廣州地鐵2 號線屏蔽門系統(tǒng)的選擇

1、廣州地鐵2 號線屏蔽門系統(tǒng)的選擇摘要地鐵屏蔽門系統(tǒng)是一個典型的機電一體化產(chǎn)站務(wù)人員出入站臺公共區(qū)與非公共區(qū)的通道,緊急品,它在廣州地鐵2號線的應(yīng)用在國內(nèi)的地鐵中尚屬首次。情況下也可用作乘客疏散通道。根據(jù)屏蔽門系統(tǒng)是帶載運營的特點,對其材質(zhì)選擇、控制系統(tǒng)、執(zhí)行電機等在設(shè)計、選擇及應(yīng)用全封閉式屏蔽門系統(tǒng)時應(yīng)著重關(guān)注的幾個關(guān)鍵技術(shù)作了闡述。關(guān)鍵詞屏蔽門系統(tǒng),平均無故障次數(shù),故障率,門控單元,無刷直流電機地鐵屏蔽門系統(tǒng)屬于車站設(shè)備系統(tǒng)之一。它在廣州地鐵設(shè)置的主要目的是:將車站站臺公共區(qū)與軌行區(qū)隔離,簡化環(huán)控系統(tǒng),降低車站空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗;減少列車運行噪音及活塞風(fēng)對車站站臺候車乘客的影響,為乘客提供一

2、個更加舒適、平安的候車環(huán)境;防止人員跌落軌道產(chǎn)生意外事故,為以后地鐵車輛的無人駕駛創(chuàng)造條件。屏蔽門系統(tǒng)作為一個機電嚴(yán)密結(jié)合的產(chǎn)品,又工作在地鐵這個特殊的工作環(huán)境中,所以在選用屏蔽門產(chǎn)品時,要從其功能、周圍環(huán)境對其的影響、重要零部件及子系統(tǒng)的性能上進展詳細斟酌,力求選出一個高可靠性、技術(shù)先進的屏蔽門系統(tǒng)。1屏蔽門系統(tǒng)的整體功能1.1屏蔽門功能門的組成屏蔽門功能門一般應(yīng)由固定門、滑動門、應(yīng)急門及端門組成?；瑒娱T在數(shù)量及位置上的設(shè)置應(yīng)與車輛門一一對應(yīng)。在兩對滑動門之間的屏蔽構(gòu)造由固定門組成。固定門是不能翻開的。應(yīng)急門是當(dāng)列車進站的停車誤差超過了設(shè)計時所考慮的停車誤差而列車又剛好不能再進展位置調(diào)整時的

3、疏散通道(其中包括列車未完全進站或未完全出站發(fā)生的意外情況)。端門設(shè)置在站臺兩端,與靠站臺而設(shè)的屏蔽門垂直接壤,并與它們一起與設(shè)備房外墻構(gòu)成一個全封閉的屏蔽系統(tǒng)。1.2屏蔽門系統(tǒng)的氣密性屏蔽門系統(tǒng)應(yīng)采取密封措施以防止在屏蔽門兩邊有壓差的情況下氣流交換量過大,以進步系統(tǒng)的整體性能。在任何兩個功能門之間、門體與頂箱及門檻之間、滑動門上端滑靴兩側(cè)與頂箱面板結(jié)合處、門體與構(gòu)造的接口等,都必須考慮靜態(tài)或動態(tài)密封方式進展密封。屏蔽門系統(tǒng)的氣密性可以直接反映出整個系統(tǒng)在制造、安裝及功能上到達的程度。正常情況下,無論屏蔽門兩側(cè)壓力差有多大,都不能出現(xiàn)能明顯感覺到的氣流束。廣州地鐵2號線選用的屏蔽門氣密性標(biāo)準(zhǔn),

4、那么要求安裝完成后的屏蔽門各條間隙不透光。香港新機場線那么有詳細的數(shù)字標(biāo)準(zhǔn):在屏蔽門兩邊壓差在300pa的情況下,系統(tǒng)不動作的屏蔽區(qū)域每小時每平方米面積上泄露量不超過2.74立方米;而經(jīng)常動作的屏蔽區(qū)域每小時每米長度上的泄露量不超過3.4立方米。1.3屏蔽門系統(tǒng)動作的故障率屏蔽門布置在站臺邊緣,是乘客上、以下車時必須動作的設(shè)備;并且屏蔽門系統(tǒng)動作次數(shù)比較頻繁,每年運行365天,每天連續(xù)動作20小時,頂峰期每2分鐘開或關(guān)1次。地鐵最大特點是準(zhǔn)時、快捷。屏蔽門系統(tǒng)的安裝不能影響地鐵的運營方案或延遲列車在車站的發(fā)車時間。所以屏蔽門系統(tǒng)的可靠性是最至關(guān)重要的。系統(tǒng)的故障率通常用平均無故障次數(shù)(n(bf

