鐵路客車塞拉門設計技術概要

1、鐵路客車塞拉門設計技術作者 賈貴敢內(nèi)容提要: 本文敘述了鐵路客車塞拉門的發(fā)展過程及其在車輛中的應用情況,重點介紹了客車塞拉門的設計原則、設計步驟、設計要點,并對25G、25T型客車塞拉門的結構、功能、原理作了介紹,對客車設計將有積極的幫助。 1 概述隨著列車運行速度的提高及車輛制造工藝水平的飛速發(fā)展,傳統(tǒng)的普通折頁門逐漸淘汰,取而代之是國外的塞拉門。自20世紀90年代中期我國引進塞拉門以來,經(jīng)過幾年的消化吸收,現(xiàn)國產(chǎn)塞拉門已大量應用于鐵路客車上?，F(xiàn)有國產(chǎn)塞拉門有以下幾種:a 用于25T型客車及160Km/h速度級各動車組上的電控氣動塞拉門。此類塞拉門基本為仿制第1批進口塞拉門,結構型式及基本性

2、能與原進口產(chǎn)品近似。b 用于國產(chǎn)200Km/h動車組上的電控氣動塞拉門。此類塞拉門主要針對國產(chǎn)200km/h動車組設計,例如“先鋒號”、“中華之星”等,相對于第一批進口塞拉門其斷面型式進行了重新調(diào)整,增加了鎖閉點,腳蹬踏板結構根據(jù)相應站臺高度進行了重新設計。c 手動塞拉門。此類塞拉門主要應用于25G型客車,它在電控塞拉門的基礎上取消了電控氣動裝置及翻板腳踏裝置并加裝了鎖閉定位裝置。d“和諧號”200km/h引進動車組客車塞拉門?！昂椭C號”200km/h引進動車組客室塞拉門采用從國外原型引進或合資生產(chǎn)。CRH1型由上海法維萊交通車輛設備有限公司生產(chǎn)(引進德國技術,側門系統(tǒng)為充氣密封塞拉門。CRH

3、2型由常州今創(chuàng)集團有限公司生產(chǎn)(引進日本技術,客室側門系統(tǒng)為單開內(nèi)藏拉門。CRH3及CRH5型由IFE-青島威奧軌道車輛門系統(tǒng)有限公司生產(chǎn),客室側門系統(tǒng)為電控電動塞拉門。2 設計步驟2.1設計依據(jù)技術規(guī)范對塞拉門的有關規(guī)定;總體設計及要求(通過高度、通過寬度,適應站臺、單開或雙開;相關技術標準的規(guī)定(鐵道部技術政策、國內(nèi)相關標準、UIC562、UIC566,EN14752等國際標準;同類塞拉門設計。2.2 設計方案確定按總體設計要求明確如下要素:通過寬度和高度;適應站臺高度;單開或雙開;密封性;門罩打開的方式;機構的安裝方式;下部踏板或翻板的型式;車門強度;車門控制;車門鎖閉及緊急操作裝置;模

4、塊化程度。2.3提出聯(lián)系書與車體之間的安裝關系應提出聯(lián)系書,并明確強度要求,與通過臺、內(nèi)外端墻板和鋼結構之間的關系,需與車體及主管相互協(xié)調(diào)確定。風源接口及電器接口須與制動組和電器組分管的設計師聯(lián)系,由負責塞拉門設計師為主提出全部機械、風源、電器接口關系。2.4完成設計(對于常規(guī)客車要特別注意以往曾出現(xiàn)的的問題是否已經(jīng)整改。2.5試制驗證對于新設計或有重大改進的塞拉門設計應進行試制、試裝驗證,在強度、組裝、功能、外觀和安裝等方面是否達到預想目標要求,同時可以控制設計風險,進一步確認設計的可靠性。3 設計要點3.1 通道設計(門孔、臺階塞拉門是乘客進出車廂的通道口,塞拉門設計首先要確定通道口處門孔

