地铁安全门电磁锁的优化研究

文/刘远辉,南京康尼电子科技有限公司

地铁安全门电磁锁的优化研究

文/刘远辉,南京康尼电子科技有限公司

本文首先介绍了地铁安全门电磁锁电气原理，然后分析了地铁安全门电磁锁主要功能与设计理念，最后探讨了地铁安全门电磁锁电气理论设计和机械结构的设计。

地铁安全门；电磁锁；设计

城市轨道交通站台安全门系统是一种专用于地铁站台的防护性系统。通过安全门的控制系统与驱动机构，实现地铁列车的车门与该系统站台安全门中的活动门之间的同步操作。列车未到站时，站台安全门关闭，将候车旅客与轨道隔离开；在列车到站以后，站台安全门的活动门与列车车门同步打开，乘客可以通过活动门直接出入列车车厢，为候车旅客提供了绝对的安全保障。在安全门系统中，电磁锁作为一种安全保障设备，对安全门的正常工作起着至关重要的作用。然而，在现有的安全门系统中，电磁锁往往是故障率最高的设备。这种现象既与其特殊的功能密不可分，也与现有设计存在缺陷相关。

1 地铁安全门电磁锁电气原理

在屏蔽门系统中，电磁锁的主要功能为：①在未收到开门命令时，电磁锁锁销处于伸出状态，触发锁闭机构，阻止滑动门沿导轨运动，防止不正当理由的开门动作；②在收到开门命令后，电磁锁锁销可迅速(少于 200ms)吸回，使锁闭机构释放，不再阻挡滑动门的开关动作；③在滑动门从开门状态转变为关闭状态后，电磁锁锁销释放回伸出状态，触发锁闭机构，同时给出反馈信号，告知屏蔽门状态监测系统门已锁紧。

电磁锁的核心部件是电磁铁。当电磁铁线圈通电时，衔铁带动锁销支架、锁销、遮光板一起动作，复位弹簧被压缩，遮光板遮断解锁位置传感器的光线，解锁位置传感器通过传感器连接器发出真值为“1”的返信。当电磁铁线圈断电时，在复位弹簧作用下，锁销支架带动锁销、电磁铁衔铁、遮光板一起动作，遮光板遮断锁定位置传感器的光线，锁定位置传感器通过传感器连接器发出真值为“1”的返信。至此，电磁锁解锁锁定各1次，对应屏蔽门开关各1次。

2 地铁安全门电磁锁主要功能与设计理念

2.1 主要功能

在安全门系统中，电磁锁的主要功能为：

2.1.1 在未收到开门命令时，电磁锁锁舌处于伸出状态，触发锁闭结构，阻止滑动门沿导轨运动，防止不正当理由的开门动作(如个别乘客从站台侧强行开门)。

2.1.2 在收到开门命令后，电磁锁锁舌可以迅速(少于200ms)吸回，使锁闭结构释放，不阻挡滑动门的开关动作。

2.1.3 在滑动门从开门状态转变为关闭状态后，电磁锁锁舌释放回伸出状态，触发锁闭机构，同时给出反馈信号，告知监控系统门已锁紧。

2.2 设计理念

针对地铁安全门系统的实际需要，电磁锁应具备以下性能：

2.2.1 高寿命。由于安全门必须伴随着列车的进出站做多次开关动作，而电磁锁又是控制安全门开关动作的关键器件，所以，在设计过程中，必须考虑电磁锁的寿命。根据运营部门的相关要求，安全门必须通过百万次寿命试验，这就要求电磁锁应无故障运行100万次。

2.2.2 高精确度。电磁锁的状态问接反应了滑动门的状态，所以电磁锁的每一个动作都必须精确反馈回监控系统。针对运营方的实际需求，其误报率应低于10-6。

2.2.3 低能耗。电磁锁属于有源耗能器件，尤其是在启动瞬间，单个电磁锁的热功率可达 150W以上，所以，通过合理的电气设计来降低电磁铁的热功率，将会大大减少能耗。

2.2.4 低噪声。电磁铁在动作的过程中由于撞击和摩擦等一系列原因会发出噪声，如果处理不当，将会对周围环境造成噪声污染。根据CJ／T236-2006中的相关规定：电磁锁在正常工作时，水平距其1m处的噪声测量值必须低于70dB。

3 地铁安全门电磁锁电气理论设计

电磁锁的寿命、行程、起动力和保持力等重要指标都与电磁铁的性能直接相关。电磁铁的参数之间有着相互制约的关系，必须全面考虑，从而实现满足设计要求的最优参数配置。

3.1 行程：由于工程实际需要，电磁铁的行程一般选择为8mm，这样既可以满足锁舌锁定门体的需求，也在保证安全的情况下降低了电磁铁的体积、功率等参数。

3.2 供电：根据安全门供电系统的特性，电磁锁的优选供电电压分为DC110V和DC24V两种。在该型电磁铁的设计中，DC110V电源用于启动电磁铁使其行程归零，DC24V电源用于保持电磁铁的吸合状态。如果单一采用DC110V电源为电磁锁供电，会产生较高的功率损耗，同时产生大量的热量，使电磁铁的寿命极大地缩短；如果单一使用DC24V电源，就必须加倍增大电磁铁的体积。

3.3 吸合力：考虑电磁锁内的弹簧强度、传动机构质量和整体抗振性能，只要电磁铁的吸合力始终大于23N，电磁锁就可以稳定运行。电磁铁的核心功能是实现吸合和释放两个动作。所以，理论计算的重点，就是确定电磁铁的理论吸合力是否能够满足设计要求。

4 地铁安全门电磁锁机械结构的设计

电磁锁传动机构的作用是将电磁锁锁舌与电磁铁铁心进行有效连接，使电磁铁的铁心可以带动锁舌进行吸合、释放运动。电磁铁的动作检测装置安装在传动机构上，因此，动作检测装置的设计与传动装置的设计是息息相关的。

4.1 传动机构

电磁铁工作时，铁心不能承受侧向冲击力。因为侧向冲击力会极大地增加电磁铁铁心与内壁问的摩擦力，造成铁心与内壁的磨损，降低寿命。同时，由于铁心的偏心作用，内部气隙的均匀程度也会发生改变，从而显著减小电磁铁的吸合力，甚至引发卡壳。若锁舌与电磁铁铁心直接相连，那么由于杠杆作用，锁舌上发生的极小侧向位移都将导致电磁铁铁心发生较大的侧向位移。

4.2 动作检测装置

现有电磁锁的动作感应装置主要由微动开关和光电开关两种。主流的做法是将传感器安装在锁体内壁上，在传动杆上安装一个伸出的触片，通过感应这个触片的动作来实现对锁舌动作的检测。然而，该方式需要在电磁铁铁心上加装限位防转动装置，这将增大铁心与电磁铁内部衬套之间的摩擦，甚至会频繁引发卡壳。合理的优化措施是将触片换为360°的环状挡片，并且采用双侧微动开关设计，这样就不用加装铁心防转动装置。

5 结语

电磁锁作为安全门系统中的安全保障设备，对安全门的正常工作至关重要但是，由于高强度使用，电磁锁会产生卡阻、无返馈信号等故障，给站内运营和维修人员带来了诸多困扰。如何降低电磁锁故障率、降低屏蔽门运营维护成本成为亟需解决的现实问题。

[1]金碧筠．列车车门及站台屏蔽门的开／关门时序研究[J]．城市轨道交通研究，2013(8)

[2]陈韶章．地下铁道站台屏蔽门系统[M]．北京：科学出版社，2005