（光学工程专业论文）客车电空塞拉门检测系统研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 理 摘要 f ， ( 随着铁路客车车辆的发展，车载高技术设备越来越多，确保客车安全， 高速和优质服务。但在高科技车辆设备的维修方式上，目前仍然沿用人工检 查的方式，多采用依靠既有经验的方法对设备进行人工检查。在出现故障现 象时，除部分依靠简单的检测设备的外，只能采用通用的仪器进行测量，并 依靠富有经验的维修人进行判断和处理故障。由于缺乏对于计算机和电子设 备有针对性的外部检测手段，因此在高科技含量较高的2 5 k 快速车体上， 就常常发生新技术设备维修难的情况。同时车辆运行效率的提高，进库检修 时间相对较少，对维修时间也有一定的限制。在计算机控制设备技术含量高， 故障检查难度大，且缺乏相应的技术人者和检查设备及检测手段。在车辆科 技设备飞跃发展时，维修工作是确保车辆高科技进步必须尽快解决的问题， 是当前需要迅速解决的研究课题。 在2 5 k 快速客车高科技设备的维修工作中，塞拉门是由机械、气动和电 子控制三大部分组成的一个机电一体化设备，机械和气动结合比较紧密，自 动控制的关系比较复杂。其维修检查难度在2 5 k 快速客车设备中是最高的。 因此本文以塞拉门维修检测作为研究对象，研制了一套智能化的检测系统。 本文所研制的塞拉门检测系统为铁路车辆设备技术检查引入了新的检测 手段一一状态检测维修方式。为迅速解决车辆维修部门高科技人员缺乏、科 1 分析了客车塞拉门的技术结构，设计了一套模拟试验装置。对塞拉 门控制单元为黑箱工作方式进行识别操作，根据输入信号与输出控制的反 应，测试出控制单元的工作程序流程，为塞拉门检测系统研制奠定了基础， 该方法可用于任一厂家的塞拉门控制单元识别。 2 提出了塞拉门检测系统的技术方案，在不干涉塞拉门正常工作的前 提下，检测系统实时监测并记录塞拉门控制单元信息为故障诊断提供主要 信息。 3 研制了客车塞拉门检测系统，系统包括单片机信息采集器及故障分 析软件。根据现场试验证明，本系统具有良好的性能，能够准确分析故障部 要塞奎翌查堂塑主壁塞竺主堡丝壅 蔓! ! 要 件。同时系统具有开放性，可通过广大维修人员不断丰富数据库进一步完善。 关键词：客车；塞拉门 脊修；芳删细 西南交通大学硕士研究生学位论文 第j ij 页 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fr a i l w a yp a s s e n g e rc a r s ，m o r ea n dm o r eh i g h - t e c h n o l o g ye q u i p m e n ta r ea p p l i e d9 i nl o c o m o t i v e s ，e n s u r i n gt h ep a s s e n g e rc a r s s a f e t y 、h i g hs p e e da n dh i g h q u a l i t ys e r v i c e s h o w e v e r , a tp r e s e n t ，t h e m a i n t e n a n c eo ft h i se q u i p m e n ts t i l lr e l i e so nm a n u a li n s p e c t i o n t h r o u g h e x p e r i e n c e dm e t h o d e x p e c ta d o p t i n gs i m p l ee x a m i n i n ge q u i p m e n t ，m o s to f t r o u b l e sa r em e a s u r e dw i t hg e n e r a li n s t r u m e n t s m e a n w h i l e ，t h ej u d g m e n ta n d t r e a t m e n to ft r o u b l e sa l s od e p e n d so ne x p e r i e n c e dm a i n t e n a n c ew o r k e r s l a c k i n g c o r r e s p o n d i n gi n s p e c t i o nm e t h o do nc o m p u t e ra n de l e c t r o n i ce q u i p m e n t ，t h e j u d g m e n ta n dt r e a t m e n t o ft r o u b l ea r eo f t e n d e l a y e d f u r t h e r m o r e ，t h e i m p r o v e m e n to fo p e r a t i n ge f f i c i e n c yo fr o l l i n gs t o c ka n dt h ec o n d i t i o no f o p e r a t i o na l s or e s u l ti nt h er e l a t i v er e d u c t i o no fe x a m i n i n gp e r i o