城市轨道车辆车门技术综述

城市轨道车辆车门技术综述

张高翔

南京康尼机电股份有限公司 江苏南京 210000

摘要：现阶段我国城市轨道事业建设规模逐年增大，而轨道车辆运行安全愈发受到人们的重视。作为轨道车辆的核心组成，车辆车门技术的应用不仅影响到轨道车辆的运行可靠性，亦对乘客的生命安全有着直接影响。对此本文从轨道车辆车门分类的分析入手，进一步阐明现阶段我国轨道车辆车门技术的应用，以供参考。

关键词：车门技术；分类；轨道车辆；锁闭

城市轨道项目的建设，一方面可以加强城市对车辆尾气排放的治理，另一方面则可以实现对当前交通拥堵问题的有效解决。正因此，我国各大城市开始加大对城市轨道交通项目的建设步伐。作为轨道车辆的基础构成要素之一，车门技术的应用与轨道车辆能否稳定运行之间存在直接联系。倘若车门技术应用不合理，在长时间频繁开关门以及温湿度、压力、电磁干扰等因素的影响下，极易发生过各类车门故障问题，进而对乘客的生命安全造成严重威胁。正因此，如何加强对轨道车辆车门技术的合理、科学应用，对于促进轨道车辆交通事业的可持续发展有着重要影响。

1. 轨道车辆车门类型划分

1. 以动力源为依据进行划分

以动力源为划分依据，现阶段轨道车辆常用车门类型包括气动门和电动门^[1]。针对气动门而言，主要运行原理是通过压缩空气来驱使气缸，车门通过控制与传统系统来完成启闭操作。其中控制系统主要作用在于车辆车门的稳定控制，机械单元作用体现为车门开启、关闭操作的执行，而气动作则是实现车门运行的动力源。针对气动式轨道车辆车门的应用，其优势体现为承受荷载能力强、缓冲能力强等，缺陷则体现为造成污染大、密封性能较差等。针对电动门而言，其主要构成部分包括控制器、锁闭机构、驱动电机、解锁装置以及传动系统等。不同于气动门，电动门的动力源为电能，即在运行期间能够实现与轨道车辆的整体匹配，并且因控制算法相对简单，以便于后续的维护与检修。再加上电动门不会产生噪音污染，成为现阶段轨道车辆主流的车门类型。

2. 以运动机构为依据进行划分

按照车门运行机构的不同，可将其类型划分为：（1）外挂门是指车辆车门以门外侧为载体进行悬挂系统、门页、传动系统的设置，优势体现为提升车辆内部空间利用率，劣势体现为行驶阻力较大，适用于载客量大、车速要求低的项目中。（2）内藏门，此种类型主要以车体内部进行传动、驱动等系统的设置，通常情况下以直线驱动形式进行车门控制。此类型车门优势体现为机构简单、成本低等，劣势体现为影响车辆内部载客量。（3）塞拉门，此类型车门与移门之间存在诸多不同点，即在车门关闭过程中会以塞紧动作的产生来提升车辆的密封性，在保证轨道车辆内部空间利用率的同时，确保车门与车体二者在关闭时处于平行的状态，降低轨道车辆的行驶阻力，并在此基础上保持车辆内部密封性始终处于良好状态。

2. 轨道车辆车门关键技术应用

1. 锁闭技术

锁闭系统的应用主要作用在于将车辆运行期间的车门始终控制在紧闭状态，作为车辆控制系统中的重要组成，该技术应用关乎到乘客的人身安全。而纵观现阶段城市轨道项目的建设与运营，常见锁闭技术包括机械锁、单向超越离合器锁、电磁锁(删除阀)、电机摆动锁等。

例如在IFE公司产品中，主要是电磁式锁闭系统进行车辆车门的锁闭控制^[2]。运行期间齿轮依托于电磁力的接通来实现紧密结合，齿轮断开则是通过电磁力切断来控制。此种闭锁技术的应用优势体现为控制便捷，而劣势则表现为易出现电气故障、齿轮磨损严重等问题。以康尼公司产品为例，主要以机械锁闭形式实现车门控制，主要代表有LS、35D锁闭装置。在实际运行过程中，35D锁闭系统的应用，主要是依托于矩形扭簧的应用，基于中心轴的反转呈现出松弛的特点，此时车门摩擦力下降，基于中心轴的正转呈现出收紧的状态，此时车门摩擦力相对较大，通过正转、反转作用来实现车门的锁闭控制。针对LS闭锁系统的应用，则是以“螺旋升角小于摩擦角”原理，车门在运行期间借助螺旋传动达到锁闭状态，无需借助额外动力源或者是其它机构进行车门控制。LS 锁闭系统主要由螺母副以及丝杆组成。电机驱动丝杆的旋转，丝杆的旋转带动螺母副运动。当螺母副运动至锁闭位置处，螺母副中的滚动销进入丝杆的锁闭段。由于位于锁闭段的圆柱销的摩擦力大于运动力，实现门系统的可靠锁闭。相较于35D闭锁的应用，LS闭锁系统在结构简单、可靠性、体积等方面表现更优。（图1：LS锁闭示意图）