5、的尺寸以滿足乘客進出的需要。25型客車塞拉門的凈通過寬度為730mm, 凈通過高度大于1850mm.歐標EN14752規(guī)定塞拉門的最小自由通過寬是850mm,門的最小自由通過高是1900mm。其次要確定通道口處臺階的尺寸(高度、深度、寬度,以滿足總體設計和相關技術標準規(guī)定的有關鐵路客車站臺規(guī)定的需要。國內(nèi)標準站臺有300mm,500mm,1250mm三種尺寸,行車遇低站臺時通過固定腳蹬和下部活動踏板進入車內(nèi),行車遇高站臺時通過上部掀下的翻板進入車內(nèi)。a 目前國內(nèi)統(tǒng)圖25型車通常設鋼結構固定腳蹬,腳蹬上口設有翻板,腳蹬下口設翻轉腳踏板以適應國內(nèi)高低站臺需要。翻轉腳蹬機構由轉軸箱、支承架及踏腳板組

6、成。統(tǒng)圖25G型車翻板與腳蹬,腳蹬與站臺關系如圖1和圖2所示。b 200km/h軌檢車設折疊式腳蹬,有氣源時氣缸帶動四連桿機構使兩節(jié)活動腳踏板上升至地板布面位置,無氣源時氣缸帶動四連桿機構使兩節(jié)活動腳踏板緩緩落下成兩個踏步,如圖3和圖4所示。 圖3 200km/h軌檢車折疊式腳蹬(圖示用于高站臺 圖5 “先鋒號”動車組腳蹬d 引進動車組臺階設計:CRH1型(與龐巴迪合資的200Km動車組腳蹬適用于兩個站臺(800mm、1250mm。上腳踏用于高站臺1250mm,為缺省選擇.下腳踏用于800mm低站臺。使用該腳踏必須進行腳踏選擇操作才能開啟。其動作順序為,腳踏先開,門后開,門關閉后腳踏再關閉。任

7、何時候只能開啟一種腳踏,如圖6所示。 圖6 CRH1型動車組腳蹬CRH2型(與日本川崎合資的200Km動車組適用于高站臺,無固定腳蹬和活動翻板.CRH5型(與阿爾司通合資的200Km動車組采用新型腳蹬翻板。塞拉門門口設二級固定踏步,上口設活動翻板;活動翻板為框架式結構,內(nèi)藏伸縮活動板;低站臺使用時活動翻板通過氣缸向上翻起,到位后卡入外端墻內(nèi)墻板槽內(nèi);高站臺使用時活動翻板不動而活動翻板內(nèi)的伸縮活動板向車外平移伸出,消除了鼓形車體與站臺間過大的距離。固定踏步下口設轉動式翻轉腳蹬以適合低站臺需要;翻轉腳蹬與該處的裙板連動。該系統(tǒng)可滿足國內(nèi)300mm,500mm,1250mm 所有站臺的需要,如圖7所

8、示。 圖7 CRH5型動車組腳蹬和翻板CRH3型車適用于高站臺,無固定腳蹬。在塞拉門入口處增加補償裝置,解決了車輛與站臺之間過大的間隙。如圖8所示。 圖8 CRH3型動車組入口通道3.2 門的形式(手動、電動、左開、右開目前我國25型車使用的塞拉門通常采用手動塞拉門和電控氣動塞拉門,電控氣動塞拉門驅動方式為氣動,控制方式為電控,能實現(xiàn)本車控制和列車自動化集中控制;手動塞拉門以手為動力,無法實現(xiàn)集中自動化控制,靠加壓裝置增加密封力,結構簡單,價格便宜.塞拉門左右件的定義:站在客車通過臺處面向車門,車門向左開啟為左門;車門向右開啟為右門。3.3 門系組成(手動、電動手動塞拉門主要由門扇、承載裝置、

9、導向裝置、鎖閉裝置、內(nèi)操作和外操作裝置、密封裝置、防凍裝置等組成。電控氣動塞拉門主要由門扇、承載驅動裝置、導向裝置、鎖閉裝置、活動腳蹬裝置、緊急解鎖裝置門控單元、內(nèi)外操作裝置、密封裝置、防凍裝置等組成。25T型車電控氣動塞拉門三維結構如圖9所示。 圖9 25T型客車電控氣動塞拉門三維結構圖3.4門系原理手動塞拉門以手為驅動力通過機械鎖閉能夠防止車門出現(xiàn)故障時自動開啟或從車外打開車門。電控氣動塞拉門靠驅動裝置提供動力,由車輛下部儲風缸提供的450900kPa風源經(jīng)過減壓閥過濾、除塵、除濕、減壓后,達到供給門氣路系統(tǒng)的正常穩(wěn)定壓力450600kPa. 穩(wěn)定的氣源給氣缸提供動力。氣缸包括無桿氣缸,主

