张 帆

(北京市地铁运营有限公司运营四分公司，北京市，100102)

1 引言

北京地铁15号线客室车门是双扇电动齿带传动内藏门结构。列车最高运行速度100km/h ，平均技术速度 ≥65km/h 。每组车通过6节车辆编组而成，每节车辆上包含8套客室车门系统，在每节车厢内的每个车门驱动装置上均配备一个独立门控器，实现对每一车门的单独控制；每组列车，所有门控器通过可靠的硬线及现场总线与该列车的中央控制系统和监控系统相连接，实现整列车门的集中控制和车门状态及故障的监控和显示。

车门基本技术参数：

1)门控装置的工作电压：DC 110V(77V～137.5V)；

2)探测最小障碍物：30×60mm(宽×高)；

3)开门时间：3±0.5 S(从车门开始开门动作起至车门完全打开)；

4)关门时间：3±0.5 S(从车门开始关门动作起至车门完全关闭)；

5)开、关门延时时间： 0～3.0S 可调。

车门驱动装置组成主要包括以下几部分：

从动轮组成、端子排组成、服务按钮、关门到位开关组成(左1、右1)、锁到位开关组成、紧急解锁组成、门控器、电机组成、左门吊板组成、右门吊板组成。

车门驱动机构组成示意图如图1所示。

图1 车门驱动机构组成示意图

2 工作原理

门控器在整个列车门控制系统中，起着承上启下的关键作用，一方面接收、检测来自司机室控制单元的控制信号和命令，根据当前状态条件执行相应的动作控制，另一方面时时检测车门状态和故障信息并向TMS汇报；每套客室门都配置一套门控器，门控器是安装在客室门机构上，响应各种指令，控制着车门动作，蜂鸣器和指示灯。门控器上设有8段码的数码管，可以通过数码管的显示，判断出门控器在响应何种指令，及车门处于什么状态。

门控器的基本功能：

1).开/关门功能，包括车门开、关状态显示；

2).未关好车门的再开闭功能；

3).开关车门的二次缓冲功能；

4).障碍物探测重开门功能，防挤压力小于150N；

5).车门故障切除功能(门隔离)；

6).车门内/外紧急解锁功能；

7).故障指示和诊断记录功能，并可通过读出器读出；

8).零速保护(5km/h保护)功能：

9).自诊断防护功能

2.1 门控器执行开门指令

需满足如下条件，门控器响应开门指令。

1)5km信号(零速信号)有效(110v)；

2)左右侧门选信号有效(110v)；

3)车门处于关闭位置，即闭锁开关，门板到位开关全部闭合；

4)开门指令信号由低电平变高电平并保持200ms以上；

5)紧急解锁开关未触发；

6)隔离开关未触发。

同时满足上述全部条件，车门响应开门指令，执行开门动作。

门控器接收到开门指令，满足开门条件，门控器控制蜂鸣器鸣响2声，然后车门动作，在执行开门指令过程中，开关门指示灯闪烁，当车门处于打开位置时，开关门指示灯常亮

2.2 门控器执行关门指令

需满足如下条件，门控器响应关门指令

1)5km信号(零速信号)有效(110v)；

2)左右侧门选信号有效(110v)；

3)车门处于打开位置，即门板到位开关处于打开位置；

4)关门指令信号由低电平变高电平并保持200ms以上；

5)紧急解锁开关未触发；

6)隔离开关未触发。

同时满足上述全部条件，车门响应关门指令，执行关门动作。

门控器接收到关门指令，满足关门条件，门控器控制蜂鸣器鸣响2声，然后车门动作，在执行关门指令过程中，开关门指示灯闪烁，当车门处于关闭位置时，开关门指示灯常灭

3 电气原理

北京地铁15号线每节车厢每侧设置4个车门系统，在车辆的实际运行过程中，为了保证行车的安全性，常见的安全功能要求是车辆车门在运行过程中不会被打开，而为了实现这个要求，就要保证车辆车门系统的锁闭状态信号，能够正常的接入安全回路中。并接入牵引允许电路中，一旦安全回路不通，则车辆失去牵引。

15号线机构局部示意图如下：

图2 15号线机构局部示意图

在进行地铁车辆的电路设计时，对车门安全闭锁回路的设计是十分关键的，其可以很方便的对所有车门的开关状态进行监控，将车门的状况及时传达给TIMS，确保车辆可以安全的行驶。

a.门锁闭开关，此开关是检测锁钩是否锁到位的开关。这个开关设有常开和常闭一组触点。这两组触点分别提供给门控器和车门锁闭硬线环路。

b.门板到位开关，此开关是检测门板是否到位。分为门板开关1和门板开关2，这两个开关常开和常闭一组触点，这两组触点分别提供给门控器和车门锁闭硬线环路。

c.紧急解锁开关，此开关是在操作紧急解锁操作后触发的。这个开关可以提供两个常开和两个常闭触点。紧急解锁开关动作后一般是给门控器提供一个信号，同时切断车门锁闭硬线环路。

d. 隔离锁开关，此开关是在操作隔离锁后触发的。这个开关设有常开和常闭触点。分别提供给门控器，隔离指示灯和车门锁闭环路。

北京地铁15号线的单门安全闭锁回路是把车门两个门板开关(门到位开关1、门到位开关2) 和门锁到位开关的常开触点及紧急解锁开关的常闭触点串联后，和隔离开关常开触点并联在 一起形成的，同时，每个行程开关的另一对触点连接到门控器，给门控器提供各个行程开关的状态信息，门控器通过列车网络，将这些车门的状态信息传输到司机室，最终显示在人机界面，以提供给司机和维护人员查看和确认车门状态。

