新型塞拉式屏蔽门与传统滑动式屏蔽门的机械结构对比

2020-07-03魏鹏飞

科学技术创新 2020年19期

魏鹏飞

（法中轨道交通运输设备（上海）有限公司，上海201906）

城市轨道交通屏蔽门是一种铁路运输的站台设备，一般以玻璃幕墙的形式架设在铁路站台边缘，隔离轨道侧与站台侧。屏蔽门的主要作用为：a. 防止乘客误入或有意闯入轨道侧或设备区，也可以避免异物掉落轨道，影响列车运行。 b.避免乘客被穿行列车产生的负压吸进轨道侧，造成伤害事故。 c.将轨道和站台隔离开来，减少车站空调负荷。 d.屏蔽门具有隔音效果，可以减轻站台上听到的噪音程度。 e.有一些特殊的屏蔽门设计能够给车站提供结构支撑。

当思考玻璃镀膜工艺的进步所带来的相关变革，次世代屏蔽门系统作为传统的活动幕墙形式也将被赋予大屏媒体的属性，但是现有的滑动式结构无法让所有门体玻璃在同一个平面内有序排列，本文给出的解决方案是塞拉式结构及其具体实现方式。

1 塞拉式结构

传统的屏蔽门门体由滑动门、固定门、应急门和端门四部分，通过第一章的介绍，我们可以了解到做机械运动的部分其实只有滑动门，当我们将固定门、应急门和端门简单看做玻璃幕墙时，一个滑动门门体（包括两个门页）及其上部顶箱中有驱动机构、传动机构和控制机构，就构成了一个屏蔽门单元。滑动门做一维运动，在关闭状态时无法同两边玻璃幕墙保持平整，必须单独占有一个独立的平面，以留出门页的活动空间。

塞拉式是由英文sliding plug 音译而成，sliding 表示的是滑动，plug 表示的是推拉，这种结构在起名时就重点强调了门体受到二维力作用。为了把屏蔽门变成没有层次性的平面结构，改动时引入了塞拉式的概念，把一维运动的简单滑动门变成二维运动的塞拉门，这种塞拉式结构利用站台的土建部分，仍然保留上下轨道，所以并不追求轻量化，是一种新型设计，结构如图1。

图1 塞拉门结构图

首先，滑动门沿轨道侧横梁安装，顶箱内各机构与立柱不干涉，布局自由度比较高，而塞拉门关闭时位于站台侧横梁下方，两边紧邻立柱，限制了机构的尺寸，所以不可以再使用单丝杠传动，而是设计成双丝杠，且长度要小于立柱间距。

其次，为了保证屏蔽门关闭状态时的平整性，除了要保留原有的滑行轨道作为开关门时水平方向上的限位措施，还要引入同步杆来平衡二维运动时门体受外力所导致的上下位置不同步。

最后，要解决塞拉门与同步杆的同侧干涉问题。塞拉门的开门方向应该向着轨道侧，否则在乘客拥挤情况下易造成伤害事故，而从美观角度考虑，同步杆的位置也应该隐藏在轨道侧，为避免运动路径干涉，把同步杆下探到门槛以下，直连下滑轨，通过下滑轨间接控制门体的纵向运动。

总的来说，塞拉门在传动结构、同步结构和限位方面对传统的滑动门都做了较大的改动。

2 传动结构

滑动门的驱动设备、传动机构和控制模块有序地设置在门体上方的挂箱中，其中占用体积最大的就是传动机构了。因为应急门是直开式门体、固定门是不可开启的玻璃幕墙，它们并不占用挂箱中的空间，所以滑动门的传动机构可以借用两边应急门或者固定门的未使用空间，这样只要一根双向丝杠就完成了大部分传动工作，结构相当简单。

塞拉门与滑动门不同，并不是沿轨道侧横梁安装，它关闭时被限制在两侧立柱之间，过大的机构尺寸会与立柱干涉，所以它的机构轮廓长度最多不能大于塞拉门体的宽度。这样就不可以再使用单根长丝杠，需改成如图2 的双丝杠结构。

图2 塞拉门丝杠传动模型

电机只驱动一根丝杠，通过齿轮副的作用，两根丝杠同速反向转动，带动其上的两个驱动臂始终向相反的方向运动，驱动臂连接悬挂装置，两个门页分别挂载于上下滚珠导轨上，所以驱动臂的运动即实现了开关门动作。

塞拉门的运动分两段，推拉阶段是在异形轨道上运动的。在一个驱动臂上设置滑轮，滑轮图2 中红色的异形轨道上运行，运动轨迹近似L 形。由于导轨型材都是被严格固定在立柱上的，所以滑轮实际是带着整个机构及门页在运动，在可见面上我们看到的也就是门体的塞拉运动。

3 限位结构

传统的滑动门几乎没有机械上的同步组件，它全部是靠滑动导轨来做限位的，塞拉门也继承了这一限位结构，所以滑动运动的平衡全部靠底部的滑轨来维持，同时又在顶部增加导向柱来匹配二维运动的要求。

首先是下滑轨型材，如图3。塞拉门的顶部与驱动臂和滚珠导轨是直联的，为避免滑动运动时悬空吊挂的门页前后晃动，需要在门页下设置滑块，在门槛下设置滑轨，下滑轨与滑块的接触即起到了限位作用。当有乘客推动门体时，滑块与下滑轨接触将外力传导至同步杆，同步结构开始起作用，从而实现力的平衡。

图3 垂直同步杆及下滑轨限位连接

其次是导向柱，如图4。塞拉门在推拉运动的阶段，如果门体整体倾斜，滑动仍然可以继续进行，而且只要倾斜后门体本身是平整的，同步结构无法自行调整，考虑到这一点，则需在左右增加两根小导向柱，导向柱与立柱固定，框架与机构连接，机构的前后移动就只能沿着导向柱给定的方向，这种结构能有效的防止机构本身的偏移。

图4 同步杆及导向柱

4 同步结构

塞拉门平面尺寸较大，而单个门页运动的驱动力主要来自于上部挂箱的传动机构，底部和两侧并不受力，当外力作用时可能会出现运动不同步的情况，这在本质上是一个速度同步问题。塞拉门在推拉运动中，存在单个门页的上下同步和两个门页运动的相对同步问题，所以必须加入垂直同步杆和水平同步杆作为同步组件。

首先是垂直同步杆，如图4。塞拉门关闭时先是进入第一阶段的滑行运动，这个阶段是一维的运动，不需要同步，靠固有的限位结构来解决水平位置的不同步问题。进入第二阶段的推拉运动后，塞拉门开始了二维运动，自由度扩大后原有的水平位置限位措施失效。垂直同步杆脱离传动机构之外，自身只能做旋转运动，同步杆上摆臂的滚轮限定在导环内，通过摆臂和导环的传导，机构的直线运动转化为同步杆的转动，此时同步杆下摆臂将被动的转过相同的角度，并再次转化为门页底部的直线运动。按照计算好的上下摆臂长度比例和初始角度，同步关系即可成立。为避免塞拉门与同步杆运动轨迹干涉，同步杆直连下滑轨，再由下滑轨对门页做位置限定。

其次是水平同步杆，如图5。由于塞拉门在推拉运动阶段门页底部的滑轨已经失去了限位作用，所以左右门页有可能会出现闭合时错位，还应该加入水平同步杆来平衡左右门页的推拉运动过程。此传导结构相当简单，两侧旋臂在推拉运动时都会带动同步杆转过一定的角度，转动大的一侧会受到转动小的一侧的抑制，直到最终两侧力平衡。