图
1：LS锁闭示意图

2. 控制技术

要想实现对车辆车门的高效、稳定、安全控制，除配置常规的车门启闭功能之外，还需重视对车辆车门控制系统的应用，具体包括防挤压、警告、障碍物检测等功能。而要想实现对上述功能的设置，必须以电子门控单元为基础，运行期间依托于电子门控单元进行相关信号的采集和接收，并为车门启闭下达执行命令，并实现对运行报警、状态检测功能的实现。

作为车门控制的核心关键，控制系统的应用需要以相关控制软件为基础，通过控制软件来发挥出故障诊断、控制逻辑、现场总线等功能。而要想确保车辆车门系统在运行期间稳定发挥其相应功能，必须保证其控制软件的完整性与完善性，做到在车辆车门启闭控制时进行相关信息的采集，并在后续车门检修、维护时为相关检修人员提供参考信息。城市轨道车辆运行存在环境复杂、压力大、程序复杂等特点，因此对于车辆车门控制系统的应有着极为严格的标准，但是纵观现阶段车辆运营情况，仍有部分轨道车辆存在较多电控故障的问题。

3. 制造技术

为确保其车门制造质量符合标准要求，现阶段车门制造多以模块化制造技术为主，进而在加强车门质量控制的同时，实现对车门制造成本的有效控制。

分析轨道车辆车门的构成，具体包括门页、导轨、胶条、电机等零部件^[3]。其中门页的制作采用热固化成型技术的较普遍，其结构则以铝夹层结构为主，主体框架采用铝型材焊接或者拼接成型，内部空腔部位填充铝蜂窝，并且为实现较高的机械强度，通常会在铝骨架内外侧包覆铝蒙皮，确保其门页的制造质量符合标准。针对丝杆的制造，主要采用车床进行螺纹丝杆的加工，并且为实现对表面强度的提升，可视情况采用调质处理与中频淬火等技术。此外，当前丝杆制造过程中，为实现对制造质量与效率的进一步提升，已经重视对冷挤轧工艺的应用。如采用轧制成型的多头丝杆也已经成熟应用在项目中。

3. 轨道车辆车门技术展望

纵观现阶段我国轨道车辆对车门技术的应用，仍尚存制造技术落后、门机构力学研究不深入等问题。对此，为实现对车门技术的进一步发展，相关学者需加大对以下几点的研究力度：（1）设计方法创新探索。尽管现阶段我国对于车门设计的研究已经取得初步成效，但是仍需通过不断创新优化来提升车门使用的稳定性。对此，需加大对模糊设计、摩擦学设计、智能设计、参数化设计、三维立体设计、仿真计算、有限元应力分析等方面的研究力度。轻量化、集成化、讲究性能优良的同时，更注重安全、舒适、以人为本，尽力追求低生命周期成本。（2）新材料应用。车门材料的应用关乎到轨道车辆的运行稳定性和运行年限。对此，需加大对车门材料应用的研究力度，在保证其车门质量的基础上，重视在轨道车辆车门中应用碳纤维、阻燃、多孔填充等材料。（3）新工艺应用。如门板的焊接采用激光焊接，门板内部填充采用发泡技术等。通过新工艺的应用，减少人力资源，缩短制造周期以及制造成本。

结束语：

综上所述，为发挥出轨道车辆中车门技术应有的作用与功能，为轨道车辆的稳定运行提供保障，需以质量保证为前提，继续加大对新设计、新材料、新工艺等方面的研究，重视对车门技术的自主创新与研发，以此为我国轨道车辆事业的长久发展提供支撑。

参考文献：

[1] 龙静, 高文明, 缪小冬,等. 城市轨道车辆车门技术综述[J]. 现代城市轨道交通, 2017, 000(005):1-6.

[2] 李宝泉, 周强, 唐立国,等. 城市轨道交通车辆的车门智能诊断技术[J]. 城市轨道交通研究, 2020, v.23;No.213(06):159-162.

[3] 杨立冬. 解析城市轨道交通车辆车门故障诊断[J]. 建材与装饰, 2020, No.612(15):220+223.