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工程硕七学位论文 城市轨道车辆塞拉门关门性能研究 摘要 随着我国国民经济的高速发展，城市化的进程愈来愈迅速，解决交通拥挤已成 为各城市迫在眉睫的问题，根据国家发改委制定的城市轨道交通建设规划，计划在 2 0 1 0 年前建成的地铁线路长度超过1 2 0 0 k m 。期间新造城市轨道车辆约6 0 0 0 辆， 共需5 万余套自动门系统，城市轨道交通得以加速发展。进入本世纪以来，国际油 价不断攀升，世界各国都受到能源问题的困扰，有专家预测，在高油价的压力下， 轨道交通行业将在世界范围内迎来新一轮大发展的时机。 城市轨道车辆使用的三种车门中，塞拉门的综合性能突出，但其关门性能较差 也是行业内遇到的头痛问题，这也成为塞拉门不能完全取代其它两种车门的重要原 因。对于塞拉门关门性能差的发生机理研究至今在行业内尚属空白。 本文从列车的宏观系统条件出发，同时考察车门系统的关联功能部件，来研究 塞拉门的关门性能。在研究中建立了塞拉门关门过程的力学计算模氆，并计算分析 了主要因素对塞拉门关门过程的影响规律。在此基础上，还对现有车门轨迹函数进 行了优化并评估了优化效果。 关键词：塞拉门，关门性能，关门阻力差，轨迹函数，影响因素，力学模型 t 程硕七学位论文 a b s t r a c t w i t hm es p e e d yd e v e l o p m e mo ft h ec h i n e s en a t i o n me c o n o m ya n dt h es c a j i i l go fm e u r b a n i z a t i o np r o g r e s s ，仃a i l s p o r t a t i o nc o n g e s t i o nh a sb e c o m ea i li n s 僦h e a d a c h ef o ra l lt h e c i t i e st 0s o l v e i na c c o r d 锄c e 谢t ht h ec o n s 仃u c t i o np l a l l l l i n go fu r b a i lr a i l 、a y 仃a n s p o r t 糊o u n c e d b yt l l en a t i o 砌d e v e l o p m e n t & r e f o mc o m m i s s i o n ，m em e 仃ol mt o t a l i n g m o r em a n1 2 0 0 k mh a sb e e np l a n n e dt 0b u i l db yt l l ey e a r2 0 l o ，d u r i l 培w h i c hp e r i o da n u m b e ro f6 0 0 0u r b a i l 仃a n s i tv e l l i c l e se q u i p p e d 谢也5 0 ，0 0 0 - p l u ss e t so fa u t o m a t i cd o o r s y s t e m sh a v eb e e nc o n s t m c t e d a nm i sh a sc o n t r i b u t e dt 0 让l eb l o o m i n g0 f1 1 r b a nt r f m s i t i n d u s t 哆a st h ei n t e m a t i o n a lo i lp r i c ei ss h 0 0 t i n gu p ，c o u n l d e sa l l a r o u n dm ew o r l da r e b e i n gd i 础e db y 也ee n e r g yp r o b l e m s o m ee x p e r th a sp r e d i c t e dm a tm er a i l w a y 缸a n s p o r t 逾d u s t r yg l o b a l l y 、析l lf 犯en e wd e v e l o p r n e n to p p o m m i 够u n d e rt h ep r e s s u r eo f t l i 曲o i ip r i c e a m o n ga l it l l e 慨et y p e so ft r a 血d o o r 印p l i e do nt t l eu r b a n 仃a n s i tv e h i c l e s ，s i i d i n g p l u gd o o r 咖d so m 谢t l li t sc o m p r e h e n s i v ep e 墒肌a n c e h o