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浅论地铁屏蔽门样机的性能测试

  屏蔽门(PSD)于20世纪80年代才出现,具有节能、安全功能,是一种先进的地铁环境控制模式.2003年10月广州地铁二号线成功运行了中国大陆第一个屏蔽门环控模式,经过近一年的运行,效果良好.上海、深圳、重庆等地铁公司也将相继采用.文献对屏蔽门环境控制模式进行了计算机模拟计算,文献分别提出了屏蔽门控制系统、供电系统、机械构件国产化的设计方案.目前关于屏蔽门样机测试的文章很少见.本文作者根据多年相关的研究成果、工程经验和有关文献,确定了地铁屏蔽门样机的测试内容和标准,该方案可全面检验屏蔽门的运动性能和电磁相容性是否满足地铁环境的特殊要求,已在地铁屏蔽门样机检测中得到了实际应用.
  1样机模型
  样机所使用的材料、工艺、设备、器件与将要批量生产所使用的完全一致,以检验样机的操作、控制、监视、报警和各种安全保护功能是否达到技术规格要求.屏蔽门性能测试的样机模型应包括以下几方面内容:(1)完整的驱动装置和门机控制器(DCU)、主控机(PSC)、屏蔽门操作指示盘(PSA)、站台端头控制盒(PSL)、模拟信号装置、模拟机电设备监控系统(EMCS)装置、与PSC互连的所有硬线和网络线;(2)一套完整的屏蔽门单元,包括活动门、应急门、固定门、顶盒、梁、柱、踏步板、支承座、预埋件、固定件、顶部绝缘与底部绝缘;(3)活动门、应急门的门锁、轨侧开门把手,站台侧开门钥匙等装置,顶盒上设有指示灯以及导向指示;(4)一套与EMCS接口相连的端子,并能模拟提供给EMCS屏蔽门的状态、故障信息;(5)一套询问/诊断装置.
  2运动性能测试
  门开关循环应按屏蔽门工程技术规格要求进行,在操作循环中测试门的速度、动能、开关门力等与门位置之间的关系.DCU内部贮存多条运动曲线,通过实测证实默认的运动曲线为最优,同时满足活动门的速度、动能、开关门时间等参数要求.
  (1)活动门运行动能试验屏蔽门以最大速度运行时,每扇活动门最大动能不超过10J.在最后100mm关门行程中,每扇门动能不超过1J.动能试验根据能量守恒定律,通过活动门的动能转换为弹簧的势能来测得屏蔽门的动能曲线.
  (2)活动门运行速度曲线试验检测活动门开/关门实际运行的速度曲线,以验证循环操作中其速度、动能与活动门的位置之间的关系是否符合设计要求.应在带风负荷和不带风负荷两种情况下进行测试.速度曲线的测试是通过安装在直流电机上的外置式测速编码器和与编码器相连的存储记录仪来实现的.
  (3)关门力试验检测活动门在关门加速完成时,阻止其关门的力的大小.单扇门的阻止关门力应低于150N.
  (4)手动开门力试验将电源切除,通过手动方式将门由关闭位打开到设计净开度时各个不同位置所需的力,以及通过轨道侧门把手解锁的力称为手动开门力.它是一衡量活动门、应急门运动阻力大小的指标.活动门、应急门运动阻力的值应满足:手动解锁力应不大于67N;手动将门从关闭位打开时的力应不大于150N;门推动后,将其推开到设计净开度所需的力应不大于67N.
  (5)开/关门时间试验分别用秒表测量屏蔽门的开/关门时间,与设计给定时间进行比较,其差值应不大于0.1s.
  (6)障碍物检测试验屏蔽门系统应可以探测到图1所示的门扇与平行门缘间10mm厚的短棒.探测到短棒障碍物,其运动情况相当于遇上障碍物.
  (7)重开门试验关门遇阻后自动打开,然后慢速关闭;再遇阻,再重新打开,后慢速关闭.门遇阻重开超过一定次数(该次数在0~10次之间可调,一般为3次)后,DCU向PSC发出关闭遇障碍警报,顶盒发出声光警告.
  3系统测试
  该试验是检验全部信号是否正确发送与接收,通过模拟信号系统输入/输出信号以测试门的自动操作,检验屏蔽门的操作模式是否满足规定要求.
  (1)系统功能试验测试PSC、PSL、PSA、DCU、就地控制盒5个主要控制部件的系统功能,以及他们相互配合下的工作模式是否满足设计要求,是检验控制系统控制方案的一个重要试验.屏蔽门控制系统应满足以下3种运行模式:1)正常运行模式(系统级控制);2)非正常运行模式(站台级控制);3)紧急运行模式(手动操作),详情参见文献.根据以上3种运行模式,设置了7种控制方式:1)自动控制或列车司机室控制(正常运行模式);2)站台前端头控制(PSL)(非正常和紧急运行模式);3)单樘门就地控制(维修);4)车站综合控制室控制(PSA)(紧急运行模式);5)屏蔽门设备室控制(PSC)(调试);6)活动门手动操作(非正常和紧急运行模式);7)端头门的手动操作.其中前5种为电动控制,后2种为手动控制.
  (2)模拟信号控制活动门动作试验由信号系统模拟装置发出开门/关门控制命令,检测屏蔽门系统与信号系统的接口功能.
