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a b s t r a c t地下铁道站台屏蔽门系统结构设计与分析 摘要 随着轨道交通的快速发展，轨道交通车站站台的安全事故层出不穷，运营能 耗巨大，而地下铁道站台屏蔽门系统凭借其与站台土建结构的接口与车站站台融 为一体，完美的解决了安全与能耗的问题，因此屏蔽门系统成为当前轨道交通发 展的热点问题。课题来源于南京地铁二号线屏蔽门采购招标计划的实际工程项 目，本论文的主要工作致力于屏蔽门系统的总体结构与传动设计及分析。 论文结合实际项目的系统要求和技术指标，依据屏蔽门系统设计原则，以及 工况载荷的实际状况，确定了门体上支撑结构，滚珠丝杠为传动主体的设计方案。 针对屏蔽门系统的特性，论文对屏蔽门系统进行单元划分，将其分为双扇滑 动门单元，应急疏散门单元与端门单元。论文中运用p r o e 对门本体结构进行三 维实体设计，并运用有限元分析软件a n s y s 对重要零部件进行仿真分析，并在 a u t o c a d 中绘制生产加工图纸。 根据滚珠丝杠的特性，设计了一套可以实现正常运行自动解锁与故障后手动 解锁的高效率的传动系统，并对传动系统中重要零部件滚珠丝杠进行了相应的分 析与计算。 根据屏蔽门系统的使用状况，提出了根据类似产品数据，供货或制造厂家提 供的零部件数据的可靠性计算方法。并在最后提出了一些安全性保障措旌。 关键字：屏蔽门系统，双扇滑动门，丝杠传动，结构设计 a b s t r a c t地下铁道站台屏蔽门系统结构设计与分析 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fr a i l t r a n s p o r t a t i o n ，t h es e c u r i t y i n c i d e n t si n r a i l w a ys t a t i o np l a t f o r mh a p p e no n ea f t e ra n o t h e r ；m e a n w h i l e ，o p e r a t i n gt h er a i l t r a n s p o r t a t i o nc o s u m e se n o r m o u se n e r g y t h em a s st r a n s i tr a i l w a ys t a t i o np s d s y s t e m ，w i t hi t ss t r u c t u r et h a tc o n n e c t sw i t ht h ep l a t f o r m ，s o l v e st h ep r o b l e m so f s e c u r i t ya n dc o n s u m p t i o np e r f e c t l y t h e r e f o r e ，p s ds y s t e mh a sb e c o m eo n eo ft h e h o t t e s ti s s u e si nt h ed e v e l o p m e n to fr a i lt r a n s p o r t a t i o n t h i ss u b j e c ti sf r o mt h er e a l p r o j e c t “t h en a n j i n gm e t r ol i n e2p s ds y s t e mb i d d i n gp l a n n i n g ”t h em a j o rw o r k o ft h i sp a p e ri sc o m m i t t e dt ot h ed e s i g na n da n a l y s i so ft h eo v e r a l ls t r u c t u r eo ft h e p s d s y s t e ma n di t sd r i v es y s t e m s c o m b i n e d 谢t ht h es y s t e mr e q u i r e m e n t sa n dt e c h n i c a li n d i c a t o r so ft h er e a l p r o j e c t ，b a s e do nt h ed e s i g np r i n c i p l e so fp s ds y s t e ma n dt h ea c t u a ls i t u a t i o no ft h e l o a dc o n d i t i o n ，t h i sp a p e ri d e n t i f i e st h ed e s i g np r o p o s a lo ft h eu p p e rb e a t i n gs t r u c t u r e o ft h ed o o ra n dt h ed r i v es y s t e m st h a tu s eb a l