w e v e r ，i t sp o o rc l o s i n g f - e a t u r eh 嬲a l s ob o m e r e dal o to fm 锄u f a c t u r e r s ，w h j c hi sa l s ot l l er e 鹪o nw h yi tc a l l n o t m n yr e p l a c em eo t h e rt w od o o r s n os p e c i f i cr e s e a r c hh 嬲b e e nc o n d u c t e d o nt h e o c c u r r e n c em e c h a i l i s m o ft h ep o o rc l o s i i l gp e r f o r m a n c eo fs l i d i i l gp l u gd o o rt 0d a 肥 1 k sp 印e rc a 盯i e so u tr e s e a r c ho nt h ec l o s i i l g 免a t l l r eo fs l i d i n gp l u gd o o rb y 蛐g i l l t 0c o n s i d e r a t i o nm ei n t e r a c t i n g 如n c t i o n a lp a r t so f d o o rs y s t e mu n d e rt h ec o n d i t i o no ft h e o v e r a l lm l i ns y s t e m t h em e c h a l l i c sc a l c u l a t i o nm o d e lo fc l o s i n gp r o c e s so fs l i d i n gp l u g d o o ri se s t 出l i s h e da i l d 也em l er e g a r d i i l ge 虢c to fk e y 胁t o r so nc l o s i n gp r o c e s so fs l i d i n g p l u gd o o r h a v eb e e nc a l c u l a t e da i l da n a l y z e d o nt h i sb a s i s ，o p t i m i 捌i o ni sm a d e 0 nt h c c u n e n t 仃a c ka m c t i o no ft h et r a i nd o o ra n di t se 伍c i e n c yh a sb e e na s s e s s e d k e y w o r d s ：s l i d i n gp l u gd o o r ，c l o s i n g f e a t u r e ，d i f f e r e n c ec l o s i n gr e s i s t a n c e ，t r a c k 缸c t i o n ，i n n u e n c i n gf - a c t o r ， m e c t 眦i c sm o d e l 工程硕学位论文城市轨道车辆搴拉门关门性能研究 l 绪论 1 1 城市轨道交通发展现状与趋势 1 1 1 国内城市轨道交通发展与趋势 1 9 5 6 年，经中央批准，北京地铁建设项目正式启动。在1 9 6 5 一1 9 7 6 年建设了北 京地铁一期工程( 共计5 4 公里) 。随后建设了天津地铁( 7 1 公里，现已拆除莺建) 、 哈尔滨人防隧道等工程。该阶段地铁建设以人防功能为指导思想u i 。 1 9 8 0 年代末至1 9 9 0 年，我国仅有上海、北京、广州等几个大城市建设轨道交 通。从这个时期，我国才开始真正以城市交通为目的城市轨道交通建设。 上世纪9 0 年代，全国有1 3 个城市提出建设轨道交通项目，并进行地铁建设 的前期工作。由于要求建设的项目较多，引进的地铁装备技术导致高昂的地铁建造 成本，1 9 9 5 年国务院发布国办6 0 号文，暂停了地铁项目的审批。1 9 9 7 年国家恢 复批建地铁项目，广州地铁2 号线作为中国首条国产化率超过7o 的地铁线路， 每公里造价仅为4 8 亿元，并且首创或首次采用了站台屏蔽门系统、集中供冷、刚 性悬挂接触网等新技术【2 j 。 进入2 l 世纪，随着经济大发展和城市发展的需求，国家的政策逐渐转向鼓励 大中城市全面发展城市轨道交通，全国己建有轨道交通的城市达十余个，新申请 立项准备建设的城市有8 个，该阶段地铁建设速度大大超过之前的3 0 年。此后， 成都、沈阳、南京、宁波、无锡、长沙、福州等城市提交的轨道交通建设规划相继 获批，各地地铁建设陆续开工。