城市轨道交通车辆车门故障诊断研究

城市轨道交通车辆车门故障诊断研究

赵军帅，李大千，修成良，贾鑫先，姜腾飞，纪文师

青岛地铁运营有限公司，山东青岛，266000

摘要：本文以城市轨道交通车辆车门故障诊断为研究对象，探讨了车门故障的产生原因和常见类型，并设计了一种基于先进技术的车门故障诊断系统。通过对车门传感器、控制系统和操作员界面的分析，提出了一种有效的故障识别和诊断方法，能够提高轨道交通系统的运行安全性和可靠性。

关键词：城市轨道交通；车门故障；故障诊断；传感器；控制系统

一、引言

城市轨道交通作为一种快速、高效的交通工具，在城市中发挥着重要的作用。而车门作为乘客上下车的通道，其正常运行对于保障乘客安全和交通系统的正常运行至关重要。然而，由于各种原因，车门故障经常发生，给运营安全和乘客出行带来了诸多隐患。

二、城市轨道交通车门故障概述

2.1 车门故障的定义与分类

车门故障是指在城市轨道交通运行过程中，车辆车门出现的各种异常情况，如无法正常开启、关闭，开启后不能自动关上或无法手动关上等情况。根据故障产生的原因和性质，车门故障可以分为以下几类：

2.1.1 机械故障

机械故障是指由于车门传动机构、门扇或其它机械构件损坏、磨损或松动等导致的故障，如门扇卡住、门扇变形等故障。

2.1.2 电气故障

电气故障是指由于车门控制系统或电气元件出现故障导致的故障，如电源故障、电路故障等。

2.1.3 控制故障

控制故障是指由于车门控制系统命令错误、信号干扰等原因导致的故障，如控制系统崩溃、外部干扰等。

2.1.4 其他故障

其他故障包括环境因素、操作者失误和设备老化等非机械、电气和控制故障导致的故障。

2.2 车门故障的危害与影响

城市轨道交通车门故障给运行安全和乘客出行带来了很大风险和不便。车辆车门异常开启或关闭可能会对乘客人身安全产生威胁，严重情况下会导致人员伤亡事故的发生。与此同时，车门故障还会导致列车进出站延误，给交通系统带来一定的经济损失，影响城市轨道交通服务品质和公众形象。

三、城市轨道交通车门故障的产生原因

车门故障在城市轨道交通中可能由多种原因引起。以下是常见的车门故障产生的原因：

3.1 设计缺陷

车门的设计缺陷可能导致门扇变形、传动机构损坏、门锁不牢固等问题，进而引发车门故障。设计缺陷可能包括材料选择不当、结构设计不合理、尺寸不准确等。

3.2 材料老化

由于长时间使用和外界环境的影响，车门所使用的材料会逐渐老化。例如，密封条、弹簧、传动装置和电气元件等部件的老化可能导致车门无法正常开启或关闭。

3.3 操作失误

操作员在操作车门时可能出现各种失误，例如未按规定的步骤操作、操作过于迅速或粗暴、操作错误的控制开关等。这些错误操作可能导致车门受损或无法正常运行。

3.4 外部因素干扰

外部因素的干扰也是造成车门故障的原因之一。例如恶劣的天气条件（如极端高温、低温、湿度等）、异物进入车门轨道、电磁干扰以及恶意破坏等都可能对车门的正常运行产生负面影响。

