地铁双开塞拉门系统设计摘要随着我国城市轨道交通迅速发展，城市轨道车辆包括地铁、轻轨、电车等的需求量不断提高，运营速度不断加快。城市轨道车辆以快速、大量的安全输送旅客为主要目标，车门是轨道车辆中的重要组成部分，直接影响着车辆的正常运行和旅客的安全和密封。目前，城市轨道车辆中广泛应用了塞拉门结构的车门。国内的动车组多数采用单翼塞拉门，地铁采用双翼塞拉门。国内常用的自动门主要是气动门，如单翼气动塞拉门、双翼气动内藏式对开门，但是电动门作为一种新型的自动门系统，也逐渐被推广使用。过去，轨道车辆自动塞拉门系统综合了机械、电气、控制和制造工艺等方面的高新技术，国内地铁、轻轨自动门系统市场一直由奥地利IFE、法国Faiveley等国外公司占据。自行开发研制适合我国国情的城市轨道车辆塞拉门系统，参与国内、国际市场竞争，有利于促进国产自动门产业技术进步，保护、促进和发展我国民族工业。本文首先详细研究了轨道车辆塞拉门的传动及塞拉门的携门装置的结构，参考了国内外大量文献资料。随后利用机械设计原理及方法，对塞拉门的结构进行了设计，采用塞拉门齿带双轴导杆槽型凸轮组合空间机构。该装置主要利用步进电动机通过齿轮带动同步齿形带，在同步齿形带上装有上下齿夹，从而带动门板运动，通过双轴导杆槽型凸轮组合空间机构实现门的塞拉和直线运动。最后，对所设计的塞拉门承载装置进行了分析和计算。关键词：塞拉门；地铁；双轴导杆；目录摘要I目录II摘要1第一章 绪论21.1 研究背景及意义21.2 国内外研究现状3第二章 塞拉门结构设计52.1 拟定总体结构方案52.2 门板和门窗的设计82.3 驱动机构的设计92.3承载装置设计11第三章 控制系统设计163.1 PLC概述163.2 分析塞拉门控制要求183.3 电气控制原理19总结22致谢23参考文献24摘要随着国民经济的快速发展，城市轨道交通在各大中城市迅速发展，成为广大旅客出行的首选。塞拉门系统具有突出的综合优势，因此在轨道车辆中应用十分广泛。随着列车运营速度的不断提高，对塞拉门系统的设计提出了更高的要求，提高塞拉门系统的安全性、密封性、隔热性能、隔声性能等均是设计的关键。目前,国内塞拉门的制造、安装、工艺等方面的技术水平与日本及欧洲各发达国家相比有一定的差距,相关的技术标准、技术规范不够完善,设计水平相对较低。因此,结合我国的国情,学习国际国外的标准,制定适合我国铁路制造行业的相关标准;引进和吸收国外先进技术，提高我国铁路客车产品的整体设计和制造水平,是今后工作的方向。在欧洲铁路各种类型客车上,塞拉门已经被广泛采用。近年来,随着客车的高速化和现代化,要求车门:关门时车体外观平滑美观;能降低车辆运行时受到的空气阻力及其产生的噪声;要求提高室内隔声性及气密性,以满足舒适要求。为此,塞拉门受到人们的高度重视。本文设计了一种新型的塞拉门系统，采用了全新的传动方式及携门机构，使其总质量最轻，且能够满足运动承载能力，实现塞拉门的塞拉动作，保证门扇的密封性，安全性。关键词：塞拉门；设计；轨道车辆；第一章 绪论1.1 研究背景及意义从课题调查和科技文献来获得轨道车辆塞拉门及承载装置技术基本要求；依据要求确定塞拉门及承载装置设计构架；并提出塞拉门及承载系统的实现手段。城市轨道车辆以快速、大量的安全输送旅客为主要目标，而车门是轨道车辆中的重要组成部分，直接影响着车辆的正常运行和旅客的安全。随着城市轨道交通的迅速发展，城轨车辆（地铁、轻轨、电车）的速度不断提高，对车辆的密封性、安全性和舒适性的要求也越来越高，凭借其自身的优势和特点，塞拉门轨道车辆上得到了广泛应用。目前国内的动车组多数采用单翼塞拉门，地铁采用双翼塞拉门。国内常用的自动门主要是气动门，如单翼气动塞拉门、双翼气动内藏式对开门，但是电动门作为一种新型的自动门系统，也逐渐被推广使用。