新一代臥鋪動車組塞拉門防擠壓功能分析

摘 要：通過對塞拉門防擠壓功能的標準要求對比以及防擠壓結(jié)構(gòu)以及工作原理、防擠壓力的測試對比進行分析，說明目前塞拉門的防擠壓結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠滿足新一代臥鋪動車組對車門防擠壓功能的要求。

關(guān)鍵詞：新一代臥鋪動車組；塞拉門；防擠壓結(jié)構(gòu)；防擠壓功能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.193

隨著高速動車組的蓬勃發(fā)展，每天有大量的動車組運行在祖國的大江南北，塞拉門做為一個重要的系統(tǒng)為旅客提供上下車的通道越來越引起車輛制造廠家以及運營部門的重視?，F(xiàn)代動車組都具備智能診斷系統(tǒng)，與傳統(tǒng)列車相比只需要很少的列車員提供旅客服務(wù)。因此，旅客在上下車時不能保證每個車門旁邊都有列車員提供服務(wù)，這樣塞拉門在關(guān)門時具備正確的防擠壓功能就顯得十分重要；

防擠壓功能的實現(xiàn)目標：在門關(guān)閉的過程中，盡可能防止旅客或旅客的物品、行李等被門擠壓，無法通過。由于新一代臥鋪動車組增加車體氣密性的要求，車內(nèi)從4000Pa下降到1000Pa的時間不低于50s，使得塞拉門在一定的氣動載荷的作用下，既要能夠保證正常的開關(guān)門，關(guān)門之后又要能夠滿足車體氣密性的要求，即：既要保證關(guān)門狀態(tài)下，對關(guān)門力的要求，又要滿足防擠壓力的要求，因此，對防擠壓功能的實現(xiàn)方式要求更高。

一般塞拉門的防擠壓功能有兩種實現(xiàn)方式，第一種由門驅(qū)動電機依靠檢測電機電流提供的防擠壓功能，第二種是由敏感膠條依靠檢測電阻變化提供的防擠壓功能。第一種方式是以塞拉門在關(guān)閉過程中，如果碰到障礙物阻礙塞拉門運動，驅(qū)動電機被堵轉(zhuǎn)，電流快速上升觸發(fā)信號，門停止運動轉(zhuǎn)而開門。此種方式觸發(fā)響應(yīng)時間較長，在遇到小孩或老人時存在發(fā)生擠傷的風險。第二種方式的優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)更短的響應(yīng)時間，使得安全性更高。本文主要探討第二種方式實現(xiàn)的防擠壓功能。

1 防擠壓功能的判斷標準優(yōu)化

在討論防擠壓功能之前，首先澄清擠壓力的概念。塞拉門在關(guān)閉的過程中，遇到障礙物，產(chǎn)生的擠壓力由小到大， 中間會有波動起伏，然后擠壓力達到峰值，塞拉門停止關(guān)閉進入開門的過程，此時擠壓力開始下降直到為零。上述描述的塞拉門擠壓力或者說塞拉門對障礙物產(chǎn)生的沖擊力在EN14752：2005中的定義如下：

Fp：關(guān)門嘗試力的最大值：N

Fe：受擠壓的過程中，擠壓力的平均值，即關(guān)門有效力：N

T：t2-t1從關(guān)門嘗試力超過50N開始上升到最大擠壓力，之后開門擠壓力降低，低于50N結(jié)束時的時間差。

在上述標準中，關(guān)于擠壓力的標準要求：

（1）關(guān)門嘗試力峰值Fp≤300N

（2）第一次關(guān)門有效力Fe≤150N

（3）進一步關(guān)門嘗試有效力FE≤200N

塞拉門產(chǎn)生的擠壓力-時間曲線如下圖1所示：圖中可以看出矩形陰影的面積等于實際擠壓力曲線從時刻t1到t2的面積。

如果實際擠壓力的曲線因為隨機的原因發(fā)生了波動導(dǎo)致等效面積增大，如圖2所示，第一次關(guān)門有效力會大于150N。這種情況下的關(guān)門嘗試力峰值Fp保持不變。按EN14752：2005標準中定義的Fe的取樣區(qū)間是從擠壓力大于50N時開始計算，防擠壓開始動作時擠壓力回落到50N時結(jié)束取樣，以下圖3為例，如果在一個很短的時間內(nèi)（比如0.1秒）擠壓力發(fā)生波動，此時檢測Fe很有可能大于標準要求。通過分析圖形可知，如果延長檢測時間，那么Fe可以低于標準要求，如圖4所示。

對于大多數(shù)人來說，對關(guān)門力的有效值并不敏感，對關(guān)門力峰值更為敏感，相對而言，采用關(guān)門力的峰值進行評價更為合理。以上的例子也清楚的表明以關(guān)門力峰值Fp作為唯一檢測標準比較合理。

