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基于Inventor的屏蔽门门锁故障分析及优化研究

2018/2/21    来源:互联网    作者:徐周燊  王凯      
关键字:城市轨道交通  屏蔽门  故障分析  受力分析  Inventor  优化研究  
随着运动仿真和有限元分析软件功能的日益完善,目前其已成为广大工程技术人员在日常工作中不可或缺的重要技术手段,而且随着其功能的日益强大,也将发挥越来越大的作用。运用Inventor软件的仿真和受力分析功能,模拟宁波市轨道交通屏蔽门门锁机构的故障现象,探讨故障原因并对相关故障提出解决方案,通过软件分析,优化处理手段,确认优化结果,力求完全解决相关门锁机构故障。

0 引言

    城市轨道交通因具有高效运载能力、无拥堵、低污染、全天候等优点表现出在公共交通方面强大的优越性。其中屏蔽门系统是一项集建筑、机械、材料、电子和信息等学科于一体的高科技机电一体化系统,安装在城市轨道交通的车站站台上。相较于传统站台形式,安装了屏蔽门的站台能有效减少因空气对流造成的冷热气流失;保障列车进出站、乘客上下车时的安全;降低了列车运行时所产生的噪声对站台的影响,能为乘客营造一个安全、舒适的候车环境。

1 宁波市轨道交通门锁存在的问题

1.1 门锁运行现状

    宁波市轨道交通1号线一期项目采用的是瑞士KABA公司的屏蔽门产品。该产品较以往的产品在维护上更加方便和智能化,系统的自我矫正能力和冗余量有了显著提升。其中每扇滑动门的中心处均有门锁,滑动门关闭后该锁紧装置可防止外力作用将门打开。门锁具备自动闭开锁和手动闭开锁功能,能在故障情况下单独开关门。信号系统安全回路的行程开关安装在门锁上部,当门锁未完全锁闭时,行程开关将不被触发,信号系统不能发出列车发车信号。经Inventor软件模拟门锁运行,正常运行状况下滑板滑复到位后,滑板的勾头与三角挡块的档销之间有1mm左右的间隙,如图1所示。

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    图1 门锁正常锁紧位置示意图

    但是1号线自运行2年多来,门锁故障一直困扰着设备维护部门,其中2016年4月某站早高峰时段曾发生上行7号门无法锁闭导致列车发车晚点97s,所幸经站务及司机及时处置,没能影响后续列车的通行。通过对2015年1月以来的71起门锁故障和2016年11月在样机上进行的相关几轮测试对比分析后发现,落锁卡滞约占总门锁故障的89.1%,解决落锁卡滞问题成为最为迫切的需求。

1.2 门锁故障原因分析

    对比落锁卡滞故障现场照片后发现,均为门锁滑板的勾头与三角挡块的档销相互碰撞接触所导致。针对故障门锁采用Inventor软件模拟运行后,发现勾头卡滞在档销的上部,使整个滑板无法动作到位,进而导致门锁不能完全锁闭,如图2所示。

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    图2 门锁卡滞位置示意图

    通过系统地分析全部的落锁卡滞故障后发现,其卡滞部位均在档销上部较为平缓部分,推测其因摩擦力而导致勾头在档销斜面上自锁。

    通过力学分析,首先得知斜面自锁条件为:

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    公式(1)中,θ为斜面升角;μ为标准摩擦系数,查询相关资料得μ=0.12。

    考虑现场是处于地下环境内,设施润滑条件较差且部分档销勾头磨损较为严重,即两者的表面粗糙度Ra较高,取μ≈0.7。得到自锁的斜面升角θ=34.99°。即档销的顶端向左右各4.59mm内均为落锁卡滞区域,其结果基本与现场故障现象相符合。专业组分析认为,产生上述故障现象的原因主要是门锁设计缺陷及不规范施工,导致零件安装精度较差,最终导致间隙不足,影响正常使用。

2 相关解决方案分析

    解决落锁卡滞问题主要是解决勾头在档销的落锁卡滞区域自锁现象,主要途径如下。

2.1 加强润滑,降低摩擦系数

    此处理方式目前较为常用,主要使用固体黄油、润滑脂等对档销及勾头接触部分进行润滑。该方式以消除故障现象为目的,短时间内效果较好,但受地下特殊环境影响,时效性较差,需要定期更新润滑油脂。由于要进入轨行区作业,只能在夜间收车后进行,工班员工劳动强度大,不易作为长期维护措施。

2.2 更换有问题的门锁装置

    在运营维护早期,该方式曾作为主要手段之一,但是门锁由于受其他装置(如门机、滑动门安装间隙)的精度影响仍然会导致上述故障产生。目前除门锁有明显的机械损伤需更换外,已不作为处理门锁故障的主要措施。

2.3 重新调整相关屏蔽门装置

    此方式可以作为解决问题的根本办法之一。2017年1月,曾组织人员对某站下行3#滑动门进行重新拆装调整,但是在施工中发现由于3#基桩的位置安装偏离设计位置近37mm,超过了地铁车站屏蔽门基桩安装误差不得高于25mm[3]的要求。重新对滑动门机构拆装后未能有效减缓安装误差,而基桩的重新安装无法在一个正常作业时间(约5h)内完成,故此方案不易作为运营维护的主要措施。

2.4 对门锁进行改进,消除自锁区域

    主要对勾头和三角挡块档销进行改进,在保障安全的情况下消除自锁区域。该措施具有“投入小、见效快”的特点,符合公司“拓流降本、提绩增效”的管理理念,可作为下一步工作的重点内容。

    经过对其他城市轨道交通的屏蔽门门锁结构分析对比后,提出以下2个优化方案。

2.4.1 更换档销

    用小的档销更换现在的大档销,档销采用优质合金钢,整体强度较高,耐磨性较好。安装前可以将外部面磨削至较低的表面粗糙度,整体美观。但由于该方法需拆除原有档销,费工费时,成本较高,因此不易采用。

2.4.2 切除部分档销

    在保证其使用强度的前提下,可通过机械加工切除部分档销。该方案总体费用较低,但破坏了档销的整体外形,对其强度会造成一定的影响,也可能对滑动门关门时所能探测到的最小障碍物厚度产生影响。这两点将成为下一步的主要攻关重心与测试重点。

责任编辑:张纯子
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