地鐵車輛頂開坡道式緊急疏散門系統介紹與設計要點分析

羅 為 彭傳斌 彭麗軍

株洲九方裝備股份有限公司，湖南株洲 412001

地鐵車輛緊急疏散門是一種布置在司機室前端中部或左邊的安全設備，在發生緊急狀況時，可打開并形成逃生通道，將乘客疏散至道床或營救車輛上。根據GB/T 7928—2003《地鐵車輛通用技術條件》規定，在未設安全通道的線路上運行的列車兩端應設緊急疏散門。

國內地鐵配置的緊急疏散門，按結構形式可分為一體式和分體式兩大類。一體式多采用門扇下翻結構，門扇繞鉸鏈下翻后同時充當疏散坡道；分體式門扇采用頂開或側開結構，疏散通道采用折疊坡道或折疊踏梯。踏梯結構因疏散能力較差，新造車輛已不再采用該結構形式；下翻結構受頭罩外形及車鉤、防爬器等限制較多，且難以配置瞭望玻璃，結構較為復雜，使用場合不多；側開結構在彎道上車輛傾斜情況下可能存在較難打開的狀況。而頂開坡道式（圖1）結構較為簡單，對頭罩形狀及司機室結構適應能力最好，故得到了廣泛應用。

圖1 頂開坡道式緊急疏散門三維效果圖

1 頂開坡道式緊急疏散門總體結構介紹

如圖2所示，頂開坡道式緊急疏散門系統主要包括門扇、鉸鏈、門鎖、空氣彈簧、密封框架、折疊坡道、承載機構、防護罩等部分。

密封框架通過螺釘緊固于車體骨架，并安裝有密封條；門扇通過鉸鏈與車體骨架連接，且門扇內表面安裝有門鎖，在關閉狀態下鎖舌與密封框架上的鎖孔配合鎖定門扇位置，此時門扇內表面與密封框架上的密封條壓緊形成密封層；解鎖門鎖后，密封框架與門扇之間安裝的空氣彈簧可推動門扇繞鉸鏈軸旋轉打開；折疊坡道通過螺釘安裝于司機室地板，解鎖后推出即可自動展平；折疊坡道與密封框架或車體骨架之間安裝有承載機構，在坡道展開后增加強度并充當扶手；防護罩可扣在回收后的坡道上，保護坡道并保證司機室美觀效果。

圖2 疏散門結構-展開狀態

2 部件結構及設計要點

2.1 門扇

門扇主要包括玻璃鋼面板、鋁合金骨架以及夾層鋼化玻璃三部分。最外側為玻璃鋼面板，采用與地鐵車輛頭罩相同的材質，曲面、涂裝與頭罩相吻合；玻璃鋼面板上設置沉臺，采用聚氨酯膠粘劑粘接夾層鋼化玻璃，與頭罩前窗玻璃協調一致，并提供瞭望視野；司機室內側為鋁合金骨架，通過螺紋緊固件與玻璃鋼面板連接。

設計要點：夾層鋼化玻璃粘接需按照DIN6701標準A1等級接頭進行設計，在考慮列車運行速度、沖擊振動等因素的同時，還需考慮列車運行環境與玻璃粘接施膠時的最大溫差，設計足夠的膠層厚度，以保證因玻璃與玻璃鋼之間熱膨脹系數不同導致的膠層應變處于膠粘劑許用應變范圍內。

2.2 鉸鏈

鉸鏈主要為不銹鋼材質，包括鉸鏈座、鉸鏈軸和鉸鏈臂三部分。鉸鏈座通過螺釘固定于車體骨架，鉸鏈軸安裝于鉸鏈座上，鉸鏈臂安裝于門扇內表面，可繞鉸鏈軸旋轉。

設計要點：因列車頭罩與司機室骨架在安裝時存在誤差，且門扇與頭罩需保證縫隙均勻曲面平齊，作為連接門扇與車體骨架的橋梁，鉸鏈需要在列車縱向、橫向、垂向三個維度均具有調節量，可利用腰型孔和調整墊片進行調節。