在最新的EN14752：2015標準中，取消了關(guān)門有效力的判斷標準，僅僅采用了關(guān)門力峰值Fp作為唯一的判據(jù)。關(guān)門力峰值的計算時間曲線如圖5所示，因此，此次防擠壓功能的結(jié)構(gòu)優(yōu)化將依據(jù)最新的EN14752：2015的標準執(zhí)行。

F：同一點測量的關(guān)門嘗試力多個峰值的的算術(shù)平均值；N。

n：次數(shù)。

Fp：在T=t2-t1時間內(nèi)，從關(guān)門擠壓力超過100N開始上升到最大擠壓力，之后開門擠壓力降低，低于100N結(jié)束時的時間過程中，擠壓力的最大值：N。

2 新一代臥鋪動車組的防擠壓結(jié)構(gòu)

新一代臥鋪動車組的防擠壓結(jié)構(gòu)由周邊密封膠條，內(nèi)護指密封膠條以及充氣密封膠條組成，在周邊密封膠條以及內(nèi)護指密封膠條內(nèi)部復(fù)合有敏感邊。防擠壓的基本結(jié)構(gòu)見圖6所示：

3 防擠壓功能的工作原理

塞拉門的防擠壓功能是通過檢測安裝在密封膠條內(nèi)敏感邊的脈沖信號實現(xiàn)的。敏感邊外觀為多孔的橡膠條，內(nèi)部包括電子開關(guān)元件。當擠壓橡膠條時，內(nèi)部電子元件觸發(fā)產(chǎn)生電脈沖信號發(fā)送給門控制器。防擠壓功能的工作原理圖如圖7所示：

圖中可以發(fā)現(xiàn)，內(nèi)外感應(yīng)邊，是由兩組2.2kΩ電阻并聯(lián)上0～300Ω電阻構(gòu)成的，周邊密封膠條是外部防擠壓感應(yīng)膠條，內(nèi)護指膠膠條是內(nèi)部防擠壓感應(yīng)膠條，由門的內(nèi)、外邊緣膠皮分別包裹，二者是同樣工作原理。里面分別有內(nèi)側(cè)、外側(cè)防擠壓工作回路。以外部防擠壓回路為例，當門正常運行或靜止，沒有碰到障礙物時，防擠壓膠條內(nèi)部電阻保持在1200Ω左右。當門運動過程中，感應(yīng)膠條任何一個地方碰觸到障礙物時，相當于圖中SE開關(guān)閉合，將電阻短路，回路中電阻將降為100Ω以下。此時，門控制器通過防擠壓回路輸入其電流大小的變化，判斷有障礙物阻止門運動，門控制器將發(fā)出相應(yīng)的命令使門停止或反向運動。

4 不同防擠壓結(jié)構(gòu)的防擠壓力試驗對比

不同阻值的敏感邊和不同外型的密封膠條的組合配置對擠壓力有較大影響，為了滿足空氣動力學(xué)對車門氣密性的要求，新一代臥鋪動車組車門防擠壓密封膠條，在不銹鋼動車組車門防擠壓密封膠條的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化改進，不銹鋼動車組防擠壓力測試結(jié)果如圖8所示，新一代臥鋪動車組防擠壓力測試結(jié)果如圖9所示。

同時，對改進前后的膠條防擠壓力進行了對比測試：

將力傳感器作為障礙物放置在車門內(nèi)，測試面正對著該感應(yīng)邊后，對打開狀態(tài)下的車門發(fā)出關(guān)門指令，測量障礙物受力，測試過程為：關(guān)門時檢測到障礙物后，電機停止轉(zhuǎn)動，3s后反轉(zhuǎn)，門頁向回運動停止：

測試結(jié)果如下：不銹鋼動車組用防擠壓密封結(jié)構(gòu)如圖10所示，新一代臥鋪動車組防擠壓密封結(jié)構(gòu)如圖11所示。

5 結(jié)論

經(jīng)過比較，新一代臥鋪動車組防擠壓結(jié)構(gòu)安全可靠，既滿足車體氣密性的要求，又符合最新的EN標準對防擠壓力的要求，能夠有效地實現(xiàn)車門的防擠壓功能，是目前車門防擠壓功能的一大改進，能夠滿足新一代臥鋪動車組對車門的要求。

參考文獻：

[1]BSI Standards Publication BS EN 14752：2015 Railway applications-Bodyside entrance systems for rolling stock EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION 2015：59-61.

[2]European standard EN14752：2005 Railway applications -Bodyside entrance systems EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION 2005：44-47.

作者簡介：劉愛伶（1972-），女，滿族，河北遵化人，本科，學(xué)士學(xué)位，工程師，研究方向：高速動車組機械系統(tǒng)設(shè)計，成就：高速動車組車門系統(tǒng)設(shè)計以及空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計。