次世代軌道交通屏蔽門的機械系統設計方案

魏鵬飛

（上海大學，上海200444）

軌道交通站臺屏蔽門或稱地鐵屏蔽門，以下簡稱屏蔽門，是一種軌道交通站臺隔離設備，分隔軌道與站臺，其關閉后的形態是錯落式的玻璃幕墻。本文所要進行的屏蔽門系統的平整性改良將從門體外觀、傳動結構、運動穩定性和運動軌跡四部分進行設計。

1 門體外觀設計方案

傳統屏蔽門系統采用滑動式設計，由三種門體組成，分別是活動門、固定門和應急門。固定門和應急門共面，且在正常運行時不運動；而所有活動門單成一面，做往復的開關門運動。活動門與固定門/應急門所在的平面不共面，如將站臺上所有的門體玻璃簡單替換成半透玻璃顯示屏，錯落排列的顯示屏在視覺上會產生極大的違和感。

唯一的解決方式是對屏蔽門中活動門的位置進行相應的調整，使活動門與固定門/應急門共面，以滿足所需的平整性要求。圖1 為屏蔽門單元模型。

圖1 屏蔽門單元模型

2 傳動結構設計方案

傳統屏蔽門系統中的活動門包含門體、驅動設備、傳動機構和限位裝置，屬于一維直線運動。一旦為了追求平整性，將活動門與固定門/應急門強行共面，則必然產生運動干涉問題。這種運動干涉在即有的機械結構下沒有對應的解決方案，但可以整體引入新的傳動結構，使活動門在關閉時融入玻璃幕墻，而打開時又離開幕墻，本文設計了塞拉式結構的傳動機構。塞拉式結構中的活動門在開門時先推拉后滑動，關門時先滑動后推拉，總是存在兩種運動形式，屬于二維運動。圖2 為塞拉式結構原理圖。

圖2 塞拉式結構原理圖

塞拉式結構雖然解決了活動門與固定門/應急門的運動干涉問題，但隨門體同步運動的傳動機構的長度又受到了兩側立柱間距的限制，需要放棄傳統屏蔽門的單絲杠（雙向絲杠）傳動結構，改良為緊密而嚴格限制尺寸的雙絲杠結構。圖3 為活動門傳動模型，傳動機構主要由聯軸器、雙絲杠、上導軌（包括異型導軌和直線導軌）、圓柱齒輪組和驅動臂等構成，二維的塞拉運動實質上就是傳動機構驅動的滾輪在各段導軌上的變軌。

圖3 活動門傳動模型

3 運動穩定性設計方案

塞拉式結構中的活動門除了包含門體、驅動設備、傳動機構和限位裝置，還加入了同步裝置，采用二維運動方式。隨著運動自由度的增加，使門體在多個方向上存在不穩定性，推拉運動中速度不同步問題和位置不同步問題交替出現，而滑動運動中又有極高頻率出現位置不同步問題，所以必須引入同步裝置解決速度不同步問題、引入限位裝置解決位置不同步問題，塞拉式結構的應用使同步裝置和限位裝置變得不可或缺。

限位裝置包括下導軌及其相關組件，主體是下導軌，門體下延伸出若干個定位滑塊，被稱為導靴，將導靴嵌入到下導軌中，滑動運動時便能起到限位作用，但限位裝置在推拉運動時不起作用。

同步裝置包括同步桿和上下兩端的樞軸，其中同步桿起主要作用，負責力的傳導。推拉運動時傳動機構帶著門體上部一起運動，而門體下部沒有任何驅動力，通過同步桿上下擺臂的等速轉動，將上方傳動機構的部分動能傳送至下方門體上，使上下門體同步推拉，以避免門體翻轉或擺動。圖4 為同步裝置與限位裝置設計模型。

圖4 同步裝置與限位裝置設計模型

4 門體運動軌跡設計方案

限位裝置安裝于門檻之下，而同步裝置位于屏蔽門的可見面上，既要控制門體的塞拉運動，自身位置又要避開門體的運動軌跡，所以門體和同步裝置一般不做同側配置。但理想的配置往往在實際情況下不成立，活動門的推拉運動方向需要根據使用環境定義。在擁擠的軌道交通行業，向站臺側開門容易對乘客造成沖擊傷害，門體的同步裝置若安裝在站臺側也容易導致乘客碰傷，所以屏蔽門的應用場景決定了同步裝置需要外置在軌道側，活動門的開門方向也必須是外拉式的，向著軌道側開門，即同步裝置外置、活動門外拉。門體的實際運動軌跡為兩個大開口的V 字型，已經在圖2 中給出。

得到符合要求的運動軌跡后，隨之而來的是開門方向與同步裝置的同側干涉問題。本文采用了同步桿下沉式設計，同時改進門體、同步裝置和限位裝置的機械結構來解決干涉問題，同步桿下沉式設計的最終模型已在圖4 中給出。

按通常的設計，同步裝置和限位裝置原本應該分別作用于門體，僅在對應的運動階段起作用。應用同步桿下沉式設計后，同步裝置和限位裝置的功能邊界變得模糊，同步桿直接作用于限位裝置，再通過下導軌間接控制門體做推拉運動，這時同步桿與門體無論安裝位置還是運動軌跡都不接觸，解決了門體和同步桿的同側干涉問題。此設計最大的優點是解決干涉問題的同時，門體在可見面上未做設計變更，而同步桿的同步功能和下導軌的限位功仍然有效。

結束語

次世代屏蔽門的機械系統設計使活動門在關閉后能與其他門體形成平整的玻璃幕墻，而開啟時仍然保留傳統屏蔽門的所有功能，使屏蔽門從玻璃幕墻到智能化大屏媒體的轉變成為可能。