由于城市轨道车辆自动塞拉门系统在机械、电动、控制和制造工艺等方面具有高技术集成的技术特征，以前国内地铁、轻轨自动门系统一直被奥地利IFE、法国Faiveley等国外系统公司所垄断。因此，开发研制适合我国国情的城市轨道车辆塞拉门系统，参与国内、国际市场竞争，有利于促进国产自动门产业技术进步，保护、促进和发展我国民族工业。作为轻轨和地铁车辆重要部件的车门在车辆的运营中扮演着重要的角色，车门形式的设计、开关机构以及它们的加工制造与控制都直接影响着城市轨道车辆的安全运营状况。因此，车门的重要地位也是其他任何部件所不能取代的。近二十年来，国家不断对塞拉门的研究加大投资力度，国内的塞拉门产业取得了突破性的发展，拥有了多项自主知识产权。然而与国际先进水平的塞拉门相比，国内的塞拉门还存在笨重、体积大、噪声大等缺点，在国际市场上缺乏竞争力。随着铁路客车运用时间的延长，既有塞拉门在使用性、检修维护性等方面暴露出了越来越多的问题。企业使用的轨道车辆塞拉门及传动装置存在诸多问题，影响了轨道车辆运行的安全性、轻量化等。本课题采用轻量化及现代制造技术对企业使用的塞拉门传动及携门装置进行研究，设计具有高安全性、可靠性的塞拉门传动及携门装置，达到提高效率，实现安全、轻量之目的，对产品进行改进。1.2 国内外研究现状自20世纪90年代中期我国引进塞拉门以来,经过几年的消化吸收,现国产塞拉门已大量应用于铁路客车上。现有国产塞拉门有以下几种:(1)用于25T型客车及160 km/h速度级各动车组上的电控塞拉门。此类塞拉门基本为仿制第1批进口塞拉门,结构形式及基本性能与原进口产品近似。(2)用于200 km/h动车组的电控塞拉门。此类塞拉门主要针对200 km/h动车组设计,相对上述电控塞拉门,其断面形式进行了重新调整,增加了锁闭点,脚蹬踏板结构根据相应站台高度情况进行了重新设计。(3)手动塞拉门。此类塞拉门主要应用于25G型客车,它在电控塞拉门的基础上取消了电控装置及翻板脚踏装置并加装了锁闭定位装置。(4)充气密封塞拉门。此类塞拉门是针对270km/h动车组项目研制的,借鉴了法国TGV车门密封形式,采用充气密封胶条密封及门前三点定位、门后三点锁闭的锁闭形式,同时在门板的结构形式上做了改进。试验证明,此门在密封、强度、隔热、隔声等性能上都有很大提高,但充气密封胶条的寿命仅为15年,未装车运用。目前,我国160 km/h速度级客车用电控塞拉门与国外相应塞拉门为同类产品,经多年装车运用技术已基本成熟,但在密封性能、电控系统可靠性等方面还有待完善。而200km/h及以上速度级客车用塞拉门目前尚无成熟可靠的产品。国外高速车用塞拉门按密封形式分为双唇胶条密封、充气密封及压紧密封3类。(1)双唇胶条密封。以德国ICE车用BODE公司为代表的塞拉门采用双唇胶条密封,即采用双唇胶条,保证在车内外有正负压差时均能压紧胶条,实现门的密封,同时,对门体多点锁闭定位,以保证门的强度及列车交会时的密封。我国270 km/h动车组曾采用过该种车门。(2)充气密封。以法国TGV车用FAIVELY公司为代表的塞拉门采用充气密封,即在门边采用双层胶条,外层为普通的初级密封条,内层为可充气密封胶条。车门关闭后,向可充气密封胶条充气,车速超过10 km/h后,充气压力达到150 kPa,此时胶条胀开,实现与门框的压力密封。门体锁闭形式为后门框两点锁闭。传动形式为齿轮齿条传动。(3)压紧密封。日本新干线采用的NABTESCO公司的塞拉门均采用压紧密封,即门周边采用O形胶条,在门关闭时,压紧装置通过压门板使胶条与门框压紧,实现密封;在门关闭后,压紧装置保持压力。此种密封形式结构简单,密封补偿量大,安全可靠。国外客车塞拉门已经过数十年的运用考验,技术成熟可靠,尤其是高速车塞拉门,值得我国学习、借鉴。