目前，我国已经拥有或正在建设地铁的城市分别 是北京、上海、天津、广州、大连、深圳、武汉、西安、沈阳、南京、重庆、成 都、杭州、苏州和长春这1 5 个城市，正在筹备或已获得批复建设地铁的城市还有 1 6 个，分别是宁波、无锡、哈尔滨、乌鲁木齐、郑州、青岛、福州、南昌、长沙、 合肥、东莞、泉州、澳门、昆明、南宁、贵阳。期间新造城市轨轨道车辆超过6 0 0 0 辆，自动车门系统需求超过5 万余套，中国轨道交通的发展规模和速度在全世界居 前列f 3 】o “十一五”规划明确提，“优先发展公共交通，完善城市路网结构和公共交通 场站，有条件的大城市和城市群地区要把轨道交通作为优先领域，超前规划，适 时建设。国家政策导向使城市轨道交通建设有较好的发展前景，并逐步由直辖 市、省会城市的建设向二线城市转移，国内大中城市发展城市轨道交通有较好的前 景。 1 绪论工程硕士学位论文 1 1 2 国外城市轨道交通发展与趋势 世界城市轨道交通一百多年来发展很快，尤其是在日本、欧洲、北美等国家和 地区。国外大城市通过城市轨道交通组织城市公共交通的趋势日益显著，以巴黎为 例：巴黎的轨道交通工具包括地铁、轻轨铁路和市郊铁路。轨道交通承担巴黎公共 交通7 0 运量，市内和郊区汽车承担3 0 。地铁有1 5 条线，共1 9 9 k m ，是内城公 共交通的骨干，乘客徒步5 分钟就可到达地铁站，列车最小运行间隔9 5 秒。市郊 铁路有1 6 条线，长7 6 0 k m 。许多国家的二线城市由于经济、社会发展的需要也建 立了相应的城市轨道系统，例如英国的格拉斯哥、韩国的大邱市、法国的罩尔、德 国的慕尼黑，人口都在1 5 0 力到3 0 0 万左右。相对于大城市二线城市的地铁线路虽 少，但是换乘系统较为成熟。通过合理的规划实现线路之间及与其他交通方式之间 的换乘。 国外轨道交通的发展有如下几个特点【4 】吼 发展趋势多样化。目前，国际上技术比较成熟、已经上线运营的城市轨道 交通有地铁、市郊铁路、轻轨、单轨、导轨、线性电机牵引的轨道交通及有轨电车 等七种类型。其中以市郊铁路、地铁、轻轨和有轨电车应用最为广泛，以线性电机 牵引系统最有发展前途。 纽约、伦敦、巴黎、莫斯科、东京等轨道交通较发达的地区，基本形成一 定的规模和网络，可以延伸到城市的各个方向，城市结构更加合理。 发展中国家的轨道交通主要集中在2 0 0 万人口以上的大城市。一般只有少 数特大城市发展地铁，更多的则是优先发展轻轨交通。 城市轨道交通发展具有稳定资金来源。 1 1 3 城市轨道交通行业的特点 相对于其它城市公共交通系统，轨道交通系统具有以下特点： 城市轨道交通具有环境保护、能源消耗及运输效率等方面的巨大优势，其 它交通工具无法相比： 城市轨道交通建设由于投入大，在世界发展中国家还没有发展起来，因此 在世界范围内，该行业还有很大的发展空间； 在欧美等发达国家，城市轨道交通已经很发达，虽然不会有很多新线建设， 但车辆更新换代市场很大； 欧美的轨道交通发展经历证明，随着轿车的普及，干线铁路客运业受到了很大 的冲击，但城市轨道交通业却没有受到冲击，因此城市轨道交通业将是一个经久不 衰的产业。而作为城市轨道车辆的重要设备( a 级部件) 的乘客室门系统，必将有 着广阔而长久的应用市场。 2 工程硕士学位论文 城市轨道车辆塞拉门关门性能研究 城市轨道车辆门是城市轨道交通车辆的关键部件之一，它是乘客上下车辆的通 道，因此在安全性可靠性方面要求很高。下面对城市轨道车辆门的发展状况、分类 和原理进行介绍。 1 2 1 城市轨道车辆门的种类 城市轨道车辆门是一大类车门系统的总称，按照不同的分类标准，可划分成不 同的类型( 图1 1 ) 。 按门扇运动方式，可以划分为塞拉门和移门。其中塞拉门还可以进一步细分为 外摆式塞拉门和内藏式塞拉门。而移门也可进一步细分为外挂式移门和内藏式移 门。在塞拉门中，外摆式塞拉门应用最为广泛，内藏式塞拉门仅在日本等少数国家 使用，因此通常所说的塞拉门都指外摆式塞拉门【6 】。 按门系统中门扇数量，可以划分为单开式门和双开式门。由于城市轨道客车客 流量很大，通常车门的通过宽度较大，因此大多数城市轨道车辆的车门都设计成双 开式的【7 1 0 按门扇驱动动力型式，可以划分为气动门和电动门。早期的车市轨道车辆门， 都是气动式的，上世纪9 0 年代中期，电机驱动的门系统才逐渐被应用，进入本世 纪后，随着电动门技术的日益成熟，电动门逐渐取代气动门成为城市轨道车辆门的 主要应用型式。 塞拉门 外挂移门内藏移门 图1 1 城市轨道车辆门的种类 1 2 2 城市轨道车辆门特性比较 1 1 塞拉门 塞拉门的运动特点是在车门接近全关闭时，门扇有一个向车内的“塞紧”动作， 这使塞拉门可以做到密封系统的连续性和关闭后车门表面与车体表面平齐。因此塞 拉门不占用车辆的截面界限，也就是在相同截面界限的情况下，采用塞拉门可以得 到更大的车内空间。由于塞拉门关闭后与车体是齐平的，因此车辆可以获得很好的 整体美观性和空气动力学性能( 图1 2 a ) 。 