铁路客车塞拉门设计技术概要.docx

1、铁路客车塞拉门设计技术概要铁路客车塞拉门设计技术作者 贾贵敢内容提要: 本文叙述了铁路客车塞拉门的发展过程及其在车辆中的应用情况,重点介绍了客车塞拉门的设计原则、设计步骤、设计要点,并对25G、25T型客车塞拉门的结构、功能、原理作了介绍,对客车设计将有积极的帮助。 1 概述随着列车运行速度的提高及车辆制造工艺水平的飞速发展,传统的普通折页门逐渐淘汰,取而代之是国外的塞拉门。自20世纪90年代中期我国引进塞拉门以来,经过几年的消化吸收,现国产塞拉门已大量应用于铁路客车上。现有国产塞拉门有以下几种:a 用于25T型客车及160Km/h速度级各动车组上的电控气动塞拉门。此类塞拉门基本为仿制第1批进

2、口塞拉门,结构型式及基本性能与原进口产品近似。b 用于国产200Km/h动车组上的电控气动塞拉门。此类塞拉门主要针对国产200km/h动车组设计,例如“先锋号”、“中华之星”等,相对于第一批进口塞拉门其断面型式进行了重新调整,增加了锁闭点,脚蹬踏板结构根据相应站台高度进行了重新设计。c 手动塞拉门。此类塞拉门主要应用于25G型客车,它在电控塞拉门的基础上取消了电控气动装置及翻板脚踏装置并加装了锁闭定位装置。d“和谐号”200km/h引进动车组客车塞拉门。“和谐号”200km/h引进动车组客室塞拉门采用从国外原型引进或合资生产。CRH1型由上海法维莱交通车辆设备有限公司生产(引进德国技术,侧门系

3、统为充气密封塞拉门。CRH2型由常州今创集团有限公司生产(引进日本技术,客室侧门系统为单开内藏拉门。CRH3及CRH5型由IFE-青岛威奥轨道车辆门系统有限公司生产,客室侧门系统为电控电动塞拉门。2 设计步骤2.1设计依据技术规范对塞拉门的有关规定;总体设计及要求(通过高度、通过宽度,适应站台、单开或双开;相关技术标准的规定(铁道部技术政策、国内相关标准、UIC562、UIC566,EN14752等国际标准;同类塞拉门设计。2.2 设计方案确定按总体设计要求明确如下要素:通过宽度和高度;适应站台高度;单开或双开;密封性;门罩打开的方式;机构的安装方式;下部踏板或翻板的型式;车门强度;车门控制;

4、车门锁闭及紧急操作装置;模块化程度。2.3提出联系书与车体之间的安装关系应提出联系书,并明确强度要求,与通过台、内外端墙板和钢结构之间的关系,需与车体及主管相互协调确定。风源接口及电器接口须与制动组和电器组分管的设计师联系,由负责塞拉门设计师为主提出全部机械、风源、电器接口关系。2.4完成设计(对于常规客车要特别注意以往曾出现的的问题是否已经整改。2.5试制验证对于新设计或有重大改进的塞拉门设计应进行试制、试装验证,在强度、组装、功能、外观和安装等方面是否达到预想目标要求,同时可以控制设计风险,进一步确认设计的可靠性。3 设计要点3.1 通道设计(门孔、台阶塞拉门是乘客进出车厢的通道口,塞拉门

5、设计首先要确定通道口处门孔的尺寸以满足乘客进出的需要。25型客车塞拉门的净通过宽度为730mm, 净通过高度大于1850mm.欧标EN14752规定塞拉门的最小自由通过宽是850mm,门的最小自由通过高是1900mm。其次要确定通道口处台阶的尺寸(高度、深度、宽度,以满足总体设计和相关技术标准规定的有关铁路客车站台规定的需要。国内标准站台有300mm,500mm,1250mm三种尺寸,行车遇低站台时通过固定脚蹬和下部活动踏板进入车内,行车遇高站台时通过上部掀下的翻板进入车内。a 目前国内统图25型车通常设钢结构固定脚蹬,脚蹬上口设有翻板,脚蹬下口设翻转脚踏板以适应国内高低站台需要。翻转脚蹬机构

