基于ABAQUS的塞拉門可加熱密封條設計

常杰 蘇悅 顧可

摘 ?要：塞拉門是鐵路客車的重要組成部分，經過國產化的研究與發展，目前國產塞拉門已經十分成熟，在運行過程中，塞拉門能否保證其良好的開啟和關閉狀態至為關鍵，但客運列車在北方嚴寒季節運用時，塞拉門容易受雨雪和冰凍的影響。文章在原有基礎上改進塞拉門密封條，設計了一種可智能加熱的密封條，解決了密封條與塞拉門之間結冰問題。

關鍵詞：塞拉門;密封條;智能加熱

中圖分類號：U270 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）24-0034-03

Abstract： The sliding plug door is an important part of the railway passenger car. After the research and development of localization， the domestic sliding plug door has been very mature. In the process of operation， it is crucial whether the sliding plug door can ensure its good opening and closing state. However， when passenger trains are used in the northern cold season， sliding plug doors are easily affected by rain， snow and freezing. In this paper， the sealing strip of the sliding plug door is improved on the basis of the original， and a kind of sealing strip which can be heated intelligently is designed， thus solving the icing problem that may happen between the sealing strip and the sliding door.

Keywords： sliding plug door; sealing strip; intelligent heating

1 概述

塞拉門的密封性能保證乘客的乘坐舒適度，同時降低車內噪音與運行阻力，因此提高列車塞拉門密封性能至關重要。而塞拉門門扇的密封膠條則是實現車門密封的重要組件，因此，合理的塞拉門密封膠條設計，將影響塞拉門整體性能。

我國幅員遼闊，各地的自然條件差異較大，客運列車在嚴寒季節運用時，因為受雨雪和冰凍的影響，塞拉門常出現無法正常開啟或關閉的現象，這不僅影響了乘客上下車，極大地降低了客車乘坐的舒適度，更嚴重者，還會導致塞拉門的密封性能降低。密封較差甚至失效，使得塞拉門門框周邊的氣動與電動元件在低溫下無法動作，進而使車輛氣動系統、電控系統處于作用不良甚至癱瘓。有時手動解鎖裝置也無法克服導軌或密封的冰凍阻力，使塞拉門手動開關作用不良。而在車輛運用過程中，塞拉門的開閉十分頻繁，如此惡性循環會造成塞拉門在運行中無法完全關閉，更有甚者塞拉門的縫隙達到了100mm以上，這對乘客的人身安全造成了很大的威脅。

2 總體設計方案

新型塞拉門密封裝置的目的是使密封條加熱，加熱到融冰溫度，使加熱密封條與塞拉門門頁密封條容易分離，且密封條加熱可以使密封條的性能不受嚴寒環境影響，延長密封條的使用壽命，因此該設計需要有以下幾個內容：

（1）該密封裝置由加熱密封條、隔熱層、粘合層、加熱電路控制單元四大部分組成。

（2）加熱密封條與隔熱層之間用黏合劑連接，在靜力學分析時可設置為全約束，隔熱層的設計主要是防止車體長期受熱導致變形。

（3）門頁密封條仍使用原塞拉門的密封條，因此加熱密封條的結構設計需要考慮原密封裝置的結構尺寸。

（4）電路控制單元安裝在側墻上，需要考慮旅客及乘務人員的安全性。

（5）加熱源安裝在加熱密封條的內部，而密封條內部空間較小，因此需要謹慎進行加熱源的選擇。

（6）考慮列車的供電電壓為DC600V，AC380V，AC220V，因此要根據列車供電的兼容性設計加熱源的工作電壓。

（7）由于加熱膜安裝在密封條內部，因此要根據整體裝置設計故障及檢修方案。

3 三維模型設計

本設計選用SolidWorks軟件完成密封條的初步設計，所繪制的密封條基本外形尺寸根據現有的鐵路客車塞拉門技術標準設計，確保能與塞拉門完美匹配。考慮到密封條中加熱裝置的安裝空間、密封條的緩沖作用以及應力集中，在密封條中做了挖孔設計，初始設計結構圖如2所示。

在ABAQUS中進行初步靜力學分析，分析計算完成后，進入可視化模塊，看到變形后的應力云圖，由圖3可知，密封條凹槽處應力集中，使密封條有巨大形變，此時密封條出現壓潰，因此需要對結構圖進行優化。

為了消除應力集中，將兩個凹槽的弧度減緩，增大圓角，圖4為優化后的截面圖。

將優化后結構進行靜力學分析，從圖5中可看出，密封條未發生較大形變，密封條所受最大應力部位在左右兩個通孔的下表面，最大應力為2.75e+03Pa，未超過該材料的許用應力4.157MPa。因此，密封條仿真結果合格。

4 加熱控制電路設計

此加熱控制電路用來實現對加熱密封條加熱源的溫度控制與預警，使用單片機實現控制功能，具體功能如下：

（1）測量采集密封條實時外溫，并通過LCD1602顯示屏顯示溫度和時間，顯示溫度在0℃～99℃。

（2）正常工作狀態下實時顯示時鐘。

（3）溫度未達到或者是超過設定上限值是報警系統工作。

當檢測的溫度未達設計最低溫度時中間繼電器控制加熱開關閉合，加熱源工作;當溫度超過設定值時，中間繼電器斷開加熱開關，停止加熱。

4.1 加熱源與加熱電壓選取

在已有的加熱材料中選擇了比較優秀的納米電熱膜，不易脫落安全可靠，5000小時以內膜層穩定，在通電情況下不會產生感抗，電熱轉換效率可以達到80%-97%，其可以在-40℃-900℃溫度下使用，在加熱過程中不會產生污染和噪音，經濟效益高，節能有環保。

由于鐵路客車主電壓值有DC110V、AC220V、DC600等，上述實驗可以得到220V電壓可以優先考慮使用，其它電壓也可作為備用。本此研究考慮到嚴寒地區溫度最低可達-40℃，又由于塞拉門密封條結冰在加熱溫度20℃-30℃即可實現冰層斷裂融化，從而可以將塞拉門打開。所以采取的加熱溫度將控制在25℃-35℃。

4.2 加熱控制電路仿真

加熱控制電路包括復位電路、振蕩電路、溫度采集電路、繼電器控制電路、鍵盤電路設計、實時時鐘電路系統、LED液晶顯示電路系統、溫度失調報警電路組成，其設計電路如圖6所示，并在Proteus中完成電路連接，設計了各控制程序，并與Keil進行聯合仿真，最終驗證了加熱控制電路的可行性與可靠性。

5 結論

本文在既有塞拉門結構的基礎上，研發新型的可智能加熱的塞拉門密封條，以解決密封條與塞拉門之間結冰問題。本研究在一定程度上改善國內嚴寒地區塞拉門運行情況，也能促進國內密封條的發展，為其開拓新的市場需求。促進鐵路業的發展，降低嚴寒地區塞拉門問題上的人力物力的成本，在原有基礎上改進與創新節約的資源，促進了工業的可持續發展。

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