基于ABAQUS的塞拉門可加熱密封條設(shè)計(jì)

常杰 蘇悅 顧可

摘 ?要：塞拉門是鐵路客車的重要組成部分，經(jīng)過國產(chǎn)化的研究與發(fā)展，目前國產(chǎn)塞拉門已經(jīng)十分成熟，在運(yùn)行過程中，塞拉門能否保證其良好的開啟和關(guān)閉狀態(tài)至為關(guān)鍵，但客運(yùn)列車在北方嚴(yán)寒季節(jié)運(yùn)用時(shí)，塞拉門容易受雨雪和冰凍的影響。文章在原有基礎(chǔ)上改進(jìn)塞拉門密封條，設(shè)計(jì)了一種可智能加熱的密封條，解決了密封條與塞拉門之間結(jié)冰問題。

關(guān)鍵詞：塞拉門;密封條;智能加熱

中圖分類號(hào)：U270 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）24-0034-03

Abstract： The sliding plug door is an important part of the railway passenger car. After the research and development of localization， the domestic sliding plug door has been very mature. In the process of operation， it is crucial whether the sliding plug door can ensure its good opening and closing state. However， when passenger trains are used in the northern cold season， sliding plug doors are easily affected by rain， snow and freezing. In this paper， the sealing strip of the sliding plug door is improved on the basis of the original， and a kind of sealing strip which can be heated intelligently is designed， thus solving the icing problem that may happen between the sealing strip and the sliding door.

Keywords： sliding plug door; sealing strip; intelligent heating

1 概述

塞拉門的密封性能保證乘客的乘坐舒適度，同時(shí)降低車內(nèi)噪音與運(yùn)行阻力，因此提高列車塞拉門密封性能至關(guān)重要。而塞拉門門扇的密封膠條則是實(shí)現(xiàn)車門密封的重要組件，因此，合理的塞拉門密封膠條設(shè)計(jì)，將影響塞拉門整體性能。

我國幅員遼闊，各地的自然條件差異較大，客運(yùn)列車在嚴(yán)寒季節(jié)運(yùn)用時(shí)，因?yàn)槭苡暄┖捅鶅龅挠绊?，塞拉門常出現(xiàn)無法正常開啟或關(guān)閉的現(xiàn)象，這不僅影響了乘客上下車，極大地降低了客車乘坐的舒適度，更嚴(yán)重者，還會(huì)導(dǎo)致塞拉門的密封性能降低。密封較差甚至失效，使得塞拉門門框周邊的氣動(dòng)與電動(dòng)元件在低溫下無法動(dòng)作，進(jìn)而使車輛氣動(dòng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)處于作用不良甚至癱瘓。有時(shí)手動(dòng)解鎖裝置也無法克服導(dǎo)軌或密封的冰凍阻力，使塞拉門手動(dòng)開關(guān)作用不良。而在車輛運(yùn)用過程中，塞拉門的開閉十分頻繁，如此惡性循環(huán)會(huì)造成塞拉門在運(yùn)行中無法完全關(guān)閉，更有甚者塞拉門的縫隙達(dá)到了100mm以上，這對(duì)乘客的人身安全造成了很大的威脅。

2 總體設(shè)計(jì)方案

新型塞拉門密封裝置的目的是使密封條加熱，加熱到融冰溫度，使加熱密封條與塞拉門門頁密封條容易分離，且密封條加熱可以使密封條的性能不受嚴(yán)寒環(huán)境影響，延長(zhǎng)密封條的使用壽命，因此該設(shè)計(jì)需要有以下幾個(gè)內(nèi)容：

（1）該密封裝置由加熱密封條、隔熱層、粘合層、加熱電路控制單元四大部分組成。

（2）加熱密封條與隔熱層之間用黏合劑連接，在靜力學(xué)分析時(shí)可設(shè)置為全約束，隔熱層的設(shè)計(jì)主要是防止車體長(zhǎng)期受熱導(dǎo)致變形。

（3）門頁密封條仍使用原塞拉門的密封條，因此加熱密封條的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮原密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸。