6、由转轴箱、支承架及踏脚板组成。统图25G型车翻板与脚蹬,脚蹬与站台关系如图1和图2所示。b 200km/h轨检车设折叠式脚蹬,有气源时气缸带动四连杆机构使两节活动脚踏板上升至地板布面位置,无气源时气缸带动四连杆机构使两节活动脚踏板缓缓落下成两个踏步,如图3和图4所示。 图3 200km/h轨检车折叠式脚蹬(图示用于高站台 图5 “先锋号”动车组脚蹬d 引进动车组台阶设计:CRH1型(与庞巴迪合资的200Km动车组脚蹬适用于两个站台(800mm、1250mm。上脚踏用于高站台1250mm,为缺省选择.下脚踏用于800mm低站台。使用该脚踏必须进行脚踏选择操作才能开启。其动作顺序为,脚踏先开,门后

7、开,门关闭后脚踏再关闭。任何时候只能开启一种脚踏,如图6所示。 图6 CRH1型动车组脚蹬CRH2型(与日本川崎合资的200Km动车组适用于高站台,无固定脚蹬和活动翻板.CRH5型(与阿尔司通合资的200Km动车组采用新型脚蹬翻板。塞拉门门口设二级固定踏步,上口设活动翻板;活动翻板为框架式结构,内藏伸缩活动板;低站台使用时活动翻板通过气缸向上翻起,到位后卡入外端墙内墙板槽内;高站台使用时活动翻板不动而活动翻板内的伸缩活动板向车外平移伸出,消除了鼓形车体与站台间过大的距离。固定踏步下口设转动式翻转脚蹬以适合低站台需要;翻转脚蹬与该处的裙板连动。该系统可满足国内300mm,500mm,1250mm

8、 所有站台的需要,如图7所示。 图7 CRH5型动车组脚蹬和翻板CRH3型车适用于高站台,无固定脚蹬。在塞拉门入口处增加补偿装置,解决了车辆与站台之间过大的间隙。如图8所示。 图8 CRH3型动车组入口通道3.2 门的形式(手动、电动、左开、右开目前我国25型车使用的塞拉门通常采用手动塞拉门和电控气动塞拉门,电控气动塞拉门驱动方式为气动,控制方式为电控,能实现本车控制和列车自动化集中控制;手动塞拉门以手为动力,无法实现集中自动化控制,靠加压装置增加密封力,结构简单,价格便宜.塞拉门左右件的定义:站在客车通过台处面向车门,车门向左开启为左门;车门向右开启为右门。3.3 门系组成(手动、电动手动塞

9、拉门主要由门扇、承载装置、导向装置、锁闭装置、内操作和外操作装置、密封装置、防冻装置等组成。电控气动塞拉门主要由门扇、承载驱动装置、导向装置、锁闭装置、活动脚蹬装置、紧急解锁装置门控单元、内外操作装置、密封装置、防冻装置等组成。25T型车电控气动塞拉门三维结构如图9所示。 图9 25T型客车电控气动塞拉门三维结构图3.4门系原理手动塞拉门以手为驱动力通过机械锁闭能够防止车门出现故障时自动开启或从车外打开车门。电控气动塞拉门靠驱动装置提供动力,由车辆下部储风缸提供的450900kPa风源经过减压阀过滤、除尘、除湿、减压后,达到供给门气路系统的正常稳定压力450600kPa. 稳定的气源给气缸提供

10、动力。气缸包括无杆气缸,主锁上的开锁缸、闭锁缸,辅助锁气缸及活动脚蹬气缸。无杆气缸引导车门运动,开锁缸、闭锁缸及辅助锁气缸可以控制门的开启以达到二级锁闭;活动脚蹬气缸可以带动活动脚踏板绕转轴打开和收起。门的气路主要由3个二位三通电磁换向阀(Y1、Y2、Y3进行控制,3个阀的主要作用是通过电信号控制换向阀的电磁线圈,实现电控方式的换向操作。车门的运动轨迹是通过上部导向装置和下部导向装置的引导来实现的,导轮嵌入导轨引导支架纵向移动,使门有“塞”动作。通过调节上下部导向装置可以确保车门在运行过程中始终与车体侧墙平行。车门运行速度可以通过节流阀来调节,开关门时有缓冲,以使运行平稳。3.5 密封设计塞拉

