人防和防淹系統(tǒng)應(yīng)急提升裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

周宗仁，尹鐵華，何春林，阮保民

（湖北三六重工有限公司，湖北 咸寧 437100）

地鐵人防和防淹系統(tǒng)作為地鐵的防災(zāi)應(yīng)急裝備，主要應(yīng)用在隧道、過(guò)江、過(guò)河、過(guò)湖等區(qū)域，防止因意外使洪水進(jìn)入隧道和車(chē)站，避免造成大范圍的人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，有效保護(hù)地下設(shè)備和人身安全。

1 研究背景

隨著城市的快速發(fā)展，地鐵成了市民出行最快捷、最安全的交通工具，也是大城市的名片和標(biāo)志。地鐵的站點(diǎn)必須相互隔離，當(dāng)水災(zāi)、火災(zāi)、戰(zhàn)爭(zhēng)等災(zāi)害發(fā)生時(shí)，關(guān)閉人防和防淹系統(tǒng)的閘門(mén)，能確保人民的財(cái)產(chǎn)和生命安全。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有升降式防淹系統(tǒng)的啟閉機(jī)反吊于頂板上，運(yùn)營(yíng)時(shí)使用維護(hù)難度大、起重量小，啟閉系統(tǒng)起吊噸位不能滿(mǎn)足現(xiàn)有起吊要求，且在沒(méi)有電源狀態(tài)下不能實(shí)現(xiàn)關(guān)閉或開(kāi)啟閘門(mén)。

2 方案概述

根據(jù)地鐵的常用設(shè)計(jì)方案，以及地鐵隧道的規(guī)模大小，本案例中地鐵人防和防淹系統(tǒng)應(yīng)急提升裝置的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：采用雙吊點(diǎn)電動(dòng)葫蘆作為提升動(dòng)力裝置，24kW～45kW電動(dòng)機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)，提升速度為5m/min，提升高度為9m或以上，提升時(shí)間2min以?xún)?nèi)，還設(shè)置閘門(mén)開(kāi)度載荷儀和限位器；另外，還設(shè)置手動(dòng)釋放裝置，在電源故障時(shí)，利用閘門(mén)的自重，操作手動(dòng)釋放裝置來(lái)關(guān)閉閘門(mén)；當(dāng)需上升時(shí)，切換到蓄電池供電模式，采用60V直流永磁制動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，提升時(shí)間25min以?xún)?nèi)，以便于滿(mǎn)足應(yīng)急要求；當(dāng)蓄電池?cái)嚯姇r(shí)，通過(guò)人工搖動(dòng)來(lái)應(yīng)急提升，避免因外部斷電無(wú)法實(shí)現(xiàn)閘門(mén)啟閉的問(wèn)題，以符合市場(chǎng)需要和城市發(fā)展要求。

地鐵人防和防淹系統(tǒng)應(yīng)急提升裝置由電動(dòng)葫蘆主體和滑輪起吊裝置兩大部分組成，其安裝方式如圖1、圖2所示：

圖1 人防門(mén)啟閉裝置安裝正面示意圖

圖2 人防門(mén)啟閉裝置安裝側(cè)面示意圖

電動(dòng)葫蘆主體采用ZDS系列錐形轉(zhuǎn)子制動(dòng)子母電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)與平行軸減速器輸入軸相連。平行軸減速器有1個(gè)輸入軸，2個(gè)輸出軸，且兩輸出軸在同一軸線(xiàn)上，輸入軸與輸出軸相互平行。滑輪起吊裝置安裝在機(jī)房的頂部，主要有后固定滑輪組、前固定滑輪組、吊板滑輪裝置，超載限制器裝置等組成。后固定滑輪組、前固定滑輪組分別由2個(gè)同軸固定滑輪組成，吊板滑輪裝置由2個(gè)同軸動(dòng)滑輪組成。左、右2個(gè)卷筒纏繞綱絲繩繞過(guò)后固定滑輪組，繞到前固定滑輪組和吊板滑輪裝置上。

人防門(mén)不用時(shí)，應(yīng)急裝置是處于斷電狀態(tài)，電動(dòng)葫蘆不工作，人防門(mén)放置在地面上的液壓推桿上；當(dāng)啟用人防門(mén)時(shí)，電動(dòng)機(jī)通電，帶動(dòng)平行軸減速器工作，驅(qū)動(dòng)左、右兩卷筒同起吊人防門(mén)；人防門(mén)提升適當(dāng)高度時(shí)，液壓推桿收回，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，使卷筒反轉(zhuǎn)，放下人防門(mén)至人防門(mén)的門(mén)槽處，將人防門(mén)關(guān)閉；當(dāng)所有設(shè)備無(wú)法通電的情況下，而又要啟用人防門(mén)時(shí)，手搖手輪裝置的手輪，將人防門(mén)提升適當(dāng)高度，停止搖動(dòng)手輪裝置手輪，手動(dòng)推動(dòng)液壓推桿收回，再拉拉桿裝置的拉桿，電動(dòng)機(jī)處于間歇制動(dòng)狀態(tài)，緩慢釋放人防門(mén)至門(mén)槽處，人防門(mén)關(guān)閉。

