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浅析动车组车辆内端门结构及安装王涛

发表时间：2021/6/15 来源：《基层建设》2021年第6期作者：王涛刘尧董慧

[导读] 摘要：随着铁路车辆的快速发展，中国的铁路乘用车发生了重大变化，众所周知，新一代复兴型动车组列车已经以425 km/h的速度在隧道和交汇中完成了测试。

        中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266000
        摘要：随着铁路车辆的快速发展，中国的铁路乘用车发生了重大变化，众所周知，新一代复兴型动车组列车已经以425 km/h的速度在隧道和交汇中完成了测试。并且在486.1公里的测试速度下，与时间的竞赛，这就是中国的速度。为了适应高速动车组列车的高速运行，确保中国制造的核心，车内安全舒适的行驶环境，研发了新一代动车组车内端门。
        关键词：动车组；内端门；原理分析；机械结构
        引言
        高速动车组列车是由动车组组成的高速旅客列车，动车组可以由动力车和一两节挂车组成。动车组的动力装置安装在车底板下方。主体为轻合金结构，其特点是分布式动力，轻轴负载，快速启动/制动，前后脉冲低，平均速度高，节能，灵活的操作和管理。根据动力来源，可以分为内燃机动车组，电动车组和气轮动车组，由于动车组的高功率，高效率，低运行和管理成本，因此被最广泛地使用。
        1.动车组的内端门结构设计研究
        为了方便现有车辆的安装、调试、维护和维修，电动内端门主要采用模块化设计，包括负载驱动模块，门扇模块和导向模块。每个模块都可以单独拆卸和维修，如果门扇玻璃损坏，则更换仅需15分钟。其中，门扇的玻璃作为弹性部件嵌入铝型材中，上部连接的承载驱动模块，以及下部连接导向模块均由非金属制成。美观大方，且减少了火车的撞击和震动，提高了门系统的性能，提高了车辆的整体透明度，并使颜色与高速动车组的内部相匹配，增加乘客的舒适度。
        2.内端门的结构
        内端门系统包括关键组件，例如门楣机构，门扇和地板导轨。门机构包括带有主电源开关的电气控制系统。
        2.1门楣的基本结构
        门框型材为L形轮廓，门框用作门楣型材，关闭弹簧和其他组件的固定点。列车门框和接地点的两个安装点均位于L形轮廓的顶部。门轮廓包括两个带有半圆形凹口和T形凹口的铝质轮廓。滑架滚轮上有两个半圆形槽口，T型槽用于安装零件。机构的三个安装点穿过支架和型材，而通过型材的第三个安装位于机构的中间。使用标准的M8螺钉和垫圈将型材固定到L型材。L型轮廓上有两个带有列车门框的安装点。
        电机组件是微型24V DC组件，包括DC电机，齿轮和安装支架。该电动机是有刷型直流电动机，额定功率为每分钟50W/3300转。该齿轮为蜗轮结构，并配有坚固的轴承以支撑门结构。齿轮传动比为1：10，可以提供330rpm的额定功率。驱动皮带轮安装在齿轮的输出轴上。该组件通过铸铝支架固定在机构的顶部。
        齿轮传动皮带机构包括两个齿轮皮带轮，齿轮传动皮带和驱动皮带紧固件。皮带轮由铝制成，带有两个钢制侧板。驱动皮带轮的齿也用于通过脉冲传感器计算门的移动速度。传动带由含有钢丝的聚氨酯材料制成，表面覆盖有尼龙材料，因此噪音较小。传动皮带通过传动皮带紧固件固定在支架上。可以通过使用调节螺钉移动电机或将皮带轮移动到相反侧来调整驱动皮带的张力。
        带磁铁的开门限位器包括永磁体，橡胶垫和带电子计数器功能的组件支架。可以沿着门楣轮廓调整止动器的位置。
        数字控制单元（DCU）是基于微处理器的可编程直流电动机驱动器，用于控制包含电压转换器的门系统的操作。通过将个人计算机通过RS232端口连接到数字控制单元，来测试和调整门系统的操作。
        集成在数字控制单元中的电压转换器是一个DC/DC转换器，用于将标称110/72/24V DC电压转换为稳定的24V DC电压。更改输入时，稳定的24V DC电压可确保系统（电机）的稳定性能，数字控制单元容纳在钣金外壳中。数字控制单元的类型和顺序已根据技术规范进行了测试。
        脉冲传感器安装在电动机支架上，以计算驱动轮上的齿数。控制程序从该传感器获取有关门扇速度的信息，该传感器是电感传感器。
        原始位置传感器在门楣轮廓中，只要滑架的末端移动到原始位置传感器下方，传感器就会被激活。控制程序从该传感器获取有关门扇关闭位置的信息。

