城市軌道交通閘機扇門模塊的設計與研究

徐杰

（南京地鐵運營有限責任公司 江蘇南京　210012）

城市軌道交通閘機扇門模塊的設計與研究

徐杰

（南京地鐵運營有限責任公司 江蘇南京210012）

隨著城市的快速發(fā)展，城市軌道交通正大規(guī)模進行建設，作為軌道交通建設的重要組成部分，閘機對保障乘客順利通行和軌道交通的安全至關重要，以乘客快速通行和安全并重為出發(fā)點，使用扇門的閘機無疑是最優(yōu)選擇。但是我國扇門型閘機起步較晚，技術落后于德國、日本等發(fā)達國家，為有效降低國內(nèi)扇門型閘機生產(chǎn)成本，本文借鑒國外先進經(jīng)驗，對閘機扇門這一模塊進行設計與研究。

閘機扇門；設計；軌道交通；模塊

1　減振設計

主要是機械振動的化解。在扇門和機架之間安裝隔振彈簧加阻尼器減少振動傳給扇門的動載荷，解決不平衡振動。選擇容易成形、剛度較大、有蠕變效應、并且能夠和金屬彈簧配合使用效果好的緩沖材料儲存沖擊作用的能量，化解沖擊振動。使用端部結構為外臂式扭轉的圓柱螺旋扭轉彈簧和橡膠減振器可以避免機架支承產(chǎn)生大幅度自由振動。

2　門架設計

門架用空心矩形截面比較合適，同時空心矩形內(nèi)腔好裝其它零件，形狀如圖1。門架接近底座處最容易受到?jīng)_擊，最大的載荷來至人為沖擊產(chǎn)生的彎矩，計算得知此截面的沖擊彎矩應該小于等于1kN·m。門架使用鈑金厚h定為2mm，而門架的厚度a與門扇的厚度則均為50mm。

圖1　門架截面圖

圖2　搖臂結構

3　搖臂設計

搖臂主要是帶動門架旋轉，是曲柄搖桿的重要組成成分。搖臂較長，受力主要是在曲柄搖桿轉動平面內(nèi)并且受力不大，適合用鈑金件制造，如圖2，在1處設折彎增強搖臂抗彎能力，在2處設兩次折彎在增強抗彎能力的同時，進行裝配定位。

4　機架設計

機架的設計重點是保證其結構的要具備較強的硬度以及穩(wěn)定性。因此，機架就應當要采用8mm厚的鋼材進行焊接，并在機架表面受載荷位置的下表面焊接布置一個加強的結構壁板。

5　軸承設計

軸承應當選擇型號是：“2815”，外徑是32mm，內(nèi)徑是28mm的“往復運動軸承”。在扇門軸上依次裝入并固定門架轉動軸承及門架、機座、搖臂轉動軸承、定位孔圈，定位孔圈要固定搖臂，最后裝入扭轉彈簧，并確定軸的各段直徑和長度，軸肩的高度h設計成（0.07～0.1）d。其中，d代表的是與零件相配合處的軸徑尺寸。

6　電機的選擇

選擇電機時，其輸出功率必需要大于523W，蝸桿減速器的蝸桿轉速不超過1500r/min，電機輸出軸額定轉速應小于1500r/min。同時根據(jù)扇門啟停頻率高、對比功率要求高等特點，最好選用“無刷直流電機”。

7　自動回縮裝置及傳感器

自動回縮機構由彈性元件和電磁鐵組成。選用彈簧材料作為彈性元件，將其與電磁鐵鐵芯接觸的地方設計為斜面，使其在工作時對鐵芯產(chǎn)生豎向推力作用，不工作時產(chǎn)生橫向推力。電磁鐵的推力范圍應當在55～180N的范圍之內(nèi)。扇門上還需要在三處安裝傳感器，分別是：兩個限位傳感器和一個自動回縮限位開關。前者實現(xiàn)扇門的到位檢測功能，而后者則主要監(jiān)測自動回縮裝置的連接狀態(tài)，以控制回縮裝置的開啟或者是關閉。

8　控制系統(tǒng)

8.1控制器及算法

在功能相同的情況下，從成本的角度上考慮，選用“單片機”作為微型計算機，以控制扇門的閉合與開啟。同時采用“PID算法”對電機進行速度調節(jié)，從而達到調節(jié)扇門轉速的目的。

8.2電路設計8.2.1控制電機的電路。

驅動扇門工作的電機用無位置傳感器的無刷直流電機，采用“反電動勢法”檢測轉子位置，實現(xiàn)無刷直流電機的無位置傳感器換相控制。無刷直流電機的控制電路以集成電路芯片為主，選擇“TB9060FN芯片”，該芯片是三相全波無刷直流電動機無傳感器控制器集成電路，能夠實現(xiàn)三相無刷直流電機的無傳感器控制和PWM調速控制，僅用三條引線即可以完成對電機的控制。

8.2.2控制傳感器的電路。

扇門傳感器輸入的是狀態(tài)信號，其開關輸入電路主要用光耦，在光藕輸入端安裝LED指示燈，可監(jiān)測傳感器通路狀況，但輸入和輸出端必須隔離，輸入端的電阻要通過傳感器輸入的電壓和光藕本身所需電流計算。

9　結束語

城市軌道交通閘機扇門設計與研究是一項涉及動力、電力、嵌入式計算機等多學科多技術融合的系統(tǒng)工作，需要不斷實踐與研究，才能設計出符合我國實際的扇門閘機來。本文在需對設計和研究方面還存在缺陷，希望能起到拋裝引玉的作用，對我國扇門型閘機生產(chǎn)有所幫助。

U239.5

A

1673-0038（2015）20-0224-02

2015-4-26