3 方案設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)后的研制方案，參閱圖3，地鐵隧道人防門(mén)防淹門(mén)的應(yīng)急提升裝置包括安裝框架1、門(mén)形架2、定滑輪3、鋼絲繩4和動(dòng)力單元5，安裝框架1沿地鐵隧道布置，門(mén)形架2跨立于安裝框架1的兩側(cè)，定滑輪3安裝于門(mén)形架2的頂部，鋼絲繩4繞過(guò)定滑輪3，鋼絲繩4的一端連接于人防門(mén)防淹門(mén)的門(mén)扇，動(dòng)力單元5安裝于安裝框架1上，安裝框架1和門(mén)扇分設(shè)于門(mén)形架2的兩側(cè)。

圖3

參閱圖4，動(dòng)力單元5包括安裝底座51、主起升電機(jī)52、收卷滾筒53、備用起升電機(jī)54、第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)55、第二傳動(dòng)結(jié)構(gòu)56和電源控制箱57，收卷滾筒53轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于安裝底座51上，主起升電機(jī)52和備用起升電機(jī)54均安裝于安裝底座51上且分設(shè)于收卷滾筒53的兩側(cè)，鋼絲繩4的另一端固定連接于收卷滾筒53上，主起升電機(jī)52通過(guò)市政電網(wǎng)供電，備用起升電機(jī)54電連接有為其供電的電源控制箱57，電源控制箱57內(nèi)設(shè)置有可反復(fù)充電的蓄電池502（詳見(jiàn)圖3），第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)55設(shè)于主起升電機(jī)52的輸出軸和收卷滾筒53的中心軸之間，第二傳動(dòng)結(jié)構(gòu)56設(shè)于備用起升電機(jī)54的輸出軸和收卷滾筒53的中心軸之間。

圖4

第一傳動(dòng)結(jié)構(gòu)55和第二傳動(dòng)結(jié)構(gòu)56均為鏈輪式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，鏈輪式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)穩(wěn)定，安裝方便，有利于工作人員快速拆卸、組裝。

安裝底座51的上表面設(shè)置有四個(gè)彈簧減震座58，備用起升電機(jī)54的底部通過(guò)多個(gè)彈簧減震座58安裝于安裝底座51上。主起升電機(jī)52的功率比較大，在其工作時(shí)會(huì)帶動(dòng)安裝底座51發(fā)生一定的抖動(dòng)，而減震彈簧座對(duì)備用起升電機(jī)54具有減震作用，使備用起升電機(jī)54內(nèi)部的零部件不容易因?yàn)槎秳?dòng)而損壞，有效延長(zhǎng)備用起升電機(jī)54的使用壽命。

電源控制箱57同樣安裝于安裝底座51上，備用起升電機(jī)54位于主起升電機(jī)52和電源控制箱57之間，安裝底座51的上表面設(shè)置有兩塊間隔布置的夾板59，電源控制箱57夾設(shè)于兩塊夾板59之間。安裝底座51提供了較好的安裝位置，而備用起升電機(jī)54與電源控制箱57距離比較近，能通過(guò)電源線(xiàn)、控制線(xiàn)直接進(jìn)行連接，不容易發(fā)生線(xiàn)纜纏繞的現(xiàn)象，成本也更低；兩塊夾板59之間預(yù)留的空間，剛好可以將電源控制箱57夾設(shè)住，使電源控制箱57不容易隨意晃動(dòng)，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。

參照?qǐng)D4和圖5，電源控制箱57還包括箱體501、充電器503、安裝板504和控制電路板模塊505，蓄電池502安裝于箱體501的內(nèi)底部，安裝板504水平安裝于箱體501的內(nèi)側(cè)壁，控制電路板模塊505和充電器503均安裝于安裝板504上，控制電路板模塊505、蓄電池502和充電器503三者之間電連接。安裝板504為控制電路板模塊505和充電器503提供了較好的安裝位置，可以使相互之間的電源線(xiàn)不容易纏繞，使用更加安全。

圖5

箱體501內(nèi)還設(shè)置有固定蓄電池502的鋼帶506，鋼帶506的端部通過(guò)螺栓鎖緊于箱體501，鋼帶506設(shè)置有3組且均勻間隔布置，在其他實(shí)施例中鋼帶506還可以為2組或者4組，箱體501的底部設(shè)置4個(gè)帶有剎車(chē)的萬(wàn)向輪507。

鋼帶506對(duì)蓄電池502具有捆綁作用，當(dāng)?shù)叵掳l(fā)生一定程度的振動(dòng)時(shí)，鋼帶506能確保蓄電池502穩(wěn)固地安裝在箱體501內(nèi)部，減少蓄電池502的受損程度，而且如果鋼帶506太少時(shí)，不能很好地將蓄電池502固定住，而鋼帶506太多時(shí)，增加了成本，所以鋼帶506設(shè)計(jì)2-4組最佳；萬(wàn)向輪507的設(shè)計(jì)可以方便推動(dòng)整個(gè)箱體501，安裝和搬運(yùn)更加方便、省力。

