動車開閉機構系統的設計

摘 要：文章對目前我國高鐵及動車前端模塊采用的一種開閉機構的結構形式、控制方式及工作原理等做了詳細介紹，從安裝調試、可靠性、可維護性、可操作性等方面論述了該種開閉機構的特點，同時對于開閉機構的發展趨勢做了簡單的分析。

關鍵詞：動車；高鐵；開閉機構；發展趨勢

1 概述

隨著我國高鐵及動車技術的不斷發展，其組成部件的高端化、自動化要求也在不斷提高。文章介紹的開閉機構為動車和高鐵前端部件，為自動化裝置，其作為列車的最前端模塊在列車單列運行時處于關閉狀態，和車體頭罩形成完整的列車空氣動力學外形，減小風阻風噪，并保護前端車鉤等機構；在兩列車連掛運行或檢修牽引時，開閉機構將活動艙門打開，露出車鉤進行連掛。開閉機構安裝在列車組最前端，主要由機架組成、旋轉艙門（左右共兩扇）、電路系統組成及氣路系統組成等四大部分構成。列車司機可直接在司機室內控制開閉機構實現打開及關閉動作，在無動力的情況下可通過專用工具在列車前端手動打開及關閉開閉機構，同時在其打開及關閉時都具有鎖閉功能。

2 機構特點及主要技術參數

2.1 機構特點

（1）機構的組成。該種開閉機構主要由機架組成、旋轉艙門（左右共兩扇）、電路系統組成及氣路系統組成等四大部分構成。通過電路系統控制電磁閥開閉實現對氣缸供氣，通過設計的機械結構將氣缸的伸長縮短動作轉化為活動艙門的旋轉來實現開閉機構的打開及關閉動作。左右旋轉艙門直接安裝到機架組成的轉臂上，與機架組成、電路系統組成、氣路系統組成一同安裝在車體的預留接口上，結構簡圖如圖1。

（2）安裝與調節。由于活動艙門須與車體頭罩進行裝配，為美觀性達到最佳，需保證活動艙門和車體頭罩之間的間隙均勻，故機構中分別設計了前后、左右、上下以及平面旋轉機構，可實現艙門與車體頭罩配合時各個方向的微調。開閉機構單個艙門上配有長度可微調的轉臂，通過調節各個轉臂的長短以調節單個艙門的旋轉角度，安裝調節十分便捷。

2.2 主要技術參數

該種動車開閉機構主要技術參數：兩旋轉艙門開口距離1326±10mm；滿足車鉤擺角上下±6°，左右±12°；額定電壓110V DC，額定功率44W；使用環境-20℃- +60℃；使用壽命大于30年。

3 具體功能原理的剖析

3.1 控制原理簡介

該種開閉機構采用氣動控制原理，通過電信號的反饋實現邏輯動作。電路系統中存在的PLC等控制系統對電磁閥進行控制以實現雙作用擺動氣缸的往復運動，機械系統中通過機構的設計將氣缸推桿的直線運動轉化為轉臂的旋轉運動，而轉臂又與旋轉艙門相連接，進而帶動艙門的運動。

3.2 機構的鎖閉

該種開閉機構在打開及關閉到位后均具有鎖閉功能，鎖閉功能采用機械自鎖原理實現，不依賴任何動力，該種功能較之前的開閉機構采用的靠工作狀態的氣缸來鎖閉的方式在性能上有了較大的提高，增加了產品的穩定性和可靠性。

3.3 信號的反饋

在開閉機構的推動氣缸上安裝有檢測裝置，當旋轉艙門打開或關閉到指定位置后將檢測到的信號反饋給電路系統，系統接到信號后將整個系統與外界動力進行隔離，即處于“失電斷氣”狀態。該種設計避免了系統長時間帶電以及氣缸長時間處于充氣狀態，在保證產品安全性的同時能有效延長電、氣元件的使用壽命，降低故障率。

4 操作的便捷性

該種開閉機構操作便捷只需單人即可。操作方式為兩種：自動方式、手動方式。自動操作方式只需系統提供正常動力，司機可在司機室內通過操作按鈕控制其動作，其打開及關閉均為同一個按鈕，司機室面板上有相關的到位指示燈以供司機判斷開閉機構所處的狀態。當系統處于“失電失氣”的情況下，操作人員可在司機室外車體最前端通過專用工具實現打開或關閉動作。不論自動控制方式還是手動控制方式均可實現單人在1分鐘內完成開閉機構單次動作。

5 系統的可靠性及可維護性設計

5.1 系統的可靠性設計

開閉機構主要實現功能為打開-打開鎖閉，關閉-關閉鎖閉。為提高鎖閉的可靠性取替了以往依賴氣缸推桿直接鎖閉的設計方式改為用純機械原理進行鎖閉，避免了氣缸在失去動力后對鎖閉帶來的不利影響；系統內僅采用了兩個氣缸便實現了動作功能要求，因此所使用元件數目少，要求低，有效降低系統故障風險；電、氣系統設計采用集成型設計，關鍵元器件采用國外進口品牌，且電氣元件整體集成安裝在密封等級至少可達到IP65的電氣控制柜內，有效防水、防塵，保護電氣系統的穩定性。

5.2 材料的選擇

開閉機構零部件材料主要為玻璃鋼（旋轉艙門及環形頭罩的主要材料）、鋁合金、不銹鋼，滿足防銹、防火的要求。氣路管路采用金屬接頭和橡膠軟管組成，密封性能良好且有較強的抗老化性。產品進行了一系列的試驗進行驗證：包括整體產品的可靠性試驗、耐久性試驗、電氣系統單獨的可靠性功能試驗、玻璃鋼產品的防撞試驗以及淋雨試驗等。

5.3 系統的可維護性設計

考慮到電氣系統檢修和故障處理需要，在設計初期預留了檢修窗，位置見圖2序3示意，在操作人員需對電氣系統進行維護時，可將活動的檢修窗取下，用隨車常用的方孔鑰匙打開電氣控制柜門來對電氣元件進行維護和檢修，空間布局合理，操作方便。電氣系統內的模塊化設計結構，使得維修人員在查找、維修故障時簡便省時。

6 開閉機構的發展方向

考慮到開閉機構結構功能的單一性，目前動車及高鐵上使用的結構仍然過于復雜化，且左右方向打開的開閉形式對于列車左右方向的空間要求較高，為滿足車鉤左右方向的最大擺角要求，左右方向的打開型式會導致開閉機構出現體積大、重量高等問題，影響列車美觀性和整體的重量要求。隨著國內高鐵及動車技術日趨成熟，其部件的高端化、自動化、智能化設計的要求也越來越凸顯，純手動的開閉機構也會難以滿足使用要求。綜上所述開閉機構的簡單化、輕量化、美觀性仍是開閉機構設計的重點優化內容，自動化和智能化設計是大勢所趨，同時上下開閉形式的開閉機構優勢也會越來越凸顯。

參考文獻

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作者簡介：呂文博：株洲九方裝備股份有限公司，助理工程師。