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“高铁第一门?#20445;?#19968;点创新改变地铁车门顽疾

发布时间:2019-06-21 10:48:01 来源:科技日报 责任编辑:caobo

如今,乘坐高铁已成为很多人出行的首选。城市轨道和高速铁路的快速发展,迫?#34892;?#35201;车辆及其关键部件的自主国产化,而车门就是其中的关键部件之一。

在近期举行的江苏省科学技术奖励大会上,南京?#30340;?#26426;电股份有限公司(以下简称?#30340;?#20844;司)与南京工程学院合作的项目“高速列车门系统关键技术研发及应用”,摘得江苏省科学技术一等奖。

目前,“复兴号”列车上的门,80%以上都是他们合作研发的。从“地铁第一门”到“高铁第一门”,“?#30340;?#38376;”在轨道车门全球市场占?#26032;?#24050;达32%,连续3年稳居全球第一。

一点创新改变地铁车门顽疾

长期以来,城市轨道交通车门作为重要部件一直依靠进口。此前,国外公司利用几十年的技术壁垒在车门系统领域申请了近700项专利,构建了密不透风的专利保护池,凭借技术垄断带来市场垄断。

而国内城轨车辆经常处于满负荷运行状态,通常情况下,车门的故障要占到车辆运行故障的30%左右,车门的严重故障会导致列车停运甚至危及乘客安全。

列车门?#30452;?#31216;为塞拉门,主要是因为这种车门具有塞和拉两种动作。即门关闭时是由车内或车外塞入车门口处,使之关闭、密封;门开启时,当门移开门口一定距离后,能延车体内侧或外侧滑动。

而塞拉门“关门难”一直是列车门急需攻克的难题。普通的移门(门扇连接滑轮并在固定轨道上可移动的门)易安装,即使乘客比较?#23548;?#26102;仍能保证障碍检测常态化。但塞拉门不一样,当车厢内乘客?#23548;?#26102;,塞拉门在关闭到接近最后一段距离时,门板同时要向车厢内移动,并对人体产生挤压力,门板受到乘客人体阻力反作用过大,会使自动门检测系?#36710;?#38556;碍检测起作用,使关门动作不能及时实现。

为此?#30340;?#20844;司研发人员开发了一种兼有移门与塞拉门优点的新型微动塞拉门,通过减小塞拉门的塞拉距离,大大减少车辆中?#23548;?#20056;客作用在门板上的人体阻力;改变了关门过程的受力状态,将塞拉导角减少。

轨道交通门系?#25104;?#21450;技术较多,除了塞拉门难题,?#30340;?#38376;系统曾经还在上海地铁车辆实车试验中出现开闭不灵敏问题,项目总包方西门子公司要求?#30340;?#22312;3个月内解决,否则改用其他企业产品。要么“关”上地铁门,要么卖掉企业关门。这是一次被“逼”出来的超越式创新。

在当时,?#30340;?#26426;电总工程师史翔联想到,和千斤顶的原理相似,地铁车门的开合也是利用螺杆旋转带动与门链接的螺母移动实现的,只不过螺杆的螺距大,不能实现自锁闭而已。如果在门关闭的位置将螺杆螺距变小,就能像千斤顶一样“锁死门”。最终,这项“无锁而闭”的发明专利成为现今城轨门锁国际主流技术,形成了对国外企业的反向专利制约。

如今,已有20多万套?#30340;?#22320;铁车门安装在北京、上海、广州、南京等国内近百条地铁线路上,真正实现了中国地铁车门系?#36710;?#33258;主国产化。

攻克高铁车门“三高一无”

“2007年,高铁‘和谐号’开通,但高速车门的核心技术和市场也完全由国外企业垄断,车门全部依靠进口。”史翔对十多年前的境况还记忆犹新。

“研发高铁列车的车门有四大难点——简称‘三高一无’。”史翔告诉记者,“三高”是指高气动载荷、高寒和强风?#22330;?#39640;强度电磁?#25159;牛?ldquo;一无”则表示时速高达350公里的车门的设计理论、试验评价体系及标准在全世界根本还是一片空白。研发团队长达十多年的技术攻关,高速车门系?#36710;?#22235;大难点被一一破解。

据史翔介绍,列车在高速运行中,带来的高气动载荷,会引起车门的密封失效和车门脱落。?#28304;?#20182;们发明?#21496;?#26377;新型运动机构和密封技术的车门,利用车体?#38469;?#24179;衡气动载荷,实现车门复合运动,既防止了车门外?#36873;⒂智?#21270;了车门的安全性和气密性。这一车门的隔音性高,车内噪音更?#20572;?#21387;力波动对耳膜的影响更小,乘坐舒?#24066;?#26174;著提高。

而到冬季,北方-40℃的高寒和西部地区的强风?#24120;?#21487;能会造成车门冻住打不开、润滑油脂失效以及车门运动磨损的加剧。“我们巧妙地利用‘石墨’这一材料的润滑功能,发明?#21496;?#26377;固体自润滑的自适应滚动螺旋传动与变导程锁闭装置,实现了传动与锁闭一体化,解决了高寒造成车门运动阻滞、强风?#36710;?#33268;细沙进入车门系统引起磨损加剧的难题,提高了高铁车门的可靠性和适应性。”史翔表示。

最后“一高”则是动车组的高强度电磁?#25159;牛?#23427;会造成车门通信可靠?#36234;檔停?#23548;致异常开门。针对高强度电磁?#25159;?#38382;题,研发人员采用以太网与冗余MVB复合网络及故障诊断技术,开发出新一代高安全的智能门控器和远程智能运维系统。门控器获国?#39318;?#39640;安全等级SIL4认证(10—8/h),安全等级提高两个数量级。

针对“一无”,南京工程学院则编著了设计专著《轨道车辆门设计系统》和《动车组车门》,形成了中国标准,建立了业界唯一通过CNAS国际认证的车门试验室及评价体系。

“时隔整整十年,‘复兴号’首发动车组上的车门已全部用上具有完全自主知识产权的?#30340;?#20135;品,高铁‘和谐号’上的车门也逐?#22870;?#25105;们的产品广泛替代。”史翔表示。

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