地鐵隧道風(fēng)對屏蔽門關(guān)門影響的研究與分析

詹樂濤

摘要：隨著地鐵線路客流不斷上升，縮短行車間隔成為提高列車運力的重要措施，由此引起隧道活塞風(fēng)不斷增大，從而對軌道內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生相應(yīng)影響。文章從介紹列車行車密度與隧道風(fēng)壓兩者關(guān)系出發(fā)，并選取廣州地鐵五號線員村站屏蔽門在縮短行車間隔情況下屏蔽門運行中出現(xiàn)關(guān)門慢或二次故障情況為例，探討降低風(fēng)壓對屏蔽門正常運行影響解決方案，保證屏蔽門設(shè)備系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：地鐵；屏蔽門；風(fēng)壓；

屏蔽門系統(tǒng)設(shè)置于地鐵站臺邊緣，在列車到達(dá)和出發(fā)時可自動開啟和關(guān)閉。其功能門部分一般由固定門、滑動門、應(yīng)急門及端門組成。屏蔽門承受外荷載主要有：①風(fēng)壓，②人群荷載，③沖擊荷載，④地震荷載。屏蔽門滑動門在關(guān)閉的過程中，主要受到門檻與門導(dǎo)靴之間產(chǎn)生的摩擦力及隧道風(fēng)對左右滑動門的防夾膠條的受力產(chǎn)生對屏蔽門的關(guān)門阻力。

1 列車行車密度與隧道風(fēng)壓的關(guān)系

列車在隧道內(nèi)運行現(xiàn)象與活塞運動類似，但又有所不同，列車前面的空氣一部分被推向前方，另一部分則沿列車與隧道之間的環(huán)形空間形成回流，這主要是由于空氣黏性以及氣流對隧道壁面和列車表面的摩擦作用使得被列車排擠的空氣不能像在大空間中那樣及時散開。因此，列車前方空氣受壓縮， 隨之就產(chǎn)生特定的壓力變化過程，其引起的空氣動力學(xué)效應(yīng)會隨著行車速度的提高而加劇。同時，列車行車密度加大后，當(dāng)后續(xù)列車越來越加速靠近時，如同活塞運動使被壓縮的空氣壓力將進(jìn)一步加劇。此時，壓縮空氣急速從打開的屏蔽門散開，產(chǎn)生極大地隧道風(fēng)壓。

2 屏蔽門關(guān)門過程受力分析

屏蔽門在關(guān)門過程中主要受到關(guān)門動力和阻力作用。在關(guān)門過程中電機(jī)電流變化過程為線性增大-不變-線性降低，相對應(yīng)整個關(guān)門過程為加速—勻速—減速，在屏蔽門在關(guān)門時關(guān)

門動力變化為：增大—不變—減少，屏蔽門在關(guān)門過程中在正常情況下受到的阻力可以視為不變。

根據(jù)屏蔽門設(shè)計合同技術(shù)要求，滑動門關(guān)門過程中，在最后100mm的行程中動能不超過1J/扇門。 故此時的屏蔽門平均動力為f<=1J/0.1m=10N

風(fēng)壓公式：WP=KrV2/2g

r-容量，標(biāo)準(zhǔn)空氣容量是0.013 KN/m3

V-風(fēng)速

g-重力加速度

K-空氣動力系數(shù)，根據(jù)伯努利方程得出的風(fēng)-壓關(guān)系，現(xiàn)設(shè)為1

WP=KrV2/2g=0.013×103×8.62÷2÷9.8=49.055 Pa（N/ m2）

單扇門防夾膠條面積為S=2.15m*0.075m=0.16125 m2

阻力F=49.055*0.16125 =7.9N，接近平均動力f。

故當(dāng)屏蔽門從最后100mm的行程基本為靠慣性關(guān)門，當(dāng)隧道風(fēng)壓增大的情況下，屏蔽門受到的阻力增大（屏蔽門在關(guān)門過程中受力情況近似圖1），由于關(guān)門動力沒有增大，故出現(xiàn)屏蔽門在關(guān)門過程中受阻情況。

圖1：不同情況下屏蔽門在關(guān)門過程中受力情況示意圖

3 員村站屏蔽門數(shù)據(jù)采集

以地鐵員村站為例，對上行屏蔽門風(fēng)速進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及分析。數(shù)據(jù)采集方法：風(fēng)速儀離地板一米高處靠近屏蔽門中心線，屏蔽門開關(guān)門時，風(fēng)速儀風(fēng)扇與風(fēng)向保持一致，列車帶來的隧道風(fēng)吹過風(fēng)速儀的風(fēng)扇顯示的最大數(shù)據(jù)就是最大風(fēng)速； 根據(jù)某日對員村站上行1-6號屏蔽門最大風(fēng)速測量數(shù)據(jù)如圖2（“X”數(shù)據(jù)為門體出現(xiàn)故障時的最大風(fēng)速，其他數(shù)據(jù)門體正常）：

