城轨车辆车门气密性研究及设计

城轨车辆车门气密性研究及设计
摘要：随着地铁建设的高速发展，特别是无人驾驶模式运营的推广，预防维修、事后维修、全面生产维修等模式已不再符合智慧地铁高可靠性和安全性的发
展趋势。

因此，针对郑州地铁的现场运营情况以及日常运维过程中遇到的故障难
以及时察觉、故障造成车辆延误等痛点问题，提出了一种基于大数据分析下多参
量融合预测评价的智能运维系统。

以地铁实际运营情况为例，研发了智能运维系
统工程样机，并进行了设备健康状态的可视化评价。

关键词：城轨车辆；车门气密性；研究设计
引言
城市轨道交通的发展非常迅猛，其中车门系统是地铁人机接口直接界面之一，其设计对车辆平稳运行具有重要影响。

润滑油脂作为是车门系统的机械部件的组
成之一，主要起到减少摩擦、减小运行阻力的作用。

在车门设计中，基于对人身
安全性的考虑，要求门的闭合力要小，门系统选用的电机功率较小，因此车门
系统的润滑要求具有较小的运行阻力。

同时要求润滑油脂与设备和工况具有非
常好的匹配性，特别是针对我国较广的地域，存在明显的南北气候差异、四季和
早晚变化，对于车门系统的润滑油脂提出了更高的要求。

目前进口维护用润滑油
脂成本极高，而且来源单一，导致供货周期不定，迫切需要国产润滑油脂填补国
内空白市场。

本文研究了一种综合性能优良的城轨车辆车门系统专用润滑油脂，并考察其
基本理化指标，经过台架测试后，对润滑油脂的服役行为进行阐明。

文中采用专
家的判断方法，确定了车门系统和各部分的维修方法和维修周期，如果能够在
安全使用期对门系统和各部分进行维修，可以降低运行期间的门系统故障发生率；当维修计划的时间跨度超过了安全使用的安全使用期限，当达到安全使用的临界点，就会导致门的失效概率增大，维修无法及时保障安全；通过对门的使用寿命
进行预报，可以获得其可靠性的使用年限。

截至 2021 年底，郑州地铁运营线路共 7 条，总运营里程 206.3 km，共设车站 152 座，地铁公司员工突破 11000 人，随着在建 8 条线路的继续推进，日常所需的运营、巡检和维保人员依旧存在较大缺口。

地铁站内机电设备日常巡检和维保的项目种类繁多，培训相关技术人员所需的花费较大，因此，如何在大数据、人工智能技术爆炸式发展的时代减少运维人员、节约运营成本、提升巡检的深度和广度、变计划修为预测修是当今世界公共交通领域研究的热点方向。

由于站台门发生故障时具有“诊断难、用时长、危害大”的特点，故本文以站台门为例，分析了日常维保中所遇故障的监测方法，建立了多参数健康评价体系，并据此建立了智能运维系统，以期为城市轨道交通的智能运维管理提供一种新的思路。

城市轨道交通中所用的全高站台门系统由电气和机械两部分构成：电气部分包括电源和控制系统，控制系统由中央接口盘(PSC)、门控单元(DCU)、就地控制盘(PSL)、紧急后备控制盘(IBP)、现场总线网络和相关软件等构成；机械部分主要包括门机和门体，其中门体由滑动门、固定门、应急门、端门和承重结构等构成。

为综合监控站台门机电设备的运行状况，本文设计的智能运维系统具有以下功能：
1) 故障诊断：能够通过监控采集系统实时监测站台门系统各设备的运行状态数据，根据采集数据分析故障模式及部件，并将其可视化展示。

2) 健康管理：根据设备零部件实时故障诊断结果及历史故障、维修的相关数据，依托预设设备健康评价模型，对当前“健康状况”进行诊断评估。

3) 维保管理：根据专业检修规程进行站台门系统计划性维保，同时根据设备健康状态评价结果进行计划外的故障排查与设备维保，并将维保信息、故障记
录和维保结果上传至智能运维系统。