四、车门故障的识别与监测系统

为了及时发现和处理城市轨道交通车门故障，需要采用适当的识别与监测系统。以下是常见的车门故障识别与监测系统的一些关键技术和设计要点：

4.1 车门传感器技术

车门传感器技术是车门故障识别与监测系统中的核心部分，用于实时监测车门状态和运行情况。常见的车门传感器技术包括：

4.1.1 压力传感器

压力传感器可以监测车门密封状态和门扇关闭是否完全。当车门密封不良或门扇没有完全关闭时，压力传感器可以检测到异常信号。

4.1.2 光电传感器

光电传感器可以用于检测车门开启和关闭的位置。通过监测光电传感器的输出信号，可以确定车门是否在预定的位置上。

4.1.3 位移传感器

位移传感器可以测量车门传动机构的位置和运动。通过监测位移传感器的数据，可以判断车门传动系统是否正常工作。

4.2 控制系统设计

控制系统设计是车门故障识别与监测系统的另一个关键方面。以下是一些重要的设计要点：

4.2.1 故障识别算法

针对不同类型的车门故障，需要设计相应的故障识别算法。这些算法可以通过分析传感器数据和车门控制系统状态来检测和判断故障的发生。

4.2.2 数据处理与分析

车门故障监测系统需要对传感器采集到的数据进行处理和分析。数据处理和分析可以包括数据滤波、特征提取、故障预测等，从而实现对车门故障的可靠诊断和预警。

4.3 操作员界面设计

为了方便操作员监控车门状态和故障信息，需要设计友好的操作员界面。该界面应提供清晰的车门状态显示、故障报警信息和操作指引，以帮助操作员及时处理故障情况。

五、车门故障诊断系统研究

车门故障诊断系统是为了快速准确地检测和定位车门故障而设计的。以下是车门故障诊断系统的研究内容：

5.1 故障诊断方法

车门故障诊断可以采用不同的方法，具体取决于可用的传感器和控制系统。以下是常见的故障诊断方法：

5.1.1 利用传感器数据进行诊断

通过监测车门传感器的输出信号，如压力传感器、光电传感器和位移传感器等，可以获取车门状态和运行情况的信息。基于这些传感器数据，可以开发故障诊断算法来判断是否存在故障。

5.1.2 基于控制系统的故障诊断

车门控制系统通常有内置的故障检测机制，可以通过分析控制系统的状态和反馈信号来进行故障诊断。例如，检测到车门动作超时或未按预期顺序执行等情况可能表明存在故障。

5.1.3 综合故障诊断方法

综合故障诊断方法结合了传感器数据和控制系统状态的分析。通过综合考虑不同来源的信息，可以提高故障诊断的准确性和可靠性。例如，利用传感器数据判断车门位置，再结合控制系统状态来判断是否存在故障。

5.2 系统可行性分析

在设计车门故障诊断系统时，需要对系统的可行性进行分析。这包括评估所需的传感器类型和数量、控制系统的复杂性、数据处理和算法实现的可行性等方面。与此同时，还要考虑成本效益、可靠性和可维护性等因素。

5.3 实验与结果分析

为了验证车门故障诊断系统的性能，需要进行实验和对结果进行分析。通过模拟或实际测试，收集车门故障数据，并与系统诊断结果进行比较。根据实验结果，可以进一步改进系统设计和算法，提高诊断准确性和可靠性。

六、结论

经过对城市轨道交通车辆车门故障诊断系统的研究，可以得出以下结论：

第一，车门故障对城市轨道交通的运行安全和乘客体验有着重要影响。所以，开发车门故障诊断系统具有重要意义。

第二，故障诊断方法可以基于传感器数据进行，如压力传感器、光电传感器和位移传感器等。通过分析传感器数据，可以准确地检测车门故障。

另外，基于控制系统的故障诊断也是一种有效的方法。通过监测控制系统的状态和反馈信号，可以判断是否存在故障，并及时采取措施修复。

参考文献

[1]应博,范琳.城市轨道交通车辆故障诊断方法[J].城市轨道交通研究,2023,26(05):271-275.DOI:10.16037/j.1007-869x.2023.05.051.

[2]朱文明.城市轨道交通车辆车门故障诊断研究[J].工程技术研究,2021,6(19):157-158.DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2021.19.068.

第一作者简介：赵军帅（1993-），男，青岛地铁运营有限公司，本科学历，研究方向为轨道交通车辆检修。