一種新型客車(chē)氣動(dòng)乘客門(mén)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭甲朋（江西凱馬百路佳客車(chē)有限公司，南昌　330000）

一種新型客車(chē)氣動(dòng)乘客門(mén)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭甲朋
（江西凱馬百路佳客車(chē)有限公司，南昌330000）

雙鉸鏈?zhǔn)叫D(zhuǎn)乘客門(mén)是國(guó)外尤其是北美地區(qū)客車(chē)常見(jiàn)的乘客門(mén)類型。為此，本文設(shè)計(jì)了一款內(nèi)藏式雙氣缸雙鉸鏈旋轉(zhuǎn)式客車(chē)乘客門(mén)，分析其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)原理及門(mén)的密封方式，并進(jìn)行理論計(jì)算。

內(nèi)藏式；雙氣缸雙鉸鏈?zhǔn)?；客?chē)乘客門(mén)；運(yùn)動(dòng)原理

安全、智能、美觀是現(xiàn)代客車(chē)的發(fā)展方向。乘客門(mén)是客車(chē)的重要組成部分，是供乘客上下車(chē)的通道。良好的結(jié)構(gòu)和智能化設(shè)計(jì)，能給客車(chē)增添美感、舒適，同時(shí)使客車(chē)更安全可靠、燃油更經(jīng)濟(jì)。

目前，國(guó)內(nèi)客車(chē)乘客門(mén)采用最多的是折疊式和外擺式。折疊式乘客門(mén)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、制作工藝性好，但由于車(chē)門(mén)平直，與車(chē)身外形不一致，車(chē)門(mén)處車(chē)身內(nèi)凹，密封效果差，同時(shí)使客車(chē)在行駛過(guò)程中產(chǎn)生風(fēng)流噪聲，還加大了空氣阻力和功率消耗。外擺式乘客門(mén)因外形曲線與車(chē)身外形完全吻合，使客車(chē)外形美觀大方，空氣動(dòng)力性好，但是機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，開(kāi)啟過(guò)程中外擺幅度較大，關(guān)閉時(shí)轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)侵占較大引道空間，占據(jù)導(dǎo)游椅布置空間，易造成與導(dǎo)游身體的碰撞。因此本文特設(shè)計(jì)了一種新型氣動(dòng)乘客門(mén)，彌補(bǔ)了以上乘客門(mén)的缺點(diǎn)，這就是內(nèi)藏雙氣缸雙鉸鏈?zhǔn)娇蛙?chē)乘客門(mén)［1-5］。

1　內(nèi)藏雙氣缸雙鉸鏈?zhǔn)匠丝烷T(mén)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

內(nèi)藏雙氣缸雙鉸鏈?zhǔn)娇蛙?chē)乘客門(mén)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單［6-7］，如圖1所示。它主要由門(mén)體、主氣缸、輔助氣缸、主鉸鏈、隨動(dòng)鉸鏈、鎖止氣缸、鎖止銷、門(mén)鎖（未畫(huà)出）等結(jié)構(gòu)組成，雙氣缸即指主氣缸和輔助氣缸。

圖1　內(nèi)藏雙氣缸雙鉸鏈?zhǔn)娇蛙?chē)乘客門(mén)結(jié)構(gòu)

門(mén)體通過(guò)螺栓與主鉸鏈和隨動(dòng)鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)部分連接。主鉸鏈和隨動(dòng)鉸鏈的固定部分焊接固定在A柱，保證同軸性，主鉸鏈和隨動(dòng)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)部分通過(guò)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)銷分別與主鉸鏈和隨動(dòng)鉸鏈的固定部分連接。主氣缸、輔助氣缸的端座固定在相應(yīng)底座上，兩氣缸桿均通過(guò)銷軸與主鉸鏈連接。鎖止氣缸固定于門(mén)體的左上角處，鎖止銷通過(guò)外螺紋旋入鎖止氣缸的氣缸桿內(nèi)部。在主氣缸、輔助氣缸、鎖止氣缸的配合下完成乘客門(mén)靈活開(kāi)啟、關(guān)閉和鎖止。該新型氣動(dòng)乘客門(mén)具有以下特點(diǎn)：

1）雙氣缸內(nèi)置于儀表臺(tái)內(nèi)，總體外形緊湊美觀，基本不破壞原有儀表臺(tái)的完整性，不占用引道空間，不影響導(dǎo)游椅布置空間，使導(dǎo)游空間感更舒適，更無(wú)潛在碰撞危險(xiǎn)。

2）雙氣缸式呈夾角進(jìn)行布置，保證了足夠的壓緊力，實(shí)現(xiàn)了良好的密封；同時(shí)避開(kāi)了單一氣缸的死點(diǎn)位置，保證了門(mén)的開(kāi)度。

