王寶星 趙小聰 李滔

摘要：本文主要從城際動(dòng)車組塞拉門密封性能著手，研究了門扇密封膠條對(duì)動(dòng)車組塞拉門密封性能影響，通過(guò)分析膠條截面、壓縮量等特性，提出了對(duì)高速列車密封膠條設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：密封膠條;城際動(dòng)車組;密封

0? 引言

城際動(dòng)車組運(yùn)行速度一般為160km/h～200km/h，良好的密封性能對(duì)保證車內(nèi)乘客舒適度，降低車內(nèi)噪音有著重要意義。列車塞拉門作為乘客上下車通道，其密封性能直接決定整車密封性。因此，提高列車塞拉門密封性能至關(guān)重要。門扇密封膠條作為塞拉門重要部分，不僅對(duì)門系統(tǒng)密封性起決定作用，還對(duì)門系統(tǒng)隔音、防塵、緩沖具有一定影響，因此，合理的密封膠條設(shè)計(jì)，將提高塞拉門整體性能。

1? 城際動(dòng)車組塞拉門密封設(shè)計(jì)

1.1 密封膠條設(shè)計(jì)原則

車門、門框和密封膠條構(gòu)成了塞拉門的密封結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)要領(lǐng)為兩點(diǎn)[1]：

1.1.1 膠條密封面壓縮量：車體與門框之間的縫隙，密封膠條填充其中。密封膠條接觸面方向上的壓縮量和接觸面積直接決定密封性能，如果接觸面積和壓縮量偏小，則會(huì)因外部載荷變化、車體變形或者制造誤差造成密封失效;如果接觸面積和壓縮量偏大，導(dǎo)致膠條反彈力偏大，關(guān)門力增加，造成關(guān)門困難。

1.1.2 密封膠條結(jié)構(gòu)型式：不同的密封膠條結(jié)構(gòu)型式在相同負(fù)載情況下密封面積和密封壓縮量均不相同，因此直接決定密封好壞。

密封膠條型式[2]分為兩部分，一部分為密封膠條的整體外形布局，是整體封閉結(jié)構(gòu)，還是間段封閉結(jié)構(gòu);一部分是膠條的截面形狀，采用唇形密封還是壓力密封。整體密封結(jié)構(gòu)是將不同截面的膠條或者相同截面的膠條硫化成一個(gè)密封環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)很好的密封效果。間段封閉結(jié)構(gòu)是通過(guò)粘接的型式，將不同截面或者相同截面的膠條粘接在一起，形成密封環(huán)。因?yàn)檎辰用娣e制約，始終存在缺陷，且使用壽命較短。

密封膠條的截面雖各不相同，但從密封原理上還是分為唇形密封和壓力密封。唇形密封的膠條截面型式如圖1所示，唇形密封最大的優(yōu)點(diǎn)就是不需要很大的初始密封壓緊力，氣壓越大，獲得的密封壓緊力就越大，其缺點(diǎn)是在氣壓建立的初始階段泄漏量較大。壓力密封的膠條截面如圖2所示，其優(yōu)點(diǎn)是始終獲得穩(wěn)定的壓緊密封力，隨著車外氣壓p增加，膠條會(huì)緊緊貼著壓條，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

1.2 整體密封方案

目前已經(jīng)運(yùn)行的城際動(dòng)車組有雙開(kāi)塞拉門和單開(kāi)塞拉門兩種類型，本文中以CRH6F城際動(dòng)車組為主，對(duì)雙開(kāi)塞拉門進(jìn)行密封方案分析。由于雙開(kāi)門特有的型式，門系統(tǒng)不僅在車體橫向上與門框保持正向壓縮形成密封，還要在兩門扇之間形成密封，如圖3所示。結(jié)合雙門特有的型式在左門和右門周圈各安裝密封膠條，形成門系統(tǒng)的周邊密封，當(dāng)兩門關(guān)閉后，再形成中間密封。