2.3 門鎖

門鎖主要為不銹鋼和鋁合金材質，由操作手柄、鎖盒、鎖舌等部分組成。

設計要點：門鎖需在列車縱向、橫向、垂向三個維度均可調。

2.4 空氣彈簧

空氣彈簧主要由活塞桿和氣缸兩部分組成，兩端通過螺釘分別與門扇和密封框架相連。

設計要點：合理設計安裝點和空氣彈簧力值，保證空氣彈簧推力足以頂開門扇。尤其要注意的是，需考慮列車運行環境的溫度。根據理想氣體狀態方程PV=nRT，可知以0℃（273K）為基準時，溫度每升高1℃，空氣彈簧內部氣壓會升高1/273，即空氣彈簧力值增大1/273。因此，在設計空氣彈簧力值時，需按最低使用溫度下空氣彈簧仍可將門扇頂開到位的要求來進行計算，并換算為常溫下的力值確定空氣彈簧參數。同時，需采用桿端球關節消除安裝誤差。

2.5 密封框架

密封框架是由不銹鋼或鋁合金材質制作而成的框體，與司機室骨架之間通過螺釘連接并將四周間隙打膠密封。在密封框架與門扇的之間，布置有橡膠密封條，利用密封框架與門扇內表面將密封條壓縮變形，形成密封層。

設計要點：需根據列車運行的環境溫度選用密封條材質。普通工況下選用成本較低的三元乙丙橡膠材質即可，當需要在-40℃以下溫度使用時，需選用低溫性能更好的硅橡膠。同樣，密封框架需要在列車縱向、橫向、垂向三個維度可調。

2.6 折疊坡道

折疊坡道多采用四級折疊機構，主體為不銹鋼和鋁合金材質，在保證強度的前提下滿足防腐防銹要求。坡度平緩，且表面鋪設金剛砂防滑貼，可防止乘客滑倒；踏板最低點可根據要求設計為距離軌道面50～250mm，方便不同道床的線路使用。

設計要點：（1）需根據客戶要求選擇坡道鎖定方式。M型折疊坡道展開后需對踏板進行鎖定，以維持坡道整體剛度防止坡道回彈。目前采用的方式有卡扣、彈性銷、L型導槽等。卡扣在解鎖時操作復雜，需要2人以上在車外解鎖卡扣方可回收坡道；彈性銷、L型導槽均由1人在司機室內可完成操作，彈性銷占用寬度更小，L型導槽操作更方便。

（2）需合理設計緩沖裝置，降低坡道展開時的沖擊。通常采用液壓阻尼器進行緩沖，與空氣彈簧，需合理設計安裝點和行程；根據不同的使用溫度，選擇合適的密封件和液壓油。

（3）需設置回收機構，目前多采用棘輪結構，帶動拉帶將坡道收折復位。

2.7 承載機構

承載機構可安裝在密封框架頂部或司機室骨架上橫梁與坡道踏板之間，增加坡道的強度，同時充當疏散時的扶手。通常采用纖維織帶或不銹鋼鏈條。

設計要點：除強度滿足要求以外，承載機構要配備長度調節裝置，如左右旋雙向調節螺桿，以消除坡道安裝誤差帶來的影響。

2.8 防護罩

通常為玻璃鋼制作的薄壁腔體，并安裝不銹鋼提手。

設計要點：根據客戶要求設計外形、功能，可做成與司機臺形狀一致的造型，并可集成桌面、杯托等司機常用的功能。

3 優化改進方向

地鐵車輛頂開坡道式緊急疏散門已在國內地鐵線路上運用10年以上，隨著日益提高、明確、細化的技術要求，設計也在不斷更新換代。根據目前的發展趨勢，首先是要提高系統的可靠性。作為安全裝置，緊急情況下的可靠性對疏散功能的實現起到了決定性影響。其次是減重，進行輕量化設計，以滿足客戶整車軸重要求以及降低業主運營成本。再者就是提高防火要求。目前各大主機廠已將緊急疏散門防火要求從DIN5510和BS6853升級為EN45545標準，且均要求在HL3級別，因此在非金屬零部件的選材上，需要提高要求，確保防火安全。