5、)來衡量(n(bf)=系統(tǒng)所有門單元動作總次數(shù)/故障次數(shù))。n(bf)是反映系統(tǒng)綜合性能的重要指標(biāo),它的大小與整個系統(tǒng)的設(shè)計及制造都有很大關(guān)系。像控制系統(tǒng)的信道傳輸質(zhì)量、誤碼率及機械系統(tǒng)的設(shè)計及加工程度等。由于屏蔽門系統(tǒng)與列車的運營有嚴(yán)密的聯(lián)絡(luò),n(bf)在可能的情況下要盡量地大。廣州地鐵2號線首期工程16個車站、34側(cè)站臺安裝有屏蔽門,每側(cè)站臺30個單元,n(bf)定為60萬次。在運營正常的情況下,大約每天全線的所有屏蔽門會有一次故障,運營部門根本上是可以承受的。香港地鐵舊線改造工程共74側(cè)站臺,每側(cè)站臺38套屏蔽門單元,n(bf)為30萬次,從系統(tǒng)的角度來講,其精度及要求要稍高于廣州地鐵2

6、號線。2屏蔽門系統(tǒng)的帶載運營屏蔽門的運營環(huán)境為地下車站。其所承受荷載主要有三個來源:車站及隧道內(nèi)設(shè)有地鐵環(huán)控系統(tǒng)所必須的各種風(fēng)機類負(fù)載,因此會造成在屏蔽門的站臺側(cè)與軌道側(cè)存在靜態(tài)壓差;列車進入及分開車站時由于列車速度所產(chǎn)生的氣流局部壓縮及局部真空而造成的活塞風(fēng)對屏蔽門的風(fēng)壓負(fù)載,特別要考慮到列車在有些情況下高速過站所引起的更大負(fù)載;候車乘客或意外人群對門體的沖擊力及擠壓力等。所以,當(dāng)屏蔽門從被完全安裝完畢后開始運營的一刻開始,就一直處在帶負(fù)載運營狀態(tài)。系統(tǒng)的梁柱構(gòu)造(包括門框、立柱、玻璃、門機梁、頂箱面板及門檻)上都承受著大小不同的負(fù)載。根據(jù)廣州地鐵2號線地下車站環(huán)控設(shè)備設(shè)置情況再結(jié)合土建構(gòu)造

7、的實際情況,列車過站速度以70k/h考慮,作為設(shè)計人員或業(yè)主,其各種負(fù)載類型及大小的考慮情況大致如表1所示。表1屏蔽門的各種負(fù)載情況所以,一個真正適宜在地鐵環(huán)境應(yīng)用的屏蔽門系統(tǒng),首先應(yīng)滿足地鐵環(huán)境中荷載的要求。在表1所示的四類負(fù)載作用下,屏蔽門單元的構(gòu)造框架及門體在強度及剛度上均必須到達一定的要求;玻璃與門框的粘結(jié)強度應(yīng)足夠;門體、頂箱面板、立柱在內(nèi)所有構(gòu)件上的每一點的彈性變形及剩余變形均應(yīng)滿足所規(guī)定的撓度要求及剩余變形要求。對整個系統(tǒng)而言,受載后屏蔽門構(gòu)造軌道側(cè)上任何一點都要保證與列車動態(tài)包絡(luò)線之間的平安間隔 ;另外,在構(gòu)造處于受載狀況下,驅(qū)動系統(tǒng)及門體上各部件的變形必須保證滑動門的順利翻開

