轨道交通论文教授推荐10篇之第四篇：地铁站台门电磁锁系统的优化探讨
摘要：本文针对地铁站台门电磁锁系统的不锁闭故障和不解锁故障问题，提出针对电磁锁优化改进设计原理和方法。首先通过传动机构零部件的设计参数和运动轨迹经过优化，其次将电磁锁锁闭与解锁位置检测元件改进为滚轮行程开关；最终通过优化锁机构减小传动机构零部件质量来减小摩擦阻力，设计组合活塞式衔铁降低衔铁径向载荷减小磨损；改进后的电磁锁系统通过了100万次无故障运行试验，为轨道交通站台门的电磁锁系统提供理论参考和设计依据。
关键词：站台门； 电磁锁系统； 优化设计； 试验测试
轨道交通站台门电磁锁发生故障时，会发生站台门开门故障、关门故障、安全回路故障、手动开关门装置无法解锁、锁机构无法锁闭等故障，导致站台门滑动门无法电动开关，影响乘客正常乘降地铁列车，影响列车运行。
轨道交通门控器DCU在接到开门命令后，给电磁锁的电磁铁线圈送电，电磁铁衔铁动作，衔铁带动解锁机构动作，触发解锁行程开关。行程开关将解锁信息送到DCU,对于电磁铁通电保持解锁状态的电磁锁，DCU得到解锁行程开关信息后，DCU将电磁锁线圈的高电压（DC110V）切换为低电压（DC24V），因为电磁铁衔铁的保持电流小于衔铁动作电流，在滑动门开关过程中一直保持电磁铁线圈的低电压供电，当滑动门关闭后，电动机的霍尔传感器或关门到位行程开关将滑动门已关闭信息送到DCU,DCU切断电磁铁线圈的低电压（DC24V）供电。对于机械保持解锁状态电磁锁，DCU得到解锁行程开关信息后，DCU控制电动机旋转，滑动门开门，当滑动门开门过程中，滑动门锁销拉动电磁锁的翅型片，解锁状态保持机构动作，DCU切断电磁铁线圈的供电，电磁锁位于解锁保持状态。
1 电磁锁工作原理
电磁锁由锁机构、电磁铁、行程开关组成，锁机构有锁销直线往复运动完成锁闭与解锁动作。
1.1 通用工作原理
锁机构与电磁铁的衔铁联动，锁机构的锁销或锁闭槽轮机构可以触发行程开关的滚轮动作，行程开关用于检测锁机构的锁闭与解锁位置。电动开关门时电磁锁的工作原理：门控器DCU接收到开门命令，经逻辑单元处理后，驱动电磁锁的电磁铁衔铁动作，衔铁带动锁销动作，锁销的遮光板触发光电开关，光电开关向DCU发送解锁位置返信，锁销脱离锁闭区域后，滑动门不在受电磁锁的约束，滑动门在电动机驱动下完成开门动作；门控器DCU接收到关门命令，DCU驱动电动机旋转，皮带动作，皮带牵引滑动门完成关门动作，滑动门运动到门关闭位置，关门到位行程开关触发并向DCU发出门关门到位返信，DCU控制电磁锁的电磁铁线圈断电，衔铁复位，衔铁驱动锁销完成锁闭动作。
1.2 优化工作原理
