王清永

(天津市地下鐵道運(yùn)營(yíng)有限公司 天津 300222)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快，城市軌道交通成為城市公共交通系統(tǒng)越來(lái)越重要的組成部分，地鐵以準(zhǔn)點(diǎn)、環(huán)保、舒適等優(yōu)點(diǎn)成為市民出行的首選交通工具，天津地鐵目前運(yùn)營(yíng)線路達(dá)到6條。地鐵車輛客室門(mén)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中動(dòng)作頻繁、故障率高，直接影響運(yùn)營(yíng)質(zhì)量及安全性、舒適性、可靠性。天津地鐵1號(hào)線車輛客室車門(mén)為電動(dòng)塞拉門(mén)，其鎖閉機(jī)構(gòu)采用35C型制動(dòng)器，隨著運(yùn)營(yíng)年限的增長(zhǎng)，逐漸表現(xiàn)出了瞬時(shí)鎖閉失效的問(wèn)題，通過(guò)本次改造，解決了鎖閉機(jī)構(gòu)瞬時(shí)鎖閉失效的故障問(wèn)題，提高了運(yùn)營(yíng)可靠性和安全性。

1 客室車門(mén)工作原理和功能

客室車門(mén)系統(tǒng)由門(mén)控器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、鎖閉機(jī)構(gòu)、絲桿、螺母副、攜門(mén)架、門(mén)扇等部分組成。

電子門(mén)控器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)是客室車門(mén)動(dòng)作的控制和動(dòng)力元件。驅(qū)動(dòng)電機(jī)、鎖閉裝置、絲桿以機(jī)械結(jié)構(gòu)形式相連接，絲桿正反方向的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)螺母副平行移動(dòng)，螺母副與攜門(mén)架連接，門(mén)扇通過(guò)攜門(mén)架和頂部機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)自由度。通過(guò)司機(jī)室內(nèi)的集控開(kāi)關(guān)或信號(hào)系統(tǒng)向每個(gè)車門(mén)的門(mén)控器發(fā)送開(kāi)關(guān)門(mén)指令，門(mén)控器控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿螺母副實(shí)現(xiàn)門(mén)扇的擺動(dòng)和平移運(yùn)動(dòng)。在車門(mén)關(guān)閉時(shí)，電機(jī)不持續(xù)輸出關(guān)門(mén)力，而是由鎖閉機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車門(mén)鎖閉，鎖閉機(jī)構(gòu)具備緊急解鎖功能(見(jiàn)圖1)。

圖1 客室車門(mén)工作原理圖

客室車門(mén)同時(shí)具備自身故障檢測(cè)[1]、故障隔離、內(nèi)外緊急解鎖、障礙物檢測(cè)防夾等功能。

2 制動(dòng)器型鎖閉機(jī)構(gòu)工作原理

車門(mén)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與制動(dòng)器的主動(dòng)軸連接，絲桿與制動(dòng)器的從動(dòng)軸連接。允許主動(dòng)軸端(驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接側(cè))正反旋轉(zhuǎn)，限制從動(dòng)軸端(絲桿連接側(cè))單向旋轉(zhuǎn)(開(kāi)門(mén)方向)是35C型制動(dòng)器的工作特性。客室門(mén)系統(tǒng)正常工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿正反向自由旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)客室門(mén)的開(kāi)閉。為保證緊急情況下的車門(mén)開(kāi)啟，制動(dòng)器單獨(dú)設(shè)置了釋放手柄，該手柄通過(guò)鋼絲繩與客室內(nèi)緊急解鎖裝置連接，操作緊急解鎖裝置后，制動(dòng)器失去單向鎖閉功能，客室車門(mén)可通過(guò)手動(dòng)開(kāi)啟[2]，如圖2所示。

圖2 35C型制動(dòng)器

圖3 35C型制動(dòng)器內(nèi)部制動(dòng)原理圖

制動(dòng)器由圓柱滾子、絲桿連接軸凸輪面和套實(shí)現(xiàn)單向鎖閉功能(見(jiàn)圖3)。

(1)電動(dòng)開(kāi)門(mén)：電機(jī)連接軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)圓柱滾子離開(kāi)自鎖位置，圓柱滾子接觸絲桿連接軸后帶動(dòng)絲桿連接軸同步逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)開(kāi)門(mén)。

(2)電動(dòng)關(guān)門(mén)：電機(jī)連接軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，先推動(dòng)絲桿連接軸，然后推動(dòng)圓柱滾子實(shí)現(xiàn)電機(jī)連接軸到絲桿連接軸的傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)關(guān)門(mén)。

(3)手動(dòng)關(guān)門(mén)：絲桿連接軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)圓柱滾子接觸電機(jī)連接軸后實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)關(guān)門(mén)。

(4)手動(dòng)開(kāi)門(mén)鎖閉：絲桿連接軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，楔緊區(qū)有變小的趨勢(shì)，楔緊區(qū)變小，則摩擦角變小，而由于圓柱滾子在當(dāng)前位置是摩擦的自鎖角，因此絲桿連接軸不能逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)手動(dòng)開(kāi)門(mén)。

