地鐵安全門電磁鎖的優(yōu)化研究

文/劉遠(yuǎn)輝,南京康尼電子科技有限公司

地鐵安全門電磁鎖的優(yōu)化研究

文/劉遠(yuǎn)輝,南京康尼電子科技有限公司

本文首先介紹了地鐵安全門電磁鎖電氣原理，然后分析了地鐵安全門電磁鎖主要功能與設(shè)計(jì)理念，最后探討了地鐵安全門電磁鎖電氣理論設(shè)計(jì)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

地鐵安全門；電磁鎖；設(shè)計(jì)

城市軌道交通站臺(tái)安全門系統(tǒng)是一種專用于地鐵站臺(tái)的防護(hù)性系統(tǒng)。通過安全門的控制系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)地鐵列車的車門與該系統(tǒng)站臺(tái)安全門中的活動(dòng)門之間的同步操作。列車未到站時(shí)，站臺(tái)安全門關(guān)閉，將候車旅客與軌道隔離開；在列車到站以后，站臺(tái)安全門的活動(dòng)門與列車車門同步打開，乘客可以通過活動(dòng)門直接出入列車車廂，為候車旅客提供了絕對的安全保障。在安全門系統(tǒng)中，電磁鎖作為一種安全保障設(shè)備，對安全門的正常工作起著至關(guān)重要的作用。然而，在現(xiàn)有的安全門系統(tǒng)中，電磁鎖往往是故障率最高的設(shè)備。這種現(xiàn)象既與其特殊的功能密不可分，也與現(xiàn)有設(shè)計(jì)存在缺陷相關(guān)。

1 地鐵安全門電磁鎖電氣原理

在屏蔽門系統(tǒng)中，電磁鎖的主要功能為：①在未收到開門命令時(shí)，電磁鎖鎖銷處于伸出狀態(tài)，觸發(fā)鎖閉機(jī)構(gòu)，阻止滑動(dòng)門沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，防止不正當(dāng)理由的開門動(dòng)作；②在收到開門命令后，電磁鎖鎖銷可迅速(少于 200ms)吸回，使鎖閉機(jī)構(gòu)釋放，不再阻擋滑動(dòng)門的開關(guān)動(dòng)作；③在滑動(dòng)門從開門狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)后，電磁鎖鎖銷釋放回伸出狀態(tài)，觸發(fā)鎖閉機(jī)構(gòu)，同時(shí)給出反饋信號(hào)，告知屏蔽門狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)門已鎖緊。

電磁鎖的核心部件是電磁鐵。當(dāng)電磁鐵線圈通電時(shí)，銜鐵帶動(dòng)鎖銷支架、鎖銷、遮光板一起動(dòng)作，復(fù)位彈簧被壓縮，遮光板遮斷解鎖位置傳感器的光線，解鎖位置傳感器通過傳感器連接器發(fā)出真值為“1”的返信。當(dāng)電磁鐵線圈斷電時(shí)，在復(fù)位彈簧作用下，鎖銷支架帶動(dòng)鎖銷、電磁鐵銜鐵、遮光板一起動(dòng)作，遮光板遮斷鎖定位置傳感器的光線，鎖定位置傳感器通過傳感器連接器發(fā)出真值為“1”的返信。至此，電磁鎖解鎖鎖定各1次，對應(yīng)屏蔽門開關(guān)各1次。

2 地鐵安全門電磁鎖主要功能與設(shè)計(jì)理念

2.1 主要功能

在安全門系統(tǒng)中，電磁鎖的主要功能為：

2.1.1 在未收到開門命令時(shí)，電磁鎖鎖舌處于伸出狀態(tài)，觸發(fā)鎖閉結(jié)構(gòu)，阻止滑動(dòng)門沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，防止不正當(dāng)理由的開門動(dòng)作(如個(gè)別乘客從站臺(tái)側(cè)強(qiáng)行開門)。

2.1.2 在收到開門命令后，電磁鎖鎖舌可以迅速(少于200ms)吸回，使鎖閉結(jié)構(gòu)釋放，不阻擋滑動(dòng)門的開關(guān)動(dòng)作。

2.1.3 在滑動(dòng)門從開門狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)后，電磁鎖鎖舌釋放回伸出狀態(tài)，觸發(fā)鎖閉機(jī)構(gòu)，同時(shí)給出反饋信號(hào)，告知監(jiān)控系統(tǒng)門已鎖緊。

2.2 設(shè)計(jì)理念

針對地鐵安全門系統(tǒng)的實(shí)際需要，電磁鎖應(yīng)具備以下性能：

2.2.1 高壽命。由于安全門必須伴隨著列車的進(jìn)出站做多次開關(guān)動(dòng)作，而電磁鎖又是控制安全門開關(guān)動(dòng)作的關(guān)鍵器件，所以，在設(shè)計(jì)過程中，必須考慮電磁鎖的壽命。根據(jù)運(yùn)營部門的相關(guān)要求，安全門必須通過百萬次壽命試驗(yàn)，這就要求電磁鎖應(yīng)無故障運(yùn)行100萬次。

2.2.2 高精確度。電磁鎖的狀態(tài)問接反應(yīng)了滑動(dòng)門的狀態(tài)，所以電磁鎖的每一個(gè)動(dòng)作都必須精確反饋回監(jiān)控系統(tǒng)。針對運(yùn)營方的實(shí)際需求，其誤報(bào)率應(yīng)低于10-6。