将电磁铁衔铁轴心由水平放置改进为垂直放置，锁销仍然为水平放置，衔铁的垂直运动通过传动机构推动锁销水平运动，传动机构零部件的尺寸参数和运动轨迹经过优化处理。电磁锁锁闭时，电磁铁总成的复位弹簧将衔铁、连杆压缩到下极限位置，弹簧的复位力通过衔铁侧摇臂、连接板、锁销侧摇臂作用到锁销上面，锁销受到向左的力，将锁销保持在锁闭极限位置。电磁锁解锁状态时，电磁铁线圈通电，衔铁受到向上的吸力，衔铁压缩复位弹簧，吸力将衔铁、连杆保持在上极限位置，吸力通过衔铁连杆、衔铁侧摇臂、连接板、锁销侧摇臂作用到锁销上面，锁销受到向右的力，将锁销保持在解锁极限位置。当电磁铁线圈断电后，复位弹簧将锁销移动到锁闭极限位置。锁销上面设置锁销撞铁，锁销撞铁有一个通孔，锁销穿过通孔，锁销凹槽内的销轴同时穿过锁销撞铁的轴孔，销轴将撞铁固定在锁销上面。撞铁的两侧分别布置两个行程开关，每侧的两个行程开关的滚轮，一个在左，另外一个在右，这样当锁销和撞铁位于锁闭状态时，有两个行程开关检测锁闭状态，当锁销和撞铁位于解锁状态时，其余两个行程开关检测解锁状态。每侧的锁闭行程开关和解锁行程开关上下叠压放置，固定螺钉安装孔对齐，安装在行程开关支架的长方形通孔内，使用行程开关固定钢丝穿过行程开关的两个安装孔和行程开关支架的两个孔，该结构组装操作工艺简便，行程开关固定牢固、可靠，省去了行程开关调整步骤。如图1所示。
图1:通用和优化后的工作原理
图2:传统和优化后衔铁所受径向力曲线
2 优化过程
电磁铁衔铁的运动方向与锁销运动方向垂直，需要通过相应的机构将衔铁的垂直作用力传递给锁销，主要是通过两个摇臂和一个连接板来实现。
电磁锁电动解锁时，首先电磁铁线圈通电，衔铁动作，压缩电磁铁复位弹簧，衔铁侧摇臂逆时针旋转，通过连接板拉动锁销侧摇臂顺时针旋转，锁销向右侧移动；当电磁铁线圈断电后，衔铁在弹簧作用下复位，衔铁侧摇臂顺时针旋转，连接板和锁销侧摇臂动作后带动锁销向左移动；滑动门手动解锁时，手动解锁装置推动锁销向右移动，锁销侧摇臂顺时针旋转，连接板推动衔铁侧摇臂逆时针旋转，衔铁上移并压缩弹簧，当滑动门打开后，手动解锁装置复位，在弹簧作用下，衔铁下移，锁销向左移动至锁闭位置。
在电磁锁系统优化后不在进行设计电磁铁，而是选择具有良好地铁站台门电磁锁使用业绩且销售量比较大的知名品牌的电磁铁，考虑到电磁锁机构传动特点与电磁铁的磨损，对于电磁铁衔铁的结构特点提出了特殊要求，即电磁铁的衔铁为活塞式组合衔铁，尽量减小衔铁的径向载荷，降低磨损。如图2所示。
3 试验验证
在设计和样机制作完成后，对电磁铁的框架铜套为整体式，衔铁采用活塞式衔铁，使用电磁锁系统试验台随机抽取三个样品进行了测试，样品运行10万次至24万次之间，电磁锁锁机构未见明显磨损，电磁铁框架铜套内壁和衔铁外表面有均匀磨损痕迹，更换电磁铁后，电磁锁运行正常。次选取三个样品试验，寿命均大于100万次。
4 结论
本文通过对传统轨道交通电磁锁系统进行了优化设计，在样机制作基础上进行了百万次试验，试验结果表明：
（1）电磁铁衔铁10.4mm行程处吸力为9.6N,电磁铁线圈电阻有200增加400,额定电流由0.55A减小到0.275A,在满足电磁锁解锁功能的前提下，电磁铁的功率减少一倍，电磁锁系统的能耗、发热和噪音随之降低；
（2）改进的电磁锁光电开关优化为滚轮行程开关可以直接进入安全回路，简化了安全回路；
（3）电磁锁已经在地铁车站安装运行，该电磁锁的应用可以有效降低站台门的故障率。