  4加载测试
  采取联合加载形式向模型进行变形测试,加载形式能反映屏蔽门的工况,工况及载荷数值参阅文献的力学模型.在采取风压与人群负载时,应仔细检察模型以确定真正变形度,并且通过听觉测试,以确定是否有口音的发生(如鸣鸣声).假如有任何口音产生,应采取措施减少口音,并且重新设置模型.在各工况下已安装玻璃的屏蔽门系统在受力最恶劣情况下,屏蔽门各框架元件的最大弹性变形与静止状态相比不得超过10mm.保证在操作状态下,空气泄漏不产生任何明显气流或响声,听觉限度应不大于NR60(最大水平,最快反应).加载测试主要包括以下几个方面:
  (1)挠度试验测试在联合加载时样机的真正变形度.已安装玻璃的屏蔽门系统在联合加载情况下,屏蔽门各框架元件的最大弹性变形与静止状态相比不得超过10mm.风载荷用冲气气袋模拟得到.
  (2)密封试验通过密封试验对屏蔽门进行空气渗透性和风抗力测试,以保证空气渗漏在所有操作条件下不会引起明显的气流或啸声.空气泄漏量固定部分不超过2m3/(h·m)、启动部分不超过8m3/(h·m).用灯光进行目测,应无光线透过.
  5一百万次寿命试验
  样机门应不少于一百万次完整开/关循环.在测试期间,监测屏蔽门的速率轮廓值并将之与DCU内设定的值相比较,对屏蔽门组件的初始故障和磨损进行严格试验.在完成测试后,应对门机的驱动机械、道轨、齿轮等运动组件和门组件进行严格检查,对过于磨损区域进行检验,拍摄照片以记录部件状况.
  在安装现场让样机每天24h连续操作,每分钟4次开关循环.在试验过程中,非正常状态将存储于PSC中.其循环运行次数不少于一百万次.
  测试阶段为:(1)经过1万、10万、50万和100万次操作,并通过视觉与测量,对门力、手动关门力、绝缘电阻、绝缘强度和系统各种功能进行检测.(2)进行全体检查,检查各主要运行件的磨损情况,记录测量值,每个部件不得有任何有害缺陷和过度磨损.
  一百万次循环操作之后:(1)滑轮、减速齿轮、导槽、PSD导块、皮带的磨损均不得高于0.5mm;(2)与前次测试测量值相比,门速的差异不得超过10%;(3)作为整个皮带套,皮带张力不得松弛.
  6电磁兼容试验
  检验屏蔽门控制系统是否超过在工业环境下发射通用标准所规定的发射限制,其抗扰度是否满足通用标准所规定的抗扰度能力.根据国外公司屏蔽门电磁兼容方面的推荐和我国相关规定,我们选定以下值作为企业标准执行.
  7绝缘试验
  检测样机的门体顶部与底部绝缘情况,检验所有控制设备(门机控制器、主控机、站台端头控制盒、屏蔽门操作指示盘)元器件的插装、金属连接点、连接线、印制线路的布线、封装等是否充分远离周围的金属部件或紧固件.
  (1)绝缘电阻试验在一个标准大气下,检测样机的门体顶部与底部的绝缘电阻是否达到所规定的值.用万用表测量屏蔽门各部件是否可靠连接.部件可靠连接时,其电阻小于0.1Ψ的情况下,用500V兆欧表测量门体对相互短接的各底部支座和顶部转接件间的绝缘电阻,绝缘电阻应大于0.5MΨ.在相互短接的控制设备插头(座)芯子和其金属机箱之间应满足:在额定直流电压≤60V时,用250V兆欧表检测,绝缘电阻应≥5MΨ;在额定直流电压≥60V时,用500V兆欧表检测,绝缘电阻应≥5MΨ.
  (2)绝缘强度试验在一个标准大气压下,检测样机的门体顶部与底部的绝缘强度是否达到规定值.门体绝缘强度检测:在绝缘电阻通过试验后,用工频耐压试验台在屏蔽门门体和相互短接的各底部支座和顶部转接件间施加1500V(有效值)电压1min.应无破坏性放电或闪电.在绝缘强度试验通过后,重做绝缘电阻试验,应仍能满足要求.控制设备绝缘强度检测:在绝缘电阻通过试验后,根据各设备的额定工作电压,通过工频耐压试验台,在相互短接的插头(座)芯子和装置的金属机箱之间施加相应的试验电压应满足:若额定绝缘电压Ui(直流)≤60V,则试验电压Us(有效值)为500V;若Ui>60V,则Us取2Ui+1000V且最小值为1500V.通过逐渐升压,将试验电压加到设备上,并在规定电压等级上保持1min.试验时应不产生破坏性放电或闪电.绝缘强度试验通过后,重做绝缘电阻试验,应仍能满足要求.
  8其他试验
  (1)高、低温试验根据IEC60068-2-1/2标准,屏蔽门电子电器设备应进行高、低温试验.设备工作的环境温度为0.2~40℃,因此,试验温度范围为0~70℃.
  (2)电机温升试验在带风负荷和不带风负荷两种情况下,用电阻法测试电机线圈的温升,用温度测量仪测试电机表面的温升,检测屏蔽门循环操作时,电机的温升是否在规定范围内.
  9结语
  本样机测试项目齐全,有些项目可以根据实际情况减少.该测试方法对国产化地铁车站屏蔽门的检验和测试,特别是设备的电磁兼容性能测试,有实用价值.深圳方大集团分别于2003年8月、2004年4月中标总承包广州地铁三号线和一号线(旧线)的屏蔽门工程项目,其样机模型与本文提出的完全一致.按本文提出的测试方法检测了广州地铁屏蔽门样机,检测结果表明该样机符合本文提出的测试标准.地铁非标设备的样机检测也可借鉴本文提出的测试内容及标准.