新一代臥鋪動(dòng)車(chē)組塞拉門(mén)防擠壓功能分析

摘 要：通過(guò)對(duì)塞拉門(mén)防擠壓功能的標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)比以及防擠壓結(jié)構(gòu)以及工作原理、防擠壓力的測(cè)試對(duì)比進(jìn)行分析，說(shuō)明目前塞拉門(mén)的防擠壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠滿足新一代臥鋪動(dòng)車(chē)組對(duì)車(chē)門(mén)防擠壓功能的要求。

關(guān)鍵詞：新一代臥鋪動(dòng)車(chē)組；塞拉門(mén)；防擠壓結(jié)構(gòu)；防擠壓功能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.193

隨著高速動(dòng)車(chē)組的蓬勃發(fā)展，每天有大量的動(dòng)車(chē)組運(yùn)行在祖國(guó)的大江南北，塞拉門(mén)做為一個(gè)重要的系統(tǒng)為旅客提供上下車(chē)的通道越來(lái)越引起車(chē)輛制造廠家以及運(yùn)營(yíng)部門(mén)的重視。現(xiàn)代動(dòng)車(chē)組都具備智能診斷系統(tǒng)，與傳統(tǒng)列車(chē)相比只需要很少的列車(chē)員提供旅客服務(wù)。因此，旅客在上下車(chē)時(shí)不能保證每個(gè)車(chē)門(mén)旁邊都有列車(chē)員提供服務(wù)，這樣塞拉門(mén)在關(guān)門(mén)時(shí)具備正確的防擠壓功能就顯得十分重要；

防擠壓功能的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：在門(mén)關(guān)閉的過(guò)程中，盡可能防止旅客或旅客的物品、行李等被門(mén)擠壓，無(wú)法通過(guò)。由于新一代臥鋪動(dòng)車(chē)組增加車(chē)體氣密性的要求，車(chē)內(nèi)從4000Pa下降到1000Pa的時(shí)間不低于50s，使得塞拉門(mén)在一定的氣動(dòng)載荷的作用下，既要能夠保證正常的開(kāi)關(guān)門(mén)，關(guān)門(mén)之后又要能夠滿足車(chē)體氣密性的要求，即：既要保證關(guān)門(mén)狀態(tài)下，對(duì)關(guān)門(mén)力的要求，又要滿足防擠壓力的要求，因此，對(duì)防擠壓功能的實(shí)現(xiàn)方式要求更高。

一般塞拉門(mén)的防擠壓功能有兩種實(shí)現(xiàn)方式，第一種由門(mén)驅(qū)動(dòng)電機(jī)依靠檢測(cè)電機(jī)電流提供的防擠壓功能，第二種是由敏感膠條依靠檢測(cè)電阻變化提供的防擠壓功能。第一種方式是以塞拉門(mén)在關(guān)閉過(guò)程中，如果碰到障礙物阻礙塞拉門(mén)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)被堵轉(zhuǎn)，電流快速上升觸發(fā)信號(hào)，門(mén)停止運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)而開(kāi)門(mén)。此種方式觸發(fā)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，在遇到小孩或老人時(shí)存在發(fā)生擠傷的風(fēng)險(xiǎn)。第二種方式的優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)更短的響應(yīng)時(shí)間，使得安全性更高。本文主要探討第二種方式實(shí)現(xiàn)的防擠壓功能。

1 防擠壓功能的判斷標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化

在討論防擠壓功能之前，首先澄清擠壓力的概念。塞拉門(mén)在關(guān)閉的過(guò)程中，遇到障礙物，產(chǎn)生的擠壓力由小到大， 中間會(huì)有波動(dòng)起伏，然后擠壓力達(dá)到峰值，塞拉門(mén)停止關(guān)閉進(jìn)入開(kāi)門(mén)的過(guò)程，此時(shí)擠壓力開(kāi)始下降直到為零。上述描述的塞拉門(mén)擠壓力或者說(shuō)塞拉門(mén)對(duì)障礙物產(chǎn)生的沖擊力在EN14752：2005中的定義如下：

