文/劉遠輝,南京康尼電子科技有限公司

地鐵安全門電磁鎖的優(yōu)化研究

文/劉遠輝,南京康尼電子科技有限公司

本文首先介紹了地鐵安全門電磁鎖電氣原理，然后分析了地鐵安全門電磁鎖主要功能與設計理念，最后探討了地鐵安全門電磁鎖電氣理論設計和機械結構的設計。

地鐵安全門；電磁鎖；設計

城市軌道交通站臺安全門系統(tǒng)是一種專用于地鐵站臺的防護性系統(tǒng)。通過安全門的控制系統(tǒng)與驅動機構，實現(xiàn)地鐵列車的車門與該系統(tǒng)站臺安全門中的活動門之間的同步操作。列車未到站時，站臺安全門關閉，將候車旅客與軌道隔離開；在列車到站以后，站臺安全門的活動門與列車車門同步打開，乘客可以通過活動門直接出入列車車廂，為候車旅客提供了絕對的安全保障。在安全門系統(tǒng)中，電磁鎖作為一種安全保障設備，對安全門的正常工作起著至關重要的作用。然而，在現(xiàn)有的安全門系統(tǒng)中，電磁鎖往往是故障率最高的設備。這種現(xiàn)象既與其特殊的功能密不可分，也與現(xiàn)有設計存在缺陷相關。

1 地鐵安全門電磁鎖電氣原理

在屏蔽門系統(tǒng)中，電磁鎖的主要功能為：①在未收到開門命令時，電磁鎖鎖銷處于伸出狀態(tài)，觸發(fā)鎖閉機構，阻止滑動門沿導軌運動，防止不正當理由的開門動作；②在收到開門命令后，電磁鎖鎖銷可迅速(少于 200ms)吸回，使鎖閉機構釋放，不再阻擋滑動門的開關動作；③在滑動門從開門狀態(tài)轉變?yōu)殛P閉狀態(tài)后，電磁鎖鎖銷釋放回伸出狀態(tài)，觸發(fā)鎖閉機構，同時給出反饋信號，告知屏蔽門狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)門已鎖緊。

電磁鎖的核心部件是電磁鐵。當電磁鐵線圈通電時，銜鐵帶動鎖銷支架、鎖銷、遮光板一起動作，復位彈簧被壓縮，遮光板遮斷解鎖位置傳感器的光線，解鎖位置傳感器通過傳感器連接器發(fā)出真值為“1”的返信。當電磁鐵線圈斷電時，在復位彈簧作用下，鎖銷支架帶動鎖銷、電磁鐵銜鐵、遮光板一起動作，遮光板遮斷鎖定位置傳感器的光線，鎖定位置傳感器通過傳感器連接器發(fā)出真值為“1”的返信。至此，電磁鎖解鎖鎖定各1次，對應屏蔽門開關各1次。

2 地鐵安全門電磁鎖主要功能與設計理念

2.1 主要功能

在安全門系統(tǒng)中，電磁鎖的主要功能為：

2.1.1 在未收到開門命令時，電磁鎖鎖舌處于伸出狀態(tài)，觸發(fā)鎖閉結構，阻止滑動門沿導軌運動，防止不正當理由的開門動作(如個別乘客從站臺側強行開門)。

2.1.2 在收到開門命令后，電磁鎖鎖舌可以迅速(少于200ms)吸回，使鎖閉結構釋放，不阻擋滑動門的開關動作。

2.1.3 在滑動門從開門狀態(tài)轉變?yōu)殛P閉狀態(tài)后，電磁鎖鎖舌釋放回伸出狀態(tài)，觸發(fā)鎖閉機構，同時給出反饋信號，告知監(jiān)控系統(tǒng)門已鎖緊。

2.2 設計理念

針對地鐵安全門系統(tǒng)的實際需要，電磁鎖應具備以下性能：

2.2.1 高壽命。由于安全門必須伴隨著列車的進出站做多次開關動作，而電磁鎖又是控制安全門開關動作的關鍵器件，所以，在設計過程中，必須考慮電磁鎖的壽命。根據(jù)運營部門的相關要求，安全門必須通過百萬次壽命試驗，這就要求電磁鎖應無故障運行100萬次。

2.2.2 高精確度。電磁鎖的狀態(tài)問接反應了滑動門的狀態(tài)，所以電磁鎖的每一個動作都必須精確反饋回監(jiān)控系統(tǒng)。針對運營方的實際需求，其誤報率應低于10-6。

