地鐵車輛客室車門鎖閉機構改造應用研究

王清永

(天津市地下鐵道運營有限公司 天津 300222)

隨著我國經濟的高速發(fā)展、城市化進程的加快，城市軌道交通成為城市公共交通系統(tǒng)越來越重要的組成部分，地鐵以準點、環(huán)保、舒適等優(yōu)點成為市民出行的首選交通工具，天津地鐵目前運營線路達到6條。地鐵車輛客室門在運營過程中動作頻繁、故障率高，直接影響運營質量及安全性、舒適性、可靠性。天津地鐵1號線車輛客室車門為電動塞拉門，其鎖閉機構采用35C型制動器，隨著運營年限的增長，逐漸表現(xiàn)出了瞬時鎖閉失效的問題，通過本次改造，解決了鎖閉機構瞬時鎖閉失效的故障問題，提高了運營可靠性和安全性。

1 客室車門工作原理和功能

客室車門系統(tǒng)由門控器、驅動電機、鎖閉機構、絲桿、螺母副、攜門架、門扇等部分組成。

電子門控器和驅動電機是客室車門動作的控制和動力元件。驅動電機、鎖閉裝置、絲桿以機械結構形式相連接，絲桿正反方向的旋轉驅動螺母副平行移動，螺母副與攜門架連接，門扇通過攜門架和頂部機構實現(xiàn)運動自由度。通過司機室內的集控開關或信號系統(tǒng)向每個車門的門控器發(fā)送開關門指令，門控器控制電機驅動絲桿螺母副實現(xiàn)門扇的擺動和平移運動。在車門關閉時，電機不持續(xù)輸出關門力，而是由鎖閉機構實現(xiàn)車門鎖閉，鎖閉機構具備緊急解鎖功能(見圖1)。

圖1 客室車門工作原理圖

客室車門同時具備自身故障檢測[1]、故障隔離、內外緊急解鎖、障礙物檢測防夾等功能。

2 制動器型鎖閉機構工作原理

車門驅動電機與制動器的主動軸連接，絲桿與制動器的從動軸連接。允許主動軸端(驅動電機連接側)正反旋轉，限制從動軸端(絲桿連接側)單向旋轉(開門方向)是35C型制動器的工作特性?？褪议T系統(tǒng)正常工作時，驅動電機驅動絲桿正反向自由旋轉，進而實現(xiàn)客室門的開閉。為保證緊急情況下的車門開啟，制動器單獨設置了釋放手柄，該手柄通過鋼絲繩與客室內緊急解鎖裝置連接，操作緊急解鎖裝置后，制動器失去單向鎖閉功能，客室車門可通過手動開啟[2]，如圖2所示。

圖2 35C型制動器

圖3 35C型制動器內部制動原理圖

制動器由圓柱滾子、絲桿連接軸凸輪面和套實現(xiàn)單向鎖閉功能(見圖3)。

(1)電動開門：電機連接軸逆時針轉動時，推動圓柱滾子離開自鎖位置，圓柱滾子接觸絲桿連接軸后帶動絲桿連接軸同步逆時針轉動，實現(xiàn)電動開門。

(2)電動關門：電機連接軸順時針轉動時，先推動絲桿連接軸，然后推動圓柱滾子實現(xiàn)電機連接軸到絲桿連接軸的傳動，實現(xiàn)電動關門。

(3)手動關門：絲桿連接軸順時針轉動時，圓柱滾子與絲桿連接軸之間的釋放區(qū)變小，絲桿連接軸推動圓柱滾子接觸電機連接軸后實現(xiàn)傳動，實現(xiàn)手動關門。

(4)手動開門鎖閉：絲桿連接軸逆時針轉動時，楔緊區(qū)有變小的趨勢，楔緊區(qū)變小，則摩擦角變小，而由于圓柱滾子在當前位置是摩擦的自鎖角，因此絲桿連接軸不能逆時針轉動，無法實現(xiàn)手動開門。

