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        地鐵區(qū)間人防門安全固定裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2022-12-13 07:57:52秦偉民賈彥明
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2022年18期

        秦偉民 賈彥明

        (廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,廣東 廣州 510000)

        0 概述

        根據(jù)法律法規(guī)及規(guī)范要求,地鐵工程建設(shè)須兼顧人民防空,一般按照“一座車站加一相鄰區(qū)間為一個(gè)單元”的原則進(jìn)行防護(hù)單元?jiǎng)澐郑總€(gè)防護(hù)單元內(nèi)部自成獨(dú)立體系,以提高整體人防工程的抗毀傷能力,防護(hù)單元之間采用區(qū)間人防門進(jìn)行分隔。區(qū)間人防門又稱為區(qū)間隔斷門,設(shè)置在區(qū)間隧道正線上,與地鐵行車、軌道、接觸網(wǎng)或接觸軌等專業(yè)密切相關(guān)。根據(jù)授電方式的不同,區(qū)間隔斷門分為適用于接觸軌授電的單扇區(qū)間隔斷門、適用于剛性接觸網(wǎng)授電的不斷剛性接觸網(wǎng)區(qū)間隔斷門及適用于柔性接觸網(wǎng)授電的不斷柔性接觸網(wǎng)隔斷門。

        作為設(shè)置在區(qū)間正線上的大型設(shè)備,區(qū)間人防門與地鐵運(yùn)營安全息息相關(guān),目前已發(fā)生過列車碰撞區(qū)間人防門造成運(yùn)營事故的案例。因此區(qū)間人防門平時(shí)開啟到位時(shí)其安全固定措施的有效性和可靠性至關(guān)重要。目前地鐵區(qū)間人防門常采用電信號、機(jī)械鎖、頂緊裝置等多套安全措施,相互獨(dú)立,共同保證人防門平時(shí)狀態(tài)的安全性[1]。

        隨著近年來全國各地新建地鐵數(shù)量的急劇增多,地鐵運(yùn)營部門對區(qū)間人防門的平時(shí)安全性要求越來越高,因此人防防護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)單位也不斷對區(qū)間人防門的安全固定裝置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),以增加區(qū)間人防門在平時(shí)運(yùn)營中的安全保證。該文通過對適用于接觸網(wǎng)授電的大小扇不斷接觸網(wǎng)區(qū)間隔斷門上部小門扇的安全固定裝置進(jìn)行分析研究,并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)施經(jīng)驗(yàn),提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,以提高地鐵平時(shí)運(yùn)營安全性。

        1 大小扇隔斷門的上部小門扇安全固定裝置現(xiàn)狀

        對采用接觸網(wǎng)授電的地鐵工程,目前運(yùn)用較多的區(qū)間隔斷門為大小扇不斷接觸網(wǎng)區(qū)間隔斷門,其門扇系統(tǒng)由大門扇和上部小門扇組成,在兩門扇之間的接觸網(wǎng)標(biāo)高處設(shè)有孔洞,可穿過接觸網(wǎng)[2]。這樣設(shè)計(jì)的目的是在不需要斷開接觸網(wǎng)的前提下即可進(jìn)行關(guān)門和開門操作,平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換快捷。大小扇不斷接觸網(wǎng)區(qū)間隔斷門的上部小門扇,大多采用以下3種安全固定裝置[3]:1)限位螺栓。在上部小門扇正下方的門框上安裝支托架,支托架完全固定不可移動,以支托架為固定點(diǎn),采用2個(gè)限位螺栓插入小門扇的限位座內(nèi)部,達(dá)到限制門扇活動的目的,從而使門扇保持90°開啟狀態(tài),如圖1所示。2)電信號。在限位螺栓處適當(dāng)位置安裝行程開關(guān),并由BAS系統(tǒng)采集電信號,將限位螺栓的狀態(tài)納入綜合監(jiān)控系統(tǒng),可在車站車控室實(shí)時(shí)顯示安全固定裝置是否有效以及門扇是否處于開啟到位狀態(tài)。一旦出現(xiàn)限位螺栓異?;蛎撐坏那樾危嚳厥蚁到y(tǒng)會立即警報(bào)提醒,由運(yùn)營人員查看風(fēng)險(xiǎn)后進(jìn)行處置。人防門附近也可安裝信號箱,自帶聲光報(bào)警系統(tǒng),出現(xiàn)異常時(shí)可及時(shí)向列車司機(jī)發(fā)出預(yù)警[4]。3)頂緊裝置。為在平時(shí)將小門扇固定于90°開啟位置,在門扇背后支托架上焊接一個(gè)限位槽鋼作為頂緊裝置,可使小門扇開啟90°后即不可繼續(xù)開啟,配合限位螺栓作用,保證小門扇在活塞風(fēng)作用下不會產(chǎn)生過大的振動,從而提高整套安全固定裝置的可靠性[5]。