l s c r e wa s s e m b l ya st h em a i nb o d y a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ep s ds y s t e m ，t h i sp a p e rd i v i d e st h i s s y s t e mi n t ot h r e ed i m e n s i o n s ：t h ep a s s e n g e rs c r e e nd o o r , t h ee m e r g e n c ye s c a p e d o o ra n dt h em a n u a ls e c o n d a r yd o o r t h i ss t u d yu s e sp r o ef o rt h ed e s i g no f t h r e e d i m e n s i o n a ls o l i db o d ys t r u c t u r eo ft h ed o o r , u s e sf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s s o f t w a r ea n s y st od ot h es i m u l a t i o na n a l y s i st ot h ei m p o r t a n tp a r t s ，a n dg e n e r a t e s t h ep r o d u c i n ga n dp r o c e s s i n gd r a w i n g si na u t o c a d i na c c o r d a n c ew i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h eb a l l s c r e wa s s e m b l y , t h i ss t u d y d e s i g n sas e to fh i g h l ye f f i c i e n td r i v es y s t e m si nw h i c ht h ed o o r sc a nb eu n l o c e d a u t o m a t i c a l l yi nn o r m a lo p e r a t i o na n dc a n b eu n l o c k e dm a n u a l l yw h e ns o m e t h i n gi s w r o n g t h e n ，t h i ss t u d yd o e sl i f ea n a l y s i st ot h eb a l l s c r e wa s s e m b l ya n db e a r i n g si n d r i v es y s t e m s o nt h eb a s i so ft h eu s eo ft h ep s ds y s t e ma n dt h ea s s e m b l yd a t aw h i c ha r e b a s e do nt h es i m i l a rp r o d u c t i o n so rt h ed a t at h a ts u p p l i e r so rm a n u f a c t u r e r sp r o v i d e ， t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec o m p u t a t i o n a lp r o c e d u r e so fr o b u s t n e s sa n ds u g g e s t ss o m e s e c u r i t ys a f e g u a r d si nt h ee n d k e yw o r d s ：p s ds y s t e m ，p a s s e n g e rs c r e e nd o o r , b a l l s c r e w d r i v e s y s t e m ， s t r u c t u r a ld e s i g n i i 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本 学位论文中，除t , d i ：l 以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或 公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文 中作了明确的说明。 研究生签名：年月日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：年月 日 硕上论文地下铁道站台屏蔽门系统结构设计与分析 1 绪论 1 1 引言 随着我国经济快速健康的发展，各大城市的交通问题也越来越严峻，为了缓解这种 严峻的形势，速度与运输量大兼具的地铁及轻轨越来越受到青睐。