d t h e r e f o r e ， w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft e c h n i c a le q u i p m e n to fv e h i c l e s ，r e a l i z a t i o no f h i g he f f i c i e n c yo fm a i n t e n a n c ei nc o m p u t e r i z e de q u i p m e n ti np a s s e n g e rc a r si s o n eo ft h em o s tu r g e n tr e s e a r c hp r o b l e m s i nm a i n t e n a n c eo ft h eh i g h - t e c h n o l o g ye q u i p m e n to f2 5 kt y p ee x p r e s s ，p l u g s l i d i n gd o o ri s am e c h a n o - e l e c t r o n i ce q u i p m e n ti n t e g r a t e dw i t hm e c h a n i c s 、 p n e u m a t i ca n de l e c t r i cc o n t r 0 1 f o rt h ei n t e n s i v ei n t e g r a t i o no fm e c h a n i c sw i t h p n e u m a t i cp o w e ra n dt h ec o m p l e xr e l a t i o n s h i po fa u t o m a t i cc o n t r o l ，t h ed e t e c t i o n a n dm a i n t e n a n c eo fp l u gs l i d i n gd o o ra r et h em o s td i f f i c u l ti nt h ee q u i p m e n to f 2 5 kt y p ee x p r e s s a i m i n ga tt h ed e t e c t i o na n dm a i n t e n a n c eo fp l u gs l i d i n gd o o r , a ni n t e l l i g e n t i n s p e c t i o ns y s t e mi sd e v e l o p e di nt h i sp a p e r s t a t u si n s p e c t i o n ，an e wi n s p e c t i o n m e t h o d ，i sp u tf o r w a r di nt h i ss y s t e m ，w h i c ha f f o r d san e wa p p r o a c ht os o l v i n g t h ep r o b l e mo fl a c k i n go fs c i e n t i f i cw o r k e r sa n dm a i n t e n a n c eo fe q u i p m e n t c o n s e q u e n t l yt h i ss y s t e mh a sap o s i t i v ee f f e c to ne n s u r i n gs a f e t yi no p e r a t i o n 、 i m p r o v e m e n to fs e r v i c e s 、e n h a n c e m e n to fo p e r a t i n ge f f i c i e n c ya n dr e d u c t i o no f m a i n t e n a n c ed u r a t i o n m a i nr e s e a r c h e sa r eu n d e r t a k e ni nt h i sp a p e r ： 1 t h r o u g ha n a l y s i so ft h es t r u c t u r eo fp l u gs l i d i n gd o o r , as e to fs i m u l a t e d t e s t i n ge q u i p m e n ti sd e s i g n e d b a s e do nc o g n i t i o no fb l a c kb o xw o r k i n gm o d eo f p l u gs l i d i n gd o o r sc o n t r o lu n i ta n dr e a c t i o no fi n p u ts i g n a lw i t ho u t p u tc o n t r o l ， 西南交通大学硕士研究生学位论文 第l v 页 w o r kp r o g r a m m i n gf l o wo fc o n t r o lu n i tw i l lb et e s t e d ，w h i c hb ya l