次世代轨道交通屏蔽门的机械系统设计方案

2021-03-06魏鹏飞

科学技术创新 2021年4期

魏鹏飞

（上海大学，上海200444）

轨道交通站台屏蔽门或称地铁屏蔽门，以下简称屏蔽门，是一种轨道交通站台隔离设备，分隔轨道与站台，其关闭后的形态是错落式的玻璃幕墙。本文所要进行的屏蔽门系统的平整性改良将从门体外观、传动结构、运动稳定性和运动轨迹四部分进行设计。

1 门体外观设计方案

传统屏蔽门系统采用滑动式设计，由三种门体组成，分别是活动门、固定门和应急门。固定门和应急门共面，且在正常运行时不运动；而所有活动门单成一面，做往复的开关门运动。活动门与固定门/应急门所在的平面不共面，如将站台上所有的门体玻璃简单替换成半透玻璃显示屏，错落排列的显示屏在视觉上会产生极大的违和感。

唯一的解决方式是对屏蔽门中活动门的位置进行相应的调整，使活动门与固定门/应急门共面，以满足所需的平整性要求。图1 为屏蔽门单元模型。

图1 屏蔽门单元模型

2 传动结构设计方案

传统屏蔽门系统中的活动门包含门体、驱动设备、传动机构和限位装置，属于一维直线运动。一旦为了追求平整性，将活动门与固定门/应急门强行共面，则必然产生运动干涉问题。这种运动干涉在即有的机械结构下没有对应的解决方案，但可以整体引入新的传动结构，使活动门在关闭时融入玻璃幕墙，而打开时又离开幕墙，本文设计了塞拉式结构的传动机构。塞拉式结构中的活动门在开门时先推拉后滑动，关门时先滑动后推拉，总是存在两种运动形式，属于二维运动。图2 为塞拉式结构原理图。

图2 塞拉式结构原理图

塞拉式结构虽然解决了活动门与固定门/应急门的运动干涉问题，但随门体同步运动的传动机构的长度又受到了两侧立柱间距的限制，需要放弃传统屏蔽门的单丝杠（双向丝杠）传动结构，改良为紧密而严格限制尺寸的双丝杠结构。图3 为活动门传动模型，传动机构主要由联轴器、双丝杠、上导轨（包括异型导轨和直线导轨）、圆柱齿轮组和驱动臂等构成，二维的塞拉运动实质上就是传动机构驱动的滚轮在各段导轨上的变轨。

图3 活动门传动模型

3 运动稳定性设计方案

塞拉式结构中的活动门除了包含门体、驱动设备、传动机构和限位装置，还加入了同步装置，采用二维运动方式。随着运动自由度的增加，使门体在多个方向上存在不稳定性，推拉运动中速度不同步问题和位置不同步问题交替出现，而滑动运动中又有极高频率出现位置不同步问题，所以必须引入同步装置解决速度不同步问题、引入限位装置解决位置不同步问题，塞拉式结构的应用使同步装置和限位装置变得不可或缺。

限位装置包括下导轨及其相关组件，主体是下导轨，门体下延伸出若干个定位滑块，被称为导靴，将导靴嵌入到下导轨中，滑动运动时便能起到限位作用，但限位装置在推拉运动时不起作用。

同步装置包括同步杆和上下两端的枢轴，其中同步杆起主要作用，负责力的传导。推拉运动时传动机构带着门体上部一起运动，而门体下部没有任何驱动力，通过同步杆上下摆臂的等速转动，将上方传动机构的部分动能传送至下方门体上，使上下门体同步推拉，以避免门体翻转或摆动。图4 为同步装置与限位装置设计模型。

图4 同步装置与限位装置设计模型

4 门体运动轨迹设计方案

限位装置安装于门槛之下，而同步装置位于屏蔽门的可见面上，既要控制门体的塞拉运动，自身位置又要避开门体的运动轨迹，所以门体和同步装置一般不做同侧配置。但理想的配置往往在实际情况下不成立，活动门的推拉运动方向需要根据使用环境定义。在拥挤的轨道交通行业，向站台侧开门容易对乘客造成冲击伤害，门体的同步装置若安装在站台侧也容易导致乘客碰伤，所以屏蔽门的应用场景决定了同步装置需要外置在轨道侧，活动门的开门方向也必须是外拉式的，向着轨道侧开门，即同步装置外置、活动门外拉。门体的实际运动轨迹为两个大开口的V 字型，已经在图2 中给出。

得到符合要求的运动轨迹后，随之而来的是开门方向与同步装置的同侧干涉问题。本文采用了同步杆下沉式设计，同时改进门体、同步装置和限位装置的机械结构来解决干涉问题，同步杆下沉式设计的最终模型已在图4 中给出。

按通常的设计，同步装置和限位装置原本应该分别作用于门体，仅在对应的运动阶段起作用。应用同步杆下沉式设计后，同步装置和限位装置的功能边界变得模糊，同步杆直接作用于限位装置，再通过下导轨间接控制门体做推拉运动，这时同步杆与门体无论安装位置还是运动轨迹都不接触，解决了门体和同步杆的同侧干涉问题。此设计最大的优点是解决干涉问题的同时，门体在可见面上未做设计变更，而同步杆的同步功能和下导轨的限位功仍然有效。