城轨车辆外挂密封门设计

城轨车辆外挂密封门设计选题背景及创新点•背景随着国民经济的快速增长，城市轨道交通这种新型的城市公共交通形式因其快速、准时、安全、方便等特点，在中国各大、中型城市中流行起来。作为乘客进出车辆的唯一途径，城轨车辆车门的设计不仅决定了乘客出入车厢的方便程度和车辆运行时车内的舒适程度，在突发情况下更决定了乘客逃生疏散的速度。目前国内城轨车辆客室侧门主要采用的是微处理器控制的电动双扇对开门，根据结构形式大致可分为内藏移门、塞拉门和外挂移门３种。外挂门采用模块化设计和安装，门页、车门悬挂机构以及传动机构的部分部件安装于车体侧墙外侧，电子门控单元和驱动电机装于车体侧墙的内侧，故在开关动作发生时外挂门门页均处于侧墙的外侧。如今国内外城轨列车上所使用的外挂移门密封性较差，列车运行时车厢内与隧道间易产生窜风，噪音较大。•创新点针对传统外挂门所存在的问题，我在原有外挂移门的机构基础上增加了微小的塞拉行程，产生了一种衍生的外挂密封门。外挂密封门既具有塞拉门良好的密封性能，同时保持了外挂移门结构简单、质量轻、维护方便的特点。本毕业设计课题就是针对这种新型的外挂密封门进行深入研究并设计出其总体构造以及部分重要机构和部件构造。毕业设计整体流程查阅资料和调研建模总体设计局部设计与细节设计探讨控制方法车门开关运动仿真撰写毕业论文部分机构零件分析校核探讨控制流程探讨控制原理探讨防夹控制方法城轨车辆客室车门总体介绍城轨车辆客室车门应满足的要求：（1）有足够的有效宽度；（2）车门要均匀分布；（3）要有足够数量的车门；（4）车门附近要有足够的空间，方便乘客上、下车时周转；（5）要确保乘客的安全；（6）要具有较高的可靠性。城轨车辆客室车门的分类：按驱动方式分：（1）气动式车门（2）电动式车门按开启方式分：（1）内藏门（2）外挂门（3）塞拉门城轨车辆外挂密封门总体介绍外挂密封门是在外挂门的基础上增加12mm的向车体内侧塞拉的行程，从而使车门在关闭时，门页和门框密封胶条紧密贴合，保证了车辆的密封性能，降低了客室的噪声，提高了乘客的舒适性。•总体设计图结构原理图外挂密封门的原理如图所示。门页由电机驱动，通过与传动螺母、携门架的联接，实现开启与关闭动作。携门架与导向轮联接，在滑道中运动，以实现门扇的横向加纵向的复合运动。整体示意图车门通过净宽度1340mm车门通过净高度1800mm门扇宽1000mm门扇高1900mm门扇厚43mm开关门速度2.0～4s传动方式丝杠螺母门板形式平门构造速度≤110km/h供电电压DC110V(-30%～+25%)环境温度-25℃～+70℃相对湿度≤97%使用寿命150万次/30年，特殊要求达300万次外挂密封门技术参数表车体外侧外挂密封门三维设计图城轨车辆外挂密封门机械设计车体内侧外挂密封门三维设计图局部展示视图一局部展示图二局部展示图三门页机械结构设计车门内侧面传动螺母连接装置（低合金结构钢）门密封橡胶（三元乙丙橡胶）门窗玻璃（复合中空玻璃）门板蒙皮（防锈铝5052）下导轮（轴承—滚动轴承钢；轮体—尼龙轮；连接件—低合金结构钢）门页内部结构设计门页内部结构图门框架（铝合金6063—T5）铝蜂窝结构（铝合金6063—T5）门细节展示图一门细节展示图二外挂密封门门页受力分析校核在运营高峰期到来时，城轨列车常常会有满载的情况会发生。这时候城轨列车车门会受到来自乘客较大的挤压力。按照EN14752《铁路应用——车辆侧门系统》标准，首次防挤压力应不大于150N。外挂密封门的塞拉行程为D=12mm，塞拉行程段的塞拉导角为α=10°，外挂密封门关闭过程中设定的最大防挤压力Fmax=150N。外挂密封门塞拉过程中门页及门系统的受力状态如图所示。图中P为拥挤的乘客在门页沿塞拉导角向车厢内移动时施加在门页上的人体阻力；R为门页受到人体阻力后门系统的导向导轨作用到门页的支撑力。塞拉过程中门页的受力状态图通过受力分析可以得到如下关系：Rt=Rsinα，Rn=Rcosα=P。要保证车门正常关闭，需保证Rt≤Fmax=150N，此时：Pmax=Rn=Rcosα=Rt/tgα=150/tg10°=851N即外挂密封门在关门过程中能承受的来自拥挤乘客的最大人体阻力为851N。