城市轨道车辆车门技术综述

2020-11-27孙晓琨

商品与质量 2020年32期

关键词：门扇自动门城市轨道

孙晓琨

中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春 130000

车门作为城市轨道车辆的重要组成部分，对车辆的运行起着重要的作用。车门形式的设计、开关机构及其加工制造和控制直接影响着城市轨道车辆的安全运行。因此，车门的重要地位是任何其他部件都不能取代的。

1 城市轨道车辆车门关键技术

1.1 锁闭技术

锁闭机构是车门的关键部分，用于保证车门在行驶过程中不会突然打开，直接关系到轨道交通的运行安全。当前，轨道车辆自动门主要锁闭方式包括电磁阀、机械锁、电机摆动锁、单向超越离合器锁等。

1.2 控制技术

城市轨道车辆自动门除具有正常的开关门功能外，还需具备障碍物检测、防挤压、故障检测、预警等功能。电子门控单元（EDCU）是车门的核心部件之一，它负责接收各种信号、驱动电机开关门、状态检测、报警等功能。

控制软件是车门系统的核心，对车门系统的机械部分进行控制，实现门功能控制逻辑、现场总线通信、故障诊断等功能。门控软件的安全完整性关系到整个门系统的安全运行，在列车正常运行期间，与列车通信系统进行信息交流。此外，它还可用于维护和更新软件，或将电子门控单元的状态信息及诊断数据传送给维修设备。

因城市轨道车辆车门运行环境复杂，当前城市轨道交通行业对门控制系统的软硬件制定的安全标准较高，然而从运行反馈的问题来看，电控系统的故障仍占很大的比例[1]。

1.3 制造技术

城市轨道车辆车门是一种复杂的机电一体化产品，当前主要采用模块化制造技术，以此提高产品质量，从而降低其成本。门的关键部件有门页、丝杆、电机、导轨、玻璃、胶条等。

2 需注意的问题

2.1 门机构动力学研究不够深入

传统制造业主要关注产品的设计及制造，缺乏对机构动力学的研究，发现问题时，很难从机构原理的角度分析产品问题。

车辆自动门是一种机电复合系统，建立数学模型需考虑控制、摩擦、刚度、阻尼、装配间隙、橡胶性能等因素，用测试的方法对实际部件进行综合测试成本高，所花费时间长。随着设计与制造的细化，需从力学和机构学的角度对动力系统进行数学建模，利用机械动力学的思维从设计源头寻找和解决工程问题。

2.2 基础制造技术与国外存在差距

经不懈努力，国内轨道交通装备制造技术有了很大提升，但与国外主流轨道设备企业相比，我国机电产品的质量稳定性仍有很大的提升空间，由于质量问题，大部分产品集中在中低端市场，只能依靠低价策略与国外产品竞争，关键系统仍依赖于国外制造商的技术支持。

这一问题涉及到大量的基础工业，如：加工误差的有效控制，需解决夹具、刀具、机床等基础问题，在生产过程中，合理设计工艺路线图，选择经济的加工精度，优化各工序的制造公差，在装配过程中，尺寸链的设计、零件装配时配合误差的选取等，都需在制造过程中不断解决。

2.3 系统间协同程度低

城市轨道车辆的开关门需紧密结合列车的停靠状态、车站屏蔽门和前后列车的交通状况，形成一个复杂的信息系统，否则容易导致交通滞留，甚至碰撞。

客流拥挤、系统磨损、误触发紧急装置等问题可能导致车门关不上或关不严实，致使列车发车滞后等一系列社会问题。车门作为车辆系统中相对独立的一个环节，必须与其他系统建立高度的协同，通过相互间的通信来保证交通安全。当前，轨道交通行业的很多设备都来自国外配套商，从国外设备商获取数据需获得授权，这不仅增加了成本，也带来了潜在的安全风险[2]。

2.4 可靠性研究的样本数据不足

近年来，随着安全要求的逐步提高，系统维护的成本及可靠性成为地铁企业关注的重点。因由于我国城市轨道车辆发展历史相对较短，现代车门技术大规模使用时间也不长，早期车辆系统缺乏综合数据收集能力，在役设备数据不足以分析。

因此，应通过设计、测试、生产、安装、质量跟踪，以保证轨道车辆门系统的全程可靠性。逐步考虑增加在线数据采集设备，实时监测门系统在实际运行中的电流、转速、扭矩等数据，通过大数据分析，为产品的可靠性提供保障。

2.5 门系统的轻量化研究不深入

门系统的质量主要集中在门扇、驱动承载机构等部分，一般而言，过重的门系统会对车辆的动力性、舒适性、操纵稳定性产生负面影响，并且在开关门时，过重的门扇会导致需更多的动力输入，还会导致运动部件间严重磨损，其原因在于因对门系统轻量化的研究不够和不充分引起的。另外，门系统的轻量化是衡量整个门系统性能的一个重要指标，也是提高竞争力的一个重要因素。

门系统的轻量化主要集中在门扇的轻量化上，轻质铝型材、铝蜂窝材料在门扇设计中得到了广泛的应用，其他方向的门扇轻量化研究并不常见，对承载驱动机构轻量化的研究并不多，也只在现有产品的基础上进行修改。当前，在汽车和航空等领域，轻量化产品有三个成熟的方向：一是结构的轻量化形状设计，可通过“以结构换强度”的结构优化设计及有限元分析等来实现；二是轻量化材料的应用；三是采用先进的轻量化制造技术。这些经验对城市轨道车辆门系统的轻量化研究具有一定的借鉴意义[3]。