地鐵安全門電磁鎖的優化研究

文/劉遠輝,南京康尼電子科技有限公司

地鐵安全門電磁鎖的優化研究

文/劉遠輝,南京康尼電子科技有限公司

本文首先介紹了地鐵安全門電磁鎖電氣原理，然后分析了地鐵安全門電磁鎖主要功能與設計理念，最后探討了地鐵安全門電磁鎖電氣理論設計和機械結構的設計。

地鐵安全門；電磁鎖；設計

城市軌道交通站臺安全門系統是一種專用于地鐵站臺的防護性系統。通過安全門的控制系統與驅動機構，實現地鐵列車的車門與該系統站臺安全門中的活動門之間的同步操作。列車未到站時，站臺安全門關閉，將候車旅客與軌道隔離開；在列車到站以后，站臺安全門的活動門與列車車門同步打開，乘客可以通過活動門直接出入列車車廂，為候車旅客提供了絕對的安全保障。在安全門系統中，電磁鎖作為一種安全保障設備，對安全門的正常工作起著至關重要的作用。然而，在現有的安全門系統中，電磁鎖往往是故障率最高的設備。這種現象既與其特殊的功能密不可分，也與現有設計存在缺陷相關。

1 地鐵安全門電磁鎖電氣原理

在屏蔽門系統中，電磁鎖的主要功能為：①在未收到開門命令時，電磁鎖鎖銷處于伸出狀態，觸發鎖閉機構，阻止滑動門沿導軌運動，防止不正當理由的開門動作；②在收到開門命令后，電磁鎖鎖銷可迅速(少于 200ms)吸回，使鎖閉機構釋放，不再阻擋滑動門的開關動作；③在滑動門從開門狀態轉變為關閉狀態后，電磁鎖鎖銷釋放回伸出狀態，觸發鎖閉機構，同時給出反饋信號，告知屏蔽門狀態監測系統門已鎖緊。

電磁鎖的核心部件是電磁鐵。當電磁鐵線圈通電時，銜鐵帶動鎖銷支架、鎖銷、遮光板一起動作，復位彈簧被壓縮，遮光板遮斷解鎖位置傳感器的光線，解鎖位置傳感器通過傳感器連接器發出真值為“1”的返信。當電磁鐵線圈斷電時，在復位彈簧作用下，鎖銷支架帶動鎖銷、電磁鐵銜鐵、遮光板一起動作，遮光板遮斷鎖定位置傳感器的光線，鎖定位置傳感器通過傳感器連接器發出真值為“1”的返信。至此，電磁鎖解鎖鎖定各1次，對應屏蔽門開關各1次。

2 地鐵安全門電磁鎖主要功能與設計理念

2.1 主要功能

在安全門系統中，電磁鎖的主要功能為：

2.1.1 在未收到開門命令時，電磁鎖鎖舌處于伸出狀態，觸發鎖閉結構，阻止滑動門沿導軌運動，防止不正當理由的開門動作(如個別乘客從站臺側強行開門)。

2.1.2 在收到開門命令后，電磁鎖鎖舌可以迅速(少于200ms)吸回，使鎖閉結構釋放，不阻擋滑動門的開關動作。

2.1.3 在滑動門從開門狀態轉變為關閉狀態后，電磁鎖鎖舌釋放回伸出狀態，觸發鎖閉機構，同時給出反饋信號，告知監控系統門已鎖緊。

2.2 設計理念

針對地鐵安全門系統的實際需要，電磁鎖應具備以下性能：

2.2.1 高壽命。由于安全門必須伴隨著列車的進出站做多次開關動作，而電磁鎖又是控制安全門開關動作的關鍵器件，所以，在設計過程中，必須考慮電磁鎖的壽命。根據運營部門的相關要求，安全門必須通過百萬次壽命試驗，這就要求電磁鎖應無故障運行100萬次。

2.2.2 高精確度。電磁鎖的狀態問接反應了滑動門的狀態，所以電磁鎖的每一個動作都必須精確反饋回監控系統。針對運營方的實際需求，其誤報率應低于10-6。

2.2.3 低能耗。電磁鎖屬于有源耗能器件，尤其是在啟動瞬間，單個電磁鎖的熱功率可達 150W以上，所以，通過合理的電氣設計來降低電磁鐵的熱功率，將會大大減少能耗。

