地铁车辆顶开坡道式紧急疏散门系统介绍与设计要点分析

罗 为 彭传斌 彭丽军

株洲九方装备股份有限公司，湖南株洲 412001

地铁车辆紧急疏散门是一种布置在司机室前端中部或左边的安全设备，在发生紧急状况时，可打开并形成逃生通道，将乘客疏散至道床或营救车辆上。根据GB/T 7928—2003《地铁车辆通用技术条件》规定，在未设安全通道的线路上运行的列车两端应设紧急疏散门。

国内地铁配置的紧急疏散门，按结构形式可分为一体式和分体式两大类。一体式多采用门扇下翻结构，门扇绕铰链下翻后同时充当疏散坡道；分体式门扇采用顶开或侧开结构，疏散通道采用折叠坡道或折叠踏梯。踏梯结构因疏散能力较差，新造车辆已不再采用该结构形式；下翻结构受头罩外形及车钩、防爬器等限制较多，且难以配置瞭望玻璃，结构较为复杂，使用场合不多；侧开结构在弯道上车辆倾斜情况下可能存在较难打开的状况。而顶开坡道式（图1）结构较为简单，对头罩形状及司机室结构适应能力最好，故得到了广泛应用。

图1 顶开坡道式紧急疏散门三维效果图

1 顶开坡道式紧急疏散门总体结构介绍

如图2所示，顶开坡道式紧急疏散门系统主要包括门扇、铰链、门锁、空气弹簧、密封框架、折叠坡道、承载机构、防护罩等部分。

密封框架通过螺钉紧固于车体骨架，并安装有密封条；门扇通过铰链与车体骨架连接，且门扇内表面安装有门锁，在关闭状态下锁舌与密封框架上的锁孔配合锁定门扇位置，此时门扇内表面与密封框架上的密封条压紧形成密封层；解锁门锁后，密封框架与门扇之间安装的空气弹簧可推动门扇绕铰链轴旋转打开；折叠坡道通过螺钉安装于司机室地板，解锁后推出即可自动展平；折叠坡道与密封框架或车体骨架之间安装有承载机构，在坡道展开后增加强度并充当扶手；防护罩可扣在回收后的坡道上，保护坡道并保证司机室美观效果。

图2 疏散门结构-展开状态

2 部件结构及设计要点

2.1 门扇

门扇主要包括玻璃钢面板、铝合金骨架以及夹层钢化玻璃三部分。最外侧为玻璃钢面板，采用与地铁车辆头罩相同的材质，曲面、涂装与头罩相吻合；玻璃钢面板上设置沉台，采用聚氨酯胶粘剂粘接夹层钢化玻璃，与头罩前窗玻璃协调一致，并提供瞭望视野；司机室内侧为铝合金骨架，通过螺纹紧固件与玻璃钢面板连接。

设计要点：夹层钢化玻璃粘接需按照DIN6701标准A1等级接头进行设计，在考虑列车运行速度、冲击振动等因素的同时，还需考虑列车运行环境与玻璃粘接施胶时的最大温差，设计足够的胶层厚度，以保证因玻璃与玻璃钢之间热膨胀系数不同导致的胶层应变处于胶粘剂许用应变范围内。

2.2 铰链

铰链主要为不锈钢材质，包括铰链座、铰链轴和铰链臂三部分。铰链座通过螺钉固定于车体骨架，铰链轴安装于铰链座上，铰链臂安装于门扇内表面，可绕铰链轴旋转。

设计要点：因列车头罩与司机室骨架在安装时存在误差，且门扇与头罩需保证缝隙均匀曲面平齐，作为连接门扇与车体骨架的桥梁，铰链需要在列车纵向、横向、垂向三个维度均具有调节量，可利用腰型孔和调整垫片进行调节。

2.3 门锁

门锁主要为不锈钢和铝合金材质，由操作手柄、锁盒、锁舌等部分组成。

设计要点：门锁需在列车纵向、横向、垂向三个维度均可调。

2.4 空气弹簧

空气弹簧主要由活塞杆和气缸两部分组成，两端通过螺钉分别与门扇和密封框架相连。

设计要点：合理设计安装点和空气弹簧力值，保证空气弹簧推力足以顶开门扇。尤其要注意的是，需考虑列车运行环境的温度。根据理想气体状态方程PV=nRT，可知以0℃（273K）为基准时，温度每升高1℃，空气弹簧内部气压会升高1/273，即空气弹簧力值增大1/273。因此，在设计空气弹簧力值时，需按最低使用温度下空气弹簧仍可将门扇顶开到位的要求来进行计算，并换算为常温下的力值确定空气弹簧参数。同时，需采用杆端球关节消除安装误差。

2.5 密封框架

密封框架是由不锈钢或铝合金材质制作而成的框体，与司机室骨架之间通过螺钉连接并将四周间隙打胶密封。在密封框架与门扇的之间，布置有橡胶密封条，利用密封框架与门扇内表面将密封条压缩变形，形成密封层。

设计要点：需根据列车运行的环境温度选用密封条材质。普通工况下选用成本较低的三元乙丙橡胶材质即可，当需要在-40℃以下温度使用时，需选用低温性能更好的硅橡胶。同样，密封框架需要在列车纵向、横向、垂向三个维度可调。

2.6 折叠坡道

折叠坡道多采用四级折叠机构，主体为不锈钢和铝合金材质，在保证强度的前提下满足防腐防锈要求。坡度平缓，且表面铺设金刚砂防滑贴，可防止乘客滑倒；踏板最低点可根据要求设计为距离轨道面50～250mm，方便不同道床的线路使用。

设计要点：（1）需根据客户要求选择坡道锁定方式。M型折叠坡道展开后需对踏板进行锁定，以维持坡道整体刚度防止坡道回弹。目前采用的方式有卡扣、弹性销、L型导槽等。卡扣在解锁时操作复杂，需要2人以上在车外解锁卡扣方可回收坡道；弹性销、L型导槽均由1人在司机室内可完成操作，弹性销占用宽度更小，L型导槽操作更方便。

（2）需合理设计缓冲装置，降低坡道展开时的冲击。通常采用液压阻尼器进行缓冲，与空气弹簧，需合理设计安装点和行程；根据不同的使用温度，选择合适的密封件和液压油。

（3）需设置回收机构，目前多采用棘轮结构，带动拉带将坡道收折复位。

2.7 承载机构

承载机构可安装在密封框架顶部或司机室骨架上横梁与坡道踏板之间，增加坡道的强度，同时充当疏散时的扶手。通常采用纤维织带或不锈钢链条。

设计要点：除强度满足要求以外，承载机构要配备长度调节装置，如左右旋双向调节螺杆，以消除坡道安装误差带来的影响。

2.8 防护罩

通常为玻璃钢制作的薄壁腔体，并安装不锈钢提手。

设计要点：根据客户要求设计外形、功能，可做成与司机台形状一致的造型，并可集成桌面、杯托等司机常用的功能。

3 优化改进方向

地铁车辆顶开坡道式紧急疏散门已在国内地铁线路上运用10年以上，随着日益提高、明确、细化的技术要求，设计也在不断更新换代。根据目前的发展趋势，首先是要提高系统的可靠性。作为安全装置，紧急情况下的可靠性对疏散功能的实现起到了决定性影响。其次是减重，进行轻量化设计，以满足客户整车轴重要求以及降低业主运营成本。再者就是提高防火要求。目前各大主机厂已将紧急疏散门防火要求从DIN5510和BS6853升级为EN45545标准，且均要求在HL3级别，因此在非金属零部件的选材上，需要提高要求，确保防火安全。