站台屏蔽门锁闭机构设计及其动力学分析.doc

前 言 地铁屏蔽门系统简称屏蔽门，是围绕地铁站台边缘设置的局部开/关可控的连续玻璃屏墙，将列车行车区间与车站候车室分隔开，阻隔了车站冷气流失到隧道区间，形成一个舒适、安全的候车环境。列车到站前，活动门门关闭，乘客只能在候车室候车，不能进入列车行车区间及隧道；列车到站后，乘客可通过与列车车门同步开/关的活动门直接出人列车车厢；乘客上下车完毕且列车门和活动门都已关闭后，列车才能离站;在意外情况时，乘客可以通过应急装置逃生。屏蔽门在国外最早出现在20世纪80年代，具有节能、安全功能，是一种先进的地铁环境控制模式。而在国内，直到2003年广州地铁二号线使用了第一个屏蔽门。随后，在上海、深圳、重庆等地铁公司也将相继采用屏蔽门系统。 锁闭机构是站台屏蔽门的一个重要组成部件。使用中要求：其在地铁未进站之前，其使屏蔽门处于锁闭状态，并能够保证在外力作用下屏蔽门始终处于关闭状态；而在地铁进站之后与地铁发车之前的时间段里，闭锁机构开启，保证屏蔽门能自动开启；除此之外，若发生特殊情况或自动闭锁失效的情况下，手动解锁机构能够有效的打开屏蔽门。国内外对屏蔽门闭锁机构的研究主要集中在手动解锁机构与电动锁机构的结构形式设计上，力求机构简单、经济可靠。 本课题名称为站台屏蔽门锁闭机构设计及其动力学分析，之所以进行课题的研究，是由于原锁闭机构所需电磁铁的吸力为30N，而这种电磁铁需要到国外进口，导致成本增加许多。其次，原锁闭机构不论从原理上还是零件机构上都比较复杂。因此，对原锁闭机构进行优化设计，将电磁铁负载降低到国产电磁铁所能承受的范围之内，降低成本是十分必要的。这也是本课题的目的。 第一章 原有锁闭机构分析 1.1原理分析 解锁动作过程：如图1-1.1所示，当电磁铁带动滑块向上运动时，销跟随其向上运动，从而使锁舌绕Z轴（垂直于纸面）转动，锁舌转动时将压动锁块，让锁块绕Z轴转动脱离固定销，锁块的转动将带动与之固定的锁块凸轮转动，锁块凸轮转动时将压动行程开关的转动小球绕固定点转动，从而触发行程开关接通电机，完成解锁动作。 锁闭动作过程：如图1-1所示，站台门移动到位时，会碰到行程开关，从而接通电源使电磁铁下行，锁块顺时针转动卡住固定轴，完成锁闭任务。 图 1-1原有锁闭机构装配图 站台门顶端解锁动作过程：如图1-2，在上图中可以看到，当销上移时，会带动对面的上下推凸轮转动，从而使下面的下推杆向左运动，经过传动机构可以使上推杆下移，完成解锁动作。手动解锁的原理是与此相同的，它通过手动手柄转动，使下推杆左移，继而完成解锁动作。 图1-2 原有机构整体装配图 从以上的原理和运动分析过程中，可以看出这个锁闭机构存在以下几个问题： 第一，锁闭机构的原理比较复杂和繁琐，用到了三个四杆机构和两个凸轮机构。 第二，在开锁的动作过程中，用到了两个凸轮的转动和一个四杆机构才完成开锁动作，这样不仅要求锁舌与锁块之间，锁块与固定销之间有较好的配合关系和准确度，而且将较大的增加了电磁铁的负载。 第三，在手动解锁动作过程中，为了实现手动解锁，设计了由上下推杆等零件组成的传动机构，这个传动机构不仅增加了解锁的复杂性，而且存在受力的多变性，给力学分析带来了比较大的麻烦。 总体而言，这个运动方案中不仅存在原理和结构上的复杂问题，而且存在多种曲线运动，同时对部件的形状、质量、力学性能等都有较高的要求，这不仅会导致材料不必要的浪费和加工难度的提高，而且还较大的增加了成本。 1.2机构结构分析 锁舌的分析：如图1-3所示，锁舌表面是由比较复杂的曲线绘制而成，表面形状很不规则，这不仅大大提高了加工要求，且增加了加工成本。由于这样的形状，很难实现与固定轴的配合，这就要求有很好的配合关系。因此，此部件是在机构优化中重要考虑部分。 图1-3 锁舌结构简图 锁块的分析：如图1-4所示，锁块的表面也是由比较复杂的曲线绘制而成的，表面的形状很不规则，这不仅大大提高了加工要求，而且还较大的增加了加工成本。与之在一起转动的凸轮的表面曲线比较复杂，不管是在设计还是在加工上面都不是简单的事情，甚至用两个零件才完成行程开关的压下，会额外的增加电磁铁的受力。这部分是在优化时考虑的问题。 图1-4 锁块结构简图 从以上机构的结构分析中，可以看出，所设计的零件有比较大的缺陷，例如表面曲线复杂，难以加工，并且较大的增加加工成本，设计繁琐，耗费精力等，因此，在零件的设计方面还有较大的优化和改进空间。 1.3 综合分析与改进 原理的改进。原有机构在实现锁闭和触发行程开关时，在原理设计上过于复杂，并且存在重叠部分，即可以将锁舌的转动和锁块的转动放在一根转动轴上，这样可以大大的简化机构