高寒動車組塞拉門性能優化

李文彪，陳建芳，孫國棟

(中車青島四方機車車輛股份有限公司 技術中心，山東 青島 266111)

高速動車組在我國北方冬季運行時，側門會受到雨雪和冷凝水冰凍的影響，導致無法正常開啟或關閉，不僅影響乘客上下車和乘車舒適度，還會因門系統各部件在低溫下動作失靈而使側門處于癱瘓狀態[1-6]。目前高速動車組側門大多采用單扇電動電控塞拉門系統，為保證動車組正常運營，本文將對動車組塞拉門系統進行低溫性能優化。

1 動車組塞拉門結構

動車組塞拉門(圖1)主要由驅動導向裝置、側面鎖閉裝置、門扇、門框等部件組成。

驅動導向裝置是塞拉門的承載和動作單元，是車門的傳動機構，其上集成了驅動電機、電子門控器、傳動絲杠、攜門架、上導軌、承載導向桿等部件。

圖1 動車組塞拉門組成示意圖

側面鎖閉裝置是塞拉門的鎖閉單元，其集成了塞拉門的鎖閉及其他輔助裝置。側面鎖閉裝置的主要設備有主鎖單元、輔助鎖單元、隔離鎖、氣路模塊、檢測開關以及供氣管路等部件。

門扇為夾層復合結構，門扇上設置中空玻璃。

塞拉門的密封結構采用雙道密封(圖2)。外側膠條采用耐老化性能好的三元乙丙橡膠，起到初步密封，防沙、防塵、防雨，保護內側膠條的作用；內側膠條為“八字”結構，安裝于門扇與車體之間，在車門被鎖緊時密封膠條被壓緊，即實現了車門的密封。

圖2 塞拉門雙道密封結構

2 高寒動車組塞拉門性能優化

高寒動車組需在-40 ℃的環境溫度下穩定運行，運用中動作正常無故障，同時塞拉門的各零部件應在-40 ℃的環境下存放無損壞，以適應高寒環境停放需求。因此，塞拉門的門扇、驅動導向裝置、側面鎖閉裝置以及門框等需從整體結構、材料、零部件選型和冷凝水防護等各方面進行高寒環境的性能優化。

2.1 門扇

塞拉門門扇為鋁骨架框體結構，內側采用高強度的鋁合金型材焊接骨架，內外表面為鋁合金蒙皮。為滿足高寒環境要求，提高門扇的隔熱系數，門扇內部填充聚氨酯發泡材料并粘貼隔熱板。

門扇上設置固定式中空玻璃，玻璃厚度和門板相同。中空玻璃的露點溫度達-50 ℃，確保-40 ℃環境下玻璃中空層不結露。

門扇密封膠條為整體密封式，采用耐低溫性能良好的硅橡膠，滿足-40 ℃高寒環境下的使用要求。密封膠條潤滑脂采用Kluber.Barrierta.KL-092、ITW-OT20等低溫潤滑脂，滿足-40 ℃高寒環境下的使用要求。

受客室內環境的影響，在高寒環境下車門內側不可避免會產生冷凝水，為防止冷凝水流到門扇下部導軌和車內地板，在門板下部增加集水槽以收集冷凝水，并由保潔人員定期擦拭，避免冷凝水直接流下凍結下滑軌或門扇膠條而導致無法開門的問題發生。

2.2 驅動導向裝置

驅動導向裝置上的門控器、接線端子排的上方設置了擋板，避免冷凝水滴落到電子器件內部。驅動電動機防水等級為IP32，在冷凝水垂直滴落的工況下，電動機可正常工作。為防止開門時門口金屬板材表面冷凝水滴落對門控器造成損害，門控器上方的擋板表面增加隔熱材，避免產生冷凝水。

門扇開啟與關閉動作由電動機驅動絲杠螺母副來執行，電動機驅動絲杠轉動，絲杠帶動攜門架運動，攜門架上的導向輪再通過與上導軌配合，實現門扇的運動。傳動系統均需采用潤滑脂進行潤滑，門機構潤滑脂采用ISOFLEX LDS 18 SPECIAL A，滿足高寒環境下的使用要求。

2.3 側面鎖閉裝置

側面鎖閉裝置主鎖單元為機械式鎖閉，通過汽缸進行解鎖。運用中即使失去氣源，在壓力不足或無電的情況下，主鎖也能保持鎖閉。主鎖檢測開關設置防護罩以防止冷凝水進入。外露連接器和限位開關防水等級為IP67。

氣路模塊包括調壓閥、壓力開關、過濾器、球閥、輔助鎖的電磁閥以及供氣管和接頭等，氣路系統為主鎖的解鎖和輔助鎖的鎖閉提供動力。氣路模塊密封良好，不存在漏氣現象。電磁閥選型滿足-40 ℃高寒環境下的使用要求。