3 35C型制動(dòng)器鎖閉機(jī)構(gòu)瞬時(shí)鎖閉失效問(wèn)題分析

在進(jìn)行地鐵車輛檢修作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)有車門(mén)關(guān)門(mén)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(duì)制動(dòng)器進(jìn)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(jìn)而導(dǎo)致在某一位置出現(xiàn)瞬時(shí)鎖閉失效問(wèn)題(見(jiàn)圖4)。

圖4 35C型制動(dòng)器絲桿連接軸凸輪面磨損

4 改造方案

針對(duì)上述問(wèn)題，天津市地下鐵道運(yùn)營(yíng)有限公司(以下簡(jiǎn)稱天津地鐵公司)對(duì)1號(hào)線既有地鐵車輛客室車門(mén)鎖閉機(jī)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)改造，改造為L(zhǎng)S型鎖閉機(jī)構(gòu)。

4.1 LS型鎖閉機(jī)構(gòu)工作原理

LS型鎖閉機(jī)構(gòu)的工作是由絲桿和傳動(dòng)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(guò)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(guò)渡段介于工作段和鎖閉段之間。客室車門(mén)動(dòng)作中滾動(dòng)銷通過(guò)絲桿過(guò)渡段時(shí)，絲桿的螺旋升角由非自鎖逐漸過(guò)渡到自鎖的螺旋升角，摩擦角大于螺紋的螺旋升角時(shí)，實(shí)現(xiàn)了LS型鎖閉機(jī)構(gòu)的自鎖功能(見(jiàn)圖5)。當(dāng)傳動(dòng)螺母的滾動(dòng)銷進(jìn)入鎖閉段時(shí)，僅絲桿能驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)螺母，而傳動(dòng)螺母無(wú)法驅(qū)動(dòng)絲桿，因此實(shí)現(xiàn)在客室車門(mén)鎖閉后手動(dòng)拉動(dòng)門(mén)扇無(wú)法開(kāi)門(mén)，只能通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)或通過(guò)緊急解鎖帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)解鎖。當(dāng)電子門(mén)控器控制電機(jī)帶動(dòng)絲桿反轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)銷從絲桿的鎖閉段脫離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)源自解鎖，在這個(gè)過(guò)程中螺母組件不能移動(dòng)，因此螺母套跟隨絲桿反向旋轉(zhuǎn)，又再現(xiàn)了一個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程，電動(dòng)解鎖后，螺母套與滾動(dòng)銷保持這個(gè)角度至開(kāi)門(mén)到位。操作緊急解鎖裝置實(shí)現(xiàn)手動(dòng)解除鎖閉時(shí)，通過(guò)鋼絲繩拉動(dòng)中間解鎖裝置，解鎖裝置作用于螺母套，帶動(dòng)螺母套、塑料螺母和絲桿共同向解鎖方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)到一定的角度，滾動(dòng)銷離開(kāi)絲桿的鎖閉段，從而實(shí)現(xiàn)了緊急手動(dòng)解鎖功能。

圖5 LS型鎖閉機(jī)構(gòu)

4.2 LS型鎖閉機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

(1)可靠性較高。依靠螺旋副的自鎖原理鎖閉，不會(huì)因列車運(yùn)行等因素引起的振動(dòng)導(dǎo)致車門(mén)解鎖。

(2)舒適性高。鎖閉機(jī)構(gòu)工作依靠傳動(dòng)螺母和絲桿滾動(dòng)摩擦完成，沖擊振動(dòng)小、噪聲低、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性高。

(3)便于維修。鎖閉機(jī)構(gòu)的組成部件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于檢查與維修[3]。

4.3 臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證

改造前對(duì)POM螺母、滾動(dòng)銷和絲桿開(kāi)展臺(tái)架試驗(yàn)，如表1、表2所示，試驗(yàn)結(jié)果良好。

4.4 實(shí)際裝車運(yùn)行情況

天津地鐵公司對(duì)1號(hào)線既有地鐵車輛客室車門(mén)鎖閉機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改造，改造為L(zhǎng)S型鎖閉機(jī)構(gòu)，根據(jù)改造后的運(yùn)行數(shù)據(jù)，與改造前運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)門(mén)系統(tǒng)的固有可靠性和服務(wù)可靠性大幅度提高，如圖6所示。

表1 POM螺母試驗(yàn)記錄

表2 滾動(dòng)銷和絲桿臺(tái)架試驗(yàn)記錄 /mm

圖6 天津地鐵1號(hào)線改造前后可靠性對(duì)比圖

5 結(jié)束語(yǔ)

目前天津地鐵1號(hào)線既有地鐵車輛改造完后運(yùn)行了1年時(shí)間，LS型鎖閉機(jī)構(gòu)故障率低，解決了35C型制動(dòng)器瞬時(shí)鎖閉失效問(wèn)題，運(yùn)營(yíng)可靠性、安全性得到了有效提升。結(jié)合應(yīng)用效果，后期將在天津地鐵新建線路上對(duì)LS型鎖閉機(jī)構(gòu)進(jìn)行推廣應(yīng)用。