3 l 绪论 工程硕士学位论文 - - a 塞拉门b 内藏式移门c 外挂式移门 图1 2 城市轨道车辆门的外观 也是因为关门最后的“塞紧 动作，在关门的最后阶段，车辆内部的空气受到 压缩和车载空调的回风会在此阶段产生车内外气压差，使门扇正面上受到较大的空 气压力作用。由于“塞紧”动作需要一个曲线轨道，这个轨道曲面会将门扇正面的作 用力有分解到关门方向上，因此塞拉门受到的关门阻力更大。此外，车内超载拥挤 的情况下，“塞紧”的车门还可能挤压乘客。上述不利因素都将降低塞拉门的关门 可靠性。 此外，由于塞拉门相比于移门，多了一个“塞紧”动作，因此其运动机构更复 杂，整套门重量更大。 2 ) 外挂式移门和内藏式移门 移门的门扇只有一维运动，运动机构更简单，整套门的重量也较小，关门过程 中也没有塞拉门那样的压缩空气效应，因此关门可靠性相对更高。 因为移门的运动是一维的，因此门关闭后门扇与车体间是或凹或凸的( 图1 2b 和c ) ，于车辆整体外观和空气动力学性能不如塞拉门好。由于很难做到密封的连续， 且又缺乏压紧作用，因此密封性也不如塞拉门好。 内藏式移门与外挂式移门的差异在于，外挂移门由于轨道外置于车体，因此轨 道的防护等级与集成性较差，但外挂式移门与塞拉门一样，相对于内藏式移门来说 对车体侧墙结构要求更简单，不需要象内藏式移门那样需要在车体侧墙上做出空心 夹层结构，也不需要车体提供额外的排水结构。 1 2 3 城市轨道车辆门的原理 车门结构原理如图1 3 示，从功能的角度描述，城市轨道车辆门由驱动、承载、 导向、锁闭、密封、操作、切除、控制及安装连接等系统组成。 4 工程硕士学位论文城市轨道车辆采拉门关门性能研究 驱动系统主要由以下几部分组成： 动力原件一电机或气缸； 同步传动原件一丝杆或齿形带或钢丝绳： 支撑原件一轴承、带轮等； 承载系统主要由以下几部分组成： 运动原件一承载导轨、导杆、滚轮等； 门悬挂原件携门架 导向系统由上下导轨和导向滚轮组成； 锁闭系统由门锁装置组成，有的根据安全功能需要可能还有辅助锁； 密封系统主要由橡胶密封条、毛刷或毛毡条等组成； 操作系统主要由紧急出口装置、紧急入口装置和钢丝连动件等组成： 切除装置主要由机械切除锁、锁挡等组成； 控制系统主要由门控器、各种感应开关、声光提示原件等组成； 圈1 3 门系统原理图 1 2 4 城市轨道车辆塞拉门结构简介 图1 4 是典型城市轨道车辆寒拉门的结构图，其包括门扇( 1 、2 ) 、顶部机构( 1 2 ) 、 摆臂组件( 6 、1 7 ) 、平衡轮组件( 1 0 ) 、e d c u ( 1 4 ) 、隔离开关组件( 7 ) 、入口装 置( 8 ) 、紧急出口装置( 9 ) 、钢丝绳组件( 2 0 、2 1 ) 、密封面零件( 5 、1 5 、1 6 ) 、 嵌块( 3 ) 、门槛( 4 ) 、安装架( 1 1 、1 3 ) 等部件。 5 l 绪论工程硕士学位论文 6 图1 4 塞拉门结构 各部件的功能如下： 门扇( 1 、2 ) 实现车辆出入口开闭的车门主要结构部件； 顶部机构( 1 2 ) 承载门扇，并驱动门扇运动的车门部件； 摆臂组件( 6 、1 7 ) 引导门扇下部运动的部件； 平衡轮组件( 1 0 ) 阻止门扇偏转，以保证车门下部密封的部件； e d c u ( 1 4 ) 车门的控制部件； 隔离开关组件( 7 ) 在车门需要脱离车辆控制时，向车门控制器及车辆 发出隔离信号的部件： 入口装置( 8 ) 为乘务人员从车外进入车内而设置得机械解锁装置； 紧急出口装置( 9 ) 为乘客紧急情况下打开车门而设置得机械解锁装置； 钢丝绳组件( 2 0 、2 1 ) 将紧急出口装置、入口装置与车门锁闭装置机 工程硕仁学位论文城市轨道车辆塞拉门关门性能研究 械连接的部件； 密封面零件( 5 、1 5 、1 6 ) 为车门提供规整密封面的零件； 嵌块( 3 ) 为提高车门约束刚度的止挡零件： 门槛( 4 ) 为车门提供规整密封面并为乘客出入提供踩踏的零件； 安装架( 1 1 、1 3 ) 连接顶部机构与车体的安装零件。 1 3 研究背景及内容 1 3 1 课题研究背景 城市轨道车辆使用的各种车门中，塞拉门在密封性能、车辆空气动力学、车辆 整体美观性及车辆截面界限性能等方面拥有突出的优点。因而在国外从2 0 世纪8 0 年代开始得到越来越广泛的运用。我国从上海轨道交通3 号线开始，先后有广州、 南京、深圳、武汉、天津、成都等多个城市的数十条轨道交通线路的车辆选用塞拉 门。 在人们体验到塞拉门种种优点的同时，因其“关门难 而造成列车误点的问题 也逐渐显现出来。“关门难”已成为在城市轨道交通车辆上进一步推广使用塞拉门 的一个主要制约因素。 塞拉门的运动特点是在车门接近全关闭时，门扇有一个向车内的“塞紧”动作。 因此，在关门的最后阶段，车辆内部的空气受到压缩，所以门扇上受到空气压力作 用。此外，车内超载拥挤的情况下，“塞紧”的车门还可能挤压乘客。