轨道交通不仅可以缓 解交通堵塞的状况，有效的解决人员出行问题，而且还可以降低城市交通运行成本，因 此国家把发展轨道交通作为优先发展公共交通的重点环节给予了高度重视，国内已有1 6 个城市建成或在建城市轨道交通，预计到2 0 1 0 年，我国城市轨道交通的通车总里程将 达到1 5 0 0 k m t 2 1 。伴随着轨道交通的发展，轨道交通候车站台的安全隐患，能源消耗等 问题也逐渐被凸显出来，因此地铁屏蔽门系统也越来越被重视，这为地铁屏蔽门系统的 发展带来了契机。 1 2 安装屏蔽门系统的必要性 1 2 1 国内外地铁站台事故分析 地铁运行具有行车密度大、停站时间短、运送客流多、车站占地面积小等特点，这 些都容易造成乘客的人身安全事故。从国内外地铁线路的运行情况来看，乘客跌落站台 的事故时有发生：1 9 9 9 年香港地铁发生5 9 宗乘客跌落站台的事故；北京地铁平均每年 由于乘客跌落站台造成的死伤事故约5 2 起i 刀；上海地铁运营以来因乘客意外进入轨道而 发生的事故己达1 0 0 多起，死亡人数超过4 0 人，这些都引起了社会的广泛关注【5 儿引。据 有关资料报道，以前英国伦敦地铁整个系统平均每年发生1 5 0 起左右与地铁相关的安全 事件。丽深圳地铁1 号线、广州地铁2 号线因为安装了屏蔽门系统，自开通运营以来， 没有发生一起乘客跳下或跌落到轨道床坑内的安全事故【引。 由此可见，屏蔽门的安装既可保障站台内乘客的安全候车，同时也可杜绝跳轨自杀或 恶意加害事件的发生，从而有力地保障了地铁列车的正常运营。 1 2 2 节能性分析 对于设黄全封闭式屏蔽门的车站站台，由于车站空间与列车运行空间完全隔开，避 免了大量空调冷气进入隧道，减少了列车刹车时所散发出的热量进入站台，并减少站台 经由出入口由于列车活塞作用排出冷气和吸入新风所形成的冷损耗，达到空调节能的目 的。对于那些处于热带或亚热带地区的城市轨道交通系统，采用有屏蔽门系统的车站与 采用无屏蔽门系统的车站能量消耗是完全不一样的，有屏蔽门系统的站台能节约三分之 一以上的电力消耗。表1 1 是对国内一些安装了屏蔽门系统的车站站台的节能效果及经 l 绪论硕士论文 济效益的统计，表中可以看出，安装屏蔽门系统后的节能效果非常明显，经济效益也相 当的可观【3 】【3 引。 表1 1 各地安装屏蔽门的：肖能效果和经济效益 上海每站点每年可节省电费5 0 0 多万元 广州 1 号线：年能耗可节省3 8 1 ，电能年节省4 0 0 0 万k w h 2 号线：节约空调能源系统能耗2 0 ，电能年节省4 0 ，年省电费8 0 0 0 万元 深圳空调能耗可节约4 0 1 2 3 车站运营人员的对比状况 为了保证站台候车和上下车安全，在运营时间内地铁车站一般都至少配备2 3 人在 站台层值守。安装屏蔽门之后，可以在地铁车站实现站台层无人值班或少人值班( 以实 现对屏蔽门系统运营故障的应急处理) ，达到减员增效的效果，这将直接减少地铁的日 常运营管理费用5 】【7 】。 以南京地铁1 号线为例，车站站台配置了1 5 0 余名车站站务人员，根据广州和上海 安装了屏蔽门系统的统计数据，如果南京地铁1 号线全线装上屏蔽门系统，站务人员约 能减少三分之一。 1 2 4 屏蔽门系统的优越性 地铁站台屏蔽门系统具有以下优点： ( 1 ) 站台设置了屏蔽门系统，有效地避免了一些安全事故的发生，从而保证列车 不会因人为因素而延误，提高了列车的进站速度，为确保列车班次的准确性提供了有利 条件，从而大大提高了整个地铁运营系统的可靠性，为将来地铁实现无人驾驶创造了条 件；【7 】 ( 2 ) 减小了噪声及活塞风对站台候车乘客的影响，减少了站台空气含尘量，改善 了乘客候车环境，提升城市的形剩5 】； ( 3 ) 屏蔽门系统安装在站台边缘，将站台公共区与隧道轨行区完全屏蔽，减少站 台区与轨行区之问冷热气流的交换，降低了环控系统的运营能耗【7 】； ( 4 ) 屏蔽门系统的设置防止乘客因特殊情况( 包括意外事件、自杀、他杀) 掉下 站台。 在我国没有装设屏蔽门的各条地铁线路上，几乎都有数量不等的不安全事故发生， 并随着客流量的增长，运营时间的推移，不安全事故的隐患会越来越多。为减少能耗、 降低运营费用、保证乘客候车安全、提高地铁服务水平和环境质量，在地铁线路上加装 屏蔽门系统是非常必要的。 1 3 屏蔽门系统发展历程及国内外发展现状 从目前国内屏蔽门行业的实际状况来看，国外企业占据着先机和绝对的优势，因为 2 颤十论i地下铁道# 音日f 蔽 系统结拘设计b 分析 国外屏蔽门技术发展较早，在2 0 世纪八十年代初期日本东京南北线就安装了半高的安 全f qc t j t l ”，其形式如图11 所示。 图1 1 、f 高式宜全门 由于新加坡常年气候炎热，空调运行费用在地铁运行成本中占较大比重，为了节约 空调能源消耗，1 9 8 7 年新加坡的快轨交通一期和二期工程首次采用全封闭式屏蔽门系 统，成为世界上最早的以节能为目的的带屏蔽门的运行线路q 全封闭式屏蔽门如图l2 所示。 