10、鎖上的開鎖缸、閉鎖缸,輔助鎖氣缸及活動腳蹬氣缸。無桿氣缸引導車門運動,開鎖缸、閉鎖缸及輔助鎖氣缸可以控制門的開啟以達到二級鎖閉;活動腳蹬氣缸可以帶動活動腳踏板繞轉軸打開和收起。門的氣路主要由3個二位三通電磁換向閥(Y1、Y2、Y3進行控制,3個閥的主要作用是通過電信號控制換向閥的電磁線圈,實現(xiàn)電控方式的換向操作。車門的運動軌跡是通過上部導向裝置和下部導向裝置的引導來實現(xiàn)的,導輪嵌入導軌引導支架縱向移動,使門有“塞”動作。通過調(diào)節(jié)上下部導向裝置可以確保車門在運行過程中始終與車體側墻平行。車門運行速度可以通過節(jié)流閥來調(diào)節(jié),開關門時有緩沖,以使運行平穩(wěn)。3.5 密封設計塞拉門的密封是塞拉門設計的關鍵

11、。25型車車門與周邊通常采用單層密封,如圖10所示。由于鋼結構制造誤差及組裝后門扇變形,單層密封的氣密性不太好。我廠二動一拖“先鋒號”采用雙唇密封,如圖11所示。其特點是密封膠條與門框四周接觸面較大,其密封性能有較大提高。圖10 25型車塞拉門單層密封結構 我廠京八線“和諧號”動車組采用多唇密封,其特點是密封膠條與門框多點接觸,如圖12所示。 圖12 京八線“和諧號”動車組密封型式引進動車組及國外200Km以上列車塞拉門按密封形式分為多唇膠條密封、充氣密封及壓緊密封。a 多唇膠條密封。以德國ICE客車為代表的塞拉門采用多唇膠條密封。即采用多唇膠條,保證在車內(nèi)外有正負壓差時均能壓緊膠條,實現(xiàn)門的

12、密封,同時,對門體多點鎖閉定位,以保證門的強度及列車交會時的密封。CRH3, CRH5動車組塞拉門系統(tǒng)類似于此結構。b 充氣密封。以法國TGV客車FAIVELY公司為代表的塞拉門采用充氣密封。即在門邊采用雙層膠條,外層為普通的初級密封條,內(nèi)層為可充氣密封條。車門關閉后,向可充氣密封膠條充氣,車速超過10Km/h后,充氣壓力達到150Kpa,此時膠條脹開,實現(xiàn)與門框的壓力密封。在有氣源的情況下,充氣密封膠條始終壓迫門框,如圖13所示。 圖13 CRH1動車組充氣密封大概結構充氣密封采用主動補償型式,能補償車輛制造誤差尤其是補償車輛運行過程中的扭曲變形和現(xiàn)有鋼口制造誤差。c 壓緊密封。日本新干線采

13、用的NABTESCO公司的塞拉門均采用壓緊密封。即門周邊采用O形膠條,在門關閉時,壓緊裝置通過動力缸帶動連桿機構壓迫門板使膠條與門框壓緊,實現(xiàn)密封。在門關閉后,壓緊裝置保持壓力。該門優(yōu)點是密封形式結構簡單,密封補償量大,安全可靠。如圖14所示。 圖14 CRH2型密封結構3.6防寒設計車門的運動軌跡是通過上部導向裝置和下部導向裝置的引導來實現(xiàn)的,由于下部導向裝置安裝在車體外部(通過臺腳蹬下方,所以下部導向裝置必須采取防寒和防塵措施。通常防塵罩與電加熱組成一體,通過螺栓與車體腳蹬固定。25型車塞拉門電加熱裝置如圖15所示。電加熱裝置基本參數(shù)如下:額定電壓為AC220V,平均能耗應不大于300W。