（4）電路控制單元安裝在側(cè)墻上，需要考慮旅客及乘務(wù)人員的安全性。

（5）加熱源安裝在加熱密封條的內(nèi)部，而密封條內(nèi)部空間較小，因此需要謹(jǐn)慎進(jìn)行加熱源的選擇。

（6）考慮列車的供電電壓為DC600V，AC380V，AC220V，因此要根據(jù)列車供電的兼容性設(shè)計(jì)加熱源的工作電壓。

（7）由于加熱膜安裝在密封條內(nèi)部，因此要根據(jù)整體裝置設(shè)計(jì)故障及檢修方案。

3 三維模型設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用SolidWorks軟件完成密封條的初步設(shè)計(jì)，所繪制的密封條基本外形尺寸根據(jù)現(xiàn)有的鐵路客車塞拉門技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，確保能與塞拉門完美匹配?？紤]到密封條中加熱裝置的安裝空間、密封條的緩沖作用以及應(yīng)力集中，在密封條中做了挖孔設(shè)計(jì)，初始設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如2所示。

在ABAQUS中進(jìn)行初步靜力學(xué)分析，分析計(jì)算完成后，進(jìn)入可視化模塊，看到變形后的應(yīng)力云圖，由圖3可知，密封條凹槽處應(yīng)力集中，使密封條有巨大形變，此時(shí)密封條出現(xiàn)壓潰，因此需要對(duì)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行優(yōu)化。

為了消除應(yīng)力集中，將兩個(gè)凹槽的弧度減緩，增大圓角，圖4為優(yōu)化后的截面圖。

將優(yōu)化后結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析，從圖5中可看出，密封條未發(fā)生較大形變，密封條所受最大應(yīng)力部位在左右兩個(gè)通孔的下表面，最大應(yīng)力為2.75e+03Pa，未超過該材料的許用應(yīng)力4.157MPa。因此，密封條仿真結(jié)果合格。

4 加熱控制電路設(shè)計(jì)

此加熱控制電路用來實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱密封條加熱源的溫度控制與預(yù)警，使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能，具體功能如下：

（1）測(cè)量采集密封條實(shí)時(shí)外溫，并通過LCD1602顯示屏顯示溫度和時(shí)間，顯示溫度在0℃～99℃。

（2）正常工作狀態(tài)下實(shí)時(shí)顯示時(shí)鐘。

（3）溫度未達(dá)到或者是超過設(shè)定上限值是報(bào)警系統(tǒng)工作。

當(dāng)檢測(cè)的溫度未達(dá)設(shè)計(jì)最低溫度時(shí)中間繼電器控制加熱開關(guān)閉合，加熱源工作;當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)，中間繼電器斷開加熱開關(guān)，停止加熱。

4.1 加熱源與加熱電壓選取

在已有的加熱材料中選擇了比較優(yōu)秀的納米電熱膜，不易脫落安全可靠，5000小時(shí)以內(nèi)膜層穩(wěn)定，在通電情況下不會(huì)產(chǎn)生感抗，電熱轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到80%-97%，其可以在-40℃-900℃溫度下使用，在加熱過程中不會(huì)產(chǎn)生污染和噪音，經(jīng)濟(jì)效益高，節(jié)能有環(huán)保。

由于鐵路客車主電壓值有DC110V、AC220V、DC600等，上述實(shí)驗(yàn)可以得到220V電壓可以優(yōu)先考慮使用，其它電壓也可作為備用。本此研究考慮到嚴(yán)寒地區(qū)溫度最低可達(dá)-40℃，又由于塞拉門密封條結(jié)冰在加熱溫度20℃-30℃即可實(shí)現(xiàn)冰層斷裂融化，從而可以將塞拉門打開。所以采取的加熱溫度將控制在25℃-35℃。

4.2 加熱控制電路仿真

加熱控制電路包括復(fù)位電路、振蕩電路、溫度采集電路、繼電器控制電路、鍵盤電路設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路系統(tǒng)、LED液晶顯示電路系統(tǒng)、溫度失調(diào)報(bào)警電路組成，其設(shè)計(jì)電路如圖6所示，并在Proteus中完成電路連接，設(shè)計(jì)了各控制程序，并與Keil進(jìn)行聯(lián)合仿真，最終驗(yàn)證了加熱控制電路的可行性與可靠性。

5 結(jié)論

本文在既有塞拉門結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研發(fā)新型的可智能加熱的塞拉門密封條，以解決密封條與塞拉門之間結(jié)冰問題。本研究在一定程度上改善國內(nèi)嚴(yán)寒地區(qū)塞拉門運(yùn)行情況，也能促進(jìn)國內(nèi)密封條的發(fā)展，為其開拓新的市場(chǎng)需求。促進(jìn)鐵路業(yè)的發(fā)展，降低嚴(yán)寒地區(qū)塞拉門問題上的人力物力的成本，在原有基礎(chǔ)上改進(jìn)與創(chuàng)新節(jié)約的資源，促進(jìn)了工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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