lm e a n sl a y sa f o u n d a t i o nf o rt h ed e v e l o p m e n t so fi n s p e c t i o ns y s t e mo fp l u gs l i d i n gd o o ra n d c a nb ea p p l i e di nc o g n i t i o no fc o n t r o lu n i to fp l u gs l i d i n gd o o rf o ro t h e rc o m p a n y 2 t e c h n i c a ls c h e m eo ft h i si n s p e c t i o n s y s t e mi sp u tf o r w a r d w i t h o u t i n t e r f e r i n gt h eo p e r a t i o no fp l u gs l i d i n gd o o lt h ei n f o r m a t i o no fc o n t r o lu n i ti s r e a lt i m em o n i t o r e d 、c o n t r o l l e da n dr e c o r d e d ，w h i c ho f f e r sm a i ni n f o r m a t i o nf o r f a i l u r ed e t e c t i o n 3 i n c l u d i n gs i n g l ec l i pp r o c e s s o ri n f o r m a t i o nc o l l e c t o ra n df a i l u r ea n a l y s i s s o f t w a r e ，i n s p e c t i o ns y s t e mo fp l u gs l i d i n gd o o ri sd e v e l o p e di np a s s e n g e rc a r s f o ra c c u r a t ea n a l y s i so ff a i l u r eo f f e n d e r ，f i e l dt e s t sh a v ep r o v e di t sf a v o r a b l e p e r f o r m a n c e b e s i d e s ，t h i ss y s t e mi so p e na n dm o r ei n t e l l i g e n t ，s oi tc a nb e i m p r o v e dt h r o u g he n r i c h m e n to fd a t a b a s eb ym a i n t e n a n c ew o r k e r k e y w o r d s ： p a s s e n g e rc a r ：p l u gs l i d i n gd o o r ；f a i l u r ed e t e c t i o nm a i n t e n a n c e d i a g n o s e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 铁路客车发展状况 2 0 世纪8 0 年代后期，我国铁路客车进入了飞速发展时期。 为改善铁路客运的旅行环境，9 0 年代初期，铁路大量上马空调列车，现 在主要线路开行的旅客列车已基本实现空调化。随后为适应我国铁路客运事 业的发展和市场竞争的需要，铁路客车车辆迅速发展，不断更新换代，现已 大量发展了双层客车和各种快速客车，并且还将不断推出新型高速客车，以 满足我国铁路客运的要求。 铁路客运发展的基本方向是提高旅客列车的运行速度。铁路从1 9 9 8 年4 月以来，为适应铁路客车快速运行需要，多次进行调图提速，开行2 5 k 型 快速客车，运行速度达1 6 0 k m h 。我国生产的2 5 k 型快速客车，车辆性能各 方面都得到了大大提高，且在不断改进完善之中。各种新型车辆如动车组、 高速客车、摆式列车以及磁悬浮列车等也正在研究和试验，将陆续上线运用。 从先进国家的铁路客运事业发展来看，客运车辆在确保安全运行的基础 上，正在朝着更快、更舒适的方向发展，以适应社会的发展和商业竞争的需 要f l i 。可以预料我国的铁路客车车辆在借鉴先进国家的发展经验上，将步入 飞跃性进步的轨道，以缩小与国外客运的差距。不断加强铁路客运竞争能力 和效率，充分发铁路客运安全快捷方便舒适的优势。在进入w t o 的前夕， 逐步适应国际化市场的竞争。 1 2 客车科技设备及维修技术国内外发展 铁路客车车辆的发展，是建立在现代科学技术不断发展的基础上，我国 生产的2 5 k 型快速客车，就大量应用了新材料、新技术和高科技设备，为 保证客车安全，提高运行速度和改善服务质量，提供了物质条件。1 9 9 8 年1 0 月投入运营的2 5 k 型快速客车上，就应用计算机控制的高科技设备而言， 有新型的自动防滑系统、集中轴温报警系统等确保客车运行安全的电脑自动 控制设施，卫星定位信息显示系统、客车电空自动塞拉门系统等提高服务质 量和改善旅行环境的设施。