2.2.3 低能耗。電磁鎖屬于有源耗能器件，尤其是在啟動瞬間，單個電磁鎖的熱功率可達 150W以上，所以，通過合理的電氣設計來降低電磁鐵的熱功率，將會大大減少能耗。

2.2.4 低噪聲。電磁鐵在動作的過程中由于撞擊和摩擦等一系列原因會發(fā)出噪聲，如果處理不當，將會對周圍環(huán)境造成噪聲污染。根據(jù)CJ／T236-2006中的相關規(guī)定：電磁鎖在正常工作時，水平距其1m處的噪聲測量值必須低于70dB。

3 地鐵安全門電磁鎖電氣理論設計

電磁鎖的壽命、行程、起動力和保持力等重要指標都與電磁鐵的性能直接相關。電磁鐵的參數(shù)之間有著相互制約的關系，必須全面考慮，從而實現(xiàn)滿足設計要求的最優(yōu)參數(shù)配置。

3.1 行程：由于工程實際需要，電磁鐵的行程一般選擇為8mm，這樣既可以滿足鎖舌鎖定門體的需求，也在保證安全的情況下降低了電磁鐵的體積、功率等參數(shù)。

3.2 供電：根據(jù)安全門供電系統(tǒng)的特性，電磁鎖的優(yōu)選供電電壓分為DC110V和DC24V兩種。在該型電磁鐵的設計中，DC110V電源用于啟動電磁鐵使其行程歸零，DC24V電源用于保持電磁鐵的吸合狀態(tài)。如果單一采用DC110V電源為電磁鎖供電，會產(chǎn)生較高的功率損耗，同時產(chǎn)生大量的熱量，使電磁鐵的壽命極大地縮短；如果單一使用DC24V電源，就必須加倍增大電磁鐵的體積。

3.3 吸合力：考慮電磁鎖內(nèi)的彈簧強度、傳動機構質量和整體抗振性能，只要電磁鐵的吸合力始終大于23N，電磁鎖就可以穩(wěn)定運行。電磁鐵的核心功能是實現(xiàn)吸合和釋放兩個動作。所以，理論計算的重點，就是確定電磁鐵的理論吸合力是否能夠滿足設計要求。

4 地鐵安全門電磁鎖機械結構的設計

電磁鎖傳動機構的作用是將電磁鎖鎖舌與電磁鐵鐵心進行有效連接，使電磁鐵的鐵心可以帶動鎖舌進行吸合、釋放運動。電磁鐵的動作檢測裝置安裝在傳動機構上，因此，動作檢測裝置的設計與傳動裝置的設計是息息相關的。

4.1 傳動機構

電磁鐵工作時，鐵心不能承受側向沖擊力。因為側向沖擊力會極大地增加電磁鐵鐵心與內(nèi)壁問的摩擦力，造成鐵心與內(nèi)壁的磨損，降低壽命。同時，由于鐵心的偏心作用，內(nèi)部氣隙的均勻程度也會發(fā)生改變，從而顯著減小電磁鐵的吸合力，甚至引發(fā)卡殼。若鎖舌與電磁鐵鐵心直接相連，那么由于杠桿作用，鎖舌上發(fā)生的極小側向位移都將導致電磁鐵鐵心發(fā)生較大的側向位移。

4.2 動作檢測裝置

現(xiàn)有電磁鎖的動作感應裝置主要由微動開關和光電開關兩種。主流的做法是將傳感器安裝在鎖體內(nèi)壁上，在傳動桿上安裝一個伸出的觸片，通過感應這個觸片的動作來實現(xiàn)對鎖舌動作的檢測。然而，該方式需要在電磁鐵鐵心上加裝限位防轉動裝置，這將增大鐵心與電磁鐵內(nèi)部襯套之間的摩擦，甚至會頻繁引發(fā)卡殼。合理的優(yōu)化措施是將觸片換為360°的環(huán)狀擋片，并且采用雙側微動開關設計，這樣就不用加裝鐵心防轉動裝置。

5 結語

電磁鎖作為安全門系統(tǒng)中的安全保障設備，對安全門的正常工作至關重要但是，由于高強度使用，電磁鎖會產(chǎn)生卡阻、無返饋信號等故障，給站內(nèi)運營和維修人員帶來了諸多困擾。如何降低電磁鎖故障率、降低屏蔽門運營維護成本成為亟需解決的現(xiàn)實問題。

[1]金碧筠．列車車門及站臺屏蔽門的開／關門時序研究[J]．城市軌道交通研究，2013(8)

[2]陳韶章．地下鐵道站臺屏蔽門系統(tǒng)[M]．北京：科學出版社，2005