这些作用都 将阻碍塞拉门的关门，如果阻碍力达到了车门控制软件预先设定的值，则车门障碍 检测功能激活车门将按照程序设定打开一段距离，等待一段时间之后在藿新关 门，如果车门障碍检测在关门中被反复激活达到规定的次数，车门将全部打开或停 在规定的位置，等待乘务人员处理。 车门障碍检测功能设置是为了防止车门夹伤乘客和防止车门部件被障碍物损 坏。但由于乘客的拥挤无意阻挡或空气压力阻挡而致车门障碍检测被误激活的事件 是人们不希望发生的，因为这将导致列车运营的延误。车门承受乘客拥挤无意阻挡 或空气压力阻挡而不活障碍检测的能力就是人们常说的关门性能。 本课题来自南京康尼机电股份有限公司的企业技术改进研究项目。该公司多年 来在国内轨道车门市场一直占据5 0 以上的市场份额，在车门技术研究方面处于国 内领先地位。在各种城市轨道车辆门中，塞拉门是总体性能最好的一种门系统，但 其最大弱点是关门性能较差，对于这一点，行业内还没有很好的解决办法。这个问 题在一定程度上制约了城市轨道车辆塞拉门的使用范围。在一些城市，特别是乘客 流量较大的城市，不得不忍痛割爱放弃使用塞拉门。因此康尼公司立项研究改进塞 7 1 绪论工程硕士学位论文 拉门的关门性能，致力于进一步提高康尼城市轨道车辆塞拉门产品性能，进而赢得 更大的市场份额。 1 3 2 研究内容 影响城市轨道车辆塞拉门的关门性能的因素较多，比如列车编组车辆数、车辆 安装车门数、车载空调回风量、车门运动轨迹函数参数及乘客拥挤程度等等。 列车编组车辆数、车辆安装车门数、车载空调 日】风量及车门运动轨迹函数参数 等因素最终还是会通过各种形式反映为空气压力影响。因此可以将影响城市轨道车 辆塞拉门的关门性能归集为“空气压力阻挡 和“乘客拥挤无意阻挡”两大因素。 关于乘客拥挤无意阻挡对塞拉门关门性能的影响，文献 8 】进行了模型研究，但 是并没有提出解决方案，而是建议用一种改良的外挂式移门代替塞拉门。但文献 8 】 所建议的车门，除密封性得到保留外，塞拉门的其余优越性能丧失殆尽，因此其对 塞拉门来说，并不是一个改进研究。乘客拥挤无意阻挡问题，可以通过提示、宣传 让乘客了解塞拉门工作特点来解决，事实上目前使用塞拉门的线路也是这样做的， 效果相当不错。以国内第一个使用塞拉门的上海3 号线为例，线路运营初期，尽管 客流量并不大，但由于乘客对车门工作特性不了解，因此经常发生因乘客无意阻挡 车门的事件。后来在车门区域增加了一些提示标识并经过一段时间的宣传讲解，虽 然客流量不断增大，但发生因乘客拥挤无意阻挡车门的事件却很少发生。另外，如 果乘客拥挤无意阻挡激活车门障碍检测功能后，乘客及时避让，而车门尝试再关门 能成功，那么乘客的一次无意阻挡对列车的运营延误仅仅十几秒钟，不会造成实质 影响。但是，如果在此后的各次再关门尝试中，由于气流汇集使气压骤然升高而阻 挡激活车门的障碍检测功能，将造成车门等待乘务人员处理的事件，在此情况下， 列车的延误将达到两分钟以上。因此，影响城市轨道车辆塞拉门的关门性能的两大 因素中，乘客无意阻挡只是起因，且影响很小，是次要因素，而空气压力阻挡是将 影响进一步扩大成实质影响，是主要因素。此外，乘客拥挤阻挡本身是一个不确定 因素，很难通过技术措施加以解决，即使采用了文献 8 】描述的技术，在实际应用中 还是时有因乘客无意阻挡激活车门障碍检测功能的事件发生。 因此，本论文不研究次要因素( 乘客拥挤无意阻挡) 对塞拉门关门性能的影响。 仅研究主要因素( 空气压力阻挡) 对塞拉门关门性能的影响。 塞拉门的关门性能问题，在欧美国家的城市轨道车辆上矛盾并不突出，国外车 辆、车门制造商提供的相同产品，在国外使用没有问题，但在中国使用往往出现“水 土不服的问题一j 。这一现象一直困扰着国内外车辆、车门制造商，行业内至今没 弄清楚其发生机理及解决方案。行业内目前的暂时解决措施有两个：一是减小空气 压力( 减小车载空调系统的送风量【l o l 或增大车体泄漏口面积( 比如深圳地铁1 号线) ； 8 工程硕士学位论文 城市轨道车辆塞拉门关门性能研究 二是增大车门的障碍检测激活力1 1 1 l 。这些措施的采取，其代价是车辆的其它性能被 削弱，只是从外围为塞拉门创造了更好的条件，而并没有提高塞拉门自身的性能。 此外，也没有查到关于该现象从发生机理到解决方案的系统研究文献。因此， 在世界范围关于空气压力阻挡对塞拉门关门性能影响的研究尚属于空白。 城市轨道交通行业内普遍认为，现有塞拉门仪能适应空气压力 f 2 ( 2 一1 2 ) 关门过程中，车门的泄漏面积可以拆分为两部分来计算。一部分是护指橡胶条 之间的泄漏面积，设为a l ；另一部分是周边密封橡胶条与车体之间的泄漏面积， 设为a l 。；则： a l 啾l + a l 。 ( 2 1 3 ) 根据几何矩形面积计算公式，很容易得到护指橡胶条之间的泄漏面积计算公 式： fo c f a i2 kc f ( 2 - 1 4 ) 周边密封橡胶条与车体之间的间隙存在两个部分，其一是周边密封橡胶条与车 体侧面之间的间隙，其二是周边密封橡胶条与密封面之间的间隙，取其中较小者为 周边密封橡胶条的有效间隙。