14、常態(tài)下的絕緣電阻應大于500M。電加熱裝置防凍性能試驗要求:在門外環(huán)境溫度為-45,門內(nèi)環(huán)境溫度為10、相對濕度不低于85%的條件下,2h后檢查車門是否能正常開啟和關閉。3.7安裝設計塞拉門機構安裝的總原則是保證強度和方便調(diào)節(jié)。對于25型常規(guī)碳鋼車體,塞拉門上部機構安裝于側墻上部,通過螺栓固定于車體鋼結構上。為保證強度,門頭處的鋼結構必須作加強處理,以保證上部機構安裝位置處有足夠的強度和剛度。25型客車南京康尼公司上部機構安裝如圖16所示。25型客車北京博得公司上部機構安裝如圖17所示。我廠京八線“和諧號”動車組上部機構安裝如圖18所示。鋁合金車體塞拉門上部機構安裝如圖19所示。 圖15 25

15、型車塞拉門電加熱裝置 圖16 25型車康尼公司塞拉門上部機構 圖17 25型客車北京博得塞拉門上部機構 圖18 京八線“和諧號”動車組塞拉門上部機構安裝 圖19 鋁合金車體塞拉門上部機構安裝3.8 罩板設計塞拉門罩板包括門頭罩和側面立罩,設計原則為方便檢修和拆卸。門罩的材質按總體設計要求而定。25型客車下罩板安裝如圖20所示。25型客車上罩板安裝如圖21所示。門罩的材質為玻璃鋼時,可以在門頭罩的中部開活門,當然活門要盡可能大以方便檢修,如圖22所示。CRH1塞拉門門頭罩及側罩板采用抗貝特板制作,可以開啟。門頭罩及側罩板見圖23和圖24。CRH2塞拉門門頭罩及兩側的側罩板采用玻璃鋼制作,側面用折

16、頁連接,上部為插接式,見圖25。圖20 25型客車下部罩板安裝圖21 25型客車上罩板安裝 圖22 帶活門的玻璃鋼上罩板 圖23 CRH1塞拉門門頭罩 圖24 CRH1塞拉門側罩板 圖25 CRH2塞拉門罩板 CRH5型塞拉門門頭罩及兩側的側罩板用類似于玻璃鋼的材料制作,側罩可以開啟(相當于活門。如圖26所示。圖26 CRH5塞拉門罩板 罩,兩側的側罩板用類似于玻璃鋼的材料制作,側罩可以打開 27所示。圖27 CRH3塞拉門罩板4.手動塞拉門4.1 手動塞拉門概述手動塞拉門是依靠手的驅動實現(xiàn)車門的運動。手動塞拉門由基礎件、門扇、承載機構、操作裝置、門鎖、加壓裝置和防凍裝置組成。如圖28所示。4

17、.1.1基礎件:4.1.1.1與車體連接的密封、定位件密封件由門框前壓條、后壓條、上壓條、下防護罩和膠條等組成,在車門關閉時實現(xiàn)門頁與車體的密封。定位緩沖通過橡膠緩沖頭克服車門在開/關終了位置的沖擊。4.1.1.2上、下導向件導向件由上、下導軌組成,門扇導向輪在導軌內(nèi)實現(xiàn)車門的塞拉運動。4.1.1.3門關到位指示燈指示燈安裝在立罩上方,門關到位后,指示燈指示車門已可靠鎖閉。4.1.2門扇:4.1.2.1門頁門頁由門板、門窗玻璃、密封件等組成。4.1.2.2鎖扣鎖扣由鎖扣盒、鎖軸和滾輪組成,當車門到達完全關閉位時,門鎖的鎖鉤將門扇向車箱的內(nèi)側扣緊,鎖叉進入二級鎖閉狀態(tài),確保車門的可靠鎖閉。4.1