3 35C型制動器鎖閉機構瞬時鎖閉失效問題分析

在進行地鐵車輛檢修作業(yè)時發(fā)現(xiàn)有車門關門后鎖閉不良并且反彈的情況，出現(xiàn)了鎖閉不可靠的現(xiàn)象。對制動器進行拆解后發(fā)現(xiàn)絲桿連接軸凸輪面有異常磨損，影響了圓柱滾子與絲桿連接軸和套之間的摩擦角，進而導致在某一位置出現(xiàn)瞬時鎖閉失效問題(見圖4)。

圖4 35C型制動器絲桿連接軸凸輪面磨損

4 改造方案

針對上述問題，天津市地下鐵道運營有限公司(以下簡稱天津地鐵公司)對1號線既有地鐵車輛客室車門鎖閉機構進行了相關改造，改造為LS型鎖閉機構。

4.1 LS型鎖閉機構工作原理

LS型鎖閉機構的工作是由絲桿和傳動螺母配合完成的，絲桿上布置有螺旋槽，螺旋槽分為工作段、鎖閉段和過渡段，其中工作段的摩擦角小于螺旋升角，鎖閉段的摩擦角大于螺旋升角，過渡段介于工作段和鎖閉段之間?？褪臆囬T動作中滾動銷通過絲桿過渡段時，絲桿的螺旋升角由非自鎖逐漸過渡到自鎖的螺旋升角，摩擦角大于螺紋的螺旋升角時，實現(xiàn)了LS型鎖閉機構的自鎖功能(見圖5)。當傳動螺母的滾動銷進入鎖閉段時，僅絲桿能驅動傳動螺母，而傳動螺母無法驅動絲桿，因此實現(xiàn)在客室車門鎖閉后手動拉動門扇無法開門，只能通過電機轉動或通過緊急解鎖帶動絲桿轉動解鎖。當電子門控器控制電機帶動絲桿反轉時，滾動銷從絲桿的鎖閉段脫離出來，實現(xiàn)無源自解鎖，在這個過程中螺母組件不能移動，因此螺母套跟隨絲桿反向旋轉，又再現(xiàn)了一個相對轉動的過程，電動解鎖后，螺母套與滾動銷保持這個角度至開門到位。操作緊急解鎖裝置實現(xiàn)手動解除鎖閉時，通過鋼絲繩拉動中間解鎖裝置，解鎖裝置作用于螺母套，帶動螺母套、塑料螺母和絲桿共同向解鎖方向旋轉，轉動到一定的角度，滾動銷離開絲桿的鎖閉段，從而實現(xiàn)了緊急手動解鎖功能。

圖5 LS型鎖閉機構

4.2 LS型鎖閉機構優(yōu)點

(1)可靠性較高。依靠螺旋副的自鎖原理鎖閉，不會因列車運行等因素引起的振動導致車門解鎖。

(2)舒適性高。鎖閉機構工作依靠傳動螺母和絲桿滾動摩擦完成，沖擊振動小、噪聲低、運動平穩(wěn)性高。

(3)便于維修。鎖閉機構的組成部件少、結構簡單、便于檢查與維修[3]。

4.3 臺架試驗驗證

改造前對POM螺母、滾動銷和絲桿開展臺架試驗，如表1、表2所示，試驗結果良好。

4.4 實際裝車運行情況

天津地鐵公司對1號線既有地鐵車輛客室車門鎖閉機構進行了改造，改造為LS型鎖閉機構，根據(jù)改造后的運行數(shù)據(jù)，與改造前運行數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)門系統(tǒng)的固有可靠性和服務可靠性大幅度提高，如圖6所示。

表1 POM螺母試驗記錄

表2 滾動銷和絲桿臺架試驗記錄 /mm

圖6 天津地鐵1號線改造前后可靠性對比圖

5 結束語

目前天津地鐵1號線既有地鐵車輛改造完后運行了1年時間，LS型鎖閉機構故障率低，解決了35C型制動器瞬時鎖閉失效問題，運營可靠性、安全性得到了有效提升。結合應用效果，后期將在天津地鐵新建線路上對LS型鎖閉機構進行推廣應用。