8、,不能因構(gòu)造受載而影響滑動門的翻開速度及改變滑動開門力的大校對于不同的列車運營速度、不同的環(huán)控形式及不同的隧道構(gòu)造形式,所產(chǎn)生的各類負(fù)載就有區(qū)別。例如香港新機場線性質(zhì)為快線,運營最高速度達100k/h以上,所以其各類負(fù)載較廣州地鐵2號線大。3屏蔽門材質(zhì)的選擇屏蔽門直接面對乘客,是地鐵車站占用面積最大、最醒目的設(shè)備,因此,對屏蔽門外表的裝飾及制造工藝應(yīng)有嚴(yán)格的要求。屏蔽門材料通常采用鋁合金擠壓型材外加外表處理或直接使用不銹鋼鈑金屬件。對于鋁合金型材,一般采用可熱處理的強化型的變形鋁合金,具有密度孝強度高、導(dǎo)電性能良好等特點。其中用于擠壓為各種規(guī)格型材的型號主要是ld31(即6063合金)。ld3

9、1具有中等強度,有良好的塑性和優(yōu)良的可焊性、抗蝕性,無應(yīng)力腐蝕裂傾向,可陽極氧化,適宜作建筑裝飾型材及各種需要良好耐蝕性要求的構(gòu)造件。假設(shè)用ld31制造屏蔽門門體,那么要先對其進展陽極氧化處理,然后對其外表進展氟碳噴涂或靜電噴涂等防腐措施。它的最大優(yōu)點是可以根據(jù)不同需要來選擇所需噴涂的顏色,但也需采用嚴(yán)格的噴涂工藝來保證噴涂的質(zhì)量及壽命。采用不銹鋼材料制作屏蔽門門體,一般采用奧氏體系列不銹鋼(如304l、316等材料)。奧氏體不銹鋼的韌性、塑性及工藝性能相對于其它類型不銹鋼來說都比較好,且硬度適中,焊接性能較強,外表抗污力強;但在焊接中可能會出現(xiàn)晶間腐蝕,所以要采用較好的焊接工藝來預(yù)防或減少晶

10、間腐蝕及應(yīng)力腐蝕。其中的304l,國內(nèi)牌號為00r18ni10,抗晶間腐蝕及應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)越,焊后可不進展熱處理,且其室溫機械性能,無論硬度、強度或其它各項機械性能指標(biāo)均優(yōu)于ld31。所以,采用刷紋不銹鋼就一次解決了美觀與防腐的問題。4屏蔽門的控制系統(tǒng)屏蔽門控制系統(tǒng)所采用的網(wǎng)絡(luò)在其拓?fù)錁?gòu)造上應(yīng)是總線型的局域網(wǎng)。其中ps(中央接口盤,也稱主控機)、psa(遠方操作報警盤)以及每個du(門控器)都是掛接在總線上的一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)點。其總線構(gòu)造及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)采用公開、標(biāo)準(zhǔn)的通用形式,以便于完成與es(機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))系統(tǒng)之間的接口?？偩€型構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)可以保證網(wǎng)絡(luò)上任何一個結(jié)點發(fā)生故障都不會影響整個網(wǎng)絡(luò)其它結(jié)

11、點的正常運行,并可以通過網(wǎng)絡(luò)對屏蔽門進展全程控制、運行參數(shù)修改、聲光報警等功能。屏蔽門控制系統(tǒng)在一些重要的節(jié)點及命令上也要采用硬線傳輸,充分利用其高可靠性及抗干擾性能,保證整個控制系統(tǒng)的可靠性。像ps與信號系統(tǒng)、ps與psl(站臺端頭控制盒)之間,以及屏蔽門的開門、關(guān)門命令的發(fā)送及反響,均要采用硬線傳輸?？刂葡到y(tǒng)至少應(yīng)該實現(xiàn)系統(tǒng)級、站臺級、手動三級控制。其中手動控制優(yōu)先級最高,系統(tǒng)級最低。其控制模塊一般如下:當(dāng)列車進入車站停靠在允許誤差范圍內(nèi)的停車位置時,信號系統(tǒng)會發(fā)出一個“開門命令;此開門命令會經(jīng)過ps送到每個應(yīng)該翻開的屏蔽門單元的du上,從而控制電機驅(qū)動門體做開門動作。當(dāng)所有asd(滑動門