Fp：關(guān)門(mén)嘗試力的最大值：N

Fe：受擠壓的過(guò)程中，擠壓力的平均值，即關(guān)門(mén)有效力：N

T：t2-t1從關(guān)門(mén)嘗試力超過(guò)50N開(kāi)始上升到最大擠壓力，之后開(kāi)門(mén)擠壓力降低，低于50N結(jié)束時(shí)的時(shí)間差。

在上述標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于擠壓力的標(biāo)準(zhǔn)要求：

（1）關(guān)門(mén)嘗試力峰值Fp≤300N

（2）第一次關(guān)門(mén)有效力Fe≤150N

（3）進(jìn)一步關(guān)門(mén)嘗試有效力FE≤200N

塞拉門(mén)產(chǎn)生的擠壓力-時(shí)間曲線如下圖1所示：圖中可以看出矩形陰影的面積等于實(shí)際擠壓力曲線從時(shí)刻t1到t2的面積。

如果實(shí)際擠壓力的曲線因?yàn)殡S機(jī)的原因發(fā)生了波動(dòng)導(dǎo)致等效面積增大，如圖2所示，第一次關(guān)門(mén)有效力會(huì)大于150N。這種情況下的關(guān)門(mén)嘗試力峰值Fp保持不變。按EN14752：2005標(biāo)準(zhǔn)中定義的Fe的取樣區(qū)間是從擠壓力大于50N時(shí)開(kāi)始計(jì)算，防擠壓開(kāi)始動(dòng)作時(shí)擠壓力回落到50N時(shí)結(jié)束取樣，以下圖3為例，如果在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)（比如0.1秒）擠壓力發(fā)生波動(dòng)，此時(shí)檢測(cè)Fe很有可能大于標(biāo)準(zhǔn)要求。通過(guò)分析圖形可知，如果延長(zhǎng)檢測(cè)時(shí)間，那么Fe可以低于標(biāo)準(zhǔn)要求，如圖4所示。

對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，對(duì)關(guān)門(mén)力的有效值并不敏感，對(duì)關(guān)門(mén)力峰值更為敏感，相對(duì)而言，采用關(guān)門(mén)力的峰值進(jìn)行評(píng)價(jià)更為合理。以上的例子也清楚的表明以關(guān)門(mén)力峰值Fp作為唯一檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)比較合理。

在最新的EN14752：2015標(biāo)準(zhǔn)中，取消了關(guān)門(mén)有效力的判斷標(biāo)準(zhǔn)，僅僅采用了關(guān)門(mén)力峰值Fp作為唯一的判據(jù)。關(guān)門(mén)力峰值的計(jì)算時(shí)間曲線如圖5所示，因此，此次防擠壓功能的結(jié)構(gòu)優(yōu)化將依據(jù)最新的EN14752：2015的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

F：同一點(diǎn)測(cè)量的關(guān)門(mén)嘗試力多個(gè)峰值的的算術(shù)平均值；N。

n：次數(shù)。

Fp：在T=t2-t1時(shí)間內(nèi)，從關(guān)門(mén)擠壓力超過(guò)100N開(kāi)始上升到最大擠壓力，之后開(kāi)門(mén)擠壓力降低，低于100N結(jié)束時(shí)的時(shí)間過(guò)程中，擠壓力的最大值：N。

2 新一代臥鋪動(dòng)車(chē)組的防擠壓結(jié)構(gòu)

新一代臥鋪動(dòng)車(chē)組的防擠壓結(jié)構(gòu)由周邊密封膠條，內(nèi)護(hù)指密封膠條以及充氣密封膠條組成，在周邊密封膠條以及內(nèi)護(hù)指密封膠條內(nèi)部復(fù)合有敏感邊。防擠壓的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6所示：

3 防擠壓功能的工作原理

塞拉門(mén)的防擠壓功能是通過(guò)檢測(cè)安裝在密封膠條內(nèi)敏感邊的脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)的。敏感邊外觀為多孔的橡膠條，內(nèi)部包括電子開(kāi)關(guān)元件。當(dāng)擠壓橡膠條時(shí)，內(nèi)部電子元件觸發(fā)產(chǎn)生電脈沖信號(hào)發(fā)送給門(mén)控制器。防擠壓功能的工作原理圖如圖7所示：

