軌道車輛弧形塞拉門的設(shè)計

1、軌道車輛弧形塞拉門的設(shè)計 邵俊( 中國煤炭科工集團 上海研究院，上海 200030)摘 要:自動門系統(tǒng)是軌道車輛運輸系統(tǒng)的一個重要組成部分，直接關(guān)系著乘客的安全?，F(xiàn)針對某些軌道車輛的特殊需要，設(shè)計了一種單翼弧形塞拉門，對其工作原理、結(jié)構(gòu)性能、控制方式等方面進行了闡述。該塞拉門已通過驗收并投入使用。關(guān)鍵詞:弧形塞拉門; 軌道車輛; 萬向輪中圖分類號: TB472 2文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A文章編號: 1001 0874( 2011) 04 0101 04Design of Arc-Shaped Sliding Plug Door on Rail CarSHAO Jun( Shanghai Researc

2、h Institute of China Coal Technology Engineering Group Corp ，Shanghai 200030，China)Abstract:The automatic door system is one important of rail car transportation system，which directly relates topassengerssafety In view of the special structure of some rail cars，the single-wing arc-shaped sliding plu

3、g dooris designed The working principle，structure performance and control way are being discussed This sliding plug door has been approved and put into useKeywords:arc-shaped sliding plug door; rail car; universal wheel0引言1弧形塞拉門系統(tǒng)的工作原理及主要參數(shù)隨著技術(shù)的進步和造型的需要，某些軌道車輛采用了特殊的結(jié)構(gòu)。自動門系統(tǒng)是軌道車輛的一個 重要組成部分，直接關(guān)系著乘客的安全

4、。車輛軌道運輸系統(tǒng)由幾十輛軌道車輛在圓周軌 道上循環(huán)行駛，每輛車輛到達(dá)指定的站臺時，車門自 動開啟，這時可以上下客。15 s 后，車門 自 動 關(guān) 閉， 并離開站臺。車輛行駛一周的時間為 20 min，每天 軌道車輛運行時間為 12 h，每扇車門一天的開關(guān)次 數(shù)達(dá) 36 次。這些軌道車輛的車門為弧形結(jié)構(gòu)，沿著圓周方 向運動。其頂部和底部采用兩軌道結(jié)構(gòu)，區(qū)別于通 常的上中下三軌道結(jié)構(gòu)。車門開門 速 度 可 調(diào) 節(jié)，具 有 運 行 平 穩(wěn)、停 電 自 鎖、防夾傷等優(yōu)點，并設(shè)有雙重鎖閉裝置，車門關(guān)閉 到位后，閉鎖裝置對車門實現(xiàn)機械閉鎖，確保乘客的 安全?；⌒稳T的工作原理為: 門體由骨架支撐在上下

5、軌道上，上輪架通過鋼絲繩連接到電動開門機， 通過牽引鋼絲繩帶動門體做圓弧往復(fù)運動。自動開門系統(tǒng)由可編程序控制器 ( PLC) 實 現(xiàn)， 每輛車底部都裝有一個控制器來控制車門的開關(guān)及 閉鎖。車輛快進入站臺區(qū)域時，控制器獲得來自軌 道上傳感器發(fā)出的開門信號并運行控制程序，輸出 數(shù)字信號到電動開門機，電動開門機開始工作，開啟 車門。15 s 后，當(dāng)車輛離開站臺時，控制器獲得來自軌 道上傳感器發(fā)出的關(guān)門信號并運行控制程序，實現(xiàn) 關(guān)門的動作，并且控制雙重鎖閉機構(gòu)實現(xiàn)車門的安 全保險。當(dāng)車輛遇到斷電等意外情況時，工作人員可以 通過底部設(shè)置的緊急拉手解除車門的主鎖鎖閉機構(gòu) 和輔助鎖鎖閉機構(gòu)，順利打開車門疏散

