CRH3动车组侧门系统分析研究

CRH3动车组侧门系统分析研究

厉呈臣

摘要 本文主要对CRH3型350 km／h动车组侧门系统结构、工作原理进行分析研究，希望对国内高速动车组制造技术起到一定的借鉴作用。

关键词 CRH3型动车组；控制系统

0 引言

2008年，CRH3型动车 组在中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司下线，标志着我国高速列车进入了全新时代，动车组侧门系统作为车辆的一个重要组成部件，对于动车组的安全运行起 着至关重要的作用。

CRH3型动车组侧门采用单扇、密封的水平向外打开的电动塞拉门，当门关闭时，门扇 与车体外侧墙相平，并沿车体转向架方向打开。车门设计成能够承受6KPa的压力, 所有的外门四周都用铝合金型材密封，确保具有良好的防尘、防水性能，同时减少列车运行时外部压力对车门的影 响。CRH3型动车组车门配置如图1所示， 全列车共22扇门，其中端车和一等车两侧各配置一扇门，餐车没有门，其余车辆为乘客上下方便两侧各 设置两扇门，门结构如图2所示。每节车内部的所有车门门控器都通过CAN接口连接在一起，并且其中的主门控单元还通过MVB接 口与列车控制单元相连。所有门控器从列车控制单元接受信号和指令，主门控器将有关的所有车门的各种状态和诊断信号的信息传送给列车控制单元。

图1动车 组车门配置图

侧门的主要技术参数：

门口的高度×宽度 2050mm×900mm；

开门时间：5.0±1秒；

关门时间：5.0±1秒；

电源 DC110V +25%/-30%；

压缩空气 最小压力4.5巴，最大压力6巴；

门系统平均功率：≤110W。

图2外门 图

1 侧门组成

CRH3型动车组门组成部件如图3所 示，主要由门框组成、门驱动装置、锁闭装置支撑架、门扇组成和站台间隙补偿器组成。

门驱动装置主要由驱动单元、门控器、丝杠、导向滑道、门扇托架等组成，门扇组成主要由门扇、防夹保护橡胶和门玻璃和 导轨等组成，锁闭装置支撑架主要由气动锁闭压力头（上、下）、机械锁闭装置、限位开关和解锁电机等组成。

站台间隙补偿器主要由气缸、踏板、限位开关、铰链、电磁阀、止挡等组成。

1门框组成 2 门驱动装置 3 锁闭装置支撑架 4门扇 5站台间隙补偿器

图3门部件组成

2 门功能简介

侧门关闭和打开时上部驱动装置的状态如图4所示，门扇在滚动 触轮（件号3）的引导下，沿着一个导向轨运动（件号1）， 滚动触轮（件号5）经由一个导向控制系统（件号4、6）安全地与门扇连接。导向控制系统产生一个使门沿轨道向外摇摆的运动。未上锁的门被打开时，滚动触轮沿着导 轨和旋转臂向前摆动，旋转臂使门平稳。导向控制系统的

驱动由丝杠（件号7）控制，丝杠与滚动触轮相 连，滚动触轮沿导轨运行。当导向控制系统运动到导向轨的直线部分时，旋转动作结束。滚动触轮就沿着导向管运动，并带动门扇沿打开方向平行于车体的侧墙运 动。整个驱动装置预调整后固定在面板上，这样就可以确保快速更换，并可减少进行精调的费用和时间。

图4 门 关闭（A）与打开（B）时驱动装置状态

2.1关门过程

按压控制面板上的红色关门按钮，触发了蜂鸣器发出响声，DCU发 出关门指令，门扇在电机转动下，开始关闭，在整个关闭过程中，蜂鸣器响声一直存在，直到门完全关闭。门在关闭过程中，在即将到达关闭位置时，触动一个“门98%关闭”限位开关B8的动作和门位置信号给DCU一个信号，在门关闭时，B8的信号一直存在。当 门已经到达正确关闭位置时，会触动一个机械装置，借助机械装置的自动运行，使得机械主锁的锁舌被咬入门扇的凹口中且被锁闭，当门关紧并锁闭时，由机械锁装 置：锁闭凸头旋转轴的上凸轮盘触动“门已关闭并锁闭”限位开关B7.1，B7.2将门已经关闭且锁闭信号送给DCU。同时

由DCU判断：当供应空气压力值大于4.5bar时，压 力开关B5闭合，再由DCU控制电磁阀K3阀门打开，向两个气锁的气缸供气，气锁将门锁闭在关紧状态。

2.2开门过程

按压内部操作面板上的绿色开门按钮，蜂鸣器发出响声，DCU发 出命令，断开上下两个气缸中的空气供应，使得气锁解锁，且向解锁电机M2发出一解锁信号，使解锁电 机轴端凸轮的转动转动60度，借助凸轮使得机械装置锁闭凸头旋转轴的下凸轮盘向相反方向转动，将门 的机械主锁解锁，解锁电机转动60度时断电，由解锁电机限位开关 B9 探测位置。解锁的同时之后DCU控制驱动电机反 方向转动，使门扇向打开方向运动，在门刚离开关闭位置时，B8“98%限位开关”信号消失，DCU使得解锁电机再次重新 得电，转过剩余的300度，解锁电机重新处于初始锁闭状态。当列车在运行V>10km/h时，解锁电机处于断开状态，车门将锁闭，开门按钮将不起作用。