11、门的密封是塞拉门设计的关键。25型车车门与周边通常采用单层密封,如图10所示。由于钢结构制造误差及组装后门扇变形,单层密封的气密性不太好。我厂二动一拖“先锋号”采用双唇密封,如图11所示。其特点是密封胶条与门框四周接触面较大,其密封性能有较大提高。图10 25型车塞拉门单层密封结构 我厂京八线“和谐号”动车组采用多唇密封,其特点是密封胶条与门框多点接触,如图12所示。 图12 京八线“和谐号”动车组密封型式引进动车组及国外200Km以上列车塞拉门按密封形式分为多唇胶条密封、充气密封及压紧密封。a 多唇胶条密封。以德国ICE客车为代表的塞拉门采用多唇胶条密封。即采用多唇胶条,保证在车内外有正负压

12、差时均能压紧胶条,实现门的密封,同时,对门体多点锁闭定位,以保证门的强度及列车交会时的密封。CRH3, CRH5动车组塞拉门系统类似于此结构。b 充气密封。以法国TGV客车FAIVELY公司为代表的塞拉门采用充气密封。即在门边采用双层胶条,外层为普通的初级密封条,内层为可充气密封条。车门关闭后,向可充气密封胶条充气,车速超过10Km/h后,充气压力达到150Kpa,此时胶条胀开,实现与门框的压力密封。在有气源的情况下,充气密封胶条始终压迫门框,如图13所示。 图13 CRH1动车组充气密封大概结构充气密封采用主动补偿型式,能补偿车辆制造误差尤其是补偿车辆运行过程中的扭曲变形和现有钢口制造误差。

13、c 压紧密封。日本新干线采用的NABTESCO公司的塞拉门均采用压紧密封。即门周边采用O形胶条,在门关闭时,压紧装置通过动力缸带动连杆机构压迫门板使胶条与门框压紧,实现密封。在门关闭后,压紧装置保持压力。该门优点是密封形式结构简单,密封补偿量大,安全可靠。如图14所示。 图14 CRH2型密封结构3.6防寒设计车门的运动轨迹是通过上部导向装置和下部导向装置的引导来实现的,由于下部导向装置安装在车体外部(通过台脚蹬下方,所以下部导向装置必须采取防寒和防尘措施。通常防尘罩与电加热组成一体,通过螺栓与车体脚蹬固定。25型车塞拉门电加热装置如图15所示。电加热装置基本参数如下:额定电压为AC220V,

14、平均能耗应不大于300W。常态下的绝缘电阻应大于500M。电加热装置防冻性能试验要求:在门外环境温度为-45,门内环境温度为10、相对湿度不低于85%的条件下,2h后检查车门是否能正常开启和关闭。3.7安装设计塞拉门机构安装的总原则是保证强度和方便调节。对于25型常规碳钢车体,塞拉门上部机构安装于侧墙上部,通过螺栓固定于车体钢结构上。为保证强度,门头处的钢结构必须作加强处理,以保证上部机构安装位置处有足够的强度和刚度。25型客车南京康尼公司上部机构安装如图16所示。25型客车北京博得公司上部机构安装如图17所示。我厂京八线“和谐号”动车组上部机构安装如图18所示。铝合金车体塞拉门上部机构安装如

15、图19所示。 图15 25型车塞拉门电加热装置 图16 25型车康尼公司塞拉门上部机构 图17 25型客车北京博得塞拉门上部机构 图18 京八线“和谐号”动车组塞拉门上部机构安装 图19 铝合金车体塞拉门上部机构安装3.8 罩板设计塞拉门罩板包括门头罩和侧面立罩,设计原则为方便检修和拆卸。门罩的材质按总体设计要求而定。25型客车下罩板安装如图20所示。25型客车上罩板安装如图21所示。门罩的材质为玻璃钢时,可以在门头罩的中部开活门,当然活门要尽可能大以方便检修,如图22所示。CRH1塞拉门门头罩及侧罩板采用抗贝特板制作,可以开启。门头罩及侧罩板见图23和图24。CRH2塞拉门门头罩及两侧的侧罩