根据几何矩形面积计算公式，也不难得到周边密封橡 胶条与车体之间的泄漏面积计算公式： od o 2 d ( j l l + w ) a l 。= 2 ( 肭+ 咖) 2 ( 励+ 6 w ) 2 ( 砌+ 6 w ) d 0 & d d & d 6 d d & d p 畈，) 口+ p x 哌，) 6 + p & x 口 a l 。= 2 ( 口一x ) + ( 六，) 一p ) w 】五，) 口+ e 一工8 哌，) ef 。= o 】 ( 2 2 9 ) p 通常情况下，在城市轨道车辆塞拉门中i 9 ，将式( 2 2 8 ) 、( 2 2 9 ) 带入式( 2 2 2 ) 得： f s = 办( j 一2 x z 。0 ) ( 厅 堕+ 望继垒塑里二丛趔垡 p + w ) 【p 一( 石) l g f x 障碍检测力为f e ( 单扇门) ( n ) ； 门控系统输出力精度为( 单扇门) ( n ) 。 则关门成功条件式： f m 翌( f 。)( 2 - 3 4 ) 在实际列车运营的关门过程中，大多数情况是同侧车门基本同步正常关闭，简 称正常；少数情况是其中一个车门由于乘客无意阻挡使障碍检测被激活而明显滞后 关闭，其余同侧车门基本同步正常关闭，这个明显滞后关闭的车门就发生异常关门， 简称异常。 经过长时间停用后重新启用时车门一般是在上线之前的车库中进行的，在这种 特殊情况下的关门性能对运营不构成实质影响。因此，本论文仅研究城市轨道列车 运营过程中塞拉门的关门性能。 在正线运营中，各次正常关门之间的运动总阻力相差较小，可以近似地将其看 作关门阻力样本值，则关门阻力样本值近似的等于f m ；对于发生异常关门的门，在 等待一段时间后会进行五次的尝试再关门，在这些再关门能否关门成功，取决于再 关门过程中门的运动总阻力与其当前样本阻力值之差是否超过门控系统预先设定 的“门槛值”。 设异常关门运动总阻力为f m ，则有： f m = f m 。一f m ( 2 - 3 5 ) 按照2 2 节的分析，考虑到城市轨道车辆运行中车门开关频繁，相邻两次开门 之间的时间跨度仅仅数分钟，因此温度、湿度及润滑等问题可以不加考虑。 在不考虑温度、湿度及润滑等影响的情况下，车门机械系统阻力、密封橡胶条 弹力及密封橡胶条摩擦力都可以看作常量。这样，相对于正常关门过程，异常关门 过程中仅空气阻力发生变化。 t 程硕上学位论文 城市轨道车辆塞拉门关门性能研究 设异常关门过程中空气阻力为f 印，则有： f m = f 印一f 印 对应地设异常关门过程中： 正在关门的车门数为k ； 列车内空气泄漏到车外的泄漏面积a ( m 2 ) ； 列车内、外的空气压强差p ( p a ) ： 关门过程中作用在门上的空气正压力为f 。( n ) ； 因此，可以相应的建立异常关门运动的相关计算公式： a = m + k a l p ：绝 2 彳“ f a _ p h w f a p = f ，( x ) f 。 将式( 2 2 1 ) 、( 2 - 4 0 ) 代入式( 2 - 3 6 ) 得： f m = f ( x ) ( f 。a - f a ) 将式( 2 4 ) 、( 2 8 ) 、( 2 9 ) 、( 2 - 3 7 ) 、( 2 3 8 ) 、( 2 3 9 ) 代入式( 2 - 4 1 ) 得： f m = 八啪w ( 刀p 瓦丢可一面舌哥 再将式( 2 4 2 ) 代入( 2 - 3 4 ) 得： f m _ 八枷w ( ，z q c ) 2 p 面丢研 ( 2 - 3 6 ) ( 2 3 7 ) ( 2 3 8 ) ( 2 3 9 ) ( 2 - 4 0 ) ( 2 4 1 ) ( 2 - 4 2 ) 一面毒丽泓f e - ) ( 2 郴 由式( 2 1 3 ) 、( 2 1 6 ) 和( 2 1 7 ) 可以看出，关门过程中车门的泄漏面积a l 是 关于车门运动轨迹函数f ( x ) 和车门结构参数( 咖，e ，h ，w ，i ) 的函数。 因此，由式( 2 4 3 ) 可以看出，塞拉门的关门性能与下列冈素相关： 1 )车门的运动轨迹函数f ( x ) ； 2 ) 车门结构参数( b ，e ，h ，w i ) ； 3 )列车编组车辆数n ； 4 )车辆安装车门数m ； 5 ) 车载空调送风量q 。； 6 )同时发生异常关门的数量k ； 7 ) 到站打开的车门数婴： z 8 ) 门控系统输出力精度为。 3 塞拉门关门性能弓各因素之间关系 工程硕士学位论文 3 塞拉门关门性能与各因素之间关系 从2 4 节的论述中我们知道，塞拉门的关门性能是关于车门运动轨迹函数f ( x ) ， 车门结构参数，列车编组车辆数n ，车辆安装车门数m ，车载空调送风量q 。，同时 发生异常关门的数量k 。