轨道交通“第一门”如何筑成

2019-06-21 17:47:20 来源：科技日报

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，迫切需要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，南京康尼机电股份有限公司（以下简称康尼公司）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”，“康尼门”在轨道车门全球市场占有率已达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。

列车门又被称为塞拉门，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，即使乘客比较拥挤时仍能保证障碍检测常态化。但塞拉门不一样，当车厢内乘客拥挤时，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，会使自动门检测系统的障碍检测起作用，使关门动作不能及时实现。

为此康尼公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，大大减少车辆中拥挤乘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。

轨道交通门系统涉及技术较多，除了塞拉门难题，康尼门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康尼在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，康尼机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多万套康尼地铁车门安装在北京、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统的自主国产化。

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、高寒和强风沙、高强度电磁干扰，“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，高速车门系统的四大难点被一一破解。

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。对此他们发明了具有新型运动机构和密封技术的车门，利用车体约束平衡气动载荷，实现车门复合运动，既防止了车门外脱、又强化了车门的安全性和气密性。这一车门的隔音性高，车内噪音更低，压力波动对耳膜的影响更小，乘坐舒适性显著提高。

而到冬季，北方-40℃的高寒和西部地区的强风沙，可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，发明了具有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、强风沙导致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干扰，它会造成车门通信可靠性降低，导致异常开门。针对高强度电磁干扰问题，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。门控器获国际最高安全等级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康尼产品，高铁‘和谐号’上的车门也逐步被我们的产品广泛替代。”史翔表示。

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