16、板采用玻璃钢制作,侧面用折页连接,上部为插接式,见图25。图20 25型客车下部罩板安装图21 25型客车上罩板安装 图22 带活门的玻璃钢上罩板 图23 CRH1塞拉门门头罩 图24 CRH1塞拉门侧罩板 图25 CRH2塞拉门罩板 CRH5型塞拉门门头罩及两侧的侧罩板用类似于玻璃钢的材料制作,侧罩可以开启(相当于活门。如图26所示。图26 CRH5塞拉门罩板 罩,两侧的侧罩板用类似于玻璃钢的材料制作,侧罩可以打开 27所示。图27 CRH3塞拉门罩板4.手动塞拉门4.1 手动塞拉门概述手动塞拉门是依靠手的驱动实现车门的运动。手动塞拉门由基础件、门扇、承载机构、操作装置、门锁、加压装置和防冻

17、装置组成。如图28所示。4.1.1基础件:4.1.1.1与车体连接的密封、定位件密封件由门框前压条、后压条、上压条、下防护罩和胶条等组成,在车门关闭时实现门页与车体的密封。定位缓冲通过橡胶缓冲头克服车门在开/关终了位置的冲击。4.1.1.2上、下导向件导向件由上、下导轨组成,门扇导向轮在导轨内实现车门的塞拉运动。4.1.1.3门关到位指示灯指示灯安装在立罩上方,门关到位后,指示灯指示车门已可靠锁闭。4.1.2门扇:4.1.2.1门页门页由门板、门窗玻璃、密封件等组成。4.1.2.2锁扣锁扣由锁扣盒、锁轴和滚轮组成,当车门到达完全关闭位时,门锁的锁钩将门扇向车箱的内侧扣紧,锁叉进入二级锁闭状态,

18、确保车门的可靠锁闭。4.1.2.3携门架携门架安装在门板上,携门架直线轴承通过导向轮在上导轨内引导带动车门,在长导柱上作横向直线运动4.1.2.4下支架下支架安装在门板下部,下支架通过导向轮在下导轨内引导带动车门下部与携门架同步运动。 4.1.3承载机构承载机构由支架、挂架、长导柱、短导柱和直线轴承等组成。该结构形式使得门扇运动阻尼小,手动开、关门力小。承载机构承受门扇的所有垂直重量,配合上、下导轨通过直线轴承在长、短导柱上的运动实现车门的塞拉运动。4.1.4操作装置操作装置包括:内操作装置、外操作装置、连动机构。 动机构对锁闭的门锁实现解锁,解锁后可手动将车门开启和关闭。4.1.4.2外操作

19、装置安装在车箱外侧的外操作装置具有自动复位功能,采用TB标准三角钥匙操作外操作装置,经连动机构对锁闭的门锁实现解锁,解锁后可手动将车门开启和关闭。4.1.4.3连动机构连动机构由钢丝绳和连接件组成,连动机构通过内操作装置和外操作装置对锁闭的门锁进行解锁。4.1.5门锁门锁采用手动解锁方式,安全可靠。门锁由锁体、锁舌、锁叉、传动件和行程开关等组成,主锁可实现二级锁闭,从而触动行程开关发出安全锁闭信号。4.1.6加压装置安装在车体后门框中部的加压装置由加压轮和操作件组成。当车门关闭时,用TB标准三角钥匙操作加压装置,使门扇向前压紧,从而更有效地压紧密封胶条,确保车辆在运行过程中的密封性和安全性。4