6、乘客。車門的主要參數(shù)如表 1 所示。煤礦機電·102·2011 年第 4 期由 7 塊鋼板組成，每塊鋼板均采用激光切割加工，尺寸控制十分精確。切割好的鋼板按要求平行豎立在 工作臺上，拼接成胎架?；⌒伍T框架的結(jié)構(gòu)及胎架位置如圖 2 所示。表 1弧形塞拉門的主要參數(shù)表名稱參數(shù)車門高度 / mm車門凈開度 / mm 車門球面直徑 / mm 電動開門機驅(qū)動功率 / W 電動開門機工作電壓 / V 車門重量 / kg車門開關(guān)線速度 / mm·s 1車門開關(guān)時間 / s2 2001 2003 20012012140約 12010 12( 可調(diào))2弧形塞拉門的結(jié)構(gòu)軌道車輛弧形塞

7、拉門系統(tǒng)由門體、上軌道、下軌道、滑輪組、鎖閉裝置和若干輔助部件組成，車門的 結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。圖 2 弧形門框架的結(jié)構(gòu)及胎架圖制造門框架時預(yù)先將 4 根 25 × 25 mm 的 方 管彎至需要的弧度，再將其對準(zhǔn)胎架上的缺口放置，固 定好方管后，將固定圓管與方管拼接并焊接牢固。2 2上軌道及萬向輪考慮到弧形塞拉門的特殊結(jié)構(gòu)，門頂部設(shè)有兩 個導(dǎo)向和承重輪結(jié)合的萬向輪，方便實現(xiàn)車門的塞 拉過程。2 2 1上軌道當(dāng)車門閉鎖狀態(tài)時，車門與車輛位于同一個弧 面。而當(dāng)車門開啟時，車門需要整體向外平移后，沿 圓周方向運動，直到全部開啟。為了實現(xiàn)車門的塞 拉過程，設(shè)計出上軌道的運動軌跡，如圖 3

8、所示。1 上軌道; 2 電動開門機; 3 門框架;4 門體; 5 下軌道; 6 鎖閉裝置圖 1 軌道車輛弧形塞拉門結(jié)構(gòu)示意圖2 1門體門體為多 層 復(fù) 合 結(jié) 構(gòu)，由 吸 塑 蒙 皮、不 銹 鋼 框架、亞 克 力 門 窗、密封膠條等組成。門 體 的 厚 度 為33 mm。門的框架采用不銹鋼方管與圓管的焊接框架結(jié) 構(gòu)，牢固而且 輕 巧。門 窗 采 用 8 mm 厚 的 無 色 透 明 亞克力，安裝在密封橡膠的鑲?cè)?nèi)。門體的上、下、 左、右裝有不銹鋼裝飾條。在門關(guān)閉時，門體上的不 銹鋼裝飾條與門框上的橡膠密封條緊密貼合，起到 周邊密封的作用。區(qū)別于一般的車門，弧形車門的面積很大，門高 度為 2 2

9、 m( 弧長達(dá)到了 2 5 m) ，寬度為 1 2 m。門 框架為弧形的不銹鋼管焊接式結(jié)構(gòu)，制作時為使每 根鋼管的空間尺寸精確定位，設(shè)計了專用的胎架。采用 Inventor 三維建模精確的描繪出車門框架 的鋼管在不同位置上的截面，用于制作胎架。胎架1 前輪; 2 后輪圖 3 車門上軌道滑輪運行軌跡示意圖車門頂部前、后滑輪使用的是同一根軌道，但是運動軌跡不同，后輪的運動軌跡是一段標(biāo)準(zhǔn)的圓弧，煤礦機電2011 年第 4 期·103·道內(nèi)運動。下軌道分高軌道和底軌道，下軌道的三維結(jié)構(gòu)如圖 6 所示。前輪的軌跡是一段標(biāo)準(zhǔn)的圓弧與進出彎小圓弧的聯(lián)接。2 2 2頂部萬向輪在設(shè)計車門頂部

