂纹是典型的损坏形式。开关裂纹主要有两种表现形式，即自发白纹及过载与腐蚀裂纹。行程开关壳体在温度交替等环境下因内部应力释放会产生所谓的微裂纹即自发白纹。但这种裂纹不同于没有内部材料交联的过载与腐蚀裂纹，这些裂纹两端仍通过材料交联保持绑定状态，故出现自发白纹的开关仍能够承受负载，并不会降低开关性能。图8为自发白纹易发部位示意图。

图8 行程开关自发白纹易发部位

图8 中1、2、3所示位置为自发白纹易发部位，均为零件装配时会出现额外机械负载的区域。1、2位置在安装柱区域，3位置在螺纹固定区域，这些部位自发白纹的出现，不受负载的影响，仅受开关壳体内部应力的影响。

与自发白纹相比，机械过载裂纹是导致行程开关裂纹故障的根本原因，其主要原因为机械过载和腐蚀。机械过载及腐蚀产生的裂纹在开关壳体两内侧表面没有材料交联，因此，开关壳体不能载重并且材料属性被削弱，造成开关性能下降。开关门应力、振动强度过大或车门的非正常开闭，均可能造成超过材料允许范围的机械过载情况发生，进而导致机械过载裂纹出现。而在环境影响下，侵蚀性媒介在外力作用下，会在开关壳体合成材料内出现一个结构错开过程，最终导致材料断裂现象。以上两种现象均会降低开关壳体合成材料的强度，导致裂纹出现与扩展，最终造成行程开关故障。

4．2 行程开关不导通故障

行程开关不导通是导致车辆清客救援回库的首要原因，而开关不导通的原因是因为车门关好回路出现问题。车门关好回路如图9所示［3］。

图9 行程开关车门关好回路示意图

在图9中，S1为锁到位开关，S2、S3为门到位开关，S4为隔离锁开关，S5为常闭紧急解锁开关。只有当S1至S5开关均正常导通时，门关好信号才能从8173触点传输至8173h触点，车辆才可以进行牵引作业，当出现开关不导通时，车辆无法运行。由于门系统结构复杂，开关自身原因及相关联动机构故障等均会造成开关不导通的问题出现。

（1）安装及制造工艺问题：开关触点为精密接触部件，若制造误差不符合制造工艺要求，极易造成接触不良的情况发生，同时触点接触面积过小也会导致开关接触瞬间电弧放电过大，会造成开关烧毁［4］。

（2）触点腐蚀问题：行程开关触点一般采用银镍合金，若维护保养不当，会造成触点污染或腐蚀，影响行程开关导电性能下降，进而导致信号无法传递。触点表面氧化是影响行程开关性能下降的重要原因。

（3）运动机构失效问题：当车门闭合时，开关内部常开触点释放，并通过复位弹簧使触桥与常闭触点接触。如果内部运动机构失效，则触桥不能及时有效地实现信号导通，安全回路无法建立，列车无法牵引。

5 行程开关改进方案

针对以上给出的行程开关故障问题，提出以下几个解决措施来降低故障率。

5．1 针对行程开关裂纹故障

（1）对开关壳体的注塑参数进行优化，改进注模工艺，减少壳体内部应力，对模具和壳体的结构进行优化设计，改善行程开关壳体的内部应力状况。

（2）行程开关安装过程中要严格按照工艺要求进行安装，按规定施加扭矩。

（3）选用更为可靠的台阶螺栓或弹性卡簧紧固方式。

（4）根据运用工况适当选择厚壁开关。

（5）车辆月检时，加强对行程开关壳体表面状况的检查，出现裂纹要及时更换。

5．2 针对行程开关不导通故障

（1）在车辆的各级修程中，对开关的外观进行检查，如出现破损、烧伤、腐蚀等痕迹，或者出现运动机构不同步现象要及时更换相应开关。

（2）针对触点表面氧化问题，可以采用较高IP防护等级的行程开关。

（3）注意开关的选型，如采用小电流电路可以考虑金触点开关。

（4）可以考虑采用加大安全回路电流的方法来击穿清理触点表面上的氧化层。

6 结语

城市轨道交通车辆车门系统机械结构复杂，控制信号多，而行程开关作为实现机械位移与电气信号转换的桥梁，是车门系统中的关键部件。行程开关因为使用频率高、工况恶劣、受外界干扰大，与车辆其他系统或零部件相比故障率较高。本文从行程开关的工作原理、安装结构及常见故障类型入手，分析故障原因，提出改进方案，所提出的改进措施可为今后城市轨道交通车辆车门系统行程开关的设计提供参考。

［1］ 罗祥勇．行程开关引起的故障及其维修探析［J］．科技传播，2013（7）：119．

［2］ 徐群荣．地铁运行过程中车门控制的安全性研究［J］．科技创新与应用，2015（7）：16．

［3］ 蒲晨亮，武莹，蒲天昊，等．地铁车辆门系统行程开关异常动作原因分析［J］．铁道机车车辆，2015，35（3）：120．

［4］ 闫格，吴细秀，田芸，等．开关电弧放电电磁暂态干扰研究综述［J］．高压电器，2014，50（2）：119．

Fault Analysis of Urban Rail Transit Vehicle Door Travel Switch and Improvement Measurement

ZHANG Liangliang，CHEN Dongdong

Travel switch plays an important role in the control circuit of door system for the safety operation of urban rail transit vehicle．Due to the frequent use，the complex structure and the frequently occurred faults，the high failure rate of vehicle door system remains a big problem．In this paper，the problem of door travel switch failure is studied from aspects of the functions and structures of the door travel switch，some improvement measurements are proposed．

urban rail transit vehicle；vehicle door；travel switch；fault analysis

U270．38＋6

10．16037／j．1007－869x．2017．02．017

2016－09－21）