每辆客车所具有的以计算机系统为核心的自动控 制设备达7 套之多，其中集中轴温报警系统、信息显示系统、自动塞拉门系 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 统等具有列车网络功能。 客车车辆高新技术设备，通过采用计算机技术，实现客车设备操作自动 化、自动控制智能化。 国外客车维修技术，主要借助于计算机技术应用1 2 。国外客车基本上安 装了列车通信网络和车辆多功能网络，将每辆客车上的所有计算机自动控制 设备并入网络，实现信息共享。在列车通信网络中装有故障诊断模块( 计 算机) ，可对网络中的任一设备如车门、空调、照明设备等工作状态进行实 时监控，既可记录故障信息，又可显示故障部件位置，提供故障处理对策， 使维修工作无论是在运行途中还是在维修基地都能够准确、快捷进行，缩短 了维修时间，提高车辆运用效率。如目前a d t r a n z 公司的m i c a s 系统包含 有专用的故障诊断模块和处理程序【i 】，s i m e n s 公司的s i b a s 系统，以及法 国a l a t o m 公司的a g a t e 系统中专用的d e p o te q u i m e n tp a c k 辅助维 修工具“，这些维修技术提供的用户界面良好，可通过便携式维护工具完成 设备维修，成为客车维修技术的发展方向。 我国铁路客车维修起步较晚，基础薄弱，在长期的运用实践中，建立和 完善了一套行之有效的车辆维护保养制度，为铁路安全运输发挥了重要的作 用。但随着客车车辆的发展，为适应市场竞争，提高经济效益，客车维修方 式必须进行相应改革，不断创新。 目前铁路快速客车已经采用了根据车辆运行公里决定修程的新的维修方 式，提高了车辆运用效率，降低了维修成本，保证了行车安全。 但高科技车辆设备的维修方式，仍跟不上当前客车运用维修的需要，是 亟待改进的重要环节，必须引起各级部门的高度重视。 现在高科技车辆设备检查维修沿用人工检查的方式，对设备维护保养， 多采用依靠既有经验的方法对设备进行人工检查。在出现故障现象时，除部 分依靠简单的检测设备以外，通常采用常用的仪表进行测量，并依靠富有经 验的维修人进行判断和处理。由于对计算机和电子设备缺乏有针对性的外部 检测手段，而且维修人员的知识和经验更新缓慢，在处理高科技设备故障时， 往往花费很多的时间和精力来查找故障、分析原因很难在规定的技检和维 修时间内修复故障，高新技术设备维修难的问题已成为当务之急。 随着车辆运行效率的提高，列车进库检修时间相对减少，作业条件对维 修时间也有一定的限制，加之电子设备需要供电检查，维修时间更为紧张。 计算机控制设备技术含量高，故障检查难度大，且缺乏相应的技术人员、检 查手段及检测设备，高科技设备维修工作是当前需要迅速解决的研究课题。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 1 3 客车塞拉门维修状况 客车塞拉门是2 5 k 型快速客车高科技设备中维修难度最大的。 塞拉门是由机械、气动和电子控制三大部分组成【7 j ，计算机技术水平不 是很高，但与机械、气动关系紧密，自动控制比较复杂，因此检查难度在当 前2 5 k 型快速客车上是最高的。 2 5 k 型快速客车上，高科技设备大部分为纯电子设备，故障类型通常为 电子元器件故障，虽然技术检查和维修比较困难，但是可采用整机或部件替 换法进行维修，方便易行，不影响行车运用。 塞拉门的工作特性与结构比较复杂，故障的特征不明显。这是因为塞拉 门的工作状态是否正常直接关系到旅客乘车安全，设计计算机智能控制的首 要任务就是为了确保旅客安全，当控制、机械、气动及其它方面产生错误信 息时，控制核心必须实施保护措施，封闭车门，因此大多数情况塞拉门不能 通过故障现象及工作过程来反应故障特征。有时甚至无法进行操作试验，不 同的故障都可使计算机产生保护，形成同一故障现象，使维修检查人员无从 下手检查故障原因，即便采用替换法也难以奏效且浪费维修时间与生产成 本。 同时塞拉门的控制开关暴露于公众，操作( 使用) 人员较为复杂，加之 塞拉门从国外引进，小型配件不齐全，国内厂家和运用单位在技术、安装和 使用维护上还存在一些差距，因此发生故障比较多。 据统计，从1 9 9 8 年1 0 月1 日第一批安装了塞拉门的快速客车投入运行， 到1 9 9 9 年4 月2 6 日，长沙车辆段快速客车塞拉门平均故障率达3 0 ，除 厂家在安装技术上有所欠缺的原因外，维修时间短，故障检测难，造成塞拉 门发生故障不能及时处理。 1 4 客车科技设备维修问题 探讨客车科技设备维修问题，通过对问题的原因分析，探索各方面因素， 以当前的科技设备维修条件，采取经济、快捷的手段使科技设备维修难的问 题得到解决。 铁路客车长期以来维修对象以机械为主，铁路车辆部门重点发展和培养 的技术力量、维修方式及检测手段都是以机械维修为主体的传统模式。对于 高科技设备维修的人员、手段和方式都比较薄弱，所以形成了高科技设备维 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 页 修难的状况。 从检测手段上来讲，大多是使用简单常用的仪器仪表，如万用表等，对 电子设备进行维修检查，缺乏针对科技设备控制特征的专门检测手段，在检 查维修工作中无法观察到其工作流程和故障位置，也就不能正确分析故障发 生的原因。正因为检测手段落后，高新技术设备的维修方式进步缓慢。在故 障已经明显影响设备工作，或造成设备损坏后，才实施维修的落后维修方式 称之为故障损坏型事后维修方式。