12、)/eed(應(yīng)急門)翻開時,du會將檢測裝置檢測到的“門已翻開的狀態(tài)信息經(jīng)ps反響給信號系統(tǒng)及es系統(tǒng);當(dāng)列車要分開車站時,信號系統(tǒng)發(fā)出“關(guān)門命令至ps,ps會將關(guān)門命令發(fā)送至每個應(yīng)該關(guān)閉的屏蔽門單元的du,從而控制電機驅(qū)動屏蔽門開始關(guān)門。當(dāng)所有屏蔽門關(guān)好以后,du會將檢測裝置檢測到的“門已關(guān)閉并鎖緊的信號反響至信號系統(tǒng)及es系統(tǒng)。當(dāng)信號系統(tǒng)收到關(guān)閉并鎖緊信號以后,才會發(fā)出開車命令。假設(shè)在整個控制過程中任何一個屏蔽門單元出現(xiàn)故障,ps會將du及其它設(shè)備反響給它的故障信號發(fā)送至psa進展聲光報警,并可將故障信息顯示在液晶顯示器上或可以通過打印機打印出來,還可以通過其自身固有的串口進展故障信息的下

13、載。當(dāng)列車、信號以及屏蔽門系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障,導(dǎo)致屏蔽門無法自動翻開或關(guān)閉,就要運用psl站臺級控制的功能,以節(jié)點發(fā)送方式使屏蔽門處于理想狀態(tài)。在每個屏蔽門單元的asd及eed上,無論在站臺側(cè)還是在軌道側(cè),均有手動裝置可將門翻開。在站臺側(cè),站務(wù)人員可用專用鑰匙進展操作,使門翻開;在軌道側(cè),那么設(shè)有緊急把手可手動翻開屏蔽門,以保證在非常時刻乘客或站務(wù)人員以最快及最方便的手段翻開屏蔽門,以免發(fā)惹事故。5屏蔽門系統(tǒng)的執(zhí)行電機屏蔽門系統(tǒng)的執(zhí)行電機屬于一種短時間周期性動作的設(shè)備。根據(jù)廣州地鐵2號線對屏蔽門的要求,它必須在5.5s7.5s內(nèi)完成開/關(guān)門一個周期,響應(yīng)精度0.1s。而電機在關(guān)門階段一般就必須經(jīng)

14、過加速、速度保持、減速、低速保持、制動五個階段。門體在整個關(guān)門行程中動能不能超過10j,在關(guān)門行程中的最后100不能超過1j。其運動速度曲線如圖1。在整個關(guān)門過程,電機一直處于速度不斷變化的過程中,所以要求電機要有比較好的調(diào)速性能,而且要快速響應(yīng)性好、調(diào)速精度高。一般應(yīng)選用執(zhí)行類直流電機或交流變頻調(diào)速電機等機械特性好的電機,并且電機應(yīng)具有比較小的飛輪轉(zhuǎn)矩(gd2)以及較小的傳動比,以減小其動態(tài)工作特性中的機械時間常數(shù),來獲得良好的跟隨特性。此外,我們還應(yīng)對電機運行的過程進展分析并確定目的運行曲線。對拖動過程中電機的啟動、運行、制動過程的完成方式及其合理性進展分析,以保證有一個性能良好的門控系統(tǒng)

15、。假設(shè)滑動門的關(guān)門時間為3s,滑動門開門寬度為2,那么每扇門體在3s內(nèi)就必須完成1000的行程。在門關(guān)閉的過程中,應(yīng)嚴(yán)格控制門體速度及關(guān)門力度,防止因此夾傷乘客;還要充分考慮電機在整個行程中的啟動及制動過程。所以,我們要選定一條電機運行曲線,使得門體的運行平穩(wěn)、快捷、噪聲孝無明顯抖動;還要保證門體夾到乘客以后,作用于乘客的夾緊力及動能足夠小,以防夾傷乘客。圖1屏蔽門運動速度曲線圖廣州地鐵2號線屏蔽門系統(tǒng)選用了額定電壓為110v的無刷直流電機。此電機呈細長形式,定子內(nèi)外徑比值小,轉(zhuǎn)動慣量低。電機采用16位的微機脈寬調(diào)制(p)閉環(huán)控制,驅(qū)動回路采用場效應(yīng)晶體管(fet)三相星形全橋驅(qū)動,可以實現(xiàn)電機的雙向四象限運行。用戶只要根據(jù)需要在du中設(shè)定電機的目的運行曲線,du便會在速度、轉(zhuǎn)矩、工位等各個參數(shù)上控制電機按照所設(shè)定的曲線參數(shù)進展工作。科技在不斷地開展,社會文明也在不