主鎖、輔助鎖等氣動原件內部的橡膠密封件采用HNBR橡膠(氫化丁腈橡膠)，其耐高溫性為130～180 ℃，耐寒性為-55～-38 ℃，機械性能優良，可滿足-40 ℃高寒環境下的使用要求。

2.4 門框

門框為型材整體焊接方式，弧度和車體外輪廓相匹配，外輪廓與理論值的最大偏差不大于1.5 mm，保證和門扇的吻合度以及良好的密封性能。門框所用材料為高強度鋁合金，內部空腔在四角處與鑄角焊接而成。為提高整個門系統的隔熱性能，門框型材空腔內填充聚氨酯發泡材料。

3 高寒動車組塞拉門性能驗證

為驗證高寒動車組塞拉門性能，將塞拉門隨整車在氣候風洞實驗室進行低溫運行性能試驗。試驗前對塞拉門進行檢查，確保氣路供風正常，輔助供電正常，塞拉門電動開關動作順利、無卡滯，整機功能完好。試驗前塞拉門狀態檢測結果見表1。

表1 試驗前塞拉門狀態檢測結果

在氣候風洞實驗室中進行高寒動車組塞拉門的3項試驗：低溫結冰試驗、低溫運營試驗、低溫存放試驗。通過試驗驗證塞拉門的各項功能和性能是否滿足高寒環境的運行要求。

3.1 低溫結冰試驗

低溫結冰試驗模擬車輛表面覆蓋一層薄冰，此時檢驗塞拉門是否能夠正常電動開門。試驗方法：被測試車輛上所有輔助設備供電，空調工作，車內溫度10～20 ℃。將被測試車輛(安裝好塞拉門)放置于氣候風洞中，將風洞溫度逐漸降至(-25±2) ℃，在車輛1位側或2位側門板膠條兩側各100 mm范圍內噴雪(帶有粘性的雪)，使雪粘附在車體和門板上，使表面均勻覆蓋2 mm厚雪層，模擬塞拉門表面結冰狀態，然后進行電動開門動作試驗。結果表明，電動開門和電動關門均無法實現。

動車組在實際運用中，不會發生車輛表面均勻掛冰的情況，在此極端惡劣條件下，動車組將停運。

3.2 低溫運營試驗

低溫運營試驗模擬車輛在-25 ℃低溫運營，驗證塞拉門是否能夠正常動作。試驗方法：被測試車輛空調工作，車內溫度控制在10～20 ℃，相對濕度不小于70%。風洞內環境溫度為(-25±2) ℃，風洞內模擬100 km/h風速。將被測試車輛在風洞內存放約1 h時，進行塞拉門電動開、關門動作試驗。表2為低溫運營試驗結果。

表2 低溫運營試驗結果

試驗后檢查，門扇內側有冷凝水產生，集水槽中有極少量冷凝水。試驗表明，高寒動車組在-25 ℃低溫運營時，塞拉門可正常動作，滿足車輛運行需求。

3.3 低溫存放試驗

低溫存放試驗模擬車輛在-25 ℃低溫存放后，驗證塞拉門是否能夠正常動作。試驗方法：被測試車輛所有輔助設備斷電，空調關閉。風洞內環境溫度為(-25±2) ℃。將被測試車輛在風洞內放置1 h，然后進行塞拉門電動開、關門動作試驗。表3為低溫存放試驗結果。

試驗表明，高寒動車組在-25 ℃低溫存放后，塞拉門可正常動作，滿足車輛運行需求。

表3 低溫存放試驗結果

3.4 低溫性能試驗

受氣候風洞實驗室條件限制，塞拉門隨整車只能進行到-25 ℃低溫試驗。為進一步檢驗其低溫性能，在低溫實驗室進行部件的-40 ℃低溫存放試驗和-40 ℃低溫環境動作試驗。試驗方法：將臺架整體放置在-40 ℃的環境下16 h，然后模擬車內側升溫至10～20 ℃、車外側保持-40 ℃的工況，保持2 h，進行車門功能試驗。試驗結果顯示，車門動作、功能正常，滿足低溫存放和動作要求。

4 總結

本文對塞拉門的門扇、驅動導向裝置、側面鎖閉裝置以及門框等部件從整體結構、材料、零部件選型和冷凝水防護等方面進行了高寒環境的低溫適應性設計，完成了塞拉門低溫存放試驗和低溫性能試驗驗證。試驗結果表明，對塞拉門系統的性能優化完全能夠滿足高寒動車組的運用需求。