深圳地鐵屏蔽門系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究和探討

摘 要：滑動(dòng)門機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是地鐵屏蔽門系統(tǒng)中最重要的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)部分，其可靠性、耐用性將直接影響到地鐵的運(yùn)行水平、服務(wù)質(zhì)量和維護(hù)費(fèi)用。文章通過分析說明深圳地鐵屏蔽門系統(tǒng)使用的重載型同步齒形帶傳動(dòng)和滾珠絲桿傳動(dòng)兩種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和壽命計(jì)算，給出了維護(hù)保養(yǎng)方面的工作經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：屏蔽門；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；齒形帶；絲桿

在屏蔽門系統(tǒng)中，每檔屏蔽門單元都是通過本單元控制器接受滑動(dòng)門開啟、關(guān)閉的信號指令，控制伺服電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)門開啟、關(guān)閉運(yùn)動(dòng)。這其中，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尤為重要，深圳地鐵選用了重載型同步齒形帶傳動(dòng)和滾珠絲桿傳動(dòng)兩種，介紹如下。

1 深圳地鐵對于滑動(dòng)門機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)要求

1.1 滑動(dòng)門為中分對開式；開啟速度0.1～0.75m/s，全程要求無級可調(diào)，時(shí)間控制在3.0～3.5s；關(guān)閉速度0.1～0.55m/s，全程要求無級可調(diào)，時(shí)間控制在3.5～4.0s。

1.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)全年工作365天，每天20小時(shí)。

1.3 為避免乘客在屏蔽門系統(tǒng)滑動(dòng)門開啟、關(guān)閉時(shí)搶上搶下，特設(shè)計(jì)防夾人夾物功能。首先要求每扇滑動(dòng)門運(yùn)動(dòng)時(shí)最大動(dòng)能≤10J，且在關(guān)門時(shí)最后100mm行程范圍內(nèi)每扇滑動(dòng)門運(yùn)動(dòng)時(shí)最大動(dòng)能≤1J；阻止滑動(dòng)門關(guān)閉的外力≤133N，阻止滑動(dòng)門關(guān)閉的障礙物厚度≤5mm。

2 重載型同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

深圳地鐵已建成運(yùn)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(huán)中線）屏蔽門系統(tǒng)均使用重載型同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

現(xiàn)以五號線（環(huán)中線）西屋屏蔽門系統(tǒng)為例，其采用單電機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)，由減速器齒輪帶動(dòng)齒形帶運(yùn)轉(zhuǎn)，回程終端裝有惰輪裝置。在列車車頭、車尾的邊門為非標(biāo)準(zhǔn)門，分為一扇標(biāo)準(zhǔn)門和一扇小門，齒形帶長度也相應(yīng)縮短，保證兩扇門運(yùn)行同步。

深圳地鐵通常利用夜間停止運(yùn)營的空隙進(jìn)行屏蔽門系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)，每次維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間僅有四個(gè)小時(shí)左右，同時(shí)由于地下環(huán)境的振動(dòng)和粉塵影響，因而規(guī)定每月維護(hù)保養(yǎng)檢查一次齒形帶張緊力，每年調(diào)節(jié)一次齒形帶張緊力。

調(diào)節(jié)時(shí)，通過一個(gè)砝碼測試，一個(gè)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(xiàn)狀觀看，在此維護(hù)條件下，暫不需要更換。

針對重載型同步齒形帶傳動(dòng)中的滾動(dòng)軸承，設(shè)計(jì)要求其實(shí)際使用壽命不低于30年。

2.1 吊架使用的滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算如下

2.2 惰輪使用的滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算如下

3 滾珠絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

深圳地鐵僅在已建成運(yùn)營的一號線（羅寶線）二期工程使用了深圳方大自動(dòng)化系統(tǒng)公司提供的滾珠絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過滾珠絲桿帶動(dòng)耐磨螺母的直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。