1.3 現(xiàn)有密封膠條型式分析

目前地鐵車輛塞拉門均為電動(dòng)雙開(kāi)塞拉門，其門扇膠條可以分為周邊膠條和中間護(hù)指膠條。其中門扇周邊膠條和中間護(hù)指膠條連接部分采用粘接型式。周邊膠條密封方案如圖4所示。如果當(dāng)車外壓力大于車內(nèi)壓力時(shí)，此時(shí)密封效果較為理想，如果內(nèi)側(cè)壓力大于外側(cè)壓力時(shí)（兩車交會(huì)），門板變形加上膠條的變形，密封面消失，密封失效。對(duì)于這種單唇密封結(jié)構(gòu)，膠條壓縮量一般為3～5mm，此種密封結(jié)構(gòu)缺陷無(wú)法滿足高速運(yùn)行軌道車輛。

1.4 塞拉門密封膠條設(shè)計(jì)

城際列車塞拉門密封膠條可以也分為周邊密封膠條和中間護(hù)指膠條兩種型式，結(jié)合城際動(dòng)車組需要滿足充氣達(dá)到5.2kPa要求，門扇密封膠條采用整體式，將周邊膠條和中間膠條硫化，形成一個(gè)密封圈。

城際列車塞拉門塞拉位置運(yùn)動(dòng)軌跡如圖5所示，當(dāng)設(shè)定周邊膠條壓縮量e=5mm，中間護(hù)指膠條壓縮量i=5mm，當(dāng)門扇運(yùn)動(dòng)到X1位置時(shí)，周邊膠條開(kāi)始接觸門框，隨著門扇的運(yùn)動(dòng)，膠條一遍發(fā)生壓縮，一邊于門框進(jìn)行滑動(dòng)摩擦，再然后，中間護(hù)指膠條接觸，發(fā)生壓縮，直至門扇最終關(guān)閉完成。門系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)軌跡曲線函數(shù)[3]如下：（R=150mm，H=62mm），其中

根據(jù)EN14752-2015和塞拉門采購(gòu)技術(shù)規(guī)范要求，塞拉門手動(dòng)開(kāi)關(guān)門力[4]不得超過(guò)300，塞拉門在塞拉段主要受到膠條阻力Fa，此力平行于門扇，膠條阻力Fb，此力垂直于門扇，其他機(jī)械阻力f。受力示意圖如圖6所示，如果膠條的阻力足夠大，則導(dǎo)致在150N關(guān)門力范圍內(nèi)無(wú)法關(guān)門。由靜力學(xué)平衡可知：

假定周邊膠條和護(hù)指膠條的彈力線密度為q（N/m），周邊膠條的彈力線密度為q1;護(hù)指膠條的彈力線密度為q2，門扇寬度為w，門扇長(zhǎng)度為L(zhǎng)，周邊膠條理論壓縮量為e，護(hù)指膠條理論壓縮量為i：

塞拉門相關(guān)參數(shù)如表1所示。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，周邊膠條和護(hù)指膠條的最大彈力線密度q=19.8N/m，故在進(jìn)行膠條設(shè)計(jì)時(shí)，膠條截面的彈力密度不能超過(guò)19.8N/m，否則會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)門力過(guò)大。根據(jù)膠條斷面的彈性密度進(jìn)行周邊膠條截面設(shè)計(jì)，模擬周邊最終密封狀態(tài)如圖7所示。

中間護(hù)指膠條的設(shè)計(jì)采用迷宮公母配合式，使氣壓經(jīng)過(guò)層層泄壓密封后，達(dá)到最終密封。其設(shè)計(jì)思路如圖8所示。

門扇最終關(guān)閉到達(dá)X1位置后后，中間護(hù)指膠條開(kāi)始擠壓，其基本密封截面如圖9所示。

1.5 測(cè)試改進(jìn)

結(jié)合已經(jīng)設(shè)計(jì)的密封膠條，將膠條安裝在門扇上進(jìn)行氣密測(cè)試，其測(cè)試原理如圖10所示。首先將門系統(tǒng)按照理論尺寸安裝調(diào)試到位，進(jìn)行充氣測(cè)試。測(cè)試要求：

①門系統(tǒng)能夠充氣達(dá)到5.2kPa;