国内劣势与优势：第一，国内地铁塞拉门宽约为1.5m左右，而整个塞拉门系统尺寸过大，甚至达到2m以上，结构较国外松散，空间利用率远远低于国外塞拉门系统。第二，由于尺寸过大，直接导致国产塞拉门的重量过大，整体重量一般约为75kg，无形当中需要更大的电机带动，消耗远远大于国外塞拉门系统。第三，国内塞拉门的运动噪声大于国际标准的60分呗，大约为75分贝。第四，国内塞拉门价格相对便宜，适用于发展中国家的现阶段发展。国外劣势与优势：第一，在保证塞拉门宽为1.5m左右的同时，整个塞拉门系统总体尺寸保持在1.7m内，合理利用空间，结构紧凑。第二，采用合理的复合材料和精简的零件，在提高强度刚度和可靠性的同时，重量相对较轻，系统总仅为48kg左右，大大减少了驱动力的要求，节约了能量。第三，门系统运行过程中的噪音低于国际标准的60分呗。第四，由于多处零件采用复合材料，且对各个零件的精度要求高，造价远高于我国自主生产的塞拉门系统，从而直接导致在大大提高技术竞争力的同时，也大大削弱了价格竞争力。第二章 塞拉门结构设计2.1 拟定总体结构方案目前市场上制造塞拉门的生产厂商主要有康尼，博德，欧特美等公司，其主要类型有电动塞拉门和气动塞拉门系统。气动塞拉门系统主要采用无杆气缸作为动力源传动，电动塞拉门有的采用螺杆传动方式，有的采用同步带传动方式。同步带传动方式是塞拉门系统的左、右两扇门页分别通过齿带夹板与齿带两侧相连，齿带两端有齿带轮架，使得齿带形成一个闭环；通过驱动元件的驱动，使齿带绕着齿带轮作旋转运动，同时带动两扇门页做相反方向的运动，使两扇门页达到同步开闭。同步带传动可获得恒定的速比,且速比范围大,一般可达10；允许的线速度高,可达50m/s，其传递功率可从几瓦到数百千瓦,传动效率可达0.98（三角带传动最高为0.95）,具有传动准确、运行平稳、噪声少、无滑差、能耗较低、承载能力高、寿命长、传动噪声低、带齿受力均匀合理、具有最小膨胀系数和最大可靠性等特点，同时结构紧凑,具有耐油、耐潮、不需 润滑 等优点,可在有污染和环境较为恶劣的场合下工作螺杆传动方式将电机的旋转运动转变为直线运动，使塞拉门系统的两扇门页沿着螺母的运动方向做相对或相背的直线运动，达到使两扇门页开闭的目的。螺杆传动具有传动准确、平衡,扭矩大的特点。经过综合分析螺杆传动和同步带传动的优缺点，本文初步拟定选用同步带传动的结构方案。塞拉门系统的机械结构由基础部件、承载驱动机构、操纵装置、驱动系统和门控系统等几个部分组成。驱动系统采用同步带传动的结构方案。塞拉门在正常使用过程中，其车门的开关由车上的开关按钮控制，同时需要设置紧急开关，以便处理某些紧急情况，紧急开关在车辆行驶中不起作用。车门的锁闭门的锁闭依靠步进电机自身的保持转矩实现，由于步进电机具有保持功能，当车门关闭后，只要步进电机的保持转矩足够大，人员无法手动使车门打开。其机械机构部分包括:锁钩、闭锁凸轮等零部件。当需要解锁时，则只需要按下手动解锁按钮，步进电机反转使车门打开。同时，在车门上安装手动钥匙锁，乘务员用钥匙从门内或门外均可将门锁住。门锁住后再不受其它控制信号控制，处于关闭状态，直到乘务员用钥匙将其打开。自动关门功能当列车速度低于设定速度时，车门的开门信号才有效;当速度超过设定时，将自动关闭所有未关的车门。密封及防挤压装置车门上安装的密封件抗压强度应保证空气动力学作用下的密封效果;防挤压装置在低于设定速度时的车门关闭过程中具有防挤压功能。保险锁采用行程开关，当关闭此门开关时，门保持关门状态，控制信号被隔离，所有手动，自动，紧急解锁集中控制功能失效，状态指示灯灭。系统处于开门状态时，压下保险锁开关时间大于0.5秒，门扇执行关门动作，系统切换为关门状态；压下保险锁开关时间小于0.5秒，门扇不动作。如图1.2所示。图1.2 保险锁结构示意图4紧急解锁装置（车内手动锁）：除非保险锁被锁闭，其他任何情况下紧急解锁装置都能手动解