深圳地鐵屏蔽門系統機械傳動機構的研究和探討

摘 要：滑動門機械傳動機構是地鐵屏蔽門系統中最重要的機構設計部分，其可靠性、耐用性將直接影響到地鐵的運行水平、服務質量和維護費用。文章通過分析說明深圳地鐵屏蔽門系統使用的重載型同步齒形帶傳動和滾珠絲桿傳動兩種傳動機構的設計原理和壽命計算，給出了維護保養方面的工作經驗。

關鍵詞：屏蔽門；傳動機構；齒形帶；絲桿

在屏蔽門系統中，每檔屏蔽門單元都是通過本單元控制器接受滑動門開啟、關閉的信號指令，控制伺服電機帶動傳動機構實現滑動門開啟、關閉運動。這其中，機械傳動機構尤為重要，深圳地鐵選用了重載型同步齒形帶傳動和滾珠絲桿傳動兩種，介紹如下。

1 深圳地鐵對于滑動門機械傳動機構的主要設計要求

1.1 滑動門為中分對開式；開啟速度0.1～0.75m/s，全程要求無級可調，時間控制在3.0～3.5s；關閉速度0.1～0.55m/s，全程要求無級可調，時間控制在3.5～4.0s。

1.2 傳動機構全年工作365天，每天20小時。

1.3 為避免乘客在屏蔽門系統滑動門開啟、關閉時搶上搶下，特設計防夾人夾物功能。首先要求每扇滑動門運動時最大動能≤10J，且在關門時最后100mm行程范圍內每扇滑動門運動時最大動能≤1J；阻止滑動門關閉的外力≤133N，阻止滑動門關閉的障礙物厚度≤5mm。

2 重載型同步齒形帶傳動機構

深圳地鐵已建成運營的一號線（羅寶線）首期工程，二號線（蛇口線），三號線（龍崗線），四號線（龍華線），五號線（環中線）屏蔽門系統均使用重載型同步齒形帶傳動機構。

現以五號線（環中線）西屋屏蔽門系統為例，其采用單電機同軸驅動，由減速器齒輪帶動齒形帶運轉，回程終端裝有惰輪裝置。在列車車頭、車尾的邊門為非標準門，分為一扇標準門和一扇小門，齒形帶長度也相應縮短，保證兩扇門運行同步。

深圳地鐵通常利用夜間停止運營的空隙進行屏蔽門系統的維護保養，每次維護保養時間僅有四個小時左右，同時由于地下環境的振動和粉塵影響，因而規定每月維護保養檢查一次齒形帶張緊力，每年調節一次齒形帶張緊力。

調節時，通過一個砝碼測試，一個齒形帶螺絲扣用于張緊，一套專用工具用于門的校直。從最早已服役8年多的重載型同步齒形帶現狀觀看，在此維護條件下，暫不需要更換。

針對重載型同步齒形帶傳動中的滾動軸承，設計要求其實際使用壽命不低于30年。

2.1 吊架使用的滾動軸承壽命計算如下

2.2 惰輪使用的滾動軸承壽命計算如下

3 滾珠絲桿傳動機構

深圳地鐵僅在已建成運營的一號線（羅寶線）二期工程使用了深圳方大自動化系統公司提供的滾珠絲桿傳動機構，通過滾珠絲桿帶動耐磨螺母的直線運動來實現。

標準屏蔽門單元的滾珠絲桿傳動為單電機同軸驅動（如下圖所示），傳動機構由一個滾珠絲桿與球形螺母系統組成，滾珠絲桿由三個安裝在門機橫梁的軸承支撐，依據門扇運動的方向分為左旋和右旋。傳動機構裝配有兩個與對應門扇相連接的螺母，螺母裝配有一個滾筒（鎖定銷），它在門機梁的滑槽上滑動。

在列車車頭、車尾的邊門為非標準門，改為采用雙電機、雙螺桿進行開關門，通過機械調整保證兩扇門運行同步。

深圳地鐵通常利用夜間停止運營的空隙進行屏蔽門系統的維護保養，每次維護保養時間僅有四個小時左右，同時由于地下環境的振動和粉塵影響，因而規定每月清潔、潤滑滾珠絲桿傳動機構兩次。從最早已服役3年半的滾珠絲桿現狀觀看，在此維護條件下，暫未出現需要更換的情況，而設計要求其實際使用壽命不低于30年。

3.1 滾珠絲桿壽命計算如下

輸入條件：滑動門的最大重量90Kg；滾珠絲桿行程1m，最大轉速n=675rpm；加速時間t1=0.5s，勻速時間t2=2s，減速時間t3=0.5s；疲勞壽命L=（Cr/Pr×Fw）3×106。

查設計手冊得到：額定動負荷Cr=4490（N）；徑向力Pr=334.1N；負載系數fw=1.5；即L=（4490/334.1×1.5）3×106=719.18×106。

理論壽命計算：Lt=L/60×n=719.18×106/60×675=1.78萬小時；按照開門3s，關門3.5s，開關門的周期13s計算，滾珠絲桿壽命=1.78×60×60/13=493萬次，滿足30年以上使用壽命要求。

3.2 針對滾珠絲桿和耐磨螺母配合的傳動機構，鄭州機電工程研究所張永慶助理工程師曾提出一種改進的絲杠副傳動無偏載機構，采用高速多頭大導程非自鎖絲杠螺母傳動副，有興趣的同志可查閱，本文不再贅述。

4 使用效果

從2004年12月28日深圳地鐵一號線（羅寶線）首期工程開通至今，深圳地鐵已多次選用搭載重載型同步齒形帶傳動機構的屏蔽門系統，其免維護、低噪音的特點比較切合地鐵運營管理的實際需求。

從2009年9月28日深圳地鐵一號線（羅寶線）二期工程首通段開通至今，深圳地鐵開始選用搭載滾珠絲桿傳動機構的屏蔽門系統，采取每月兩次清潔、潤滑保養。絲桿傳動對比齒形帶傳動噪音偏高，需繼續設計改進，以切合地鐵運營管理的實際需求。

5 結束語

地鐵屏蔽門系統是集機械、電氣、自動控制、計算機和網絡等技術于一體的設備，同時也是影響地鐵列車行車安全的重要設備。滑動門機械傳動機構作為地鐵屏蔽門系統最重要的機構設計部分，其可靠性、耐用性將直接影響到地鐵的運行水平、服務質量和維護費用。本文通過分析說明深圳地鐵屏蔽門系統使用的重載型同步齒形帶傳動和滾珠絲桿傳動兩種傳動機構的設計原理和壽命計算，給出了維護保養方面的工作經驗，還請諸同志斧正。

參考文獻

[1]曾瑩瑩，陳海輝.地鐵屏蔽門的機械設計[J].南華大學學報（理工版），2003，03：54-58.

[2]陳海輝.地鐵屏蔽門的機械設計及力學模型[J].華南理工大學學報（自然科學版），2004，04：74-77.

作者簡介：彭志堅（1987-），男，廣東豐順人，深圳市地鐵集團有限公司助理工程師，研究方向：機械設計及其自動化。