標(biāo)準(zhǔn)屏蔽門單元的滾珠絲桿傳動(dòng)為單電機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)（如下圖所示），傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由一個(gè)滾珠絲桿與球形螺母系統(tǒng)組成，滾珠絲桿由三個(gè)安裝在門機(jī)橫梁的軸承支撐，依據(jù)門扇運(yùn)動(dòng)的方向分為左旋和右旋。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配有兩個(gè)與對應(yīng)門扇相連接的螺母，螺母裝配有一個(gè)滾筒（鎖定銷），它在門機(jī)梁的滑槽上滑動(dòng)。

在列車車頭、車尾的邊門為非標(biāo)準(zhǔn)門，改為采用雙電機(jī)、雙螺桿進(jìn)行開關(guān)門，通過機(jī)械調(diào)整保證兩扇門運(yùn)行同步。

深圳地鐵通常利用夜間停止運(yùn)營的空隙進(jìn)行屏蔽門系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)，每次維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間僅有四個(gè)小時(shí)左右，同時(shí)由于地下環(huán)境的振動(dòng)和粉塵影響，因而規(guī)定每月清潔、潤滑滾珠絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩次。從最早已服役3年半的滾珠絲桿現(xiàn)狀觀看，在此維護(hù)條件下，暫未出現(xiàn)需要更換的情況，而設(shè)計(jì)要求其實(shí)際使用壽命不低于30年。

3.1 滾珠絲桿壽命計(jì)算如下

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

查設(shè)計(jì)手冊得到：額定動(dòng)負(fù)荷Cr=4490（N）；徑向力Pr=334.1N；負(fù)載系數(shù)fw=1.5；即L=（4490/334.1×1.5）3×106=719.18×106。

理論壽命計(jì)算：Lt=L/60×n=719.18×106/60×675=1.78萬小時(shí)；按照開門3s，關(guān)門3.5s，開關(guān)門的周期13s計(jì)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(dòng)機(jī)構(gòu)，鄭州機(jī)電工程研究所張永慶助理工程師曾提出一種改進(jìn)的絲杠副傳動(dòng)無偏載機(jī)構(gòu)，采用高速多頭大導(dǎo)程非自鎖絲杠螺母傳動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)的屏蔽門系統(tǒng)，其免維護(hù)、低噪音的特點(diǎn)比較切合地鐵運(yùn)營管理的實(shí)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(dòng)機(jī)構(gòu)的屏蔽門系統(tǒng)，采取每月兩次清潔、潤滑保養(yǎng)。絲桿傳動(dòng)對比齒形帶傳動(dòng)噪音偏高，需繼續(xù)設(shè)計(jì)改進(jìn)，以切合地鐵運(yùn)營管理的實(shí)際需求。

5 結(jié)束語

地鐵屏蔽門系統(tǒng)是集機(jī)械、電氣、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)于一體的設(shè)備，同時(shí)也是影響地鐵列車行車安全的重要設(shè)備。滑動(dòng)門機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為地鐵屏蔽門系統(tǒng)最重要的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)部分，其可靠性、耐用性將直接影響到地鐵的運(yùn)行水平、服務(wù)質(zhì)量和維護(hù)費(fèi)用。本文通過分析說明深圳地鐵屏蔽門系統(tǒng)使用的重載型同步齒形帶傳動(dòng)和滾珠絲桿傳動(dòng)兩種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和壽命計(jì)算，給出了維護(hù)保養(yǎng)方面的工作經(jīng)驗(yàn)，還請諸同志斧正。

參考文獻(xiàn)

[1]曾瑩瑩，陳海輝.地鐵屏蔽門的機(jī)械設(shè)計(jì)[J].南華大學(xué)學(xué)報(bào)（理工版），2003，03：54-58.

[2]陳海輝.地鐵屏蔽門的機(jī)械設(shè)計(jì)及力學(xué)模型[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，04：74-77.

作者簡介：彭志堅(jiān)（1987-），男，廣東豐順人，深圳市地鐵集團(tuán)有限公司助理工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化。