        圖1 正常狀態(tài)下區(qū)間人防門上小門扇及限位螺栓、導(dǎo)向螺栓的實(shí)物圖

        2 限位螺栓安全固定裝置分析

        由于大小扇不斷接觸網(wǎng)區(qū)間隔斷門的上部小門扇的安全固定裝置,主要是通過限位螺栓的作用,因此主要針對限位螺栓進(jìn)行分析,提出優(yōu)化建議。

        2.1 限位螺栓安全固定裝置不同狀態(tài)的對比

        圖1為正常狀態(tài)下區(qū)間人防門上小門扇及限位螺栓、導(dǎo)向螺栓的實(shí)物圖。其中上小門扇長1855mm、小端高935mm、長端高1254mm、厚236mm,質(zhì)量為514 kg。通過側(cè)面螺栓與軸桿固定,可通過鉸頁旋轉(zhuǎn)開啟或關(guān)閉,戰(zhàn)時(shí)關(guān)閉后與大門扇配合達(dá)到隔斷防護(hù)單元的人防功能。平時(shí)開啟90°,門扇下方兩個(gè)限位螺栓自下向上穿過支托架,擰入小門扇底部的限位座,將上小門固定,可防止上小門向關(guān)門方向產(chǎn)生移位,從而保證列車安全通過。導(dǎo)向螺栓位于限位螺栓的絲母上。

        圖2為存在隱患的區(qū)間人防門上小門扇處的現(xiàn)場圖片,圖中可以看出,兩個(gè)限位螺栓未全部上擰到位或已下滑,與上小門限位座脫扣,無法起到限位的作用,容易導(dǎo)致門體移位侵限,發(fā)生侵限后上小門與車體如發(fā)生碰撞將引發(fā)嚴(yán)重事故。因此如何防止發(fā)生限位螺栓未全部上擰到位或下滑的情形,是亟需解決的現(xiàn)實(shí)需求。

        圖2 存在隱患的限位螺栓、導(dǎo)向螺栓

        2.2 限位螺栓、導(dǎo)向螺栓構(gòu)造設(shè)計(jì)及分析

        圖3為限位螺栓構(gòu)造圖及正常狀態(tài)下相對位置圖,其中限位螺栓由絲桿、絲母、手輪、擋圈、定位軸組成。絲母固定于支托架上,其內(nèi)部設(shè)置設(shè)有雙線螺紋,通過旋轉(zhuǎn)手輪帶動絲桿在絲母內(nèi)部向上螺旋并同時(shí)頂升定位軸,使其落入上小門限位座。定位軸在上小門扇限位座與絲母之間類似一個(gè)銷栓,起到固定上小門作用,防止小門扇離開90°開啟位置。

        從圖3中可以看出,絲母上設(shè)置一導(dǎo)向螺栓,同時(shí)定位軸上設(shè)有一凹槽,在絲桿旋擰、定位軸頂升過程中,由于導(dǎo)向螺栓卡在定位軸上的凹槽內(nèi),使定位軸并不能旋轉(zhuǎn),僅可做上下位移。