这种方式不符合当前客车车辆运用维修的 需要。 当前，车辆维修部门要改善高科技设备的维修条件，从模式和人员因素 上是无法迅速改变的，只能努力改进和加强检测手段，推动维修方式的进步。 维修方式的进步与检测手段的更新是同步的，探讨维修方式的发展是基 于先进的检测手段之上。 现代的设备维修方式是在状态检测和预测工作部件寿命的基础上，根据 设备运行状态、变化发展趋势及影响因素分析进行的预防性设备维修。简单 地说就是采用先进的监测设施，通过自动智能分析的方式，掌握设备工作过 程及状态，当设备工作过程状态接近发生故障临界状态时，及时进行预防性 维修，防止故障发生。这种维修方式成本最低，设备运用效率最高。 在进行客车设备维修方式发展探讨时，应当借鉴国外先进经验，为客车 设备维修向高科技智能化发展建立良好的基础。 现代的维修方式需要建立在先进的监测系统上，先进的监测系统是在当 前设备检测手段上逐步发展起来的。由于目前客车车辆高科技检测手段比较 落后，努力开发先进的检测手段是提高维修能力，确保设备安全高效运行的 基础。 针对塞拉门检测系统的研究论文与成果，经广州铁路集团公司科技情报 中一i i , 检索，在国内还是空白：在国外有类似研究，但研究的系统与对象差异 较大。为解决塞拉门检测维修难的问题，长沙铁路总公司于2 0 0 0 年下达了 科技发展基金项目( 长铁科 2 0 0 0 1 2 2 9 号) ，进行塞拉门状态检测研究，旨在 针对塞拉门检测维修难的问题进行攻关，研究先进的状态检测方式，为建立 先进的维修体系打下基础。本论文即是在该项目资助下进行。 1 5 本文研究的主要内容和方法 目前国内尚未有成熟的列车通信网络，无法按照国外的技术发展方向进 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 行研究，但客车塞拉门具备简单的网络功能，实现集控，可单独对客车塞拉 门检测系统进行研究，积累部件检测经验，为我国列车设备计算机网络检测 的发展进行积极的基础研究。 本文研究内容是通过剖析客车塞拉门的技术结构，分析塞拉门故障发生 情况及维修特征和人员素质，根据当前塞拉门运用和检修环境条件，研制一 套简单实用、具有智能特征的故障检测系统，以解决当前客车塞拉门故障检 测手段缺乏，塞拉门维修难的问题。 本文研究的故障检测系统，拟参照先进检测方式【8 j ( 9 j ，结合车辆部门当 前维修方法，设计一套高科技的自动检测系统，力求使系统在具有先进性的 同时更为实用，解决运输生产难题。 图1 1 研究方法流程图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 因此，本文首先进行塞拉门系统分析，全面综合各方面因素特点，分析 检测系统研制时要达到的要求和适应的条件。其次，根据系统分析的结论和 自身研制能力，研究技术实施方式，确定相应的技术方案。再次，根据技术 方案和应用要求进行技术设计及软件、硬件制作。力求建立既实用、又具有 先进性和发展潜力的新系统。 本文所采用的研究方法如图l l 所示。 在进行塞拉门检测系统研究时，出发点应放在使研究成果可直接应用于 现场，有效地为生产服务。因此在进行系统分析时，必须全面考虑现场应用 的特点和需要。 进行现场应用特点分析，可在技术设计时充分考虑到系统实用性和符合 现场工作要求，避免发生将研究成果再次转化为生产力( 产品) 所引起的大 量财力物力和时间的浪费。由于本人在现场工作多年，积累了一些实践经验， 在进行系统分析时具备了一定的条件。 系统分析工作先从生产要求和工作环境等各方面因素入手，分析系统应 用目的和要求，研究采用最新的技术和方式，使研究课题既具有先进性，又 有实用意义。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章客车塞拉门技术分析 2 1 客车塞拉门概述 从1 9 9 5 年开始，我国几个铁路客车制造厂陆续批量试装了i f e 、康尼、 b p d e 及f a i v e l e y 4 家公司的塞拉门【7 】，为选择适合我国国情的客车塞拉 门取得了经验，为我国塞拉门的定型及生产打下了良好基础。 国内应用的4 种塞拉门产品，均由控制装置、气动装置和机械装置组成。 在结构和工作原理上大致相同。其控制装置核心均为由计算机组成的控制单 元，类型都是可编程顺序控制器，不同之处在于各公司采用的计算机类型不 同o ”。控制装鼍的外围电路和控制功能大致相同。气动装置从气动原理图 来看基本一致，只是器件不尽相同。各厂家在机械装置的结构功能上具有共 性，都由车门、车门支撑、牵引装置、锁闭机构、导向装置、开门装置和密 封附框等组成。但在具体结构上，各种门的结构设计都各具特点，有较大的 差别【1 3 】f 1 4 1 1 。 本文塞拉门检测系统以i f e 公司塞拉门为检测对象，以下分析也以i f e 公司塞拉门为对象。 2 1 1 塞拉门控制单元 电空自动塞拉门是一种列车网络自动控制系统，可以不用车厢列车服务 员操作，在集中控制台操纵下进行全列车自动开门和关门。客车塞拉门以单 个控制单元为一套工作系统，在车辆两端各装一套控制系统，每个控制单元 控制车辆一端两侧的两张门，所有控制单元的控制线路均一致。塞拉门集中 控制台与控制单元电路原理见图2 一l 。 