4 行程开关故障说明

在正常开关门操作下，只要有一个门没关上或者没锁住，单门安全闭锁回路就不会接通。因此开关的开，闭状态触发的好坏直接关系到列车的运行安全。因此，必须保证行程开关各项功能及其安装可靠性，这也是列车运行安全性和实际可用性的基本保障。车门系统的行程开关是其车门系统监控环节中的重要部件，由于这个部件的使用频率高且工作强度大，会导致相关故障的频发。

目前，北京地铁15号线客室门行程开关使用的是沙尔特宝S826及S847行程开关,该开关在运用过程中经常会出现外壳裂纹(主要发生在安装孔附近)及卡滞故障。

4.1 S847行程开关的结构介绍

1.按钮 2.速动弹簧片 3.支架 4.触桥5.常开触点 6.常闭触点图3 S847行程开关结构图

开关动作原理：按下按钮1，并触动速动弹簧2时，支架3和触桥4向上移动，常闭触点6断开，常开触点5接通。

4.2 沙尔特堡行程开关故障类型

1)自发裂纹故障

行程开关由于工作环境恶劣，使用频繁，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，但这种裂纹扔通过内部材料交联保持在稳定状态，因此仍能够承受负载，保持开关应有的功能。

2)触点卡滞引起的不导通故障

因安装扭矩过大，开关触桥发生卡滞，开关触点不能正常开，闭，致使安全闭锁回路不导通，引发开关门故障。

4.3 行程开关的原安装结构

行程开关的原安装结构(内六角圆柱头螺钉及蝶形弹簧垫圈组合结构)如图4所示。

图4 行程开关原安装结构示意图

结构形式分析：行程开关通过内六角圆柱头螺钉M4*20与蝶形弹簧垫圈M4*9*1紧固在行程开关支架上，螺钉打扭紧力矩1NM。

原因：这种安装结构，因为开关的外壳为塑料材质，对螺钉的安装扭紧力矩要求非常严格，如果在安装过程中，因为人为因素，造成扭紧力矩过大， 会对开关造成破坏或者开关固定点会发生变形，开关触桥不能正常开，闭，从而影响开关导通，若出现开关不导通，则车辆就无法运行。

4.4 现有沙尔特堡行程开关安装改进方案

选用更为可靠的轴肩螺钉紧固结构,轴肩螺钉为非标准零件，可通过数控车床机加工制成，保证轴肩光杆部位的尺寸精度如下图5所示。

图5 轴肩螺钉紧固结构图

轴肩螺钉如图6所示：

图6 轴肩螺钉实物图

结构形式分析：行程开关通过轴肩螺钉将行程开关紧固在行程开关支架上，螺钉打扭紧力矩1NM.当螺钉的螺纹杆完全进入开关支架的螺纹孔内后，轴肩螺钉的螺纹根部凸台与行程开关下垫片完全贴合，因为凸台的限制，螺钉紧固后，螺钉头部下面与开关上面保持在合理间隙范围内，开关始终没有被压的过紧的趋势，这样既保证了开关的紧固可靠，而且开关的正常开闭也不会因为开关压的过紧而存在失效的可能。

5 改进建议

为了保证安装更可靠，减小故障率的发生，建议门到位及锁到位行程开关采用施耐德品牌行程开关来代替沙尔特宝行程开关。

施耐德开关使用及安装调节具有以下特点：

1)施耐德开关材质为不透明的蓝色的工程塑料制成，且紧固部位为实心结构，通过两条内六角圆柱头螺钉M4*25紧固在支架上，紧固螺钉紧固力矩为3NM。扭紧力矩通过扭矩扳手很容易控制力矩值。

2)表面不易受到化学物品如螺纹紧固胶的腐蚀而开裂。

3)工作行程较大，不容易因调解不当造成开关滚轮过死点而卡滞压死的现象发生。结构形式如图7所示。

图7 行程开关结构形式

安装后的结构如下图8所示。

图8 安装后的行程开关结构示意图

6 结语

城市地铁自动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和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，与车辆其它部件相比，故障率较高，本文从行程开关的工作原理，安装结构等要素入手，分析了故障原因，提出了改进方案，为今后地铁自动门行程开关设计提供参考。