3 关键部件的原理

(1) 驱动装置

塞拉门设计成电动，门扇的打开和关闭过程由110V电压供电 的电机M1（如图5）驱动。电机的正反转由 门控器DCU内部软件控制电机两端电压极性来控制。电机一端安装一位置传感器B1，感应门扇的位置。

图5 门驱动装置图

电机的转向轴端连接一皮 带，通过皮带把电机的动力传给丝杠，根据丝杠原理，丝杠的转动带动导向控制管的水平移动，从而导向控制管通过滚动触动使门扇沿导向管打开或关闭。

(2) 紧急开关

在紧急情况下，由列车员通过方形钥匙操作入口紧急开关或由乘客敲碎玻璃，按压后面的电子紧急开关，将接通一电信号， 可以将门解锁，前提必须是在车速<10km/h,操作电子紧急开关后，气动锁断气解锁，再 拉动紧急扳手，使得机械主锁解锁，之后可以手动将门打开。

（3）紧急解锁扳手及其限位开关

在内部操作面板和门扇的外侧都装有紧急解锁扳手，与紧急开关配合一起使用，操作紧急开关后，拉动解锁扳手，使得与扳 手连接的钢缆拉紧上提，借助机械凸轮结构使得机械装置锁闭凸头旋转轴的下凸轮盘向相反方向转动，将门的机械主锁解锁。在紧急扳手启

用的同时，机械凸轮结构 按压一个“紧急把手起用”限位开关B4（图6） 接通，给DCU一电信号。

图6“紧急把手起用”限位开关

(4) 98%限位开关

门在即将到达关闭位置时，触动一个“门98%关闭”限位开 关，限位开关的动作和门位置信号给门控器一个信号，在门关闭时，限位开关的信号一直存在。

图7 98%限位开关 图8“门关闭&锁闭”限位开关

（5）“门关闭&锁闭” 限位开关

当在门打开时，“门关闭&锁闭” 限位开关B7（图8）是挤压状态，当门关紧、并且通过机械主锁 锁闭后，机械锁闭装置上一凸轮结构转动，使得B7限位开关释放，即常闭触点处于闭合，常开触点打 开。

（6）隔离锁及隔离锁闭限位开关

当门在关闭位置出现故障时，使用方形钥匙旋转门扇上的隔离锁（图9）， 门扇内部的锁舌伸出，碰到隔离锁闭限位开关，使其接通一电信号给DCU，同时接通车上的电源给控制 气动锁的电磁阀，使气动锁一直处于工作状态，可以将门锁闭在关闭位置，即使操作紧急扳手门也无法打开。

图9 隔离锁、隔离锁闭限位开关

（7）解锁电机及其限位开关

开门时，只有当解锁电机M2（图10）解锁之后，通过解锁电机限位开关（图11）B9将相应的电信号传递给DCU，才能使主电机解锁将 门打开。

图10 解锁电机 图11 解锁电机的限位开关

4 车门控制系统

4.1车门中央控制系统

车门中央控制系统主要用于完成以下工作：

控制外门的开与关

将门系统连接至控制系统 (MVB)

发车释放（远程遥控关 门）

监控门联锁装置

根据车轮防滑系统发出的 硬件驱动速度信号开展安全闭锁

激活关门声报警器

各车辆门控单元可确保关门功能的可靠性，这一点与高级门控系统无关。关门功能在激活时与高级门控系统发出的总线信号 无关，同时与硬件信号发出的‘v > 5 km/h 时车门打开’也不存在任何联系。如果 v > 5 km/h（最迟），则车门将关闭并锁定，同时不可再通过“本地开启外门”乘客按钮来开启车门，即使车门已 由司机释放。

此外，车门控制单元还具有软件锁定功能，该功能可确保只有在列车停止后外门才会打开。车门控制单元将诊断数据发送至 中央诊断系统。如果门或门控系统出现故障，则列车司机和乘务员会接收到一条误差信息。

4.2高级门控

高级门控功能由车辆控制系统执行，在执行此项功能时，车辆控制系统会开展对所有门的遥控，不会对各门实施单独控制。 所有门均通过单独得门控单元进行单独控制。车辆控制系统会接收到来自车门中央控制单元的单独信号，然后执行高级门控功能，并将相关指令返回至车门中央控制 单元。

每辆车都有一个主DCU，其余为从DCU。主DCU和从DCU及车辆控制单元之间进

行相互通信。每个车的主DCU通 过MVB线将本车门的各种信息传输给车辆控制单元，车辆控制单元不能将各种命令和信号直接送给每个DCU，而是通过主DCU传达给其他从DCU，同一辆车的DCU之间通过CAN总线连接。车辆间的通信以及DCU与BCU、CCU的通信通过与主DCU X9和X10相连的MVB总线实现。每辆车中，CAN总线的走向如图12所示：

图12 主、 从门控

器与列车的信息传递

4 结束语

2008年4月11日第1列国产350 km／h动车组在唐山轨道客车有限责任公司正式下线后，在京津城际铁路完成了线路试验，并在6月24日创 造394.3 km／h的 中国铁路第一速。CRH3高速动车组继首发京津、领跑武广、沪宁线后, 进一步提升了我国轨道装备制造业的国际影响力。

本文通过车门结构、及关键 部件的分析研究，希望为国内高速动车组的车门设计制造技术的消化、吸收、再创新起到一定的借鉴作用，同时为国内高速动车组的可靠性运行提供理论依据。