由于控制单元为塞拉门的技术核心，厂家未提供技术资料，因此设计一 套模拟试验装置，以控制单元为黑箱进行识别操作，根据输入信号与输出控 制的反应，测试出控制单元的工作程序流程如图2 2 。 控制单元硬件剖析说明： 控制单元为单片机系统结构，内部电路主要由输入电路、单片机系统、 输出电路、开关电源电路组成。 单片机系统为可编程顺序控制方式工作，通过扫描输入端口获取输入信 息并依据输入信息进行相应的输出控制。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 3 位 门 4 位 门 图2 1 ( a ) 两位端塞拉门单元控制原理图 2 4 vd c t f ， t m l 眈凶趴薛。幸俅2 r + t m 3 t m 4 ! 堕 ! ：竺il ! 竺 图2 1 ( b ) 塞拉门集中控制台电路图 图2 一l 塞拉门自动控制原理图 列 车 网 络 一 一 “ “ r “* 熟茹|三墨彘 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 页 输入电路是将2 0 路输入信号进行电平转换，通过阻容滤波后进行阀值 识别以消除干扰，经信号整形后供单片机扫描采样。 输出电路为驱动执行元件的电流输出控制，并具有过流保护功能。输出 控制主要功能是对气动装置电磁阀进行控制。 控制单元电源电路为抗干扰能力很强的开关电源，适应列车工作环境。 为控制单元提供工作电源。 每张门的输入信号有故障隔离锁、集控开门、紧急出开门、紧急入开 门、电动开关门人工操作输入信号和9 8 门关闭、门关闭、挤压及风压自 动控制输入信号。输出控制为开门、关门、指示灯和蜂鸣器信号。一个控制 单元两张门共用输入信号为集控关门、速度信号。 控制单元工作流程说明：( 参见图2 2 ) 塞拉门控制单元工作流程有多种模块，可根据塞拉门安装结构和工作要 求通过拨码开关更换控制模块，以实现不同的控制功能。下述工作流程以长 沙车辆段1 9 9 8 年1 0 月1 日开始运行的2 5 k 快速车辆塞拉门工作方式控制 流程为说明对象。 在塞拉门故障隔离锁锁闭时，故障锁上的传感器将信号送入控制单元， 同时有信号通过列车网络送到集中控制台进行显示提示，控制单元扫描输入 端口时以故障锁信号为最高优先级，此时只进行关门输出控制，对于其他信 号也不进行接收。 如果故障锁无信息输出，计算机扫描9 8 门关闭传感器和自动旋转锁锁 爪止档上1 0 0 门关闭传感器( 以下简称门关闭传感器) ，以确定车门处于什 么位置。只有两个传感器都输出信号时，控制单元才确认车门为关闭，并关 闭开门显示指示灯。如果两个传感器有一个有问题或与传感器有关的部件有 问题，开门指示灯就不会熄灭，提示工作人员关好车门或采取措施确保安全 运行。同时在关门过程中门板关闭到9 8 位以后，计算机不受理门条挤压 信号，防止误开门。判断车门位置后，计算机进行输出控制状态设置，其后 对动力供给进行判断，如果列车供风风压达到要求，则进行正常控制工作， 如果风压不够，则维持设置状态，待风压上升达到要求后，再确认设置状态， 进行控制工作。当塞拉门车门未关闭时，门关闭传感器在向控制单元给出信 号的同时向集中控制操作台提供门未关闭显示。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 0 页 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 在故障锁信号和风压信号恢复后，控制单元止住车门3 秒钟，再根据输 入信号和状态设置进行输出，以防止车门冲击。在控制信号中，紧急开门( 出) 除故障锁对车门机械锁定外，为门控信号次优先级，紧急开门外出时用手动 开门，在无电无风的情况下通过钢丝绳开锁也能进行人工开关门。紧急开 门( 出) 信号来自于门内紧急开门钥匙信号传感器。塞拉门在紧急方式( 出) 开门时，控制单元输出控制在禁止位，车门打开后紧急方式信号如不复位， 则强制车门需人工进行开关门，车门不能自动打开和关闭。 车速大于5 公里小时控制信号优先级仅低于紧急开门( 出) ，当车速 大于5 公里小时的时候，车门自动关闭，级别低的控制信号不起作用，车 速大于5 公里小时信号传感器，由防滑器提供。 其后优先级顺序为集中控制关门，集中控制开门，电控开关门，紧急开 门( 入) 。集中控制的控制信号由列车集中控制台通过列车网络进行控制， 在列车集中控制台上还可观察到列车故障锁门和末关门显示。电控开关门 是正常情况下车厢列车员进行塞拉门操作的控制方式，每操作一次，输出控 制状态位取反。车门转入相反的动作。紧急开门( 入) 时在车外通过紧急开 门钥匙手动开门，在无电无风情况下通过钢丝绳开锁，可人工开关门。 塞拉门自动控制特征具有网络控制功能，即在中央控制台操作下，可进 行全列车开门和关门，而且在中央控制台控制时，列车员车门电控因优先级 低而屏蔽。 塞拉门的另一自动控制特征是具有安全保护功能，即在列车速度大于5 公里小时，为保证旅客安全，自动关闭车门。 2 1 2 塞拉门结构与特征 塞拉门的结构是由计算机控制的以压缩空气为动力进行机械操作的系 统。主要可分为气动装置和机械装置。掌握系统结构特征，可为故障检测系 统的方案制定打好基础。 2 1 2 1 塞拉门气动装置 塞拉门操作气动原理如附图2 3 所示。 