削i2 全封 j j 式屏蔽f 】 随后，1 9 9 8 年中国香港机场快线、1 9 9 9 年马来西亚吉隆坡轻轨交通二期工程、1 9 9 9 年英国伦敦j u b i l e e 延线等都相继安装了屏蔽门。髓着屏蔽门系统设备技术的日益成 熟，它的优越性同渐明显。目前，世界上已有8 个国家和地区共2 l 条轨道交通线路正 l 绪论硕二卜论文 在使用或加装屏蔽门系统 r l 。有关屏蔽门的供货商也在逐渐发展起来，英国 w e s t i n g h o u s e 、法国f a i v e l e y 、瑞士k a b a 和日本n a b c o4 家公司成为最主要的屏蔽门 生产厂家，都已经承担过一些地铁线路的屏蔽门工程，到目前为止，它们提供了世界上 约9 0 1 拘屏蔽门系统1 2 】【5 1 。它们也是当今世界上安装、设计、制造屏蔽门最有经验的几 家公司。国内最早开始从事屏蔽门研究的是广州奥的斯电梯有限公司和深圳方大集团， 之后逐渐增加了广州广日集团、上海通用冷气机有限公司、重庆川仪总厂有限公司等。 到目前为止，屏蔽门系统的国产化程度还相当低，目前国内有1 0 家以上的公司正加大 对屏蔽门系统的研发力度，以加快屏蔽门系统国产化的步伐。 1 4 课题的来源与研究的主要内容 课题来源于南京地铁二号线的屏蔽门系统招标项目，而南京熊猫集团旗下的南京熊 猫机电仪技术有限公司凭借其多年来从事地铁站自动售票机、地铁站自动检票机等地铁 周边产业的经验和实力参与竞标，结合本教研室丝杠传动方面的了解，想进一步加快地 铁站台屏蔽门系统的国产化进程。 论文主要内容为： 第一章( 绪论) 本章从地下铁道站台的安全、能耗及人员配置等方向阐述了安装 屏蔽门系统的必要性，文中介绍了目前屏蔽门系统的国内外发展现状。 第二章( 屏蔽门系统的总体设计) 本章介绍了屏蔽门系统的整体构成，结合相关 文件及合同提供的数据，并结合各设计准则及设计规范确定了屏蔽门系统设计的总体方 案，屏蔽门系统的总体尺寸及驱动机构的设计参数。 第三章( 屏蔽门系统门本体结构设计) 本章着重介绍了屏蔽门系统中双扇滑动门 单元结构设计与受力分析，经过计算分析，确定双扇滑动门单元的结构尺寸，运用p r o e 进行实体设计，并对重要零部件运用a n s y s 建模，对其进行有限元分析，通过计算和 模拟仿真设计中的各零部件都能符合相关文件中的设计要求和需要的强度要求。 第四章( 双扇滑动门传动系统设计) 本章着重介绍了双扇滑动门的传动系统构成 以及屏蔽门系统在运行中一些相应动作的实现方式。并根据实际的使用状况对传动系统 中的重要构件进行相关的分析与计算说明。 第五章( 屏蔽门系统r a m 及安全性分析) 本章从屏蔽门系统的总体架构出发， 提出了分析屏蔽门系统的可靠性、可维修性及可用性的分析方法，并在最后提出了一些 关于屏蔽门系统安全性保障措施。 第六章( 总结与展望) 本章着重介绍了论文完成的主要工作，最后指出了进一步 完善该项目的研究方向。 4 硕士论文地下铁道站台屏蔽门系统结构设计与分析 2 屏蔽门系统总体设计 2 1 屏蔽门系统的构成 地下铁道站台屏蔽门系统包括门本体结构( 以实现站台与轨行区的隔离) 、传动机 构( 以实现门本体结构中双扇滑动门的正常开关) 、中央接口盘( 屏蔽门系统的控制设 备，以实现站台一侧屏蔽门的群体控制) 、就地控制盘( 屏蔽门系统的备用控制设备， 当中央接口盘因故障无法实现自动开关门时，站台工作人员可以操作就地控制盘以实现 屏蔽门系统的开关门) 、供电系统( 包括屏蔽门系统的控制电源和驱动电源) 等。 2 1 1 门本体结构组成 ( 1 ) 屏蔽门系统的门本体结构主要由双扇滑动门、固定门、应急疏散门、端墙和 手动端门组成【l 】【1 5 1 1 3 9 1 。 屏蔽门系统一般都可以划分为若干个单元，包括双扇滑动门单元，应急疏散门单元 和端门单元。各个单元又分别由一定数量的固定门，双扇滑动门或应急疏散门构成，各 单元的分布及其运动形式如图2 1 所示。 | l ka l - 1l 旧 e e d嘞p s d阳( f 】啪啪；翩隧 = j c = = j p s d ：双扇滑动门f i x ：同定门e e d ：应急门 图2 1 屏蔽门单元布置示意图 门本体结构的双扇滑动门。双扇滑动门的数量应与列车一侧客室门数量一致，位 置对应。 双扇滑动门的形式通常可分为标准型和非标准型两种： 5 2 屏蔽门系统总体设计 硕士论文 标准双扇滑动门p s d ( p a s s e n g e rs c r e e nd o o r ) ，供乘客上下列车使用。 非标准双扇滑动门p e d ( p l a t f o r me n dd o o r ) ，供乘客上下列车使用。位于车站站 台端头，靠近列车司机室，因此，靠近列车司机室的一侧门扇可为重叠的门扇。 正常情况下，双扇滑动门的开关应由门机总承的驱动机构操作，由门控单元d c u ( d o o rc o n t r o lu n i t ) 控制，紧急情况下应能实现如下功能：在轨行区侧乘客可操作设 置在门扇上的手把手动开门，在车站站台侧车站乘务人员可用专门钥匙手动开门。 固定门f i x ( f i x e dp a n e l ) 。固定门设在双扇滑动门之间。