次世代軌道交通屏蔽門的機械系統(tǒng)設(shè)計方案

魏鵬飛

（上海大學，上海200444）

軌道交通站臺屏蔽門或稱地鐵屏蔽門，以下簡稱屏蔽門，是一種軌道交通站臺隔離設(shè)備，分隔軌道與站臺，其關(guān)閉后的形態(tài)是錯落式的玻璃幕墻。本文所要進行的屏蔽門系統(tǒng)的平整性改良將從門體外觀、傳動結(jié)構(gòu)、運動穩(wěn)定性和運動軌跡四部分進行設(shè)計。

1 門體外觀設(shè)計方案

傳統(tǒng)屏蔽門系統(tǒng)采用滑動式設(shè)計，由三種門體組成，分別是活動門、固定門和應急門。固定門和應急門共面，且在正常運行時不運動；而所有活動門單成一面，做往復的開關(guān)門運動?；顒娱T與固定門/應急門所在的平面不共面，如將站臺上所有的門體玻璃簡單替換成半透玻璃顯示屏，錯落排列的顯示屏在視覺上會產(chǎn)生極大的違和感。

唯一的解決方式是對屏蔽門中活動門的位置進行相應的調(diào)整，使活動門與固定門/應急門共面，以滿足所需的平整性要求。圖1 為屏蔽門單元模型。

圖1 屏蔽門單元模型

2 傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

傳統(tǒng)屏蔽門系統(tǒng)中的活動門包含門體、驅(qū)動設(shè)備、傳動機構(gòu)和限位裝置，屬于一維直線運動。一旦為了追求平整性，將活動門與固定門/應急門強行共面，則必然產(chǎn)生運動干涉問題。這種運動干涉在即有的機械結(jié)構(gòu)下沒有對應的解決方案，但可以整體引入新的傳動結(jié)構(gòu)，使活動門在關(guān)閉時融入玻璃幕墻，而打開時又離開幕墻，本文設(shè)計了塞拉式結(jié)構(gòu)的傳動機構(gòu)。塞拉式結(jié)構(gòu)中的活動門在開門時先推拉后滑動，關(guān)門時先滑動后推拉，總是存在兩種運動形式，屬于二維運動。圖2 為塞拉式結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2 塞拉式結(jié)構(gòu)原理圖

塞拉式結(jié)構(gòu)雖然解決了活動門與固定門/應急門的運動干涉問題，但隨門體同步運動的傳動機構(gòu)的長度又受到了兩側(cè)立柱間距的限制，需要放棄傳統(tǒng)屏蔽門的單絲杠（雙向絲杠）傳動結(jié)構(gòu)，改良為緊密而嚴格限制尺寸的雙絲杠結(jié)構(gòu)。圖3 為活動門傳動模型，傳動機構(gòu)主要由聯(lián)軸器、雙絲杠、上導軌（包括異型導軌和直線導軌）、圓柱齒輪組和驅(qū)動臂等構(gòu)成，二維的塞拉運動實質(zhì)上就是傳動機構(gòu)驅(qū)動的滾輪在各段導軌上的變軌。

圖3 活動門傳動模型

3 運動穩(wěn)定性設(shè)計方案

塞拉式結(jié)構(gòu)中的活動門除了包含門體、驅(qū)動設(shè)備、傳動機構(gòu)和限位裝置，還加入了同步裝置，采用二維運動方式。隨著運動自由度的增加，使門體在多個方向上存在不穩(wěn)定性，推拉運動中速度不同步問題和位置不同步問題交替出現(xiàn)，而滑動運動中又有極高頻率出現(xiàn)位置不同步問題，所以必須引入同步裝置解決速度不同步問題、引入限位裝置解決位置不同步問題，塞拉式結(jié)構(gòu)的應用使同步裝置和限位裝置變得不可或缺。

限位裝置包括下導軌及其相關(guān)組件，主體是下導軌，門體下延伸出若干個定位滑塊，被稱為導靴，將導靴嵌入到下導軌中，滑動運動時便能起到限位作用，但限位裝置在推拉運動時不起作用。

同步裝置包括同步桿和上下兩端的樞軸，其中同步桿起主要作用，負責力的傳導。推拉運動時傳動機構(gòu)帶著門體上部一起運動，而門體下部沒有任何驅(qū)動力，通過同步桿上下擺臂的等速轉(zhuǎn)動，將上方傳動機構(gòu)的部分動能傳送至下方門體上，使上下門體同步推拉，以避免門體翻轉(zhuǎn)或擺動。圖4 為同步裝置與限位裝置設(shè)計模型。

圖4 同步裝置與限位裝置設(shè)計模型

4 門體運動軌跡設(shè)計方案

限位裝置安裝于門檻之下，而同步裝置位于屏蔽門的可見面上，既要控制門體的塞拉運動，自身位置又要避開門體的運動軌跡，所以門體和同步裝置一般不做同側(cè)配置。但理想的配置往往在實際情況下不成立，活動門的推拉運動方向需要根據(jù)使用環(huán)境定義。在擁擠的軌道交通行業(yè)，向站臺側(cè)開門容易對乘客造成沖擊傷害，門體的同步裝置若安裝在站臺側(cè)也容易導致乘客碰傷，所以屏蔽門的應用場景決定了同步裝置需要外置在軌道側(cè)，活動門的開門方向也必須是外拉式的，向著軌道側(cè)開門，即同步裝置外置、活動門外拉。門體的實際運動軌跡為兩個大開口的V 字型，已經(jīng)在圖2 中給出。

得到符合要求的運動軌跡后，隨之而來的是開門方向與同步裝置的同側(cè)干涉問題。本文采用了同步桿下沉式設(shè)計，同時改進門體、同步裝置和限位裝置的機械結(jié)構(gòu)來解決干涉問題，同步桿下沉式設(shè)計的最終模型已在圖4 中給出。

按通常的設(shè)計，同步裝置和限位裝置原本應該分別作用于門體，僅在對應的運動階段起作用。應用同步桿下沉式設(shè)計后，同步裝置和限位裝置的功能邊界變得模糊，同步桿直接作用于限位裝置，再通過下導軌間接控制門體做推拉運動，這時同步桿與門體無論安裝位置還是運動軌跡都不接觸，解決了門體和同步桿的同側(cè)干涉問題。此設(shè)計最大的優(yōu)點是解決干涉問題的同時，門體在可見面上未做設(shè)計變更，而同步桿的同步功能和下導軌的限位功仍然有效。

結(jié)束語

次世代屏蔽門的機械系統(tǒng)設(shè)計使活動門在關(guān)閉后能與其他門體形成平整的玻璃幕墻，而開啟時仍然保留傳統(tǒng)屏蔽門的所有功能，使屏蔽門從玻璃幕墻到智能化大屏媒體的轉(zhuǎn)變成為可能。