塞拉门气动装置是依靠列车管的压缩空气为动力，在控制电路执行元件 电磁阀的控制下，实现对无杆气缸两端的进排风，通过无杆气缸将风 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 2 页 l 无杆气缸 图2 3 塞拉门气动原理图 能转化为机械动能，驱动塞拉门门板的机械运动。很多车体设有活动脚踏气 缸部分，自动旋转锁气动装置的微型气缸是在有压缩空气时进行自动开锁和 锁闭的，与无杆气缸的开门和关门同步工作。在管路上的气压传感器为控制 单元提供压缩空气压力信息，在列车风源后面接有带压力表的气动三联件， 为车辆一端两门共用。 无杼气缸进出气管路上的节流阀可调整开关门的速度，无杆气缸两端带 有缓冲装置，当门板运行到接近于开门或关门的9 8 位置时，排风速度降 低，防止门板冲击门框。 2 1 2 2 塞拉门机械装置 塞拉门机械结构由门板、支架与导杆、门框、上下导轨、自动旋转锁、 故障隔离锁、紧急出入装置几大部分组成。 门板是塞拉门进行隔离的主体，门板承重于支架上，通过支架在导杆上 的移动使门板与车体基础平面保持平行运行。无杆气缸对门板的驱动也是通 过支架牵引部分进行的。门框附有密封装置，在门板关闭后，能对车内环境 进行良好的隔离。上下导轨起引导门体运动和塞入密封门框导向作用，下 导轨还有横向支撑门体作用。上述机械部分的状态可以直接观察a 在机械装置中，较为复杂的为自动旋转锁装置，自动旋转锁是在气动装 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 置的共同作用下工作的，自动锁闭时是依靠塞拉门锁销在关闭过程中将锁闭 装置中锁爪推动转到一定角度后，微型锁闭气缸将锁爪顶住，锁爪止挡在弹 簧的作用下止住锁爪。实现自动锁闭车门，在锁爪止挡上的传感器输出门关 闭信号。 开锁时锁闭气缸排风，解锁气缸顶开锁爪止挡，这时锁爪可以旋转，在 锁爪弹簧的作用下推动门板运动，锁爪通过旋转离开锁闭位置，门板允许开 门。门关闭传感器信号输出开门信息。 紧急出入开门装置分别装有信号输出装置，当操作紧急开门( 出) 装置 时，控制信号使无杆风缸无风，同时自动旋转锁两个气缸也无风，开锁装置 通过钢丝绳拉开锁爪止挡，使锁爪可以旋转，并在弹簧作用下向开门方向旋 转，弹开门板使离开门关闭锁闭位和9 8 传感器位。此时可以用手推开门 板或复位紧急开门装置，使控制单元设置状态位时将输出设为开f - j ，自动开 门。在没有复位紧急开门装置时，可用人工推动开关门。紧急入开门时为自 动开门。 故障隔离锁为人工机械锁门装置，其装置内有信号传感器，当将门锁闭 后，控制单元不进行开门工作，也没有其他装置可以开门。 气动部分与机械部分的关系是驱动关系，只有两处装置有联系，一处是 无杆气缸驱动门板，另一处是微型风缸开启和关门自动旋转锁。 机械部分在门板运动中，有三个重要的基准面要保持相对对位，即门板、 上下导轨、门密封附框要保持好相对位置，使门板运动时始终保持平行于 车体外表面，确保门板动作顺畅和准确塞入门密封附框。另外就是安装支架 导杆与无杆气缸的门上部基准面，以及安装自动旋转锁与故障锁的门框内基 准面。调整对位后可牵引门板和顺利锁闭车门。 上述基准面与装置安装对位调整要求较高，如果误差过大会造成塞拉门 工作失灵。 机械部位相应传感器位置和灵敏度调整也很重要，相应传感器有紧急 出、紧急入、故障锁、自动旋转锁、9 8 门关闭位，任一传感器发生安装偏 差，都可导致控制单元操作错误。 从塞拉门结构特征上来看，控制单元可掌握压缩空气的风压、机械锁闭 装置、门板工作状态等信息，并根据人工操作信号、自动防挤压信号和速度 信号，自动控制开关门。门板的工作过程都有相应的气动和机械装置工作， 并具有一定的信息反馈，但塞拉门输入操作信号有优先权级别，优先级信号 可屏蔽低级信号。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 4 页 2 2 塞拉门工作及维修环境调查 客车塞拉门的工作环境比较复杂，根据多年的维修经验，主要从以下几 点： ( 1 ) 安装环境：塞拉门是安装于客车车辆上，由于客车车辆空间比较 紧张，因此塞拉门装置的空间占有位置有限，布局比较复杂，大部分部件布 置在门框内边狭窄的长条形箱体内，门驱动器件及悬挂支架处于门框内上箱 体内，结构非常紧凑，门控制单元安装于车门过道顶箱上部，控制车门过道 两端的两个门，气路由车底部送于塞拉门，塞拉门电源位于车厢配电间内， 所有电控电气线路布线于车厢墙板内。 由于安装环境的特殊性使塞拉门的维修检测工作有着较大的困难，在检 测时由于空间狭小，各种拆装工作量非常大，使很多位置无法进行测量。 ( 2 ) 工作环境：简单的看塞拉门是工作于车辆车体上，实际上由于塞 拉门是安装在车辆进出口上，车辆的运行使其工作环境十分复杂。车辆运行 距离长，温差变化大，受到各种外部气候的影响。开门时大部分部件及控制 部件可能处于雨水和风雪的影响之下，机械部件容易锈蚀因此很多传感控 制部件为防水密封结构。 由于工作环境复杂，塞拉门结构要求高，检查测量时不易发现故障，故 障类型也不易判断。 ( 3 ) 维修环境：由于安装环境和工作环境的具有一定特殊性，塞拉门 的维修环境也处于比较特殊的情况，在列车运行中，不能进行开门和拆卸塞 拉门箱内及部件，一般情况下不允许对塞拉门进行检查和测量，因此无法检 测故障，所以塞拉门的维修检查一般只能在检修基地内进行。 塞拉门在基地内进行维修，也面临着一定的困难。