高速列车电动塞拉门设计

高速列车电动塞拉门设计

陆敏恂肖庭林

同济大学

前言

2014年，在中国铁路总公司要求下，未来中车生产的时速350公里中国标准动车组（以下简称标动）需采用电控电动塞拉门。原来CRH2型车上的气动式侧拉门将不再采用。

标动塞拉门具有集控开关门、本地开关门、故障自诊断、障碍物探测、自动锁闭、隔离、紧急解锁、速度连锁等功能；关门指令、开门允许指令、速度信号、安全回路等控制信号通过硬线传输。

本文对高速列车标动塞拉门系统结构、工作原理和控制系统作介绍。

1.电动塞拉门系统结构

标动塞拉门由门板、整体门框、承载驱动装置、内操作装置、外操作装置、防挤压装置、气路控制系统、门控系统等组成（见图1）。

1.1门板

塞拉门门板采用铝型材焊接结构，门板内外侧为铝蒙皮，门板内部填充隔音隔热性能好，质量轻的发泡材料，门板骨架和蒙皮采用冷粘复合工艺成型，门板中部设有玻璃窗，便于往车外观察。

1.2承载驱动装置

承载驱动装置由驱动装置和导向装置组成：其一是起驱动承载作用；其二是起导向作用。

承载驱动机构由驱动机构、携门架、电子门控单元、安装基座等组成。安装基座则由支架和车体顶部安装板固定来实现驱动承载机构的固定；携门架内嵌轴承，和轴承一起套在长导柱上可自由滑动，门扇顶部采用高强度螺栓固定在携门架悬臂上，所以携门架承载着门扇大部分重量；同时承载驱动装置安装完毕后，需要经过调整，确保驱动机构的长导柱和车体表面平行[1]。

上部导轨、下部导轨和摆臂组件构成了塞拉门系统的导向装置，固定在承载驱动装置上的顶部U型槽上导轨和固定在门扇底部的C型槽下导轨决定了门扇的塞拉轨迹，通过对上导轨和下导轨的尺寸调整，确保门扇和车体间距恒定，避免门扇和车体发生干涉或剐蹭，确保塞拉门正常运行[2]。

1.3侧面锁闭装置

侧面锁闭装置的锁将车门锁闭在关闭位置后，即使出现断电、断气故障，仍能将门扇保持在锁闭状态。它是塞拉门的锁闭单元，在侧面锁闭装置的基座上集成安装了塞拉门的锁闭及其他辅助装置，安装的主要设备有主锁单元、辅助锁单元、隔离锁组件、气路模块、下摆臂以及供气管路和电缆等。

1.4整体门框

为了获得良好的密封性能，塞拉门单独设计和门扇密封胶条搭接配合的整体门框，它安装在车体门洞框架上，由顶部、前后侧面和底部焊接成整体式结构，其上开有长槽孔，对车体门洞误差可以适当调整以确保车门扇密封胶条搭接后，胶条有充分的压缩变形。

1.5内操作装置

为了能在紧急情况下解锁并开门，在车内部的端墙上配备一个内紧急操作装置。内紧急操作装置集成了开门按钮、关门按钮、紧急解锁请求按钮、紧急解锁请求钥匙开关、蜂鸣器、"远程锁闭"按钮开关、紧急缓解手柄。

1.6外操作装置

在车外部的侧墙上配置一个外紧急操作装置，以方便乘务人员在停车时可以通过外紧急装置进入列车。

1.7障碍检测功能

塞拉门具有障碍检测功能，在自动关门过程中遇到障碍物时，门扇应自动返回。能检测到≥30mm×60mm的障碍物；关门遇障碍物，门扇返回开门位停留1秒后再次尝试关门，3次后停留在开门位等待再次的关门指令；开门遇障碍物，停留在阻力位3秒后再次尝试开门。2.次后停留在阻力位等待处理，塞拉门报障碍检测故障

2.1车门隔离锁

在车门发生故障时，可将车门机械锁闭，同时退出使用状态，并能将车门状态反馈给车辆监控系统。

2.2气路控制系统

气路控制系统由气源开关气、过滤减压阀、电磁阀、主锁开锁缸、辅助锁气缸、管接头、排气阀、气管等组成，气路原理见图2。

空气压缩机产生的压缩空气通入风缸，风缸把压缩空气供应给列车风源，气压为750kpa~1000kpa，过滤减压阀的对输入门系统气路的压缩空气过滤和减压，主要是过滤空气中的湿气和油污，避免堵塞电磁阀和气缸这些精密气动元件。经过过滤减压的空气稳定在压力750kpa，电磁阀一端设置压力开关，当压力低于450±30kpa时报警，提示空气压力低。

车体提供的气源通过的手动气源开关，它可以截断或者接通气源。

由两个2位3通电磁阀（Y2、Y3）控制门系统的气路，其功能是采用电气信号控制电磁阀的线圈得电和失电进而推动阀芯动作以控制气路的流向，在门控制系统切断或者故障时，电磁阀在机械弹簧作用下复位，带动阀芯移动使电磁阀进气口气体与排气口接通，此时，气管里的空气排出。主锁闭锁缸和辅助锁气缸排气，门解锁，可手动开关门。

3.工作原理

3.1机械部分

门的动力传递方式为：电机→丝杆→直线轴承→携门架→门板上部。门板重力传递方式为：门板→携门架→直线轴承→承载导柱→机构安装架→车体钢结构。

3.2气路系统

参考图2，在有电、有气情况下开门的工作原理为：Y3解锁阀得电→主锁开锁缸充气→主锁解锁；Y2辅助锁闭锁阀失电→辅助锁汽缸复位→通大气。

在有电、有气情况下关门的工作原理为：Y2辅助锁闭锁阀得电→辅助锁汽缸充气→辅助锁闭合；Y3解锁阀失电→开锁缸复位→通大气。

3.3电控系统

塞拉门通过门控系统与列车网络通讯，同时在接收到列车控制信号后输出控制信号，控制门系统开启、关闭等动作。

4.运用中存在的问题

标动自2016年8月开始试运营，塞拉门使用状态良好，但一些也问题也出现：

（1）塞拉门承载驱动机构采用长导柱与直线球轴承配合的方式来实现其对门扇的承载功能，因直线球轴承受到载荷的限制，当门净开度加大至900mm时，门体及门机构较重，个别门体出现下沉。

（2）每列车首尾2个动车的车门集控系统没有完全互锁。

5.改进措施及建议

(1)塞拉门门扇骨架上梁在设计时，考虑到塞拉门是长导柱与直线球轴承配合的方式来实现其对门扇的承载功能，存在一定的偏载。所以在传统上梁设计的基础上增加了一个分载孔，分载孔位于门携架中心位置附近。

(2)在司机室的集控箱内增加了二极管(单向导通)，从而实现了每列车首尾2个动车的车门集控操作系统完全互锁。

结术语：

本文主要分析了时速350KM高速列车标动塞拉门系统机械结构、电气控制系统和门系统安全的设计理念，阐释了塞拉门系统在结构设计方面的高安全性，确保塞拉门系统在紧急情况或者故障情况下，也能保证列车上人员的安全使用。

参考文献：

[1]葛汉青,俎文凯,戴祖信.单开塞拉门系统[P].CN:105525833,2016-04-27

[2]候坤.ICE高速列车塞拉门[J].国外铁道车辆,1996(4):35-41