城轨车辆外挂密闭门的下导轮优化设计

2019-07-29梁春风

轨道交通装备与技术 2019年3期

梁春风

(广州地铁集团有限公司广东广州 510010)

1 问题的提出

城市轨道车辆使用的外挂密闭门(又叫微动塞拉门)，因其数量多、操作频繁而成为地铁车辆上至关重要的部件[1]，在门槛的下表面，设有车门系统的下滑道，引导门扇下导轮前后移动，保证门板运动过程中的稳定性，在门扇关闭状态下，每个门页下部的前后2个下导轮承受门扇的正压力，使门扇的受力分布均匀，提高门扇的承载力[2](见图1)。文中对广佛线外挂密闭门的下导轮的材质、结构等方面进行了优化设计，并进行了全面整改，不仅降低了车辆故障率，而且避免了下导轮胶圈脱落后带来的安全风险。

图1 车门下导轮示意图

2 导向轮故障现象

2.1 下导轮滚轮脱落导致正线无法关门故障

2017年6月12日9点20分，广佛线列车GF031032车在西朗站上行关门时，GFB032车1#车门启动防夹，导致车门无法关闭，司机到场将该车门切除后动车，受故障影响，GF031032车到达终点站燕岗站台晚点100 s。回库后对下导轮检查发现，该下导轮座没有挡圈凹槽，造成下导轮胶圈无法固定，在车门开闭过程中脱落到下导槽(见图2)，使得关门时GFB032车1#车门启动防夹功能，车门无法关闭。

图2 GFB032车1#车门下导轮脱落

2.2 下导轮胶圈脱落导致车门异响故障

2013年12月18日9点20分，广佛线列车GF043044车在雷岗站下行时GFB043车1#车门开关门时有异响故障。回库检查GFB043车1#车门发现异响故障原因是由于车门下导轮的胶圈丢失，下导轮只剩下金属部分与下导槽摩擦而产生异响。

2.3 下导轮下压盖螺栓缺失故障

2015年7月25日7点20分，广佛线列车GF015016在南桂路上行关门时GFB016车7#车门无法关闭，司机到场将该车门切除。回库检查GFB016车7#车门正线无法关闭故障原因是由于车门下导轮的下压盖螺栓松脱导致滚轮丢失在下导槽，造成车门无法关闭。

3 下导轮故障分析

现列车所用的旧型下导轮组件由滚轮座、自润滑轴承、下滚轮组合等组成(见图3、图4)，下滚轮组合由聚氨酯材料浇铸在滚轮衬套上。该聚氨酯材质易受到气候、工况等外界因素的影响出现老化开裂现象，下导轮的工作条件恶劣。在车门检修过程中，会使用清洁剂等化学试剂清洁门槛，聚氨酯在酸碱介质作用下，易引起聚氨酯弹性体溶胀和降解，加剧聚氨酯老化，加剧聚氨酯外圈失效。加之下导轮在车门下导槽中处于高频振荡，导致下导轮胶圈聚氨酯塑料四周容易开裂。

1—下滚轮座；2—垫圈；3—下滚轮组合；4—自润滑轴承；5—挡圈；6—端盖；6—十字槽沉头螺钉。图3 旧型下导轮结构

图4 旧型下导轮实物分解图

参阅车门相关资料可知，外挂密闭门的导向轮的更换周期与架修周期同步，即5年更换新的导向轮[3]，而广佛线开通2年左右就出现了列车导向轮胶圈破损的情况，因此判断该导向轮存在设计缺陷，该下导轮的设计不适用于广佛线的列车，不能满足广佛线列车车门的运营工况。故亟须对下导轮进行换型整改，必须对其进行优化设计才能解决问题。

4 新型下导轮优化设计

4.1 材质选型设计

由于珠江三角地区位于沿海地带，空气的相对湿度较高，尤其是梅雨季节高达98%，针对湿度较高的地区，下导轮材料必须选择吸水性较低的材质。经过研究后，新型下导轮材质选用了聚甲醛，其吸水率较低，约为0.2%，与旧型下导轮材质的聚氨酯的吸水率相比降低了10倍。

由于经常发生下导轮胶圈破损后掉落导致列车晚点的故障，对于下导轮的尺寸稳定性提出了新的要求，需要提高其拉伸强度。旧型下导轮使用的聚氨酯材质的拉伸强度为20 MPa，经过试验，聚氨酯材质的拉伸强度不能满足车门下导轮恶劣的使用环境，因此必须找到一种新的材料替代。研究发现聚甲醛材质的拉伸强度为68 MPa，尺寸稳定性较好，尤其适合广佛线在地面上运行的城际列车。

使用聚甲醛新型材料后进行长期跟踪，发现优化后的下导轮对门系统的安装调试无影响，提高了下导轮的密封性、可靠性、尺寸稳定性等综合性能。

4.2 外观结构优化设计

为了在生产过程中方便加工，在广佛线列车车门旧的导向轮底部设计了一个底盖，通过1个M3小螺钉固定在下导轮下方，运营发现该小螺钉容易掉落导致底盖丢失，从而使下导轮胶圈脱落造成车门防夹故障，该位置的设计不满足下导轮使用工况，车门故障率较高。对下导轮重新进行了优化设计，优化后的下导轮采用整体滚轮，取消了原来底盖的设计，如图5所示。