        圖3 限位螺栓、導(dǎo)向螺栓構(gòu)造

        圖4為導(dǎo)向螺栓尺寸圖及實(shí)物圖,圖5為限位螺栓絲桿、定位軸尺寸圖。從圖中可以看出,導(dǎo)向螺栓絲扣長度為16mm,小于限位螺栓絲母壁厚(10mm)與定位軸凹槽深度(10mm)之和20mm,還有4mm的差值,可見導(dǎo)向螺栓在擰緊狀態(tài)下其端部并不能與定位軸凹槽底部緊密接觸,無頂緊效果,僅靠其側(cè)壁阻擋定位軸轉(zhuǎn)動,導(dǎo)向螺栓的作用較為單一。而定位軸本身為光滑面無螺絲,其位置固定需靠其下部的非一體的絲桿受力上頂,在絲桿旋擰到位的情況下,定位軸可保持對上小門扇的限位作用,一旦絲桿未旋擰到位,定位軸也會隨即下落脫位,造成上小門扇限位裝置功能的缺位。

        圖4 導(dǎo)向螺栓尺寸圖及實(shí)物圖(尺寸單位:mm)

        圖5 限位螺栓絲桿、定位軸尺寸圖(尺寸單位:mm)

        3 針對限位螺栓的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案分析

        為了更好地使定位軸始終保持在應(yīng)有位置,應(yīng)該注意以下3點(diǎn):1)設(shè)置必要的后續(xù)操作步驟,保證必須將下方絲桿旋擰到位、定位軸完全嵌入門扇限位座后,方可進(jìn)行此后續(xù)步驟,以減少或避免因操作人員失誤造成的絲桿未全部上擰到位的情況;2)增強(qiáng)絲桿與絲母之間的緊固力,在隧道活塞風(fēng)、振動等非人為操作的作用下,絲桿不易自行下滑;3)在原有絲桿上頂作用保持定位軸定位的基礎(chǔ)上,考慮增加一道獨(dú)立的定位軸固定措施,達(dá)到即使絲桿的上頂作用消失,定位軸也不會脫落的效果。

        通過對整個(gè)限位螺栓作用原理的分析,筆者認(rèn)為可以對導(dǎo)向螺栓和絲桿絲母進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對限位螺栓裝置中部分零件進(jìn)行如下調(diào)整:1)將導(dǎo)向螺栓變更導(dǎo)向緊定螺栓并附帶一個(gè)防松六角螺母,如圖6所示。同時(shí)在定位軸上開一個(gè)限位孔,如圖7所示。導(dǎo)向緊定螺栓采用M12螺栓標(biāo)準(zhǔn)件改制,螺栓上配一M12六角螺母,螺栓長60 mm,螺栓端頭焊接一手柄,方便人工擰緊。定位軸上原來的導(dǎo)向凹槽仍然保留,僅在導(dǎo)向緊定螺栓位置增加凹槽深度,即相當(dāng)于開一限位孔,限位孔直徑14 mm,深度約為定位軸直徑的一半,在安裝時(shí),必須將緊定螺栓擰入定位軸的限位孔頂緊,并將六角螺母擰緊防止松動。2)將絲桿和絲母由雙線螺紋設(shè)計(jì)變更單線螺紋。

        圖6 導(dǎo)向緊定螺栓設(shè)計(jì)圖(單位:mm)

        圖7 定位軸限位孔示意圖(單位:mm)

        原設(shè)計(jì)的雙線螺紋導(dǎo)程大,絲桿在絲母中螺旋上升速度快,方便操作,但缺點(diǎn)是絲桿和絲母旋合形成的摩擦力略小,自鎖能力較弱。而單線螺栓由于其螺旋升角較小,螺絲和螺母旋合形成的摩擦力較大,不容易滑動,具有較強(qiáng)的自瑣能力,可用于螺紋的鎖緊。因此為提高限位螺栓的可靠性,建議將絲桿和絲母之間的螺紋由雙線螺紋改為單線螺紋。