根据双扇滑动门的间距， 在满足门本体结构强度、刚度的前提下，根据轨行区边墙侧灯箱广告的可视性及视觉观 感的要求，可将固定门进行分块或不分块处理。 应急疏散门e e d ( e m e r g e n c ye s c a p ed o o r ) 。在门本体结构中应急疏散门，不带 动力，在应急情况下使乘客能在轨行区侧手动打开逃生。 应急疏散门的设置原则如下： a 当列车不能够停在站台正常停车位置时，至少有一道列车客室门对着一道应急疏 散门。 b 地下铁道系统如采用固定编组的列车运行，可在车站站台两端的固定门上设置应 急疏散门。 c 地下铁道系统如采用长、短编组列车运行模式，除在车站站台两端的固定门上设 置应急疏散门外，还需在车站站台中部适当位置的固定门处设置应急疏散门。 d 应急疏散门在轨行区侧，设置乘客手动打开的推杆，可以将门扇推向站台方向旋 转9 0 。平开，如图2 1 所示。 端墙e w ( e n dw a l l ) 在车站每侧站台的左、右端头设置端墙，垂直于车站站台 边线布置，分别与纵向设置的固定屏和车站站台设备区的侧墙连接，使车站站台乘客区 与轨行区和设备区分隔。端墙的结构形式一般与固定屏相同。 手动端门m s d ( m a n u a ls e c o n d a r yd o o r ) 。端墙应设不带动力的手动端门，正常 情况下由列车司机或车站站务员手动打开。手动端门上设有手动开门推杆，在站台的乘 客区侧手动端门上设有门锁和隐蔽的开门机构。 设置在端墙上的手动端门，其门扇结构形式为向站台的乘客区侧方向旋转9 0 。平 开，如图2 1 所示。 2 1 2 屏蔽门传动系统构成 屏蔽门的传动系统作为一个模块化的单元安装在双扇滑动门的顶箱内。它应该由一 套双扇滑动门驱动装置，一套门锁装置，一套自动解锁装置，一套手动解锁装置，每一 扇门配置一套门已关闭位置行程检测开关，每一扇门配置一套门已闭锁位置检测行程开 关，一套门控单元，状态指示灯、蜂鸣器、模式转换开关、监视装置等。 6 硕士论文地下铁道站台屏蔽门系统结构设计与分析 其中双扇滑动门驱动装置用来带动双扇滑动门实现正常的开关门动作；而门锁装置 是为了在列车未到站前用来保持双扇滑动门的闭锁状态，从而实现站台侧与轨行区侧的 隔离；自动解锁装置是实现列车停靠站台后双扇滑动门的正常开门；手动解锁装置是当 站台屏蔽门系统发生故障致使双扇滑动门无法正常开启时用以实现在站台侧钥匙手动 解锁或轨行区侧的手动解锁。 2 1 3 屏蔽门系统的其他组成部分 ( 1 ) 中央接口盘p s c ( c e n t r a li n t e r f a c ep a n e l ) 。中央接口盘可安装在专门的屏蔽门 系统的机柜室或称为控制设备室c e r ( c o n t r o le q u i p m e n tr o o m ) 内，或与屏蔽门系统 的动力设备一起安装在屏蔽门系统的设备室e r ( e q u i p m e n tr o o m ) 内。中央接1 2 1 盘是 由信号系统 自动列车控制a t c ( a u t o m a t i ct r a i nc o n t r 0 1 ) 系统】实现双扇滑动门自动开 关门的重要控制及接口设备。 ( 2 ) 就地控制盘p s l ( l o c a lc o n t r o lp a n e l ) 。地下铁道系统如采用有司机自动列车 驾驶a t c ( a u t o m a t i ct r a i no p e r a t i o n ) 子系统运营模式，就地控制盘设置在车站站台两 端的门本体结构端墙外；若地下铁道系统采用无司机a t o 子系统运营模式，则设置在 站台乘客区内。 就地控制盘是在无法实现由a t c 系统控制双扇滑动门自动开关门时要实行降级运 行，则由列车司机或车站站务员( 当地下铁道系统采用无司机a t o 子系统时) ，手动操 作就地控制盘的按钮，从而实现双扇滑动门的开关门。 ( 3 ) 远端报警盘p s a ( p l a t f 0 1 t l ls u p e r v i s i o n sl o c a la l a r mp a n e l ) 。如果地下铁道系 统在车站管理模式上设置站台监视亭p s b ( p l a t f o r ms u p e r v i s i o n sb o o t h ) ，远端报警盘则 设置在该亭的集中后备盘i b p ( i n t e g r a t e db a c k u pp a n e l ) 上或独立设置。 如果地下铁道系统在车站管理模式上不设置站台监视亭，远端报警盘则设置在车站 控制室的集中后备盘上或独立设置。 在远端报警盘上可重复中央接口盘上现实的故障报警信号及状态。 ( 4 ) 动力设备。屏蔽门系统的动力设备安装在屏蔽门系统的设备室，设备包括控 制电源和驱动电源。 ( 5 ) 设备用房与管理用房。设备用房包括屏蔽门系统的机柜室用房、屏蔽门系统 的设备室用房、以及信号系统设备室用房。管理用房包括管理用房区和站台监视亭。 2 2 门本体结构总体设计 2 2 1 门本体结构的主要参数和标准 ( 1 ) 设计载荷 1 ) 载荷种类及其参考值。 