高速动车组电动内端拉门防挤压力设计方法

车辆工程技术
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车辆技术
1　概述
高速动车组通常于车辆端部设置电动内端拉门，电动内端拉门是联通列车端部与客室乘坐区域的重要设施，同时也是旅客和司乘人员使用频次较高车辆设备，故防挤压力作为影响电动内端拉门安全性指标的重要因素，掌握其参数设计对提升门系统安全性指标尤为重要。

2　防挤压力简述
目前高速列车内端拉门常采用红外感应式电动拉门型式，为防止关门过程中门扇误碰伤，门系统设有障碍检测及延时自动关门功能。

当门扇在关门过程中碰到障碍物(夹持人员)时，会产生一个动态反作用力，当此作用力达到一定限值并反馈门控器后，将驱动电机带动门扇反方向运动，以减少对人员身体伤害。

此动态反作用力可分为F p 峰值力、F e 有效力。

为衡量关门过程中挤压力大小，定义一定时间内产生的F e 有效力即等效于防挤压力。

F p 峰值力、F e 有效力定义及F e 有效力与时间T 函数曲线如下：
（1）峰值力F p ：最大关门力，即将门能拉开最大力值； （2）有效力F e ：相对于脉冲持续时间的关门力的平均值； （3）F e 有效力计算公式：。

图1
3　防挤压力设计原则
3.1　顶层指标
根据动车组项目标书需求、规划书要求及相关标准要求，并结合内端拉门便捷性、安全性性能需求特点，确定顶层参数如下： （1）开门时间：(2.5～3.5)s；
（2）关门时间：(3.5～4.5)s；开门延时时间：(4±1)s； （3）障碍检测过程中防挤压力≤100N（有效值）; （4）手动开门力不大于60N。

3.2　实用性指标
当旅客选乘动车组出行时，希望内端拉门能人性化判断旅客通过需求自动开门，并尽量减少误动作。

极端情况出现误动作夹住人时，能尽量降低疼痛感，故从旅客体验感和实用性出发，防挤压力值应在满足门系统正常功能情况下，尽可能降低力值。

4　防挤压力设定分析及验证
4.1　防挤压力设定分析
在满足关门时间前提下，内端拉门电控系统速度和电流控制采用双环PI(比列积分)控制，实现梯形曲线控制，即关门过程可分为加速阶段-高速运行阶段-减速缓冲阶段-低速阶段，以保证门系统运
行平缓顺畅。

运行曲线如下：
图2
基于动车组车辆设置及电动内端拉门自身性能特点，障碍检测过程中防挤压力需要克服门系统机械阻力F1、空调风压作用门扇上产生的摩擦阻力F2、车辆过弯道离心力F3等，计算过程如下： （1）机械阻力：F1取最大手动开门力值； （2）摩擦阻力：F2=μN，
μ：门系统底部两运动部件间摩擦系数；
N：风压产生的正压力；N=P×S；P：内端拉门处空调风压； S：门板面积;
（3）弯道离心力：F3=mv2/R；
m：门板质量；V：列车过弯道速度，R：弯道半径：约7000m。

可得防挤压力取值范围为：F=F1+F2+F3。

4.2　防挤压力验证
参照疼痛感数字分级法（NRS），采用主观评价法。

保证足够取样基数，随机选取不同性别、不同年龄阶段，模拟内端拉门夹人工况进行地面测试。

由测试者对测试结果进行评价，以验证防挤压力值设置合理性和适应性。

5　结束语
模拟实车运用工况，结合内端拉门运动曲线特性，在满足既有顶层指标情况下，通过理论计算、防挤压力设定进行分析，得出内端拉门防挤压力计算方法。

为提升内端拉门系统安全性指标提供了重要参考手段。

参考文献：
[1]EN 14752 轨道列车相关产品.列车入口系统.
[2]郭礼建.高速动车组电动内端拉门关键部件寿命研究[J].科技创新与应用,2018.
[3]王亚东.城规塞拉门关门障碍检测仿真研究[J].新型工业化,2017.作者简介：窦同强（1979-）,男,山东鄄城人,本科,工程师,研究方向：车辆工程。

高速动车组电动内端拉门防挤压力设计方法
窦同强,张成龙,张苗苗,高冠坤,郭礼建
（中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东 青岛 266111）
摘　要：内端拉门作为连通列车端部与客室乘坐区域的重要设施，同时也是旅客和司乘人员使用频次较高车辆设备。

其中防挤压力是影响高速铁路动车组电动内端拉门安全性指标的重要因素之一，是提升内端拉门安全性设计的重要手段。

关键词：高速铁路；内端拉门；防挤压力。