就时间而言，由于当 前要求提高车辆运用效率，因此车辆运用和检修的时间比越来越高，导致快 速车体进库时间不长，加之车辆摘挂及发电机检修要占有一定时间，而塞拉 门的检查又要带电带风试验。因此检查时间不可能太长，否则将影响其他检 修工序的进行，故塞拉门故障检测要求迅速、准确，以便及时修复故障。 在当前维修工作中，故障查找是影响维修工作的关键。塞拉门的特殊性 在于它是与车体精确配合的机械装置，又是计算机一体控制的设备，因此不 能分部位分离系统进行测试。加之目前缺乏相应的检测手段，维修工作存在 较大困难。在塞拉门发生故障时，往往无法确定故障部位，要花较长的时间 打开门边箱和顶箱检查，由于掌握不了控制单元的信息，有时即使卸了半天 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 螺栓，开了边箱和顶箱，更换了一些部件，也不能解决问题。 根据以上因素分析，塞拉门首先要解决故障部位快速检测的问题，才能 有效的维护好塞拉门。 2 3 塞拉门故障情况调查及原因分析 根据现场故障维修工作人员的调查，在2 0 0 0 年1 月至2 0 0 0 年2 月2 6 日， 根据1 0 次检查调查平均结果，有2 8 的塞拉门具有故障，大部分塞拉门故 障致使塞拉门不能进行正常工作。1 9 9 9 年故障维修记录统计结果如表2 1 所示。 分析对维修部门故障记录统计，进行维修的故障大多为通过人工机械操 作可以发现的故障。车辆塞拉门具有较高的故障率，除了1 3 节所述的客观 原因外，我们认为主要是由于与自动控制相关的故障真实原因未能解决，致 使工作人员采用异常开门方式工作，甚至有部分服务员由于长期使用紧急开 门方式而误认为塞拉门的紧急开门为正常工作方式。在该开门方式下，塞拉 门相关的机械如钢丝绳、旋转自动锁爪、锁销等机械件变形故障多，并导致 列车运行时镙栓松动造成机械相对位置不正等故障。 在维修时维修人员对故障现象和故障原因的关系很难弄清，主要是不清 楚塞拉门处在何种工作状态下及控制单元的控制动作。如门动作失控，忽开 忽关的现象发生时，控制单元发出风压过低信号，即使更换压力传感器也不 能解决问题，经技术人员仔细检查分析是因风路不畅，使压力传感器发出风 压低信息，造成门动作失控。 故障分布中控制电路故障比率很低，控制单元故障率为0 ，传感器及线 路故障少于故障总数的2 0 ，大多为机械位置和风路调整问题。 故障类型分为两种：刚性故障和软性故障，刚性故障的发生一般为部件 失调和损坏，其故障现象表现为不变的形式。软性故障为动态故障，多表现 为风路不畅、电路接触不良和串线及少部分元器件不稳定，其故障现象为时 好时坏，不能把握故障的发生时间，无法区分塞拉门正常保护和故障保护行 为。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 表2 1客车故障维修记录统计 、生产厂家 故障名称、 唐山四方 长春总计 1 紧急出入钢丝绳故障 2 2 0 04 6 03 4 0 06 0 6 0 2 9 8 门关、门关闭故障 1 8 0 02 4 05 0 06 0 4 0 3 隔离锁故障 5 4 02 2 05 0 01 2 6 0 4 运行中门自动开 641 62 6 5 门控电源故障 6 01 02 8 03 5 0 6 速度信号故障 3 81 29 51 4 5 7 电动控制开关故障 oo1 2 41 2 4 8 风压表故障 o7 4o7 1 9 下导轨故障 o01 4 81 4 8 l o 集控故障 3 43 67 21 4 2 】 门安装位移超限 2 01 83 8 1 2 指示灯故障 3 0 62 0 22 3 0 02 8 0 8 动态故障的典型例子为2 5 k 快速座车4 5 6 7 9 号车。其故障发生在运行途 中，故障发生现象为列车到站后，全列车门无法开门，只能使用异常情况下 的紧急出方式开门。进库后，检查中央集控关门装置并无信号输出。将列车 分段进行检查时，发现关掉4 5 6 7 9 号车厢的塞拉门电源，全列立即恢复正常。 由于列车进库时间紧张，一时无法查清故障，于是甩下该车体进行检查。但 对该车进行试验时竟一切正常。当再次将这节车厢挂上列车，在列车运行途 中又出现同样故障，造成全列无法开门。这种故障为动态故障，需要在列车 运行途中进行监测捕捉的方式才能解决。 在故障维修过程中，塞拉门故障检测是最难的工作，如无法自控开门故 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 7 页 障，为了弄清控制单元起保护的信号来自哪部分，操作信号是否正常，需要 对控制单元端1 3 进行一一测量。上述故障最简洁的检测方式是打开车门过道 顶门，钻到车顶内，先找到操作信号端口，进行信号测量。首先需测量输出 端口是否动作，在人工操作控制下，如无动作，就需要逐点测量各输入信号， 是否有优先级更高的信号产生，是否有干扰信号。再根据非正常信号来源， 开箱检查或替换相应部件后测量。如有输出信号，则需开箱检查或替换各执 行部件及工作装置，检查过程繁杂且不方便，往往一个进库检修过程不能解 决一个故障门。所以塞拉门检测系统要求简便、快捷的故障部位确定手段。 即使是上述检测方式，也对维修人员有较高的素质要求，在现场维修过 程中，曾指导维修人员按上述方式检测故障，但有些维修人员发现故障线索 后，仍不能及时解决故障，原因是由于维修人员对控制线路、机械原理和气 动原理不能熟记，测到信号仍不知其所以然，只好原样放车出库，