外挂密封门门页受力分析示意图外挂密封门受力分析应力结果图外挂密封门受力分析位移结果图驱动机构机械结构设计驱动机构设计图齿轮箱减速装置（合金钢）紧急解锁装置（合金钢）丝杠支架（合金钢）传动螺母（42CrMo）丝杠（42CrMo）驱动电机（直流无刷电机）驱动电机选用直流无刷电机的原因：1、可替代直流电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速；2、具有传统直流电机的优点，同时又取消了碳刷、滑环结构；3、可以低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动大的负载；4、体积小、重量轻、出力大；5、转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小；6、无级调速，调速范围广，过载能力强；7、软启软停、制动特性好，可省去原有的机械制动或电磁制动装置；8、效率高，电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗，消除了多级减速耗，综合节电率可达20%～60%。9、可靠性高，稳定性好，适应性强，维修与保养简单；10、耐颠簸震动，噪音低，震动小，运转平滑，寿命长；11、不产生火花，特别适合爆炸性场所，有防爆型；12、根据需要可选梯形波磁场电机和正弦波磁场电机。传动丝杠选用带有变升角的滚珠丝杠，因为滚珠丝杠具有摩擦小、效率高、发热少、传动刚度高、运动平稳、磨损小、寿命长、精度保持性好等特点。传统的滚珠丝杠不具备自锁功能，所以传统的滚珠丝杠副常常带有制动装置。而带有变升角的滚珠丝杠可以克服这个问题，使得传动螺母在水平运动的末端可以实现无源自锁功能，滚珠丝杠的材料采用高碳铬轴承钢（42CrMo），经过毛坯下料—粗车—调整—精车—淬火—磨等加工工序制成。传动螺母材料同样采用高碳铬轴承钢，其中的运动部件并不是传统的滚珠，而采用了滚动销，目的是实现传动螺母的无源自锁。悬挂机构机械结构设计悬挂机构设计图承载小车携门架（铝合金6063—T5）承载导向导轨（铝合金6063—T5）承载小车设计图承载轮（尼龙轮）防跳轮（尼龙轮）承载小车主体部件（铝合金6063—T5）导向轮（尼龙轮）摆臂（铝合金6063—T5）携门架（铝合金6063—T5）承载导向导轨设计图承载导向导轨受力分析校核悬挂机构作为门页的称重机构，承载导向导轨承受了门页、承载小车、携门架的总体重量，所以承载导向导轨也是一个重要的受力体，需要进行零件的分析校核。对承载导向导轨进行SolidworksSimulation受力分析时，由于门页的重量远远大于承载小车加携门架重量的总和，所以我在施加载荷时将力简化为门页的重量。外挂密封门一扇门页重40kg，一扇门页所连接的平行四连杆机构中的承载小车有两个承载轮，所以每个承载轮施加在承载导向导轨上的力为门页重量的一半，换算为力是200N。由于承载小车在承载导向导轨上反复进行开关门的移动，所以承载导向导轨的受力点很难确定，在分析时我对车门的两种固定状态进行了分析---开门状态和关门状态。开门状态下承载导向导轨受力示意图关门状态下承载导向导轨受力示意图密封结构机械结构设计外挂密封门密封结构就是嵌有密封橡胶的门框及接口部件。密封结构包括支架、左右压条、上压条和下导轨。支架用于承载接口部件与车体之间的联接；上压条、左右压条、下导轨的周边用橡胶条嵌接，以保证门页的防水密封性。外挂密封门应用前景的展望深圳作为中国的经济开发特区，改革开放的前沿地，其发展城市轨道交通的时间还是相对较晚的。深圳地铁的建设设想始于20世纪80年代，一期工程则于1999年开工，并于2004年年12月28日正式通车。2007年申办大运会以来，深圳地铁网络快速扩展。以客运量或运营里程计算，深圳地铁是中国第四大城市轨道交通系统。目前深圳地铁已完成一期和二期的建设并且通车，深圳地铁线路以达到五条，基本实现了深圳城市轨道交通的网络构架。深圳地铁三期工程的多条线路正在建设，预计于2016年底开通，深圳地铁线路将达到10条，通车里程达348公里，路网的远期规划则超过700公里。在深圳已建成的五条线路中，地铁是深圳城市轨道交通线路网络中唯一使用的城市轨道交通种类。地铁是所有城市轨道交通种类当中运量最大的一种，在城市主干线网络中输送乘客的交通工具采用地铁是无可非议的。而深圳目前已建成的线路中地铁主要是在地下线路运行，仅在发车段和终点段驶上地面在高架线路上运行。根据这种运行线路铺设情况地铁车辆采用塞拉门是最佳选择，因为塞拉门可以最大限度的改善地铁车厢内的密封、噪音问题，同时不会由于地铁运行涡流而产生阻力。但是，地铁也是城市轨道交通种类当中建设线路和制造车辆花费资金最高的一种，因此在深圳地铁三期建设及后续建设规划中，在深圳市郊规划城市轨道交通线路时完全可以考虑建设地面线路或高架线路，并且采用轻轨这种运量仅次于地铁的城市轨道交通种类。由于轻轨的运行速度比地铁较慢，所以可以考虑在轻轨车辆上应用外挂密封门。这样既简化车门结构，减少车门事故发生率，又改善了轻轨车辆内的密封、噪音问题，还能增加运量。如此看来外挂密封门在深圳地铁发展中的运用前景还是非常广阔的。答辩完毕谢谢