箱體501的正面的一側(cè)鉸接有箱門(mén)508，箱門(mén)508的內(nèi)表面粘接有一圈密封圈509，密封圈509的形狀和箱體501正面開(kāi)口的形狀大小一致，箱體501的內(nèi)底壁還設(shè)置有海綿底座510，蓄電池502的底部放置于海綿底座510上。

電源控制箱57還包括加熱組件511和濕度檢測(cè)單元512，加熱組件511安裝于箱體501的內(nèi)部且不和蓄電池502接觸，控制電路板模塊505電連接于加熱組件511和濕度檢測(cè)單元512，濕度檢測(cè)單元512安裝于箱體501的內(nèi)部；濕度檢測(cè)單元512用于實(shí)時(shí)檢測(cè)箱體501內(nèi)部的空氣濕度，控制電路板模塊505預(yù)設(shè)有正常空氣濕度閾值，當(dāng)濕度檢測(cè)單元512檢測(cè)到的實(shí)時(shí)空氣濕度值大于正常空氣濕度閾值的最大值時(shí)，加熱組件511受控于控制電路板模塊505而啟動(dòng)工作，當(dāng)濕度檢測(cè)單元512檢測(cè)到的實(shí)時(shí)空氣濕度值小于正常空氣濕度閾值的最小值時(shí)，加熱組件511受控于控制電路板模塊505而停止工作。

將蓄電池502安裝于箱體501內(nèi)部之后，對(duì)蓄電池502具有很好的保護(hù)作用，而在地面以下的潮濕環(huán)境下，蓄電池502是很容易受潮的，繼而通過(guò)溫度檢測(cè)單元實(shí)時(shí)檢測(cè)箱體501內(nèi)部的濕度，如果濕度值低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，就能自動(dòng)啟動(dòng)加熱組件511，從而改善箱體501內(nèi)部的潮濕度，有效避免蓄電池502受潮損壞。

加熱組件511包括安裝梁5111、兩組主熱吹風(fēng)機(jī)5112、兩組豎桿5113和副熱吹風(fēng)機(jī)5114，安裝梁5111安裝于箱體501的內(nèi)部且水平布置，一組主熱吹風(fēng)機(jī)5112安裝于安裝梁5111的上表面且位于控制電路板模塊505的下方，另一組主熱吹風(fēng)機(jī)5112安裝于安裝梁5111的下表面且位于蓄電池502的上方，主熱吹風(fēng)機(jī)5112和控制電路板模塊505電連接；豎桿5113固定于安裝梁5111的底部和箱體501的內(nèi)底壁之間，兩根豎桿5113分別位于蓄電池502的兩側(cè)，副熱吹風(fēng)機(jī)5114安裝于豎桿5113朝向蓄電池502的一側(cè)，副熱吹風(fēng)機(jī)5114和控制電路板模塊505電連接。

安裝梁5111為主熱吹風(fēng)機(jī)5112提供了較好的安裝位置，而如果箱體501內(nèi)部的濕度值過(guò)低時(shí)，兩組主熱吹風(fēng)機(jī)5112均朝向蓄電池502吹出熱風(fēng)，使箱體501內(nèi)部的潮濕空氣不容易損壞蓄電池502；兩組豎桿5113為副熱吹風(fēng)機(jī)5114提供了較好的安裝位置，兩組副熱吹風(fēng)機(jī)5114配合兩組主熱吹風(fēng)機(jī)5112一起分別從蓄電池502的四周吹出降低空氣濕度的熱風(fēng)，全方位對(duì)蓄電池502進(jìn)行干燥保護(hù)，有效保證蓄電池502不受潮損。

箱門(mén)508上設(shè)置有與控制電路板模塊505電連接的上升按鈕517、下降按鈕518、工作指示燈519和電量顯示屏520，箱體501的外側(cè)壁設(shè)置有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)513、60V插座514和380V插座515，蓄電池502的輸出電壓可以為60V或者380V且通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)513進(jìn)行切換，箱體501的底部設(shè)置有多個(gè)線(xiàn)纜接口516。當(dāng)需要對(duì)隧道人防門(mén)防淹門(mén)進(jìn)行應(yīng)急提升或者下降時(shí)，通過(guò)箱門(mén)508上的上升按鈕517和下降按鈕518即可進(jìn)行操作，而工作指示燈519可以顯示此時(shí)的工作狀態(tài)，電量顯示屏520可以很直觀地觀察到蓄電池502的剩余電量，而轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)513可以對(duì)蓄電池502的輸出電壓進(jìn)行切換，整個(gè)操作對(duì)象全部集中到箱體501上，在實(shí)際應(yīng)急處理中操作更加方便。