3）雙鉸鏈上下布置，保證了門(mén)系統(tǒng)的剛度，使門(mén)體受力更均勻，門(mén)體不易變形，不晃動(dòng)。

4）采用內(nèi)密封方式，通過(guò)在門(mén)框上焊接止口，在止口上裝配密封膠條來(lái)實(shí)現(xiàn)門(mén)體與門(mén)框之間的密封。這種結(jié)構(gòu)的制作工藝簡(jiǎn)單、成本低、密封效果好，裝配后門(mén)體與門(mén)框之間僅留下一條狹小的縫隙，車(chē)門(mén)與車(chē)身曲線完全吻合，表面渾然一體。

5）乘客門(mén)插銷采用自動(dòng)回位式氣動(dòng)機(jī)構(gòu)，與氣動(dòng)乘客門(mén)協(xié)同工作，使得門(mén)的開(kāi)閉實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化鎖止。

2　內(nèi)藏雙氣缸雙鉸鏈?zhǔn)匠丝烷T(mén)的運(yùn)動(dòng)原理及理論計(jì)算

2.1運(yùn)動(dòng)原理

主氣缸和輔助氣缸布置時(shí)成一定的夾角α，如圖2所示。設(shè)門(mén)關(guān)緊時(shí)為初始狀態(tài)，主氣缸和輔助氣缸都是充滿氣的加載狀態(tài)；設(shè)氣缸推進(jìn)力為正，返回力為負(fù)。

圖2　門(mén)關(guān)緊時(shí)初始狀態(tài)

圖3　開(kāi)門(mén)主輔氣缸切換狀態(tài)

圖4　關(guān)門(mén)主輔氣缸切換狀態(tài)

1）開(kāi)門(mén)。門(mén)控制模塊得到開(kāi)門(mén)信號(hào)后，鎖止氣缸卸載，鎖止銷脫離門(mén)鎖銷套，解除門(mén)體鎖止?fàn)顟B(tài)；輔助氣缸卸載，主氣缸換向，力的方向變?yōu)樨?fù)，拉動(dòng)鉸鏈打開(kāi)門(mén)；當(dāng)主氣缸與鉸鏈的鉸接點(diǎn)O與門(mén)的鉸接點(diǎn)C的連線與主氣缸的力的方向在同一直線上時(shí)，即AOC三點(diǎn)共線，如圖3所示，主氣缸卸載，同時(shí)輔助氣缸加載，力的方向?yàn)檎?，直至把門(mén)完全打開(kāi)，完成開(kāi)門(mén)動(dòng)作。為了使開(kāi)門(mén)過(guò)程連續(xù)，輔助氣缸的充氣應(yīng)有一定的提前量。

2）關(guān)門(mén)。門(mén)控制模塊得到關(guān)門(mén)信號(hào)后，輔助氣缸換向，拉動(dòng)門(mén)關(guān)閉；當(dāng)輔助氣缸與鉸鏈的鉸接點(diǎn)O與門(mén)的鉸接點(diǎn)C的連線與輔助氣缸的力的方向在同一直線上時(shí)，即BOC三點(diǎn)共線，如圖4所示，輔助氣缸卸載，主氣缸充氣，力的方向?yàn)檎?，推?dòng)門(mén)關(guān)閉到位。同樣，為了使關(guān)門(mén)動(dòng)作連續(xù)，主氣缸充氣應(yīng)有一定的提前量。門(mén)關(guān)閉到位后，輔助氣缸也加載，力的方向?yàn)檎?，將門(mén)密封膠條壓緊，實(shí)現(xiàn)密封；此時(shí)鎖止氣缸加載，推動(dòng)鎖止銷插入固定在門(mén)框上的門(mén)鎖銷套內(nèi)，回到原始狀態(tài)，至此完成了一個(gè)開(kāi)關(guān)門(mén)的動(dòng)作。

該乘客門(mén)裝置系統(tǒng)符合GB 7258［8］規(guī)定，客車(chē)靜止或發(fā)生故障時(shí)，在車(chē)內(nèi)或車(chē)外啟動(dòng)緊急裝置后，便可手動(dòng)開(kāi)啟乘客門(mén)。手動(dòng)打開(kāi)車(chē)內(nèi)部或外部泄氣閥，鎖止氣缸卸載，靠氣缸內(nèi)部機(jī)械彈簧自動(dòng)回位，促使鎖止銷脫離門(mén)鎖銷套，解除門(mén)體鎖止，主氣缸、輔助氣缸卸載，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)開(kāi)啟乘客門(mén)。鎖止銷只能在門(mén)關(guān)閉后才能伸出，其它情況下（含整車(chē)系統(tǒng)無(wú)氣）均處于縮回狀態(tài)。

該乘客門(mén)裝置系統(tǒng)符合GB l3094［9］規(guī)定，乘客門(mén)啟閉緩速啟閉，保證乘客不被傷害或夾住，其夾緊力不應(yīng)大于150 N。