7 2n 蔽n 系统总体设计 碰 ：论女 挤压载荷。乘客挤压载荷一般为5 0 0 n ( 在特别拥挤情况下可适当加大此数值， 可取为1 5 0 0 n ) ，作用方向为站台乘客区指向轨行区。此载荷作用在门本体结构门槛踏 面以上1 1 2 5 m 处，在本设计中取为l1 m 。 风压载荷。列车在隧道内行驶，由于活塞风的作用，产生风压载荷。风压载荷大 小与阻塞比有关，阻塞比按式( 2 1 ) 计算，即 r ：上 ( 2 1 ) f 式中：6 _ 阻塞比： ，车辆横断面面积； 卜隧道横断面面积。 压力载荷大小与列车进站或通过车站速度有关。列车产生的风压载荷大小可以通过 式( 22 ) 计算分析确定i ”i 。 p = 1 2 x c d x e x v 2 ( 2 2 ) 式中：p 一活塞风产生的风压； c 扩一系数，本设计中取18 ； 卜系数( 一般取1 2 5 ns 2 m 4 与空气密度有关) ； v 一风速( 与列车行驶速度，阻塞比等有关) 在本设计巾取5 0 m s 。 由式( 2 4 ) 可以知道，活塞风产生的风压p - - 2 8 1 3 n m 2 。 地震载荷。考虑地震载荷属于防范性设计，作为一种潜在的载荷束考虑。根据巾 华人民共和国防震减灾法和南京市重大建设工程和可能发生严重次生灾害建设工程 的抗震设防要求管理办法以及中国国内地震带分布国( 如图22 ) 确定南京市地震设 防烈度为7 级( 抵御6 级地震) 。根据建设部1 9 9 2 年7 月3 日颁发的建标【1 9 9 2 14 1 9 号关十统抗震设计胤范地面运动加速度设计取值的通知可以知道6 级地震所产生 的地震加速度c - - 01 2 5 9 。 倒2 2 中国国内地震带分布幽 硕七论文地下铁道站台屏蔽门系统结构设计与分析 地震载荷可以按式( 2 3 ) 计算： q - - + c x g ( 2 3 ) 式中：q 一地震载荷； c 地震加速度( m s 2 ) ，由地震设防等级确定； g 一参震构件的重量。 撞击载荷【l 引。撞击载荷一般为乘客或车站工作人员偶然撞击到门体结构上的载 荷，一般考虑为集中的动力载荷，其量纲为n s ，其值一般为1 4 k n s ，亦即在持续0 0 8 s 时间施加一振幅为2 8 k n 的半正弦波，或瞬时升至1 4 k n 在o 2 s 内直线下降至零，取 两者中最不利值。正号表示站台向轨行区方向，负号表示轨行区向站台方向。施加的撞 击载荷的作用面积为1 0 0 n u i l 2 。 ( 2 ) 紧急故障处理 当发生紧急情况时，乘客通过车站站台门本体结构双扇滑动门逃生的要求。 1 ) 发生供电故障时，双扇滑动门要能在轨行区侧由乘客手动打开。根据地铁设 计规范的要求，手动开门力不超过1 6 0 n 。根据地铁设计规范的要求，手动解锁 或者手动打开开门装置的力不超过7 5 n ，同时要保持双扇滑动门在打开至设计宽度的力 不超过1 3 3 n 1 9 1 。 2 ) 在车站站台侧手动打开双扇滑动门的力亦要符合地铁设计规范的要求。 3 ) 列车进站时不能停在站台正常位置时，必须有一道列车客室门对着应急疏散门， 乘客能在轨行区侧手动打开应急疏散门疏散。 ( 3 ) 环境条件 1 ) 门本体结构包括双扇滑动门、手动端门、应急疏散门、固定门、端墙等，应按 地下铁道系统车站站台及轨行区的环境条件进行设计、安装及调试。 2 ) 屏蔽门系统设备用房环境条件要求。屏蔽门系统设备室应设置机械通风，温度 控制不大于4 0 ，最大相对温度控制不大于9 5 。 屏蔽门系统机柜室应设置空调系统，温度保持在2 5 士2 范围，相对湿度保持在 6 5 0 壮1 0 范围【3 9 】。 3 ) 如果上述两室合并为一室，则应按照屏蔽门系统控制设备室的环境条件要求来 考虑。 ( 4 ) 防火要求【3 9 】 1 ) 屏蔽门系统的防火要求应参照轨道交通客车车辆设计的制造防火规范，本设计 中参照英国标准客运列车设计和制造防火标准( c o d eo f p r a c t i c ef o rf i r ep r e c a u t i o n si n t h ed e s i g na n dc o n s t r u c t i o no f p a s s e n g e rc a r r y i n gt r a i n s ) ( b s 6 8 5 3 1 9 9 9 ) 执行。 车辆根据运行的环境条件，主要可分为如下两种：类型i 为地下运行，类型i i 为地 面运行。类型i 又可分为i a 类和i b 类两类。 9 2 屏蔽门系统总体设计 硕士论文 2 ) 门本体结构防火要求。门本体结构仅为车站站台乘客区与轨行和设备区不同环 境下的分隔墙，而不是防火分区的分隔墙。 门本体结构包括固定门、端墙、双扇滑动门、手动端门、应急疏散门和相应的框架 等的主要结构件，要用不燃材料制造，可按b s 4 7 6 标准第四部分进行检测。玻璃、铝或 钢制造的零部件，就不需要进行检测。门本体结构所有框架的任何表面装修材料，都要 符合b s 4 7 6 标准第七部分的相关要求，其中火焰扩散指数应达到i i 6 和i 1 2 。 3 ) 屏蔽门系统的电缆防火要求。