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        电缆包含整个电气系统所需的所有电线和连接器，每个组件都有其自己的连接器，可轻松更换组件。
        电源开关用于打开数字控制单元的电源以启动门系统。由RIC-方形键驱动的开门锁定机构用于将门锁定在打开位置。当钥匙顺时针旋转90度时，圆柱螺栓将推动固定在带齿传动带上的前部，如果门未完全打开，则禁止上锁。当门锁在打开位置时，门开锁指示传感器会向数字控制单元发出信号。侧壁玻璃支架用于支撑侧壁玻璃。故障指示继电器用于发送故障“开/关”信号，该信号被发送到列车信号系统。
        2.2锁定机构结构
        通过使用RIC方形钥匙转动锁定插槽，打开位置锁定，可以通过门机构附近的顶盖访问该插槽。当钥匙顺时针旋转90度时，圆柱形螺栓推动固定齿轮传动皮带的前部。当门锁上时，感应式传感器向数字控制系统发送信号，并且门功能暂停，只有在完全打开的位置才可以锁定。锁芯组件上的螺栓会干扰支架的位置，从而阻止门锁定在中间位置。解锁后将恢复门功能，锁的位置可以沿着型材插槽调整。如果门的行程范围发生变化，则可能需要调整锁的位置。
        3.优化内端门控制策略
        直流电动机运动的三个阶段具有启动快速，运动平稳均匀，停止迅速的特点，这是高速汽车内门自动控制系统的要求，以实现平稳平稳的过渡。但是，由于运行环境和动车组的速度，内端门必须面对弓形波动，车辆振动，外部冲击和其他因素的干扰。为了减少上述因素的干扰，采用反馈控制的方法来保证闭环室内端门的稳定性。为了确保内端门的自动控制系统具有快速响应，广泛的速度调节和超调降低的功能，本设计使用模糊-PID混合控制策略来调节和优化操作控制内端门。
        速度和电流的闭环控制的宏观速度调节控制主要是通过两个单独的直流电动机的速度和电流调节器来实现的，采用Fuzzy-PID混合控制算法来控制速度调节。模糊-PID控制算法主要用于控制协调，当电动机速度的设定值与实际值之间的偏差超过设定阈值时，可以使用模糊控制算法有效地提高直流电动机的响应速度。如果偏差小于设定的阈值，则可以使用PID控制算法来有效减少电动机的稳态运行误差。
        根据模糊-PID混合控制算法的示意图，可以看出，在双闭环控制系统中，速度和电流是串联控制的。换句话说，速度链接的输出可以根据速度和当前链接的偏差来调整DC。通过电机的中心电流以及电流回路使用PID控制算法。当实际速度低于设定值时，电流调节器可以增加输入并增加给定电流值以增加电动机转速。当实际速度高于设定值时，电流调节器可以减小输入，减小给定电流值，并且电流调节器的作用可以减小电磁转矩并降低电动机转速。
        由于动车组的内端门自动控制系统面临各种复杂的环境，因此有许多因素会影响内端门的稳定性。单纯的PID控制很难满足动车组的实际要求。模糊控制可以满足快速响应，并且对电机系统参数的敏感性良好，但是模糊控制具有非线性特性，并且无法消除系统偏差。因此，模糊-PID混合控制方法结合了模糊控制和PID控制的优点，并且相辅相成，有效地满足了动车组端门运动的实际需求，并能抵抗工作环境中的干扰。
        内端门的操作是由直流电动机控制的，因此直流电动机的最佳控制是内端门控制的关键任务。直流电动机的干扰和模糊-PID混合控制方案可确保内门的平稳运行。
        结语
        由于高铁与人们的生活密不可分，因此制造商应加强调试技术，以使制作的动车组表现更好，从而使所有产品都能真正为用户服务，并将其视为使乘客感到愉悦的艺术品。每个行程都是一次难忘的旅程。努力发展科学技术，提升产品技术水平是未来发展的必然趋势。
        参考文献：
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