圖中可以發(fā)現(xiàn)，內(nèi)外感應(yīng)邊，是由兩組2.2kΩ電阻并聯(lián)上0～300Ω電阻構(gòu)成的，周邊密封膠條是外部防擠壓感應(yīng)膠條，內(nèi)護(hù)指膠膠條是內(nèi)部防擠壓感應(yīng)膠條，由門(mén)的內(nèi)、外邊緣膠皮分別包裹，二者是同樣工作原理。里面分別有內(nèi)側(cè)、外側(cè)防擠壓工作回路。以外部防擠壓回路為例，當(dāng)門(mén)正常運(yùn)行或靜止，沒(méi)有碰到障礙物時(shí)，防擠壓膠條內(nèi)部電阻保持在1200Ω左右。當(dāng)門(mén)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，感應(yīng)膠條任何一個(gè)地方碰觸到障礙物時(shí)，相當(dāng)于圖中SE開(kāi)關(guān)閉合，將電阻短路，回路中電阻將降為100Ω以下。此時(shí)，門(mén)控制器通過(guò)防擠壓回路輸入其電流大小的變化，判斷有障礙物阻止門(mén)運(yùn)動(dòng)，門(mén)控制器將發(fā)出相應(yīng)的命令使門(mén)停止或反向運(yùn)動(dòng)。

4 不同防擠壓結(jié)構(gòu)的防擠壓力試驗(yàn)對(duì)比

不同阻值的敏感邊和不同外型的密封膠條的組合配置對(duì)擠壓力有較大影響，為了滿足空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)車(chē)門(mén)氣密性的要求，新一代臥鋪動(dòng)車(chē)組車(chē)門(mén)防擠壓密封膠條，在不銹鋼動(dòng)車(chē)組車(chē)門(mén)防擠壓密封膠條的基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，不銹鋼動(dòng)車(chē)組防擠壓力測(cè)試結(jié)果如圖8所示，新一代臥鋪動(dòng)車(chē)組防擠壓力測(cè)試結(jié)果如圖9所示。

同時(shí)，對(duì)改進(jìn)前后的膠條防擠壓力進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試：

將力傳感器作為障礙物放置在車(chē)門(mén)內(nèi)，測(cè)試面正對(duì)著該感應(yīng)邊后，對(duì)打開(kāi)狀態(tài)下的車(chē)門(mén)發(fā)出關(guān)門(mén)指令，測(cè)量障礙物受力，測(cè)試過(guò)程為：關(guān)門(mén)時(shí)檢測(cè)到障礙物后，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，3s后反轉(zhuǎn)，門(mén)頁(yè)向回運(yùn)動(dòng)停止：

測(cè)試結(jié)果如下：不銹鋼動(dòng)車(chē)組用防擠壓密封結(jié)構(gòu)如圖10所示，新一代臥鋪動(dòng)車(chē)組防擠壓密封結(jié)構(gòu)如圖11所示。

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)比較，新一代臥鋪動(dòng)車(chē)組防擠壓結(jié)構(gòu)安全可靠，既滿足車(chē)體氣密性的要求，又符合最新的EN標(biāo)準(zhǔn)對(duì)防擠壓力的要求，能夠有效地實(shí)現(xiàn)車(chē)門(mén)的防擠壓功能，是目前車(chē)門(mén)防擠壓功能的一大改進(jìn)，能夠滿足新一代臥鋪動(dòng)車(chē)組對(duì)車(chē)門(mén)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]BSI Standards Publication BS EN 14752：2015 Railway applications-Bodyside entrance systems for rolling stock EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION 2015：59-61.

[2]European standard EN14752：2005 Railway applications -Bodyside entrance systems EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION 2005：44-47.

作者簡(jiǎn)介：劉愛(ài)伶（1972-），女，滿族，河北遵化人，本科，學(xué)士學(xué)位，工程師，研究方向：高速動(dòng)車(chē)組機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，成就：高速動(dòng)車(chē)組車(chē)門(mén)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。