地铁隧道风对屏蔽门关门影响的研究与分析

詹乐涛

摘要：随着地铁线路客流不断上升，缩短行车间隔成为提高列车运力的重要措施，由此引起隧道活塞风不断增大，从而对轨道内设备产生相应影响。文章从介绍列车行车密度与隧道风压两者关系出发，并选取广州地铁五号线员村站屏蔽门在缩短行车间隔情况下屏蔽门运行中出现关门慢或二次故障情况为例，探讨降低风压对屏蔽门正常运行影响解决方案，保证屏蔽门设备系统安全稳定运行。

关键词：地铁；屏蔽门；风压；

屏蔽门系统设置于地铁站台边缘，在列车到达和出发时可自动开启和关闭。其功能门部分一般由固定门、滑动门、应急门及端门组成。屏蔽门承受外荷载主要有：①风压，②人群荷载，③冲击荷载，④地震荷载。屏蔽门滑动门在关闭的过程中，主要受到门槛与门导靴之间产生的摩擦力及隧道風对左右滑动门的防夹胶条的受力产生对屏蔽门的关门阻力。

1 列车行车密度与隧道风压的关系

列车在隧道内运行现象与活塞运动类似，但又有所不同，列车前面的空气一部分被推向前方，另一部分则沿列车与隧道之间的环形空间形成回流，这主要是由于空气黏性以及气流对隧道壁面和列车表面的摩擦作用使得被列车排挤的空气不能像在大空间中那样及时散开。因此，列车前方空气受压缩， 随之就产生特定的压力变化过程，其引起的空气动力学效应会随着行车速度的提高而加剧。同时，列车行车密度加大后，当后续列车越来越加速靠近时，如同活塞运动使被压缩的空气压力将进一步加剧。此时，压缩空气急速从打开的屏蔽门散开，产生极大地隧道风压。

2 屏蔽门关门过程受力分析

屏蔽门在关门过程中主要受到关门动力和阻力作用。在关门过程中电机电流变化过程为线性增大-不变-线性降低，相对应整个关门过程为加速—匀速—减速，在屏蔽门在关门时关

门动力变化为：增大—不变—减少，屏蔽门在关门过程中在正常情况下受到的阻力可以视为不变。

根据屏蔽门设计合同技术要求，滑动门关门过程中，在最后100mm的行程中动能不超过1J/扇门。 故此时的屏蔽门平均动力为f<=1J/0.1m=10N

风压公式：WP=KrV2/2g

r-容量，标准空气容量是0.013 KN/m3

V-风速

g-重力加速度

K-空气动力系数，根据伯努利方程得出的风-压关系，现设为1

WP=KrV2/2g=0.013×103×8.62÷2÷9.8=49.055 Pa（N/ m2）

单扇门防夹胶条面积为S=2.15m*0.075m=0.16125 m2

阻力F=49.055*0.16125 =7.9N，接近平均动力f。

故当屏蔽门从最后100mm的行程基本为靠惯性关门，当隧道风压增大的情况下，屏蔽门受到的阻力增大（屏蔽门在关门过程中受力情况近似图1），由于关门动力没有增大，故出现屏蔽门在关门过程中受阻情况。

图1：不同情况下屏蔽门在关门过程中受力情况示意图

3 员村站屏蔽门数据采集

以地铁员村站为例，对上行屏蔽门风速进行数据采集及分析。数据采集方法：风速仪离地板一米高处靠近屏蔽门中心线，屏蔽门开关门时，风速仪风扇与风向保持一致，列车带来的隧道风吹过风速仪的风扇显示的最大数据就是最大风速； 根据某日对员村站上行1-6号屏蔽门最大风速测量数据如图2（“X”数据为门体出现故障时的最大风速，其他数据门体正常）：

图2

从数据采集结果及现场的效果观察发现，临界关门测得的最大风速超过8.6m/s（此风速接近5级风力）时，屏蔽门将会出现无法关闭的情况。 另外，员村站屏蔽门受风压影响发生故障较多的主要为尾端1-7#门，即列车进站时最先经过的屏蔽门。

4 解决方案

根据上述分析情况，从设备上解决该问题主要有两个途径：

4.1、增大关门力

在标准内对关门力进行调整，在设备上主要针对关门电流进行调整，调整后故障率比之前有下降，但是不能根本解决该问题，主要原因分析如下：

由于为了防止夹伤乘客，屏蔽门关门力有一定要求，不能进行无限增大，尤其在低峰期间，风压减少的情况下如果关门力调整过大，因阻力减少，在关门过程中会出现门体碰撞现象；

根据现场反映，大部分门体是在将要关闭的情况下不能完全关闭，从图1可以看出，在减速段中，关门电流下降较为明显，关门力同时下降，风压阻力持续不变或增大，便出现门体不能关门到位情况。

因此，单从增大关门力上不能完全解决该故障。

4.2、减小关门阻力

在增大关门力同时，针对门体特点采取一定方法，以减少屏蔽门在关闭过程中受到的阻力。屏蔽门在关门过程中主要受力部位为导靴，毛刷，风压等。选择不同门体分别进行调整，以观察效果：

4.2.1、对5#屏蔽门导靴进行拆除检查，检查发现导靴磨损情况并不严重，对该导靴进行更换，更换后该故障还时有发生，尚未能解决该问题。

4.2.2、对4#屏蔽门密封毛刷进行拆除，以减少摩擦，同时起到泄压的作用，减少风压对屏蔽门的影响，但是毛刷拆除存在一些问题：毛刷拆除后隧道风可以进入到站台，导致站台环境恶化，同时由于没有了毛刷阻挡，也导致屏蔽门门头上零部件的卫生较差。通过观察现场毛刷拆除后的效果，故障发生频率已降低，但并未完全消除故障。

4.2.3、五号线屏蔽门工控机MMS软件上有一个参数为从控制系统PSC发出的关门指令响应延迟时间可以设置，正常情况下该参数设置为0，即没有延迟。考虑到1-7#门处风压较大，通过调整关门时间使得该处门体关门时风压变小，通过先关1-7#门，而8-18#门延时关门，使得1-7#门的风压分散。即将8-18#门关门指令响应延迟时间设置为1S，从而实现1-7#门比8-18#门先关门，使得风压可以通过8-18#门卸掉部分，减少对1-7#门影响。该方案效果良好，故障发生大大降低。

5 结束语

屏蔽门在轨道交通运输中地位越来越重要，无论是对乘客安全或者能源节约有着不可替代地位，然而随着地铁的发展及客流增大对地铁速度的要求，高密度行车导致屏蔽门发生的问题也越来越多。只有不断对屏蔽门进行研究摸索，不断地总结经验和改进，才能让屏蔽门更好的为地铁服务。