10、滑輪時充分考慮了承重滑輪的靈活轉(zhuǎn)向問題，保證車門運行過程中的平滑。頂部萬向輪主要由導(dǎo)向輪和承重輪組成，通過 平面軸承可相互轉(zhuǎn)動。承重輪轉(zhuǎn)向時，輪體的階梯 側(cè)面貼著底部導(dǎo)向小軌道運動。萬向輪的結(jié)構(gòu)如圖4 所示。1 下軌道底板; 2 內(nèi)側(cè)高軌道; 3 內(nèi)側(cè)低軌道; 4 外側(cè)高軌道圖 6 車門下軌道三維示意圖上水平導(dǎo)向輪在軌道高側(cè)運動，下水平導(dǎo)向輪在軌道低側(cè)運動。以保證每個導(dǎo)向輪的運行平穩(wěn)， 互不影響的效果。上、下導(dǎo)向輪的位置如圖 7 所示。1 油杯; 2 平面軸承; 3 導(dǎo)向輪; 4 轉(zhuǎn)動軸;5 承重輪架; 6 承重輪; 7 導(dǎo)向小軌道圖 4 頂部萬向輪結(jié)構(gòu)圖承重輪輪體帶有臺階，一旦車門的后輪運動

11、停止時可避免后輪掉入出彎、進彎的小圓弧。圖 5 中加粗黑線的部位，其作用是提供導(dǎo)向作 用的小軌道，寬度為 10 mm。安裝萬向輪時，承重輪 體上臺階的位置很關(guān)鍵。前輪的承重輪臺階在軌道 內(nèi)側(cè)、后輪的承重輪臺階朝向軌道外側(cè)，這樣在車門 開啟、關(guān)閉時 ，正好可以互相避開。1 上導(dǎo)向輪; 2 下導(dǎo)向輪圖 7 上、下水平導(dǎo)向輪位置示意圖2 4傳動系統(tǒng)車門的傳動系統(tǒng)包括可編程控制開門機、驅(qū)動輪、牽引鋼絲繩、鋼絲繩導(dǎo)向輪及張緊輪等，傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 8 所示。車門開啟線速度為 120 mm / s，關(guān)閉的時間為 10 s。在上軌道的兩端安裝有接觸開關(guān)，當(dāng)車門開啟 到位及關(guān)閉到位后發(fā)出信號，實現(xiàn)開門機的自鎖

12、保 險功能。為了保險起見，在開門機控制器內(nèi)增設(shè)了 時間繼電器，如萬一接觸開關(guān)失靈，可以延時自鎖。圖 5 導(dǎo)向小軌道示意圖2 3下軌道及水平導(dǎo)向輪車門的軌道系統(tǒng)包括上軌道和下軌道，兩個軌道同時約束門的運動軌跡。我們把具有承重作用的萬向輪放置在車門頂部，底部的水平導(dǎo)向輪引導(dǎo)方 向作用。車門底部共設(shè)有 2 個水平導(dǎo)向輪，在各自的軌2 5底部鎖閉裝置車門的鎖閉裝置包括主鎖鎖閉裝置和輔助鎖鎖閉裝置。主鎖鎖閉裝置是由開門機內(nèi)的蝸輪蝸桿實煤礦機電·104·2011 年第 4 期現(xiàn)鎖閉。輔助鎖鎖閉裝置設(shè)置在車門底部，由直線齒輪減速箱、伸縮保險鎖及彈簧導(dǎo)向套等組成。輔 助鎖鎖閉裝置結(jié)構(gòu)見圖

