地铁车辆客室车门锁闭机构改造应用研究

王清永

(天津市地下铁道运营有限公司 天津 300222)

随着我国经济的高速发展、城市化进程的加快，城市轨道交通成为城市公共交通系统越来越重要的组成部分，地铁以准点、环保、舒适等优点成为市民出行的首选交通工具，天津地铁目前运营线路达到6条。地铁车辆客室门在运营过程中动作频繁、故障率高，直接影响运营质量及安全性、舒适性、可靠性。天津地铁1号线车辆客室车门为电动塞拉门，其锁闭机构采用35C型制动器，随着运营年限的增长，逐渐表现出了瞬时锁闭失效的问题，通过本次改造，解决了锁闭机构瞬时锁闭失效的故障问题，提高了运营可靠性和安全性。

1 客室车门工作原理和功能

客室车门系统由门控器、驱动电机、锁闭机构、丝杆、螺母副、携门架、门扇等部分组成。

电子门控器和驱动电机是客室车门动作的控制和动力元件。驱动电机、锁闭装置、丝杆以机械结构形式相连接，丝杆正反方向的旋转驱动螺母副平行移动，螺母副与携门架连接，门扇通过携门架和顶部机构实现运动自由度。通过司机室内的集控开关或信号系统向每个车门的门控器发送开关门指令，门控器控制电机驱动丝杆螺母副实现门扇的摆动和平移运动。在车门关闭时，电机不持续输出关门力，而是由锁闭机构实现车门锁闭，锁闭机构具备紧急解锁功能(见图1)。

图1 客室车门工作原理图

客室车门同时具备自身故障检测[1]、故障隔离、内外紧急解锁、障碍物检测防夹等功能。

2 制动器型锁闭机构工作原理

车门驱动电机与制动器的主动轴连接，丝杆与制动器的从动轴连接。允许主动轴端(驱动电机连接侧)正反旋转，限制从动轴端(丝杆连接侧)单向旋转(开门方向)是35C型制动器的工作特性。客室门系统正常工作时，驱动电机驱动丝杆正反向自由旋转，进而实现客室门的开闭。为保证紧急情况下的车门开启，制动器单独设置了释放手柄，该手柄通过钢丝绳与客室内紧急解锁装置连接，操作紧急解锁装置后，制动器失去单向锁闭功能，客室车门可通过手动开启[2]，如图2所示。

图2 35C型制动器

图3 35C型制动器内部制动原理图

制动器由圆柱滚子、丝杆连接轴凸轮面和套实现单向锁闭功能(见图3)。

(1)电动开门：电机连接轴逆时针转动时，推动圆柱滚子离开自锁位置，圆柱滚子接触丝杆连接轴后带动丝杆连接轴同步逆时针转动，实现电动开门。

(2)电动关门：电机连接轴顺时针转动时，先推动丝杆连接轴，然后推动圆柱滚子实现电机连接轴到丝杆连接轴的传动，实现电动关门。

(3)手动关门：丝杆连接轴顺时针转动时，圆柱滚子与丝杆连接轴之间的释放区变小，丝杆连接轴推动圆柱滚子接触电机连接轴后实现传动，实现手动关门。

(4)手动开门锁闭：丝杆连接轴逆时针转动时，楔紧区有变小的趋势，楔紧区变小，则摩擦角变小，而由于圆柱滚子在当前位置是摩擦的自锁角，因此丝杆连接轴不能逆时针转动，无法实现手动开门。

3 35C型制动器锁闭机构瞬时锁闭失效问题分析

在进行地铁车辆检修作业时发现有车门关门后锁闭不良并且反弹的情况，出现了锁闭不可靠的现象。对制动器进行拆解后发现丝杆连接轴凸轮面有异常磨损，影响了圆柱滚子与丝杆连接轴和套之间的摩擦角，进而导致在某一位置出现瞬时锁闭失效问题(见图4)。

图4 35C型制动器丝杆连接轴凸轮面磨损

4 改造方案

针对上述问题，天津市地下铁道运营有限公司(以下简称天津地铁公司)对1号线既有地铁车辆客室车门锁闭机构进行了相关改造，改造为LS型锁闭机构。

4.1 LS型锁闭机构工作原理

LS型锁闭机构的工作是由丝杆和传动螺母配合完成的，丝杆上布置有螺旋槽，螺旋槽分为工作段、锁闭段和过渡段，其中工作段的摩擦角小于螺旋升角，锁闭段的摩擦角大于螺旋升角，过渡段介于工作段和锁闭段之间。客室车门动作中滚动销通过丝杆过渡段时，丝杆的螺旋升角由非自锁逐渐过渡到自锁的螺旋升角，摩擦角大于螺纹的螺旋升角时，实现了LS型锁闭机构的自锁功能(见图5)。当传动螺母的滚动销进入锁闭段时，仅丝杆能驱动传动螺母，而传动螺母无法驱动丝杆，因此实现在客室车门锁闭后手动拉动门扇无法开门，只能通过电机转动或通过紧急解锁带动丝杆转动解锁。当电子门控器控制电机带动丝杆反转时，滚动销从丝杆的锁闭段脱离出来，实现无源自解锁，在这个过程中螺母组件不能移动，因此螺母套跟随丝杆反向旋转，又再现了一个相对转动的过程，电动解锁后，螺母套与滚动销保持这个角度至开门到位。操作紧急解锁装置实现手动解除锁闭时，通过钢丝绳拉动中间解锁装置，解锁装置作用于螺母套，带动螺母套、塑料螺母和丝杆共同向解锁方向旋转，转动到一定的角度，滚动销离开丝杆的锁闭段，从而实现了紧急手动解锁功能。

图5 LS型锁闭机构

4.2 LS型锁闭机构优点

(1)可靠性较高。依靠螺旋副的自锁原理锁闭，不会因列车运行等因素引起的振动导致车门解锁。

(2)舒适性高。锁闭机构工作依靠传动螺母和丝杆滚动摩擦完成，冲击振动小、噪声低、运动平稳性高。

(3)便于维修。锁闭机构的组成部件少、结构简单、便于检查与维修[3]。

4.3 台架试验验证

改造前对POM螺母、滚动销和丝杆开展台架试验，如表1、表2所示，试验结果良好。

4.4 实际装车运行情况

天津地铁公司对1号线既有地铁车辆客室车门锁闭机构进行了改造，改造为LS型锁闭机构，根据改造后的运行数据，与改造前运行数据对比，发现门系统的固有可靠性和服务可靠性大幅度提高，如图6所示。

表1 POM螺母试验记录

表2 滚动销和丝杆台架试验记录 /mm

图6 天津地铁1号线改造前后可靠性对比图

5 结束语

目前天津地铁1号线既有地铁车辆改造完后运行了1年时间，LS型锁闭机构故障率低，解决了35C型制动器瞬时锁闭失效问题，运营可靠性、安全性得到了有效提升。结合应用效果，后期将在天津地铁新建线路上对LS型锁闭机构进行推广应用。