电缆( 包括接地和连接电缆) 单根安装时，要符 合b s 4 0 6 6 标准第一部分要求。集束或多根电缆安装时，要符合b s 4 0 6 6 标准第三部分 要求，同时亦要满足b s 6 8 5 3 标准附录b 5 5 或b s 6 7 2 4 标准1 7 4 节中任一标准的要求。 内部电缆要符合b s 6 8 5 3 标准的部分相关内容，详见表2 1 。 表2 1 内部电缆 1 0 车辆种类 检测方法标准参数 i ai b i i b $ 4 0 6 6 3 燃烧长度( 最大) 2 5 m2 5 m2 5 m 见注和】 附录d a o ( o n ) i a 1 6 i a x 3 6 电缆标注见注a o ( o f f ) i b x l 6i b x 3 6 附录br ( 最大) 1 o1 63 6 注：任何特殊电缆的a 0 ( o n ) 和a 0 ( o f f ) 的最人值按下式代入电缆公称直径d 值( m m ) 计算： a o ( o n ) = 丁t a n - ( d 4 5 ) 一等 ( o f f ) = 1 5 ( o n ) 通过以上公式计算得出角度，以度( 。) 表示。以上公式仅仅是便于数值计算。 按b s 4 0 6 6 标准d 8 7 所述要求测试成捆电缆的长度时，成捆电缆要按一定间距排列，每捆电缆之间中 心距应为成捆电缆公称直径的两倍。 同一类型电缆，如电缆直径d 能满足性能标准要求，便町假设电缆直径在d 1 5 1 5 d 范围内都能满足性 能要求。 按单一观点，r 值使用于所自电缆部件。 从燃烧物底部测定。 从燃烧物底部测定，安全值超出了测试方法的测量范围，数值太高决定不提供此数值标准。 外部电缆要符合b s 4 0 6 6 标准的部分相关内容，详见表2 2 。 表2 2 外部电缆 车辆种类 测试方法标准参数 i a i b i i b s 4 0 6 6 3 燃烧k 度( 最大) 2 5 m 2 5 m2 5 m a o ( o n ) i a x l 6 无标准 附录d 电缆检测 a o ( o f f )l b x l 6 无标准 附录b r1 72 7无标准 注：i 叫表2 1 中的。 附录d 、b 为检测方法标准b s 4 0 6 6 中的附录。 硕上论文地下铁道站台屏蔽门系统结构设计与分析 4 ) 门本体结构中的配装玻璃的各种屏、门扇的门框密封垫片及双扇滑动门的左、 右门扇相对端面的缓冲密封，所采用的材料般为橡胶、硅有机树脂、塑料和聚合物等。 上述材料制造的密封垫片和缓冲密封衬垫，当按b s 2 7 8 2 标准第一部分的方法1 4 1 或按 b s 6 8 5 3 标准附录检测时，氧指数应小于3 0 ，温度指标大于3 0 0 。c 。一些小件( 垫圈和 o 形圈) 可不进行上述要求的检测。 5 ) 门本体结构采用的密封胶的防火要求为：当按b s 4 7 6 标准第六部分检测时，要 具有低火焰表面扩散的特性，火焰的扩散指标为1 1 6 和i 1 2 ；当按b s 6 4 0 1 标准检测 时，亦要具有低烟特性，燃烧四分钟后要求的吸光率d 。 5 0 0 。 6 ) 门机总承使用的润滑油和润滑脂防火要求为所采用的润滑油为阻燃型。可按照 英国石油产品标准i p 3 6 标准检测，要求其闪点温度大于1 8 0 ，其自燃温度大于4 5 0 。 ( 5 ) 门本体结构设计应考虑的其他因素【3 9 】 1 ) 坡度。地下铁道系统车站站台板一般应按轨行区轨道线路纵坡进行设计，线路 轨道在车站站台轨行区的纵坡一般按排水要求的最小纵坡2 o , - - 3 o 设计，因此门本体结 构的纵向设计应与车站站台板纵坡保持一致。 在车站站台横断面，站台装修面的横坡应根据门本体结构的门槛内边缘1 1 0 0 横坡 进行设计。 ： 2 ) 照明。采用屏蔽门系统的车站，一般均采用车站站台边缘项部的纵向光带照明， 以提高车站站台边缘地板面的照度，有意引导乘客行走到乘车区域( 门本体结构前) ， 以达到光引导的目的。 纵向光带可嵌装在车站站台层吊顶天花内或者直接装在屏蔽门系统的门本体结构 的顶箱面。纵向光带宜与车站站台层吊顶天花的照明灯具布置设计相结合，或为天花建 筑装修及照明设计的一部分。 在每道双扇滑动门的上部，均应配置醒目的开关门指示灯，与蜂鸣器声响共同作用， 向乘客提出双扇滑动门开关的警示。 3 ) 采用屏蔽门系统的车站站台通风空调系统，在车站站台应配置轨行区轨顶排风 管，车站站台底应设置排风道，车站站台层设置送、排及排烟管( 道) 。 4 ) 车站站台层的建筑装修应注意天花吊顶与门本体结构的顶部纵梁和屏蔽门系统 的顶部光带的处理关系。车站站台层的天花、地板、墙( 柱) 面的建筑装修风格、色调 和本体结构外观设计协调一致。 5 ) 车站站台轨行区的商业广告布置应与门本体结构的固定门位置相对应。 2 2 2 门本体总体结构的确定 ( 1 ) 门本体结构的主要形式 在本文中门本体结构的主要形式是根据屏蔽门支承方式不同来划分的。按照支承方 2 屏蔽门系统总体设计 硕上论文 式的不同可将门本体结构的形式分为上部支承结构形式和下部支承结构形式两种。 1 ) 上部支承结构形式。