20、.1.7防冻装置防冻装置采用自限式恒温电加热元件对塞拉门下部易冻结部件直接加热的方式。防冻装置由防护层、保温层、发热体和导热板组成,具有发热快、功耗小、寿命长、安全可靠的特点。4.2 手动塞拉门安装该门系统由于采用模块化设计,安装比较方便。先固定好上导轨,门挂上后再安装下导轨,通过增减下口连接螺栓处垫片调节门的高度,通过微调门头上部紧定螺钉可以调节门的水平度。门锁、加压装置、防冻装置都设计成单独组件用机螺丝固定即可。5.电控气动塞拉门5.1 电控气动塞拉门概述25T型车塞拉门为电控气动塞拉门,驱动方式为气动,控制方式为电控。门锁为双重闭锁,另设独立的保险锁(隔离锁,安全可靠。车门系统具有防挤压

21、和列车速度大于5km/h自动锁闭功能(5km/h信号由车辆提供;另外,可实现整列车门系统的集中控制,与车辆计算机通讯实现监控功能。门系统特性:最大海拔高度 2000m环境温度 -40+60最大相对湿度 95%一般工作条件:适用车辆持续运行速度: 160km/h适应站台高度: 300mm1100mm 风源压力: 4.5bar9bar供电电压: DC110V %25%30+控制电压:DC24V5%主要结构尺寸: 通过高: 1850mm 通过宽:720 mm门框高: 24803mm门框宽:93050+mm门高: 25245mm 门宽: 8783mm(含胶条 门厚: 431mm 主要性能指标: 重量:

22、 180kg 手动开门力: 150N 开门时间: 35 S 关门时间: 35 S 门板强度:门板应能承受2.5kPa 的均布载荷,同时能承受一个作用于门中心的800N 集中力。 隔音:28dB(A 导热系数:4.5W/m2K 密封性检测:车门关闭后,在车辆有电、有气的情况下符合TB/T 1802-96铁道车辆漏雨试验方法的要求。 防挤压检测:能检测的最少障碍物30mm(宽60mm(高 作用在障碍物上的力150N 耐久性:承载驱动机构应能可靠运行10万次循环。 5.2.电控气动塞拉门结构说明 5.2.1门系组成电控气动塞拉门系统由基础件、门扇、承载驱动机构、操作装置、门锁和门控系统组成。车门大概

23、结构如图29所示: 相同点:基础件、门扇、承载驱动机构、门锁; c 连动机构连动机构由钢丝绳和连接件组成,如图32所示。连动机构通过外操作装置和手控开关装置在无电无气的紧急情况下对锁闭的门锁进行解锁。 5.2.3.2 翻转脚蹬机构翻转脚蹬机构由翻转脚蹬传动机构和翻转脚蹬组成;a 翻转脚蹬传动机构由气缸、气缸支架、套、接杆位置检测开关,支架等组成,如图34所示。通过气缸动作实现翻转踏板的收起和落下。b 翻转脚蹬由转轴箱、支承架和翻转踏板组成,如图35所示。翻转踏板在车门关闭时收起,车门 5.2.3.3.1门控器功能在列车车箱的一位端和二位端的外端墙(或内端墙上各装一套门控系统,每个门控系统控制列

24、车一端的左右两个塞拉门,门控系统具有:三角钥匙内、外电控开关门;紧急情况下的手动控制;脚蹬翻板控制、指示;系统自诊断状态指示;防挤压;保险锁隔离控制信号;接受和输出集中控制信号;车速5Km/h时自动关门;与车辆计算机通讯实现监控等功能。5.2.3.3.2门控系统电气参数供电电压 DC110V% 25% 30 +控制电压 DC24V5%系统总功率 50W5.2.3.3.3门控系统功能介绍5.2.3.3.3.1初始化门控器初次上电时,自动执行一次关门操作。5.2.3.3.3.2开/关门功能内、外操作装置电控开门车门处于关闭状态,操作内、外操作装置,蜂鸣器提示,车门打开。内、外操作装置电控关门车门处