2.2.4 低噪聲。電磁鐵在動作的過程中由于撞擊和摩擦等一系列原因會發出噪聲，如果處理不當，將會對周圍環境造成噪聲污染。根據CJ／T236-2006中的相關規定：電磁鎖在正常工作時，水平距其1m處的噪聲測量值必須低于70dB。

3 地鐵安全門電磁鎖電氣理論設計

電磁鎖的壽命、行程、起動力和保持力等重要指標都與電磁鐵的性能直接相關。電磁鐵的參數之間有著相互制約的關系，必須全面考慮，從而實現滿足設計要求的最優參數配置。

3.1 行程：由于工程實際需要，電磁鐵的行程一般選擇為8mm，這樣既可以滿足鎖舌鎖定門體的需求，也在保證安全的情況下降低了電磁鐵的體積、功率等參數。

3.2 供電：根據安全門供電系統的特性，電磁鎖的優選供電電壓分為DC110V和DC24V兩種。在該型電磁鐵的設計中，DC110V電源用于啟動電磁鐵使其行程歸零，DC24V電源用于保持電磁鐵的吸合狀態。如果單一采用DC110V電源為電磁鎖供電，會產生較高的功率損耗，同時產生大量的熱量，使電磁鐵的壽命極大地縮短；如果單一使用DC24V電源，就必須加倍增大電磁鐵的體積。

3.3 吸合力：考慮電磁鎖內的彈簧強度、傳動機構質量和整體抗振性能，只要電磁鐵的吸合力始終大于23N，電磁鎖就可以穩定運行。電磁鐵的核心功能是實現吸合和釋放兩個動作。所以，理論計算的重點，就是確定電磁鐵的理論吸合力是否能夠滿足設計要求。

4 地鐵安全門電磁鎖機械結構的設計

電磁鎖傳動機構的作用是將電磁鎖鎖舌與電磁鐵鐵心進行有效連接，使電磁鐵的鐵心可以帶動鎖舌進行吸合、釋放運動。電磁鐵的動作檢測裝置安裝在傳動機構上，因此，動作檢測裝置的設計與傳動裝置的設計是息息相關的。

4.1 傳動機構

電磁鐵工作時，鐵心不能承受側向沖擊力。因為側向沖擊力會極大地增加電磁鐵鐵心與內壁問的摩擦力，造成鐵心與內壁的磨損，降低壽命。同時，由于鐵心的偏心作用，內部氣隙的均勻程度也會發生改變，從而顯著減小電磁鐵的吸合力，甚至引發卡殼。若鎖舌與電磁鐵鐵心直接相連，那么由于杠桿作用，鎖舌上發生的極小側向位移都將導致電磁鐵鐵心發生較大的側向位移。

4.2 動作檢測裝置

現有電磁鎖的動作感應裝置主要由微動開關和光電開關兩種。主流的做法是將傳感器安裝在鎖體內壁上，在傳動桿上安裝一個伸出的觸片，通過感應這個觸片的動作來實現對鎖舌動作的檢測。然而，該方式需要在電磁鐵鐵心上加裝限位防轉動裝置，這將增大鐵心與電磁鐵內部襯套之間的摩擦，甚至會頻繁引發卡殼。合理的優化措施是將觸片換為360°的環狀擋片，并且采用雙側微動開關設計，這樣就不用加裝鐵心防轉動裝置。

5 結語

電磁鎖作為安全門系統中的安全保障設備，對安全門的正常工作至關重要但是，由于高強度使用，電磁鎖會產生卡阻、無返饋信號等故障，給站內運營和維修人員帶來了諸多困擾。如何降低電磁鎖故障率、降低屏蔽門運營維護成本成為亟需解決的現實問題。

[1]金碧筠．列車車門及站臺屏蔽門的開／關門時序研究[J]．城市軌道交通研究，2013(8)

[2]陳韶章．地下鐵道站臺屏蔽門系統[M]．北京：科學出版社，2005