圖2

從數(shù)據(jù)采集結(jié)果及現(xiàn)場的效果觀察發(fā)現(xiàn)，臨界關(guān)門測得的最大風(fēng)速超過8.6m/s（此風(fēng)速接近5級風(fēng)力）時，屏蔽門將會出現(xiàn)無法關(guān)閉的情況。 另外，員村站屏蔽門受風(fēng)壓影響發(fā)生故障較多的主要為尾端1-7#門，即列車進(jìn)站時最先經(jīng)過的屏蔽門。

4 解決方案

根據(jù)上述分析情況，從設(shè)備上解決該問題主要有兩個途徑：

4.1、增大關(guān)門力

在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)對關(guān)門力進(jìn)行調(diào)整，在設(shè)備上主要針對關(guān)門電流進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后故障率比之前有下降，但是不能根本解決該問題，主要原因分析如下：

由于為了防止夾傷乘客，屏蔽門關(guān)門力有一定要求，不能進(jìn)行無限增大，尤其在低峰期間，風(fēng)壓減少的情況下如果關(guān)門力調(diào)整過大，因阻力減少，在關(guān)門過程中會出現(xiàn)門體碰撞現(xiàn)象；

根據(jù)現(xiàn)場反映，大部分門體是在將要關(guān)閉的情況下不能完全關(guān)閉，從圖1可以看出，在減速段中，關(guān)門電流下降較為明顯，關(guān)門力同時下降，風(fēng)壓阻力持續(xù)不變或增大，便出現(xiàn)門體不能關(guān)門到位情況。

因此，單從增大關(guān)門力上不能完全解決該故障。

4.2、減小關(guān)門阻力

在增大關(guān)門力同時，針對門體特點采取一定方法，以減少屏蔽門在關(guān)閉過程中受到的阻力。屏蔽門在關(guān)門過程中主要受力部位為導(dǎo)靴，毛刷，風(fēng)壓等。選擇不同門體分別進(jìn)行調(diào)整，以觀察效果：

4.2.1、對5#屏蔽門導(dǎo)靴進(jìn)行拆除檢查，檢查發(fā)現(xiàn)導(dǎo)靴磨損情況并不嚴(yán)重，對該導(dǎo)靴進(jìn)行更換，更換后該故障還時有發(fā)生，尚未能解決該問題。

4.2.2、對4#屏蔽門密封毛刷進(jìn)行拆除，以減少摩擦，同時起到泄壓的作用，減少風(fēng)壓對屏蔽門的影響，但是毛刷拆除存在一些問題：毛刷拆除后隧道風(fēng)可以進(jìn)入到站臺，導(dǎo)致站臺環(huán)境惡化，同時由于沒有了毛刷阻擋，也導(dǎo)致屏蔽門門頭上零部件的衛(wèi)生較差。通過觀察現(xiàn)場毛刷拆除后的效果，故障發(fā)生頻率已降低，但并未完全消除故障。

4.2.3、五號線屏蔽門工控機(jī)MMS軟件上有一個參數(shù)為從控制系統(tǒng)PSC發(fā)出的關(guān)門指令響應(yīng)延遲時間可以設(shè)置，正常情況下該參數(shù)設(shè)置為0，即沒有延遲?？紤]到1-7#門處風(fēng)壓較大，通過調(diào)整關(guān)門時間使得該處門體關(guān)門時風(fēng)壓變小，通過先關(guān)1-7#門，而8-18#門延時關(guān)門，使得1-7#門的風(fēng)壓分散。即將8-18#門關(guān)門指令響應(yīng)延遲時間設(shè)置為1S，從而實現(xiàn)1-7#門比8-18#門先關(guān)門，使得風(fēng)壓可以通過8-18#門卸掉部分，減少對1-7#門影響。該方案效果良好，故障發(fā)生大大降低。

5 結(jié)束語

屏蔽門在軌道交通運輸中地位越來越重要，無論是對乘客安全或者能源節(jié)約有著不可替代地位，然而隨著地鐵的發(fā)展及客流增大對地鐵速度的要求，高密度行車導(dǎo)致屏蔽門發(fā)生的問題也越來越多。只有不斷對屏蔽門進(jìn)行研究摸索，不斷地總結(jié)經(jīng)驗和改進(jìn)，才能讓屏蔽門更好的為地鐵服務(wù)。