13、9 所示。輔助鎖鎖閉裝置內(nèi)直線齒輪減速器是鎖閉裝置的關(guān)鍵部位，瞬間推力可達(dá) 50 kg、占用空間小、功率 小( 6 W) 等特點，非常適合在車門底部緊湊的 空 間 內(nèi)使用。當(dāng)車門關(guān)閉到位后，保險鎖伸出，擋住車門 下的下水平導(dǎo)向輪體，防止車門被強行打開?？紤] 到停電或故障的可能性，在保險鎖的尾部裝有緊急 拉手。當(dāng)減速器無法工作時，可用手拉動緊急拉手， 將伸縮保險鎖后拉至導(dǎo)向套內(nèi)，打開車門。3結(jié)語弧形塞拉門適合于特殊結(jié)構(gòu)的軌道車輛，車門結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大并且維護保養(yǎng)方便。具有造 型美觀、安全可靠、節(jié)約開門空間等優(yōu)點，滿足了軌 道車輛所需的快速、安全、可靠等性能要求。目前，該車門通過長時間試驗后，

14、已批量生產(chǎn)并 投入使用，故障率很低，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計要求。參考文獻(xiàn):1 驅(qū)動輪; 2 電動開門機; 3 鋼絲繩;4 張緊輪; 5 小導(dǎo)向輪圖 8 車門傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖1黃頌紅 城市軌道 車輛自動門系 統(tǒng)J 電 力 機 車 技 術(shù)，2001( 10) 2 賈貴敢 京八線“和諧號”內(nèi)燃動車組塞拉門設(shè)計J 軌道車輛，2009( 6) 作者簡介: 邵俊( 1982 ) ，男，助 理 工 程 師，華東理工大學(xué)在讀碩士 研究生。2006 年畢業(yè)于上海工程技術(shù)大學(xué)，現(xiàn)從事機械設(shè)計工作。( 收稿日期: 2011 03 31; 責(zé)任編輯: 陳錫強)1 伸縮保險鎖; 2 彈簧導(dǎo)向套; 3 直線齒輪減速箱圖 9

15、輔助鎖鎖閉裝置檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿( 上接第 100 頁)約材料 7 3% 。3 2優(yōu)化設(shè)計箱體受力均勻，殼圈最大應(yīng)力 300 6 MPa，產(chǎn)生結(jié)語4在殼圈與 底 板 的 接 縫 處。殼圈宜采用折彎拼接焊 接，減少焊縫，焊后熱處理，以減少焊縫內(nèi)應(yīng)力。箱 蓋最大應(yīng)力 20 68 MPa，出現(xiàn)在箱蓋長邊中 點 的 螺 釘孔接觸面上; 法蘭最大應(yīng)力 55 67 MPa，出現(xiàn)在與 殼圈的連接處，都遠(yuǎn)低于殼圈最大應(yīng)力。根據(jù)殼體的靜態(tài)受力分析，蓋板厚度 從 24 mm 改為 20 mm，法蘭厚度從 20 mm 改為 18 mm。結(jié)構(gòu)

16、優(yōu)化后的有限元分析結(jié)果見表 2。殼圈焊縫的最大 主應(yīng)力為 325 0 MPa，箱蓋上大應(yīng)力為 32 05 MPa， 法蘭最大應(yīng)力為 48 68 MPa，仍在材料的許 用 范 圍 之 內(nèi) 。而 箱 體 質(zhì) 量 由6 3 8 3 kg 減 小 到5 9 1 8 kg ，節(jié)通過 Pro / E 的 三 維 建 模 和 Pro / M 的 有 限 元 分析，隔爆電磁閥箱體設(shè)計比原來的設(shè)計更準(zhǔn)確和快 捷。在設(shè)計中，根據(jù)箱體的受力分析，對殼體結(jié)構(gòu)做 了優(yōu)化，在保證符合國家隔爆標(biāo)準(zhǔn)的同時節(jié)約了制 造材料，降低生產(chǎn)成本。參考文獻(xiàn):1李軍 礦用隔爆型矩形箱體外殼強度設(shè)計計算D 重慶: 煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院，2009喬建軍，王 保 平，胡 仁 喜 Pro / ENGINEER Wildfire5 0 動 力 學(xué) 與有限元分 析 從 入 門 到 精