4)库存管理：具备物资基础信息管理、出入库统计分析等功能，并可根据设备健康状态变化及时告知管理员相关部件的库存余量与部件厂家。

2.1城轨车门的可靠度
可靠度是指在特定的情况下和一定的期间，能够实现指定的性能。

产品的概
念包括产品、条件、时间、规定的职能等四个方面，并将其界定为产品的一项能
力而非一项绩效。

2.2运行环境
城轨门系统用润滑油脂主要应用部位为导柱、丝杆、螺母传动结构以及关
门限位器的润滑。

成都为亚热带季风性湿润气候，四季分明，冬暖、春早、夏热、秋凉，全年雨量充沛，湿度较大，因此成都地铁对于润滑油脂的抗湿热环境有一
定的要求。

结合国内地铁的分布情况，运行环境受到地理位置、四季变化、早晚
温差以及冰雪雨雾等影响较大，因此对于油脂的高低温交变环境的影响较大，要
求润滑介质具有较好的宽温适应性和环境适应性。

车门运行速度较低，但存在
频繁启动的应用工况，由于门系统要求闭合力较小，要求油脂在润滑设备的同时，其自身的运行的阻尼力较小，并能在不同温度条件下保持较小的启动和运行阻力。

3站台门智能运维系统方案设计
3.1监控采集系统方案设计
根据预测所需的监测点位，以及现场总线传输所要求的传输速度和准确性，
设计了站台门监控采集系统。

监控采集系统采用现场总线技术，可通过监控主机
分布式控制每个站台门上的 DCU，实现基本控制、参数修改、报警、监控等功能；通过智能运维采集主机控制单元控制器采集 UPS、低压配电系统和上下行 DCU
内集成的传感器监测到的数据，利用监视主机进行本地显示，最后传输至综合监
视系统进行各站中站台门健康状态的管理。

3.2智能运维系统软件及界面设计
为实现多数据源下以可视化图表快速展示海量数据，方便展示地铁线路整
体健康运维信息，设计了线网显示界面，截取线网显示界面。

在线网显示界面
可看到各条线路中站台门的健康状态、备品备件出入库情况、每周/月/年的预警
及故障信息统计等信息，为运维管理人员提供了一目了然的站台门运维管理信息，实现了高效便捷的站台门运维管理，大大降低了人工巡检的工作量。

3.3站台门智能运维系统现场应用
由于地铁运营年数仍处于设计寿命的前中期，站台门日常运行过程中出现故
障的频率较低，因此需通过模拟设备异常状态来验证站台门智能运维系统的故障
诊断和健康评价模块的准确性。

智能运维系统可在线监测站台门的运行状态和数
据变化，使得站台门日常巡检所需的巡检人员从 2 个人一组每天巡检 6 个站，
调整为 2 个人一组每天巡检 10 个站。

以 1 号线 30 个站台为例，每日所需的
巡检人员从 10 人降至 6 人，可减少40%的运维人员。

同时可通过在线监测实时
掌握机电设备的运行参数，并利用智能运维系统的健康评价体系进行设备的健康
评价以及零部件的劣化预测。

根据评价预测结果能够自主地向运维部门推荐重点
关注及维保的零部件，指导设备的备品备件管理，从而实现故障的早预警、细分类，进而将传统的计划性维修升级为预测性维修。

同时站台门智能运维系统对站
台门部件的在线监测提高了日常巡检的深度和广度，实现了对站台门故障的提前
预警，降低了站台门发生故障的概率。

结语
在综合地铁站台门维保中遇到的痛点问题、故障部件、故障模式及危害后，
通过设置站台门监控点位，在线监测各部件运行状态数据变化，举例分析研究了
重点部件故障机理及故障时的运行数据变化规律，建立了基于多参量的健康评价
体系，并据此搭建了站台门智能运维系统。

站台门智能运维系统可实时监测站台
门各部件的运行状态并给出健康评价，相比人工巡检可减少 40% 的运维人员，
并提高了日常运维的深度和广度。

其特有的故障预测功能可根据设备日常运行数
据或状态的偏移进行故障的早期预警，实现了从传统计划性维修向预测性维修的
升级，避免了设备“带病”运行使得简单维修变为复杂维修，减少了运维人员的
工作量并降低了其工作难度。

参考文献
［1］王泽爱.浅谈轨道交通的润滑［J］.石油商技，2007（6）：7-12.
［2］孙宁.我国城市轨道交通行业发展现状与对策［J］.中国铁路，2008 （4）：51-55.。