18、.2.3攜門架攜門架安裝在門板上,攜門架直線軸承通過導向輪在上導軌內(nèi)引導帶動車門,在長導柱上作橫向直線運動4.1.2.4下支架下支架安裝在門板下部,下支架通過導向輪在下導軌內(nèi)引導帶動車門下部與攜門架同步運動。 4.1.3承載機構承載機構由支架、掛架、長導柱、短導柱和直線軸承等組成。該結構形式使得門扇運動阻尼小,手動開、關門力小。承載機構承受門扇的所有垂直重量,配合上、下導軌通過直線軸承在長、短導柱上的運動實現(xiàn)車門的塞拉運動。4.1.4操作裝置操作裝置包括:內(nèi)操作裝置、外操作裝置、連動機構。 動機構對鎖閉的門鎖實現(xiàn)解鎖,解鎖后可手動將車門開啟和關閉。4.1.4.2外操作裝置安裝在車箱外側的外操作

19、裝置具有自動復位功能,采用TB標準三角鑰匙操作外操作裝置,經(jīng)連動機構對鎖閉的門鎖實現(xiàn)解鎖,解鎖后可手動將車門開啟和關閉。4.1.4.3連動機構連動機構由鋼絲繩和連接件組成,連動機構通過內(nèi)操作裝置和外操作裝置對鎖閉的門鎖進行解鎖。4.1.5門鎖門鎖采用手動解鎖方式,安全可靠。門鎖由鎖體、鎖舌、鎖叉、傳動件和行程開關等組成,主鎖可實現(xiàn)二級鎖閉,從而觸動行程開關發(fā)出安全鎖閉信號。4.1.6加壓裝置安裝在車體后門框中部的加壓裝置由加壓輪和操作件組成。當車門關閉時,用TB標準三角鑰匙操作加壓裝置,使門扇向前壓緊,從而更有效地壓緊密封膠條,確保車輛在運行過程中的密封性和安全性。4.1.7防凍裝置防凍裝置采

20、用自限式恒溫電加熱元件對塞拉門下部易凍結部件直接加熱的方式。防凍裝置由防護層、保溫層、發(fā)熱體和導熱板組成,具有發(fā)熱快、功耗小、壽命長、安全可靠的特點。4.2 手動塞拉門安裝該門系統(tǒng)由于采用模塊化設計,安裝比較方便。先固定好上導軌,門掛上后再安裝下導軌,通過增減下口連接螺栓處墊片調(diào)節(jié)門的高度,通過微調(diào)門頭上部緊定螺釘可以調(diào)節(jié)門的水平度。門鎖、加壓裝置、防凍裝置都設計成單獨組件用機螺絲固定即可。5.電控氣動塞拉門5.1 電控氣動塞拉門概述25T型車塞拉門為電控氣動塞拉門,驅動方式為氣動,控制方式為電控。門鎖為雙重閉鎖,另設獨立的保險鎖(隔離鎖,安全可靠。車門系統(tǒng)具有防擠壓和列車速度大于5km/h自

21、動鎖閉功能(5km/h信號由車輛提供;另外,可實現(xiàn)整列車門系統(tǒng)的集中控制,與車輛計算機通訊實現(xiàn)監(jiān)控功能。門系統(tǒng)特性:最大海拔高度 2000m環(huán)境溫度 -40+60最大相對濕度 95%一般工作條件:適用車輛持續(xù)運行速度: 160km/h適應站臺高度: 300mm1100mm 風源壓力: 4.5bar9bar供電電壓: DC110V %25%30+控制電壓:DC24V5%主要結構尺寸: 通過高: 1850mm 通過寬:720 mm門框高: 24803mm門框寬:93050+mm門高: 25245mm 門寬: 8783mm(含膠條 門厚: 431mm 主要性能指標: 重量: 180kg 手動開門力:

22、 150N 開門時間: 35 S 關門時間: 35 S 門板強度:門板應能承受2.5kPa 的均布載荷,同時能承受一個作用于門中心的800N 集中力。 隔音:28dB(A 導熱系數(shù):4.5W/m2K 密封性檢測:車門關閉后,在車輛有電、有氣的情況下符合TB/T 1802-96鐵道車輛漏雨試驗方法的要求。 防擠壓檢測:能檢測的最少障礙物30mm(寬60mm(高 作用在障礙物上的力150N 耐久性:承載驅動機構應能可靠運行10萬次循環(huán)。 5.2.電控氣動塞拉門結構說明 5.2.1門系組成電控氣動塞拉門系統(tǒng)由基礎件、門扇、承載驅動機構、操作裝置、門鎖和門控系統(tǒng)組成。車門大概結構如圖29所示: 相同點