        該優(yōu)化方式使導(dǎo)向螺栓不僅可以起到阻止定位軸轉(zhuǎn)動僅做上下移動的作用,同時(shí)螺栓擰入定位軸的限位孔后,可以阻止定位軸下滑。如此一來,定位軸的限位就具備導(dǎo)向緊定螺栓和下部絲桿上頂雙重保險(xiǎn),防止它意外下滑脫位,顯著提升了定位軸的可靠性。

        將絲桿和絲母的雙線螺紋變更單線螺紋后,絲桿絲母之間的緊固作用增強(qiáng),絲桿更不容易受振動等因素脫扣,從而提高整套系統(tǒng)的可靠性。

        5 補(bǔ)充安全固定措施建議

        隨著新建地鐵工程的增多,對地鐵區(qū)間人防門運(yùn)營安全的要求越來越高,對大小扇區(qū)間隔斷門的上部小門扇,也可考慮在上述限位螺栓、電信號以及頂緊裝置等安全裝置外增設(shè)獨(dú)立的補(bǔ)充安全固定措施,如安全拉桿、限位插板等。

        5.1 安全拉桿固定措施

        一些地鐵為增加區(qū)間人防門平時(shí)的安全保障,在門扇背后使用安全拉鏈(鐵鏈)將門扇與主體側(cè)墻或人防門框墻進(jìn)行連接,作為補(bǔ)充安全固定措施,當(dāng)出現(xiàn)限位螺栓失效的情況時(shí),仍能保證門扇不脫離安全位置,造成侵限事故。但拉鏈(鐵鏈)本身是柔性的,其作為區(qū)間人防門的安全固定裝置可能會遇到以下2個(gè)問題:1)拉鏈必須完全繃緊才可以發(fā)揮作用,但是否繃緊受操作人員現(xiàn)場因素的影響較大,人為不可控因素增加。2)柔性的拉鏈只可以提供抵抗門扇關(guān)門的拉力,無法提供反向的推力,在活塞風(fēng)作用下,無法限制門扇的往復(fù)運(yùn)動,影響拉鏈的安全性。

        通過以上分析,建議采用剛性的安全拉桿作為補(bǔ)充安全固定措施。剛性安全拉桿設(shè)計(jì)為可拆卸式,關(guān)門時(shí)只需打開拉桿與門扇的接頭即可。且安全拉桿為剛性桿,可使門扇在隧道活塞風(fēng)作用下不產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動,增加其可靠性。同時(shí)拉桿設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)長度,在一定長度范圍內(nèi)可以根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)節(jié)長度,提高其適用性。

        5.2 限位插板固定措施

        在固定限位螺栓的懸臂支托架上焊接一個(gè)限位插槽,小門扇開到位后將一塊鋼插板插入鋼插槽內(nèi),也可阻止小門扇意外自行關(guān)門。關(guān)門時(shí)只需將鋼插板取出即可,平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換也非常便捷。

        6 結(jié)語

        地鐵工程運(yùn)營安全涉及公共安全,是所有參建、運(yùn)營單位必須首要重視的事。區(qū)間人防門作為地鐵工程在戰(zhàn)時(shí)發(fā)揮兼顧人防作用的重要設(shè)備,其平時(shí)安全性也必須得到充分保證。該文通過對大小扇不斷接觸網(wǎng)區(qū)間人防門上部小門扇限位裝置的深入分析,提出對限位螺栓的優(yōu)化設(shè)計(jì)建議,顯著提升限位螺栓的可靠性,并對補(bǔ)充安全固定裝置提出建議,為地鐵區(qū)間人防門平時(shí)運(yùn)營安全提供技術(shù)支持和保障,為地鐵人防設(shè)計(jì)人員和地鐵運(yùn)營單位提供參考。

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