25、于开启状态,操作内、外操作装置,蜂鸣器提示,车门关闭。5.2.3.3.3.3紧急解锁功能系统有电时,手控开关后,开关门电磁阀断,这时可手动开/关门,同时蜂鸣器一直长音报警,直至手控开关装置复位,复位后自动执行关门一次。5.2.3.3.3.4防挤压功能关门过程中遇障碍物,车门自动开启, 10s后自动关闭。若障碍仍然存在,车门重复上述动作。5.2.3.3.3.5隔离功能车门出现故障,锁闭隔离锁,将车门隔离,该车门的状态不影响集控“门未关到位”指示灯的正常指示。隔离锁锁闭后,集控操作信号,单门操作信号均被屏蔽。隔离锁锁闭后,门控系统保持关闭状态。5.2.3.3.3.6车速5km/h时自动关门功能:当

26、车速5km/h时,车门自动关闭。5.2.3.3.3.7状态指示功能门状态指示,指示灯采用红色指示灯,门锁到位、脚蹬收到位后指示灯灭,关门到位后未隔离指示灯闪烁,隔离后指示灯灭;门未锁到位或脚蹬未收到位指示灯亮。脚蹬位置指示,指示灯采用橙色指示灯,脚蹬放下时指示灯亮,脚蹬收起时指示灯灭。5.2.3.3.3.8报警功能蜂鸣器报警:a车门开/关前,蜂鸣器提示。b紧急解锁后(未复位蜂鸣器长音报警。门控器ERROR LED指示:通过门控器上ERROR和O/C LED闪烁的次数表示不同的故障(闪烁频率为:亮0.5秒、停0.5秒,当一组闪烁结束后,间隔3秒重新闪烁,直至故障排除。闪烁1次:外操作开关接通时间

27、超过12秒。闪烁2次:内操作开关接通时间超过12秒。闪烁3次:关门10秒未到98%开关。闪烁4次:开门5秒未到98%开关。闪烁5次:防挤压失效。闪烁6次:关门超过12秒未到位。客车设计部培训教材 KSJC05-01 5.2.3.3.3.9 集控功能 车门的开/关服从“集控优先”原则，开/关门动作前，蜂鸣器会提示。 集控开门： a）开左侧门 车门处于关闭状态，将左/右侧选择开关旋到开左侧门位置 0.5 秒后，10 秒钟内揿下开门按钮 0.5 秒，左侧车门应打开。 b）开右侧门 车门处于关闭状态，将左/右侧选择开关旋到开右侧门位置 0.5 秒后，10 秒钟内揿下开门按钮 0.5 秒，右侧车门应打开

28、。 集控关门： 车门处于开启状态，左/右侧选择开关在左侧或右侧位置 0.5 秒后，揿下关门按钮大于 0.5 秒，未 关的车门关闭。如果有门未关到位，则门未关到位指示灯亮。 5.2.3.3.3.10 与网关通讯功能 门控系统可通过通讯方式与车辆计算机进行信息交换， 接受命令和发送门状态信息， 由网关做主查 询的半双工的通讯方式。 网关发给门控器的命令有： 门控器传输信息给网关命令等； 门控器发给网关的信息有： 左门已关闭、 左门打开、左门被隔离、右门已关闭、右门打开、右门被隔离以及故障代码等。 5.2.3.4 气路组件 安装在车门立罩内的气路组件由球阀（气源开关） 、快排气阀、过滤减压阀组件、电磁阀、节流阀、 压力开关、管接头等组成，实现对车门的驱动。气路组件三维图如图 36 所示。 图 36 电控气动塞拉门气路组件 26 客车设计部培训教材 KSJC05-01 5.3 电控气动塞拉门安装 电控气动塞拉门门扇的安装和调节同手动塞拉门。 气路组件采用集成化设计， 翻转脚蹬机构、 门锁、 防冻装置都设计成单独组件用机螺丝固定即可。 6. 结束语 本文主要对铁路客车国内外塞拉门的设计技术进行了简要介绍， 作为设计师不仅仅要掌握现有的设 计技术，同时要吸收国内外的先进技术，借鉴国内外的成功经验，提高我们铁路客车产品的整体设计和 制造水平，这也是我们每一个设计师需要努力的方向。 27