城軌車輛塞拉門傳動機構分析

麻冰玲 MA Bing-ling

（遼寧軌道交通職業學院，沈陽 110023）

0 引言

塞拉門是城市軌道交通車輛的重要組成部分，與運營安全有著密切的關系。塞拉門的開關動作是門頁借助于車門上方安裝的懸掛機構和導軌導向作用，由電動機驅動機械傳動機構使門頁沿著導軌滑動。機械傳動機構是決定塞拉門開關平穩性的關鍵部件，在塞拉門機構中，有吊桿擺式機構和平動機構兩種。相比之下，平動機構的結構設計簡單，運動合理，因此城市軌道交通車輛基本上選用平動機構。平動機構是一種由兩個獨立運動疊加而形成的一種運動形式，通常這種運動需要兩組獨立的運動副和兩個獨立的驅動單元，并由此構成傳動機構。

1 平動機構結構分析

平動機構是一種由兩個獨立運動疊加而形成的一種運動形式，通常這種運動需要兩組獨立的運動副和兩個獨立的驅動單元，并由此構成機構。在使用中，將兩組運動副和驅動單元進行組合，組成多種結構形式。通常兩組運動副的運動方向相互垂直，由此構成一個平面，組合運動原點，在這個平面上形成任意需要的曲線軌跡。

假設以X 代表水平運動副，以Y 代表垂直運動副，m，n 分別代表數量，那么平移機構的簡單表述就是：mX+nY。在這里，m，n 是正整數。1X+1Y 結構及1X+2Y 結構如圖1、圖2 所示。

圖1 1X+1Y 結構

圖2 1X+2Y 結構

2 1X+2Y 結構的運動分析

1X+2Y 結構的組合如圖3 所示。

圖3 1X+2Y 結構的組合

X 向運動與Y 向運動，是兩個獨立的運動，相互并無關聯，但是在一種平動塞拉機構中，將兩個運動組合在了一起，形成了一種相互制約的關系。X 向運動發生時，并不依靠或受制于Y 向運動，實際上這種機構，X 向運動的確是疊加在Y 向運動之上的，X 向運動必須跟隨于Y 向運動，在機構的動作過程中，X 向運動副也要產生Y 向運動。因此在驅動裝置與X 向運動副的連接時，就必須使用柔性連接機構，進而增加環節，也增加了組成部件的數量。

為了實現直線塞動機構形式，在水平方向增加了寬度，因此原來的門體水平移動行程，可能會受到限制。如果真的受到了限制，就需要加大驅動裝置的行程，也就是加大絲杠的行程，或外移解鎖機構，或改變解鎖機構。

3 CPF 結構分析

基本運動：拉動和塞動，拉動是主運動，塞動是副運動。

運動副：直線運動副，吊桿運動副。直線運動副，可以形成大位移，運動軌跡是直線，吊桿運動副用于小位移和擺動運動，軌跡是曲線。

現有結構是兩種運動副的組合。代表性的有：直線與吊桿組合，直線與直線組合。相對而言，直線與直線組合的結構簡單。采用導柱導套作為主運動的直線運動副，因為這種運動副不是全約束的，主運動副也不能采用雙導柱導套結構，那樣就變成了全約束。

CPF 結構拉動機構直線運動副，采用圓柱套桿滑動副，包括直徑、滑動軸承、配合長度等。增加塞動機構直線運動副，采用圓柱套桿滑動副，對拉動機構直線運動副中的導桿，采用三點支撐，既左右端部及中間三點。拉動機構直線運動副中的滑套，與塞動機構的運動副支架，組合成一個整體，并在塞動機構的運動副支架上，固定安裝塞動機構運動副的導桿。塞動機構設置兩個運動副，其中一個運動副的導桿為偏心結構，通過轉動導桿，調整門體的姿態，既將原來門體與攜門架偏心螺母的調整點，轉移到塞動機構中。

4 三種傳動機構比較分析

依據塞拉門傳動機構的運動分析，將機構中的運動部件改用CPF 結構形式，并做出樣機，分別做出兩種形式：CPF1 型、CPF2 型；為了驗證CPF 型結構的運行狀態，將CPF1 型、CPF2 型以及康尼型分別在實驗臺上運行試驗，試驗過程中發現，在CPF2 型結構中，副導軌隨門體晃動而晃動，這種晃動在靜態和動態中都異常嚴重，嚴重影響車門的運行品質。CPF1 型、CPF2 型也采用直線復合運動的方式，在Y 向運動也采用2 個運動副，并將這兩個運動副移向中心，以減小2 個Y 向運動副的跨距，2 個Y 向運動副之間的距離與運動副的導向長度之間的比值稱為長徑比，在小長徑比情況下，運動副會有卡滯的趨勢；在不改變導向長度的前提下，增大長徑比有利于塞運動的順滑。選用導柱導套的直線運動副，組件采用直線軸承。直線軸承是一種精度高、成本低、摩擦阻力小的直線運動系統，理論上直線軸承具有良好的導向品質，即使無法進行間隙調整，也不應該出現類似的現象，因此只能從軸承相關組件之間查找問題，對城軌車輛塞拉門機構組件進行相關測量分析，查找產生晃動的原因，逐項排除問題，尋求合理可行的解決方案。

CPF1 型、CPF2 型以及康尼型的結構如圖4、圖5、圖6所示。

圖4 CPF1 結構

圖5 CPF2 結構

圖6 康尼結構

三種傳動機構副傳動幅略有差異。CPF1 型與康尼型的結構相同，導柱直徑30mm，直線走抽的長度都是加長型的，而CPF2 型采用的直徑30mm 標準型的直線軸承，其中會有些許的差異，但不至于產生如此嚴重的偏差。