及设计到站打开的车门数k ( 1 1 i i 以) 的函数。 车门结构参数一般受到车体结构的约束不能随意改变，并且这些结构参数本身 还包含很多子参数，分析起来难度较大。另一方面，车门结构参数对宏观研究塞拉 门关门性能帮助不大。因此，本论文对车门结构参数不做迸一步深入研究，而是将 其作为常量。 发生异常关门的数量k 在阻力差值公式( 2 4 2 ) 中位于被减数的分母中，则阻力 差值关于k 。是减函数，即k 值越小阻力差值越大。为了研究塞拉门关门性能的最 差的情况，本论文将其取值为最小自然数k = 1 ，不再做其它取值情况的研究。 到站打开的车门数k ( 加化) 本身是关于列车编组数n 和车辆安装车门数m 的函 数，因此其对塞拉门关门性能的影响规律与组成它的子函数是一致的，因此本论文 不再对其研究。 此外，由于障碍检测力隧1 5 0 n 是标准规定值1 1 3 l 。门控系统输出力精度8 由于 处在不等式的大侧，且为减数，因此精度值越小越有利于提高塞拉门的关门性能， 但因其为车门控制系统范畴，本论文不进一步研究如何减小值。 本论文将重点研究车门运动轨迹函数f i x ) 、列车编组车辆数n 、车辆安装车门 数m 及车载空调送风量q 。对塞拉门关门性能的影响。 在后续关于各因素对城市轨道车辆塞拉门关门性能影响规律研究中，将采用计 算归纳的方法进行，从一系列的计算数据中归纳总结其影响规律。 3 1 列车、车辆及车门参数 在后续章节关于塞拉门关门性能影响因素的研究中，均采用以下列车、车辆条 件和车门参数，除非相关章节研究到的对象参数需要作为变量处理之外，只要作为 常量的参数都符合下述列出的数据。 3 1 1 列车、车辆参数【3 明 表3 1 所列出的列车车辆参数均引用自深圳地铁一号线项目。 表3 1 列车、车辆参数 nm q 。氏 61 0 o 8 7 7 m 3 s0 0 6 m 2 丁程硕上学位论文城市轨道车辆塞拉门关门性能研究 3 1 2 车门参数 表3 2 所列出的车门参数来自康尼公司现有城市轨道车辆塞拉门。 表3 2 车门参数 abehlhrw io 0 4 0 m o 0 2 l mo 0 0 5 m 2 o o m o 0 0 2 m0 0 5 2 mo 1 5 0 m1 6 4 5 m y o 、 - ，j - ， ，舸 z 、| p | x 图3 1 车门的运动轨迹 现有康尼城市轨道车辆寒拉门轨道曲线如图3 1 示，原点与图2 6 定义的坐标 原点重合，用函数表达如下： i 增o o x f i x ) = 、厂：矛= i 哥一( r 一日) 而 x 2 ( f e 吨) ，不满足不等式( 2 4 3 ) ，因此从理论上讲，现有塞拉门在发生异常关 闭的车门运动到这三个坐标位置，空气阻挡力将会再次激活车门的障碍检测功能， 门不能正常关闭。但由于f m 比2 ( f 。吨) 仅大4 n ，因此实际列车运营中是处于可能 再次激活车门障碍检测功能的临界状态偶尔会发生。 上述计算分析结果与车门在实际运营中的表现是相符的，因此可以反证本论文 所构建的城市轨道车辆塞拉门关门性能研究模型是正确的。 hj呈煮+垛芷黔冲 簿|1亍警_i踅科凿黼嚣l淋i1斋器章* 项口代n 12345678 91o11121314 列4 i4 i 辆数( 辆)n 666666 66666666 4 i 辆鲁if 】数( 个)m 101o101010101010 101010101010 乓辆审调送风( m 1 )q 。 08 7 70 8 7 708 7 70 8 7 70 8 7 708 7 7 0 8 7 7o8 7 70 8 7 70 8 7 708 7 70 8 7 708 7 70 8 7 7 哞体泄漏嘶手j ( m 2 ) a c o 0 6 0o0 6 00 0 6 000 6 00 0 6 0 0 0 6 000 6 00 0 6 00 0 6 00 0 6 0o 0 6 0o0 6 000 6 000 6 0 单fj 世漏l 自f 和! ( m 2 ) a 1o 0 0 00 0 0 0o 0 0 400 0 8o0 12o ，0 1 600 2 0 0 0 2 40 0 3 200 4 1o 0 5 10 0 6 00 0 6 9o 0 7 8 | ；：i 常一跫f j 的数量( 个) 1111 1 k 11 1111111 州角( 。) a3 5 o3 5 o 3 5 03 5 03 5 03 5 03 5 03 5 03 5 03 5 0 3 503 5 03 5 03 50 过渡嘲弧半径( m ) r0 15 0015 0 0 1 5 0o 1 5 0015 00 15 0015 00 1 5 0 0 15 0015 00 15 00 15 0015 0o15 0 额定摩 谴距离( m ) h00 5 20 0 5 2 00 5 2o 0 5 2o0 5 20 0 5 200 5 20 0 5 