23、:基礎件、門扇、承載驅動機構、門鎖; c 連動機構連動機構由鋼絲繩和連接件組成,如圖32所示。連動機構通過外操作裝置和手控開關裝置在無電無氣的緊急情況下對鎖閉的門鎖進行解鎖。 5.2.3.2 翻轉腳蹬機構翻轉腳蹬機構由翻轉腳蹬傳動機構和翻轉腳蹬組成;a 翻轉腳蹬傳動機構由氣缸、氣缸支架、套、接桿位置檢測開關,支架等組成,如圖34所示。通過氣缸動作實現(xiàn)翻轉踏板的收起和落下。b 翻轉腳蹬由轉軸箱、支承架和翻轉踏板組成,如圖35所示。翻轉踏板在車門關閉時收起,車門 5.2.3.3.1門控器功能在列車車箱的一位端和二位端的外端墻(或內(nèi)端墻上各裝一套門控系統(tǒng),每個門控系統(tǒng)控制列車一端的左右兩個塞拉門,門

24、控系統(tǒng)具有:三角鑰匙內(nèi)、外電控開關門;緊急情況下的手動控制;腳蹬翻板控制、指示;系統(tǒng)自診斷狀態(tài)指示;防擠壓;保險鎖隔離控制信號;接受和輸出集中控制信號;車速5Km/h時自動關門;與車輛計算機通訊實現(xiàn)監(jiān)控等功能。5.2.3.3.2門控系統(tǒng)電氣參數(shù)供電電壓 DC110V% 25% 30 +控制電壓 DC24V5%系統(tǒng)總功率 50W5.2.3.3.3門控系統(tǒng)功能介紹5.2.3.3.3.1初始化門控器初次上電時,自動執(zhí)行一次關門操作。5.2.3.3.3.2開/關門功能內(nèi)、外操作裝置電控開門車門處于關閉狀態(tài),操作內(nèi)、外操作裝置,蜂鳴器提示,車門打開。內(nèi)、外操作裝置電控關門車門處于開啟狀態(tài),操作內(nèi)、外操作

25、裝置,蜂鳴器提示,車門關閉。5.2.3.3.3.3緊急解鎖功能系統(tǒng)有電時,手控開關后,開關門電磁閥斷,這時可手動開/關門,同時蜂鳴器一直長音報警,直至手控開關裝置復位,復位后自動執(zhí)行關門一次。5.2.3.3.3.4防擠壓功能關門過程中遇障礙物,車門自動開啟, 10s后自動關閉。若障礙仍然存在,車門重復上述動作。5.2.3.3.3.5隔離功能車門出現(xiàn)故障,鎖閉隔離鎖,將車門隔離,該車門的狀態(tài)不影響集控“門未關到位”指示燈的正常指示。隔離鎖鎖閉后,集控操作信號,單門操作信號均被屏蔽。隔離鎖鎖閉后,門控系統(tǒng)保持關閉狀態(tài)。5.2.3.3.3.6車速5km/h時自動關門功能:當車速5km/h時,車門自動

26、關閉。5.2.3.3.3.7狀態(tài)指示功能門狀態(tài)指示,指示燈采用紅色指示燈,門鎖到位、腳蹬收到位后指示燈滅,關門到位后未隔離指示燈閃爍,隔離后指示燈滅;門未鎖到位或腳蹬未收到位指示燈亮。腳蹬位置指示,指示燈采用橙色指示燈,腳蹬放下時指示燈亮,腳蹬收起時指示燈滅。5.2.3.3.3.8報警功能蜂鳴器報警:a車門開/關前,蜂鳴器提示。b緊急解鎖后(未復位蜂鳴器長音報警。門控器ERROR LED指示:通過門控器上ERROR和O/C LED閃爍的次數(shù)表示不同的故障(閃爍頻率為:亮0.5秒、停0.5秒,當一組閃爍結束后,間隔3秒重新閃爍,直至故障排除。閃爍1次:外操作開關接通時間超過12秒。閃爍2次:內(nèi)操作開關接通時間超過12秒。閃