这是一种将门体重量支承在车站站台边缘项部纵梁上的结 构形式，顶部纵梁承受垂直力( y 轴，门本体结构重量) 、轴向力( x 轴，平行车站站 台边缘双扇滑动门门扇滑动过程的推力) 、径向力( z 轴，垂直车站站台边缘风压和乘 客偶然靠在门扇的推力) 。 门本体结构可不设立柱。车站站台板边缘仅承受轴向力( x 轴) 、径向力( z 轴) ， 门本体结构底部为自由伸缩端( 不加约束) 。 2 ) 下部支承结构形式。这是一种将门本体结构重量支承在车站站台板边缘( 或车 站站台底板) 的结构形式，故车站站台边缘承受垂直力( y 轴) 、轴向力( x 轴平行车 站站台边缘) 、径向力( z 轴垂直车站站台边缘) 。车站站台边缘顶部纵梁，仅承受轴向 力( x 轴) 、径向力( z 轴) 。 屏蔽门系统的门本体结构中需设立柱，并将其固定在车站站台板边缘( 或底板) 上， 亦即经调整后门本体结构在车站站台板边缘上x 、y 、z 轴向是固定的，而在车站站台边 缘顶部纵梁上，经调整后x 、z 轴向是固定的，而y 轴为自由伸缩端( 不加约束) 。 在本屏蔽门系统设计中采用了上部支撑结构形式( 即悬挂式) ，在滑动门底部装有 导靴，结合门槛上的导槽，起到导向的作用，这样设计的优点在于： 上支撑结构形式的导向轮( 即吊轮) 在门体的上端的顶箱，而下部支撑形式的导 向轮安装在门体的下端，配合门槛运动，而门槛中容易有杂物进入，杂物的进入会到运 行的稳定性，而上支撑结构可以避免这个问题，能保证屏蔽门更平稳的运行。 上支撑结构在底部还必须要安装导靴，以保证双扇滑动门不会偏离运行轨道，由 导靴及吊轮组件组成的双重保障能使得双扇滑动门的运行稳定可靠。 ( 2 ) 门本体结构尺寸的确定 1 ) 屏蔽门系统尺寸设计的依据 根据南京地铁二号线一期工程征集车辆和信号系统融资招标项目建议书的邀请 函和轨道交通工程一屏蔽门系统设备采购招标文件提供的地下铁道系统列车的几 何尺寸如下： 车辆长度( 车钩连接面之间) ：带司机室车弋 2 0 0 0 m m ，在本设计中，取屏 蔽门净开宽度为2 0 0 0 m m 。 双扇滑动门净高 屏蔽门净开高度h 是指门槛踏面( 即站台地板面) 至屏蔽门顶端的高度，可以由式 ( 2 5 ) 来计算： h = h l + 1 5 0 m m ( 2 5 ) 由式2 5 可计算出h = 2 0 5 0 m m 。 列车的车辆限界与门本体结构的关系【1 4 1 【1 6 l 门本体结构与列车的车辆轮廓线和列车的车辆动态包络线空间关系要求如下： a 列车停在站台时，门本体结构( 车站站台轨行侧) 与车辆之间最大间隙一般为 1 0 0 m m 1 2 0 m m 。 b i 、- 本体结构( 车站站台轨行区侧) 至车辆动态包络线的裕度一般为1 0 m m 2 5 m m 。 c i - 本体结构的门槛边缘至车辆动态包络线的裕度一般为1 0 m m 。 由以上三点再结合南京地铁二号线一期工程征集车辆和信号系统融资招标项目建 议书的邀请函和轨道交通工程一屏蔽门系统设备采购招标文件所提供的列车数据， 可绘制出地下铁道系统车站站台横断面示意图( 即动态包络线图) 如图2 4 所示。 - - - - - - 一- - - - 一 4 ，一一一一一 l 二 才 l ， 一7 暑 in 。互i ， l 夕 j 。 一 ：邕 f 。 、 、 _ 埘m m 2 掰害i： 睁 二册li i 1 门体限界2 车辆动态包络线3 轨道中心线4 顺部排气管5 们本体结构6 门槛 图2 4 地下铁道系统车站站台横断面示意图 2 3 屏蔽门传动系统总体设计 双扇滑动门的传动系统应该包含双扇滑动门驱动机构的动力源、驱动实现机构以及 1 4 硕士论文 地下铁道站台屏蔽门系统结构设计j 分析 一套自锁及解锁装置，这套装置主要用来实现故障时的手动解锁。 2 3 1 屏蔽门系统传动方式的选择 对于传动方式，现行屏蔽门系统的主要传动方式主要有带传动和丝杠传动两种。 ( 1 ) 带传动 据资料统计，以往的双扇滑动门系统的传动部分大部分都是采用的带传动。带传动 有以下些优点： 运动比较平稳； 结构简单； 缓冲吸振性能； 造价低廉。 以往设计中采用带传动主要是考虑到其造价低廉并且运行平稳这些优点，但其缺点 也同样显著： 传动效率低； 容易丢转，尤其在大负载的情况下，从而导致传动比不稳定； 由于存在打滑，传动带极易磨损，需要频繁更换。 ( 2 ) 滚珠丝杠传动 由于屏蔽门系统需要有一定的运行精度，并且需要克服频繁维修等问题，在本设计 中选择了滚珠丝杠传动作为设计的传动方式。滚珠丝杠传动有以下的优点： 滚珠丝杠传动效率高； 滚珠丝杠运行平稳，传动比稳定，利于控制； 滚珠丝杠具有良好的可逆性； 滚珠丝杠具有一定的刚度，不容易损坏，可以加长维修周期； 滚珠丝杠传动噪音很小。 相对于以往，滚珠丝杠的性价比已经大幅提升，采用滚珠丝杠传动方式更容易达到 相关文件中的要求。在本设计中采用的传动形式为“电动机一联轴器一滚珠丝杠”的传 动方式。 2 3 2 双扇滑动门驱动机构的设计参数 ( 1 ) 双扇滑动门的开关门速度。双扇滑动门的开关门速度与双扇滑动门的左右门 净开度、要求开关门时间、左、右门扇水平滑动的动能大小和门扇重量等因素有关。 在