地鐵車輛頂開坡道式緊急疏散門系統(tǒng)介紹與設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

羅 為 彭傳斌 彭麗軍

株洲九方裝備股份有限公司，湖南株洲 412001

地鐵車輛緊急疏散門是一種布置在司機(jī)室前端中部或左邊的安全設(shè)備，在發(fā)生緊急狀況時(shí)，可打開并形成逃生通道，將乘客疏散至道床或營救車輛上。根據(jù)GB/T 7928—2003《地鐵車輛通用技術(shù)條件》規(guī)定，在未設(shè)安全通道的線路上運(yùn)行的列車兩端應(yīng)設(shè)緊急疏散門。

國內(nèi)地鐵配置的緊急疏散門，按結(jié)構(gòu)形式可分為一體式和分體式兩大類。一體式多采用門扇下翻結(jié)構(gòu)，門扇繞鉸鏈下翻后同時(shí)充當(dāng)疏散坡道；分體式門扇采用頂開或側(cè)開結(jié)構(gòu)，疏散通道采用折疊坡道或折疊踏梯。踏梯結(jié)構(gòu)因疏散能力較差，新造車輛已不再采用該結(jié)構(gòu)形式；下翻結(jié)構(gòu)受頭罩外形及車鉤、防爬器等限制較多，且難以配置瞭望玻璃，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，使用場合不多；側(cè)開結(jié)構(gòu)在彎道上車輛傾斜情況下可能存在較難打開的狀況。而頂開坡道式（圖1）結(jié)構(gòu)較為簡單，對(duì)頭罩形狀及司機(jī)室結(jié)構(gòu)適應(yīng)能力最好，故得到了廣泛應(yīng)用。

圖1 頂開坡道式緊急疏散門三維效果圖

1 頂開坡道式緊急疏散門總體結(jié)構(gòu)介紹

如圖2所示，頂開坡道式緊急疏散門系統(tǒng)主要包括門扇、鉸鏈、門鎖、空氣彈簧、密封框架、折疊坡道、承載機(jī)構(gòu)、防護(hù)罩等部分。

密封框架通過螺釘緊固于車體骨架，并安裝有密封條；門扇通過鉸鏈與車體骨架連接，且門扇內(nèi)表面安裝有門鎖，在關(guān)閉狀態(tài)下鎖舌與密封框架上的鎖孔配合鎖定門扇位置，此時(shí)門扇內(nèi)表面與密封框架上的密封條壓緊形成密封層；解鎖門鎖后，密封框架與門扇之間安裝的空氣彈簧可推動(dòng)門扇繞鉸鏈軸旋轉(zhuǎn)打開；折疊坡道通過螺釘安裝于司機(jī)室地板，解鎖后推出即可自動(dòng)展平；折疊坡道與密封框架或車體骨架之間安裝有承載機(jī)構(gòu)，在坡道展開后增加強(qiáng)度并充當(dāng)扶手；防護(hù)罩可扣在回收后的坡道上，保護(hù)坡道并保證司機(jī)室美觀效果。

圖2 疏散門結(jié)構(gòu)-展開狀態(tài)

2 部件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 門扇

門扇主要包括玻璃鋼面板、鋁合金骨架以及夾層鋼化玻璃三部分。最外側(cè)為玻璃鋼面板，采用與地鐵車輛頭罩相同的材質(zhì)，曲面、涂裝與頭罩相吻合；玻璃鋼面板上設(shè)置沉臺(tái)，采用聚氨酯膠粘劑粘接夾層鋼化玻璃，與頭罩前窗玻璃協(xié)調(diào)一致，并提供瞭望視野；司機(jī)室內(nèi)側(cè)為鋁合金骨架，通過螺紋緊固件與玻璃鋼面板連接。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：夾層鋼化玻璃粘接需按照DIN6701標(biāo)準(zhǔn)A1等級(jí)接頭進(jìn)行設(shè)計(jì)，在考慮列車運(yùn)行速度、沖擊振動(dòng)等因素的同時(shí)，還需考慮列車運(yùn)行環(huán)境與玻璃粘接施膠時(shí)的最大溫差，設(shè)計(jì)足夠的膠層厚度，以保證因玻璃與玻璃鋼之間熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致的膠層應(yīng)變處于膠粘劑許用應(yīng)變范圍內(nèi)。

2.2 鉸鏈

鉸鏈主要為不銹鋼材質(zhì)，包括鉸鏈座、鉸鏈軸和鉸鏈臂三部分。鉸鏈座通過螺釘固定于車體骨架，鉸鏈軸安裝于鉸鏈座上，鉸鏈臂安裝于門扇內(nèi)表面，可繞鉸鏈軸旋轉(zhuǎn)。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：因列車頭罩與司機(jī)室骨架在安裝時(shí)存在誤差，且門扇與頭罩需保證縫隙均勻曲面平齊，作為連接門扇與車體骨架的橋梁，鉸鏈需要在列車縱向、橫向、垂向三個(gè)維度均具有調(diào)節(jié)量，可利用腰型孔和調(diào)整墊片進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3 門鎖

