城市轨道交通闸机扇门模块的设计与研究

徐杰

（南京地铁运营有限责任公司 江苏南京　210012）

城市轨道交通闸机扇门模块的设计与研究

徐杰

（南京地铁运营有限责任公司 江苏南京210012）

随着城市的快速发展，城市轨道交通正大规模进行建设，作为轨道交通建设的重要组成部分，闸机对保障乘客顺利通行和轨道交通的安全至关重要，以乘客快速通行和安全并重为出发点，使用扇门的闸机无疑是最优选择。但是我国扇门型闸机起步较晚，技术落后于德国、日本等发达国家，为有效降低国内扇门型闸机生产成本，本文借鉴国外先进经验，对闸机扇门这一模块进行设计与研究。

闸机扇门；设计；轨道交通；模块

1　减振设计

主要是机械振动的化解。在扇门和机架之间安装隔振弹簧加阻尼器减少振动传给扇门的动载荷，解决不平衡振动。选择容易成形、刚度较大、有蠕变效应、并且能够和金属弹簧配合使用效果好的缓冲材料储存冲击作用的能量，化解冲击振动。使用端部结构为外臂式扭转的圆柱螺旋扭转弹簧和橡胶减振器可以避免机架支承产生大幅度自由振动。

2　门架设计

门架用空心矩形截面比较合适，同时空心矩形内腔好装其它零件，形状如图1。门架接近底座处最容易受到冲击，最大的载荷来至人为冲击产生的弯矩，计算得知此截面的冲击弯矩应该小于等于1kN·m。门架使用钣金厚h定为2mm，而门架的厚度a与门扇的厚度则均为50mm。

图1　门架截面图

图2　摇臂结构

3　摇臂设计

摇臂主要是带动门架旋转，是曲柄摇杆的重要组成成分。摇臂较长，受力主要是在曲柄摇杆转动平面内并且受力不大，适合用钣金件制造，如图2，在1处设折弯增强摇臂抗弯能力，在2处设两次折弯在增强抗弯能力的同时，进行装配定位。

4　机架设计

机架的设计重点是保证其结构的要具备较强的硬度以及稳定性。因此，机架就应当要采用8mm厚的钢材进行焊接，并在机架表面受载荷位置的下表面焊接布置一个加强的结构壁板。

5　轴承设计

轴承应当选择型号是：“2815”，外径是32mm，内径是28mm的“往复运动轴承”。在扇门轴上依次装入并固定门架转动轴承及门架、机座、摇臂转动轴承、定位孔圈，定位孔圈要固定摇臂，最后装入扭转弹簧，并确定轴的各段直径和长度，轴肩的高度h设计成（0.07～0.1）d。其中，d代表的是与零件相配合处的轴径尺寸。

6　电机的选择

选择电机时，其输出功率必需要大于523W，蜗杆减速器的蜗杆转速不超过1500r/min，电机输出轴额定转速应小于1500r/min。同时根据扇门启停频率高、对比功率要求高等特点，最好选用“无刷直流电机”。

7　自动回缩装置及传感器

自动回缩机构由弹性元件和电磁铁组成。选用弹簧材料作为弹性元件，将其与电磁铁铁芯接触的地方设计为斜面，使其在工作时对铁芯产生竖向推力作用，不工作时产生横向推力。电磁铁的推力范围应当在55～180N的范围之内。扇门上还需要在三处安装传感器，分别是：两个限位传感器和一个自动回缩限位开关。前者实现扇门的到位检测功能，而后者则主要监测自动回缩装置的连接状态，以控制回缩装置的开启或者是关闭。

8　控制系统

8.1控制器及算法

在功能相同的情况下，从成本的角度上考虑，选用“单片机”作为微型计算机，以控制扇门的闭合与开启。同时采用“PID算法”对电机进行速度调节，从而达到调节扇门转速的目的。

8.2电路设计8.2.1控制电机的电路。

驱动扇门工作的电机用无位置传感器的无刷直流电机，采用“反电动势法”检测转子位置，实现无刷直流电机的无位置传感器换相控制。无刷直流电机的控制电路以集成电路芯片为主，选择“TB9060FN芯片”，该芯片是三相全波无刷直流电动机无传感器控制器集成电路，能够实现三相无刷直流电机的无传感器控制和PWM调速控制，仅用三条引线即可以完成对电机的控制。

8.2.2控制传感器的电路。

扇门传感器输入的是状态信号，其开关输入电路主要用光耦，在光藕输入端安装LED指示灯，可监测传感器通路状况，但输入和输出端必须隔离，输入端的电阻要通过传感器输入的电压和光藕本身所需电流计算。

9　结束语

城市轨道交通闸机扇门设计与研究是一项涉及动力、电力、嵌入式计算机等多学科多技术融合的系统工作，需要不断实践与研究，才能设计出符合我国实际的扇门闸机来。本文在需对设计和研究方面还存在缺陷，希望能起到抛装引玉的作用，对我国扇门型闸机生产有所帮助。

U239.5

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1673-0038（2015）20-0224-02

2015-4-26