20 0 5 200 5 2o0 5 2 o 0 5 200 5 20 0 5 2 fj 扇位移i m )xo0 0 00 0 0 1 00 0 20 0 0 300 0 40 0 0 500 0 60 0 0 70 0 0 80 0 0 9 0 0 1 00 0 1 10 0 12o0 13 轨迹曲线函数( m ) f f x )0 0 0 0 0 0 0 1o 0 0 1o 0 0 2o 0 0 30 0 0 40 0 0 4 0 0 0 50 0 0 600 0 60 0 0 700 0 80 0 0 800 0 9 轨迹曲线函数导数 o 7 0 007 0 007 0 00 7 0 00 7 0 0 fr y l0 7 0 00 7 0 007 0 0 o 7 0 007 0 00 7 0 007 0 007 0 00 7 0 0 f j j 点l 横一l 标( m ) 0 0 3 600 3 6o 0 3 60 0 3 600 3 6o0 3 6 100 3 60 0 3 600 3 60 0 3 600 3 60 0 3 6 00 3 60 0 3 6 切点2 磺啦杯( m ) x 20 12 2 0 12 2012 20 1 2 2012 20 1 2 20 12 2o 1 2 20 1 2 2012 20 12 2 0 12 20 1 2 2o 1 2 2 侧血额定f i j 】隙( m ) a0 0 4 00 0 4 0o 0 4 0 0 0 4 00 0 4 00 0 4 00 0 4 0o 0 4 00 0 4 00 0 4 00 0 4 00 0 4 0 0 0 4 00 0 4 0 i ：卜额定l h j 隙( m ) b0 0 2 10 0 2 1o 0 2 10 0 2 1 0 0 2 10 0 2 10 ，0 2 10 0 2 10 0 2 10 0 2 100 2 10 0 2 1o0 2 1 00 2 1 胶条额定瓜缩( m ) e 0 0 0 5o 0 0 500 0 50 0 0 5o 0 0 500 0 50 0 0 5 0 0 0 50 0 0 50 0 0 50 0 0 50 0 0 5o 0 0 5o 0 0 5 门高( m ) h2 0 0 02 0 0 02 0 0 02 0 0 0 2 0 0 020 0 02 0 0 020 0 02 0 0 020 0 02 0 0 02 0 0 0 2 0 0 020 0 0 fj 宽( m ) w1 6 4 51 6 4 516 4 516 4 51 6 4 516 4 51 6 4 51 6 4 5 16 4 51 6 4 516 4 51 6 4 516 4 516 4 5 胶条额定j k 缩( m ) o 0 0 200 0 200 0 2o 0 0 20 0 0 200 0 200 0 20 0 0 2 o0 0 200 0 200 0 20 0 0 20 0 0 2o 0 0 2 胶条泄漏值j 秘( m 2 ) a ，0 0 0 00 0 0 00 0 0 4 o 0 0 80 ，0 1 200 16o 0 2 000 2 4o 0 2 800 3 20 0 3 6 o0 4 00 0 4 40 0 4 8 周边胶条泄漏面积( m 2 ) a 1 ”0 0 0 00 0 0 000 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 00 0 0 400 0 90 0 1 500 2 00 0 2 500 3 0 卒e 密度【k g m 3 )p 1 2 9 01 2 9 012 9 012 9 01 2 9 01 2 9 0 12 9 01 2 9 01 2 9 01 2 9 01 2 9 012 9 01 2 9 012 9 0 阻力茸值( n )f m 0 00 o1 3 1 91 8 9 52 1 7 92 3 2 72 4 0 32 4 3 7 2 4 4 o2 3 9 32 3 2 42 2 4 72 1 6 82 0 8 9 障耐椅测力( n )f e 1 5 0 01 5 0 01 5 0 0 1 5 0 015 0 01 5 0 01 5 0 015 0o15 0 o15 0 o15 0 o 1 5 0 01 5 0 015 0 0 力控制精度( n ) 3 0 o3 0 03 0 o3 0 03 0 ，0 3 0 o3 0 03 0 03 0 03 0 03 0 03 0 03 0 03 0 0 关门成功； f j 断s f ssssss fffsssss q 表4 1 现有寒拉门的阻力差值计算( 续) 囊潲j立l1昧卦警阵鼠辩寓高潜卑 _r平呈巍十球高黔h 项日 代h02 12 22 32 42 52 62 72 8 列擎i 辆数( 辆)n66666666666666 4 i 辆4 if j 数( 个)m 101