門鎖主要為不銹鋼和鋁合金材質(zhì)，由操作手柄、鎖盒、鎖舌等部分組成。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：門鎖需在列車縱向、橫向、垂向三個(gè)維度均可調(diào)。

2.4 空氣彈簧

空氣彈簧主要由活塞桿和氣缸兩部分組成，兩端通過螺釘分別與門扇和密封框架相連。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：合理設(shè)計(jì)安裝點(diǎn)和空氣彈簧力值，保證空氣彈簧推力足以頂開門扇。尤其要注意的是，需考慮列車運(yùn)行環(huán)境的溫度。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，可知以0℃（273K）為基準(zhǔn)時(shí)，溫度每升高1℃，空氣彈簧內(nèi)部氣壓會(huì)升高1/273，即空氣彈簧力值增大1/273。因此，在設(shè)計(jì)空氣彈簧力值時(shí)，需按最低使用溫度下空氣彈簧仍可將門扇頂開到位的要求來進(jìn)行計(jì)算，并換算為常溫下的力值確定空氣彈簧參數(shù)。同時(shí)，需采用桿端球關(guān)節(jié)消除安裝誤差。

2.5 密封框架

密封框架是由不銹鋼或鋁合金材質(zhì)制作而成的框體，與司機(jī)室骨架之間通過螺釘連接并將四周間隙打膠密封。在密封框架與門扇的之間，布置有橡膠密封條，利用密封框架與門扇內(nèi)表面將密封條壓縮變形，形成密封層。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：需根據(jù)列車運(yùn)行的環(huán)境溫度選用密封條材質(zhì)。普通工況下選用成本較低的三元乙丙橡膠材質(zhì)即可，當(dāng)需要在-40℃以下溫度使用時(shí)，需選用低溫性能更好的硅橡膠。同樣，密封框架需要在列車縱向、橫向、垂向三個(gè)維度可調(diào)。

2.6 折疊坡道

折疊坡道多采用四級(jí)折疊機(jī)構(gòu)，主體為不銹鋼和鋁合金材質(zhì)，在保證強(qiáng)度的前提下滿足防腐防銹要求。坡度平緩，且表面鋪設(shè)金剛砂防滑貼，可防止乘客滑倒；踏板最低點(diǎn)可根據(jù)要求設(shè)計(jì)為距離軌道面50～250mm，方便不同道床的線路使用。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）需根據(jù)客戶要求選擇坡道鎖定方式。M型折疊坡道展開后需對(duì)踏板進(jìn)行鎖定，以維持坡道整體剛度防止坡道回彈。目前采用的方式有卡扣、彈性銷、L型導(dǎo)槽等?？墼诮怄i時(shí)操作復(fù)雜，需要2人以上在車外解鎖卡扣方可回收坡道；彈性銷、L型導(dǎo)槽均由1人在司機(jī)室內(nèi)可完成操作，彈性銷占用寬度更小，L型導(dǎo)槽操作更方便。

（2）需合理設(shè)計(jì)緩沖裝置，降低坡道展開時(shí)的沖擊。通常采用液壓阻尼器進(jìn)行緩沖，與空氣彈簧，需合理設(shè)計(jì)安裝點(diǎn)和行程；根據(jù)不同的使用溫度，選擇合適的密封件和液壓油。

（3）需設(shè)置回收機(jī)構(gòu)，目前多采用棘輪結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)拉帶將坡道收折復(fù)位。

2.7 承載機(jī)構(gòu)

承載機(jī)構(gòu)可安裝在密封框架頂部或司機(jī)室骨架上橫梁與坡道踏板之間，增加坡道的強(qiáng)度，同時(shí)充當(dāng)疏散時(shí)的扶手。通常采用纖維織帶或不銹鋼鏈條。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：除強(qiáng)度滿足要求以外，承載機(jī)構(gòu)要配備長度調(diào)節(jié)裝置，如左右旋雙向調(diào)節(jié)螺桿，以消除坡道安裝誤差帶來的影響。

2.8 防護(hù)罩

通常為玻璃鋼制作的薄壁腔體，并安裝不銹鋼提手。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：根據(jù)客戶要求設(shè)計(jì)外形、功能，可做成與司機(jī)臺(tái)形狀一致的造型，并可集成桌面、杯托等司機(jī)常用的功能。

3 優(yōu)化改進(jìn)方向

地鐵車輛頂開坡道式緊急疏散門已在國內(nèi)地鐵線路上運(yùn)用10年以上，隨著日益提高、明確、細(xì)化的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)也在不斷更新?lián)Q代。根據(jù)目前的發(fā)展趨勢(shì)，首先是要提高系統(tǒng)的可靠性。作為安全裝置，緊急情況下的可靠性對(duì)疏散功能的實(shí)現(xiàn)起到了決定性影響。其次是減重，進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，以滿足客戶整車軸重要求以及降低業(yè)主運(yùn)營成本。再者就是提高防火要求。目前各大主機(jī)廠已將緊急疏散門防火要求從DIN5510和BS6853升級(jí)為EN45545標(biāo)準(zhǔn)，且均要求在HL3級(jí)別，因此在非金屬零部件的選材上，需要提高要求，確保防火安全。