2.2理論計(jì)算

該乘客門(mén)裝置系統(tǒng)在開(kāi)門(mén)時(shí)，理論上只需克服鉸鏈摩擦力、空氣阻力等，類似這種阻力在此情況下均可忽略不計(jì)，故主、輔氣缸的拉力足以打開(kāi)門(mén)，就不再做計(jì)算。

該乘客門(mén)裝置系統(tǒng)在關(guān)門(mén)時(shí)，門(mén)氣缸作用力的力矩須不小于膠條［10］壓縮量到達(dá)密封要求時(shí)的反作用力矩。該乘客門(mén)裝置系統(tǒng)所選密封膠條如圖5和圖6所示。密封膠條1裝于該門(mén)左右側(cè)和頂端，與門(mén)框止口形成密封；密封膠條2裝于該門(mén)底端，與首級(jí)踏步形成密封。經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)果，0.2 m長(zhǎng)密封膠條1，當(dāng)膠條氣泡均勻壓縮8 mm時(shí)，壓緊力為34.3 N；0.2 m長(zhǎng)密封膠條2，當(dāng)膠條氣泡均勻壓縮10 mm時(shí)，壓緊力為39.2 N。

圖5　密封膠條1　

圖6　密封膠條2

如圖7所示，在三維模型中分析出膠條力的作用點(diǎn)分別為O1、O2，膠條長(zhǎng)度：l1=5.515 m，l2=0.8 m；膠條力臂：L膠條1=0.499 7 m，L膠條2=0.495 2 m?，F(xiàn)計(jì)算膠條的反作用力矩：

M膠條1=F膠條1×L膠條1=945.82×0.499 7=472.63 N·m

同理計(jì)算得：M膠條2=77.65 N·m

即：M膠條=M膠條1+M膠條2=472.63+77.65=550.28 N·m

圖7　乘客門(mén)受力結(jié)構(gòu)分析圖

前面已介紹該乘客門(mén)裝置系統(tǒng)在門(mén)關(guān)閉時(shí)，主、輔氣缸同時(shí)加載，故氣缸作用力的力矩為兩氣缸力矩之和。由氣缸廠家所提供兩氣缸在6 bar時(shí)，理論推進(jìn)力分別為F主=4 712 N、F輔=1 870 N，圖中得出兩氣缸力臂為L(zhǎng)主=0.087 m，L輔=0.078 m。即計(jì)算氣缸作用力的力矩：

3　結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)客車(chē)行業(yè)迅速發(fā)展，中、高檔客車(chē)的開(kāi)發(fā)成為各客車(chē)生產(chǎn)廠家的熱點(diǎn)。為了不斷提高客車(chē)的豪華程度，乘客門(mén)的設(shè)計(jì)成為眾多客車(chē)生產(chǎn)廠家關(guān)注的重點(diǎn)。內(nèi)藏雙氣缸雙鉸鏈?zhǔn)娇蛙?chē)乘客門(mén)除因增加了輔助氣缸其成本約高25%外，具有占用車(chē)內(nèi)空間少，安全可靠性高，車(chē)輛行駛空氣阻力小等優(yōu)點(diǎn)，直接彌補(bǔ)了折疊式和外擺式乘客門(mén)不足之處。推動(dòng)了客車(chē)的發(fā)展，符合現(xiàn)代新型客車(chē)的要求。

［1］全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).客車(chē)乘客門(mén)門(mén)泵：QC/T 678-2001［S］.2001：12.

［2］中國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì).轎車(chē)側(cè)門(mén)強(qiáng)度：GB 15743-1995［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995：11.

［3］全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).汽車(chē)門(mén)鎖和車(chē)門(mén)保持件：QC/T 323-2007［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007：11

［4］全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).汽車(chē)電動(dòng)門(mén)鎖裝置：QC/T 627-2013［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013：10.

［5］劉開(kāi)春.客車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：10.

［6］黃天澤，黃金陵.汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

［7］周芳?jí)?，周崇?guó)，常劍.客車(chē)車(chē)身覆蓋件的設(shè)計(jì)與研究［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

［8］公安部道路交通管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件：GB7258-2012［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012：5.

［9］全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).客車(chē)結(jié)構(gòu)安全要求：GB 13094-2007［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007：7.

［10］全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).汽車(chē)用橡膠密封條：Q/T 639-2004［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004：10.

修改稿日期：2016-03-24

Design of a New Type of Pneumatic Passenger Door System for Coaches

GuoJiapeng
（Jiangxi Bonluck Business Bus Co.，Ltd，Nanchang330000，China）

The double-hinge rotarypassenger door is widelyused for a coach in foreign countries especiallyin north American countries.So，the author designs a hidden double hinged rotary passenger door，analyzes its drive systems structure，movingprinciple and the door's sealingway.The theoretical calculation is alsomade.

hidden；double hinged rotary；passenger door for coaches；movingprinciple

U463.83+4

B

1006-3331（2016）04-0039-03

郭甲朋（1989-），男，助理工程師；主要從事客車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)工作。