城轨车辆外挂密封门设计

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
丝杠支架（合金钢） 紧急解锁装置 （合金钢）
齿轮箱减速装置 （合金钢）
丝杠（42CrMo） 驱动电机 （直流无刷电机） 传动螺母（ 42CrMo ）
驱动机构设计图
驱动电机选用直流无刷电机的原因：
毕业设计整体流程
查阅资料和调研 建模
探讨控制方法
总体设计 局部设计与细节设计 部分机构零件分析校核 车门开关运动仿真 探讨控制流程 探讨控制原理 探讨防夹控制方法
撰写毕业论文
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。
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。
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。
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。
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。
• 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。
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。
1000mm
1900mm 43mm
开关门速度
传动方式 门板形式 构造速度 供电电压 环境温度 相对湿度 使用寿命
2.0～4s
丝杠螺母 平门 ≤110km/h DC110V (-30%～+25%) -25℃～+70℃ ≤97% 150万次/30年，特殊要求达300万次
城轨车辆外挂密封门机械设计
车体外侧外挂密封门三维设计图
摆臂（铝合金6063—T5）
携门架（铝合金6063—T5）
导向轮（尼龙轮）
承载小车设计图
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Solidworks Simulation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。
铝蜂窝结构 （铝合金6063—T5）
门页内部结构图
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EN 14752《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。
答辩完毕 谢谢
• 总体设计图
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。
结构原理图
整体示意图
外挂密封门技术参数表
车门通过净宽度 车门通过净高度
1340mm 1800mm
门扇宽
门扇高 门扇厚
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。
Hale Waihona Puke 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
承载小车 携门架（铝合金6063—T5） 承载导向导轨（铝合金6063—T5）
悬挂机构设计图
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）
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
传动螺母连接装置 （低合金结构钢）
门窗玻璃（复合中空玻璃）
门密封橡胶
（三元乙丙橡胶） 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）
车门内侧面
门页内部结构设计
门框架 （铝合金6063—T5）