2.2.3 低能耗。電磁鎖屬于有源耗能器件，尤其是在啟動(dòng)瞬間，單個(gè)電磁鎖的熱功率可達(dá) 150W以上，所以，通過合理的電氣設(shè)計(jì)來降低電磁鐵的熱功率，將會(huì)大大減少能耗。

2.2.4 低噪聲。電磁鐵在動(dòng)作的過程中由于撞擊和摩擦等一系列原因會(huì)發(fā)出噪聲，如果處理不當(dāng)，將會(huì)對周圍環(huán)境造成噪聲污染。根據(jù)CJ／T236-2006中的相關(guān)規(guī)定：電磁鎖在正常工作時(shí)，水平距其1m處的噪聲測量值必須低于70dB。

3 地鐵安全門電磁鎖電氣理論設(shè)計(jì)

電磁鎖的壽命、行程、起動(dòng)力和保持力等重要指標(biāo)都與電磁鐵的性能直接相關(guān)。電磁鐵的參數(shù)之間有著相互制約的關(guān)系，必須全面考慮，從而實(shí)現(xiàn)滿足設(shè)計(jì)要求的最優(yōu)參數(shù)配置。

3.1 行程：由于工程實(shí)際需要，電磁鐵的行程一般選擇為8mm，這樣既可以滿足鎖舌鎖定門體的需求，也在保證安全的情況下降低了電磁鐵的體積、功率等參數(shù)。

3.2 供電：根據(jù)安全門供電系統(tǒng)的特性，電磁鎖的優(yōu)選供電電壓分為DC110V和DC24V兩種。在該型電磁鐵的設(shè)計(jì)中，DC110V電源用于啟動(dòng)電磁鐵使其行程歸零，DC24V電源用于保持電磁鐵的吸合狀態(tài)。如果單一采用DC110V電源為電磁鎖供電，會(huì)產(chǎn)生較高的功率損耗，同時(shí)產(chǎn)生大量的熱量，使電磁鐵的壽命極大地縮短；如果單一使用DC24V電源，就必須加倍增大電磁鐵的體積。

3.3 吸合力：考慮電磁鎖內(nèi)的彈簧強(qiáng)度、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)質(zhì)量和整體抗振性能，只要電磁鐵的吸合力始終大于23N，電磁鎖就可以穩(wěn)定運(yùn)行。電磁鐵的核心功能是實(shí)現(xiàn)吸合和釋放兩個(gè)動(dòng)作。所以，理論計(jì)算的重點(diǎn)，就是確定電磁鐵的理論吸合力是否能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

4 地鐵安全門電磁鎖機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

電磁鎖傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將電磁鎖鎖舌與電磁鐵鐵心進(jìn)行有效連接，使電磁鐵的鐵心可以帶動(dòng)鎖舌進(jìn)行吸合、釋放運(yùn)動(dòng)。電磁鐵的動(dòng)作檢測裝置安裝在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，因此，動(dòng)作檢測裝置的設(shè)計(jì)與傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)是息息相關(guān)的。

4.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

電磁鐵工作時(shí)，鐵心不能承受側(cè)向沖擊力。因?yàn)閭?cè)向沖擊力會(huì)極大地增加電磁鐵鐵心與內(nèi)壁問的摩擦力，造成鐵心與內(nèi)壁的磨損，降低壽命。同時(shí)，由于鐵心的偏心作用，內(nèi)部氣隙的均勻程度也會(huì)發(fā)生改變，從而顯著減小電磁鐵的吸合力，甚至引發(fā)卡殼。若鎖舌與電磁鐵鐵心直接相連，那么由于杠桿作用，鎖舌上發(fā)生的極小側(cè)向位移都將導(dǎo)致電磁鐵鐵心發(fā)生較大的側(cè)向位移。

4.2 動(dòng)作檢測裝置

現(xiàn)有電磁鎖的動(dòng)作感應(yīng)裝置主要由微動(dòng)開關(guān)和光電開關(guān)兩種。主流的做法是將傳感器安裝在鎖體內(nèi)壁上，在傳動(dòng)桿上安裝一個(gè)伸出的觸片，通過感應(yīng)這個(gè)觸片的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)對鎖舌動(dòng)作的檢測。然而，該方式需要在電磁鐵鐵心上加裝限位防轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，這將增大鐵心與電磁鐵內(nèi)部襯套之間的摩擦，甚至?xí)l繁引發(fā)卡殼。合理的優(yōu)化措施是將觸片換為360°的環(huán)狀擋片，并且采用雙側(cè)微動(dòng)開關(guān)設(shè)計(jì)，這樣就不用加裝鐵心防轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。

5 結(jié)語

電磁鎖作為安全門系統(tǒng)中的安全保障設(shè)備，對安全門的正常工作至關(guān)重要但是，由于高強(qiáng)度使用，電磁鎖會(huì)產(chǎn)生卡阻、無返饋信號(hào)等故障，給站內(nèi)運(yùn)營和維修人員帶來了諸多困擾。如何降低電磁鎖故障率、降低屏蔽門運(yùn)營維護(hù)成本成為亟需解決的現(xiàn)實(shí)問題。

[1]金碧筠．列車車門及站臺(tái)屏蔽門的開／關(guān)門時(shí)序研究[J]．城市軌道交通研究，2013(8)

[2]陳韶章．地下鐵道站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)[M]．北京：科學(xué)出版社，2005