為了驗證三種傳動結構的平穩性，人為使塞拉門產生晃動，產生晃動的方法是抓住門體，左右推拉，重復動作，即可見圖示的晃動點的左右傳動幅有明顯的反向移動。晃動主要出現在副傳動幅上，且晃動肉眼可見。

5 三種傳動機構測量分析

為定量說明，分別對三種形式的晃動點進行測量，對門機構處于直線運動段，在靜止、左推右拉、左拉右推三種形態時，分別對兩個晃動點的變動數值進行進行測量。使用游標卡尺作為測量工具。

①CPF1 型測量。

對CPF1 型結構雙導柱（下式）擺動量測量，副運動幅幾乎沒有晃動，運動平穩。

②CPF2 型測量。

對CPF2 型結構雙導柱（上式）擺動量測量，通過實際觀察，由于CPF2 型結構，導輪位置對于對于擺動量沒有影響，或影響極小，因此，可以在任意位置上選取一點進行測量。測量結果：一個晃動點的擺動量分別為1.4mm，另外一個晃動點的擺動量分別為4.5mm，單從數據上看，這個擺動量并不算大，但是將這個擺動量通過與攜門架連接的門體的放大效應，在門體上的反映就十分的顯著。

③康尼型測量。

對康尼雙付導柱結構擺動量測量，晃動的形式是以在滑槽內的導輪為支點，形成的滑移擺動。靠近導輪的測點，擺動量小，遠離導輪的測點，擺動量大。

6 組件測量分析

CPF 型使用LMS30UU 軸承，對于直線軸承，以及直線導軌，運動副的間隙可能無法調整，就需要依據軸承的使用要求，滿足相應的尺寸和性能要求。同時，對于軸承的使用，也要滿足軸承自身規定的特性，比如承載能力。CPF1型與康尼型使用是相同的組件，然而在晃動表現上卻有明顯差異，由此判斷是結構差異造成的影響。對于CPF2 型，結構不同，組件不同，可能因此產生不同影響。為此，對兩種形式的副傳動幅部件進行測量。使用千分表進行擺動測量；使用高度尺進行間隙測量。測量位置如圖7、圖8所示。

圖7 軸與組件測量

圖8 軸承與掛架測量

①LM30LUU 軸承組成部件的間隙測量。

間隙測量：將導桿置于兩塊等高的墊鐵上，在兩個方向上測量兩個測點的高差，再與實際高差比較，所得差值即為間隙值。

測量結果：

軸承與掛架間因使用了緊配合，可以視為沒有晃動或是有不可測量的晃動。軸與組件間有晃動，晃動量為0.30mm。推測此晃動量由軸與軸承之間的裝配間隙造成。此間隙不可消除，只能通過提高相應的精度，適量減緩，但不能完全消除。然而提高精度會提高造成成本，需要找到成本平衡點。間隙測量可視的結果是0.02～0.04mm，屬于相對合理的范圍。

②LM30LUU 軸承組成部件的擺動測量。

擺動測量：將掛架固定在臺鉗上，將導桿插入。在導桿最大伸出狀態時，測量單向徑向擺動量。測量位置如圖9所示。

圖9 擺動測量

測量結果：

擺動量值達1.5mm，說明軸與組件之間存在間隙。軸與組件之間的可測量間隙為0.3mm，明顯高于合理范圍。由此可以推斷出CPF2 型擺動是因間隙過大造成。

③應對措施。

在實施導軸加工過程中，軸承與掛架之間存在明顯的晃動。通過塞尺檢查，使用0.2mm 塞尺可以輕松通過，0.3mm 塞尺則比較困難。

采用加楔塊的方法消除間隙，使用不銹鋼焊絲，壓扁，支撐楔鐵，在同方向的雙側，按照適當的力度，加入楔鐵。原則上，既要消除間隙，又不能使軸承變形而影響直線滑動。施加方法如圖10、圖11 所示。

圖10 楔鐵

圖11 施加楔鐵

在實施上述操作后，消除組件的間隙，附加擺動量消除。重新安裝以后，晃動消過大的問題得以解決。

7 結論

通過分析和測量，以及最后的試驗運行檢驗，得到以下的結論：

①CPF 結構采用1X+1Y 結構的平動機構，能減少1X與1Y 的關聯，還能使得總體結構簡單，達到結構優化的目的。

②CPF 結構塞動機構的移動范圍大于門體的行程要求，因此不影響門體行程、水平凈開度和垂直凈開度，直線塞動運動是可行的。

③為了實現直線塞動機構形式，在水平方向增加了寬度，為了不影響原來的門體水平移動行程，可以加大絲杠的行程，或外移解鎖機構，或改變解鎖機構從而加大驅動裝置的行程。

④軸承形式，即加長型LM30LUU 和普通型LM30UU，對于副運動幅的運動形態，短時間內的影響較小，在長時間的運行中會出現影響，諸如磨耗、壽命等，但是依據軸承的特性，合理選用相關參數，可消除這種影響，或控制影響在一個合理的預期范圍內。

⑤在裝配過程中，軸承與掛架間的安裝、軸與軸承的裝配，操作的熟練程度及操作者的經驗會直接影響組件的性能。需要熟知直線軸承的特性并合理使用，參數選盡可能合理，比如：跨距受制于結構尺寸的限制，同時也受到門體尺寸重量的影響，在可能的情況下，盡可能的加大；導桿直徑、導向長度，從而保證其運動性能。