②門系統(tǒng)氣壓從2.6kPa降到1kPa，時(shí)間超過(guò)210s。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)周邊膠條圓角處和中間密封都有不同程度泄露，氣壓根本無(wú)法達(dá)到5.2kPa。泄露現(xiàn)象為當(dāng)內(nèi)部氣壓達(dá)到2.6kPa左右，泄露明顯，有明顯氣流聲音，當(dāng)氣壓達(dá)到4kPa時(shí)，內(nèi)部氣壓無(wú)法再上升。

結(jié)合此現(xiàn)象，初步預(yù)判為兩點(diǎn)原因：①膠條局部太軟，當(dāng)氣壓達(dá)到一定程度后，外壓大于內(nèi)壓，出現(xiàn)氣壓串動(dòng);②密封型式不可靠，無(wú)法克服復(fù)雜外部環(huán)境，導(dǎo)致密封失效。所以結(jié)合現(xiàn)有的密封膠條截面進(jìn)行密封分析，并進(jìn)性改進(jìn)。周邊密封膠條密封關(guān)門后后型式如圖11所示，區(qū)域1為膠條空腔部分，區(qū)域2為車內(nèi)膠條壁，區(qū)域3為八字唇密封區(qū)。當(dāng)車內(nèi)壓力達(dá)到一定程度后，由于膠條截面區(qū)域1空腔過(guò)大，導(dǎo)致八字密封區(qū)域無(wú)明顯支撐，會(huì)隨著氣壓進(jìn)行蠕動(dòng)，導(dǎo)致無(wú)法密封，同時(shí)，區(qū)域2會(huì)受到車內(nèi)氣壓，使密封區(qū)域3八字唇產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)趨勢(shì)，導(dǎo)致車內(nèi)側(cè)八字無(wú)法緊緊貼緊密封框。另外，密封膠條的主要密封為八字唇區(qū)域，但是此八字偏小，密封量不足，不能很好抗加工誤差及氣壓波動(dòng)，結(jié)合上述分析，將周邊膠條截面改進(jìn)如圖12所示。

新改進(jìn)的密封膠條將中間密封空腔減小，同時(shí)將八字唇分開(kāi)，將主密封區(qū)域改為泡型，八字用來(lái)輔助泄壓，這樣相當(dāng)于設(shè)置了三道密封，同時(shí)中間密封區(qū)域面積較大，抗外部因素可能性更高。

結(jié)合圖9所示的中間護(hù)指膠條截面，左護(hù)指膠條的空腔相對(duì)太大，導(dǎo)致第一和第三密封區(qū)域根據(jù)無(wú)法泄壓，同時(shí)附帶在空腔上的八字主密封，會(huì)隨著空腔的大形變而出現(xiàn)各種不確定，導(dǎo)致八字密封失效，同時(shí)，CRH6F城際塞拉門為弧形門扇，在左右門扇配合過(guò)程中，至少出現(xiàn)1.5mm左右的誤差，導(dǎo)致八字很有可能致使單邊搭接，因此出現(xiàn)中間的泄露。結(jié)合上述，對(duì)中間密封膠條進(jìn)行改進(jìn)如圖13所示。改進(jìn)后的中間密封結(jié)構(gòu)，將左護(hù)指膠條的空腔減小，同時(shí)將八字密封改為泡型密封，增加密封量。

將新改進(jìn)的膠條重新開(kāi)模加工，再次驗(yàn)證氣密性，可以滿足氣密要求。同時(shí)，測(cè)試膠條電動(dòng)關(guān)門阻力，開(kāi)關(guān)門正常，并不會(huì)誤觸發(fā)障礙物檢測(cè)。

2? 結(jié)論

綜上所述，好的密封膠條的設(shè)計(jì)，對(duì)城際列車塞拉門氣密性有關(guān)鍵性的作用。通過(guò)合理的正向設(shè)計(jì)方案，不僅提高塞拉門整體密封性能，還對(duì)塞拉門開(kāi)關(guān)門力學(xué)性能有顯著提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]王玉恒.車門密封條設(shè)計(jì)研究[J].設(shè)計(jì)研究，2013，03：29-32.

[2]李恒文.干線軌道車輛塞拉門的密封性能研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2011.

[3]曾世文.城市軌道車輛塞拉門關(guān)門性能研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2.

[4]EN14752：2015 Railway applications-Body side entrance systems for rolling stock[S].