常杰 苏悦 顾可

摘  要：塞拉门是铁路客车的重要组成部分，经过国产化的研究与发展，目前国产塞拉门已经十分成熟，在运行过程中，塞拉门能否保证其良好的开启和关闭状态至为关键，但客运列车在北方严寒季节运用时，塞拉门容易受雨雪和冰冻的影响。文章在原有基础上改进塞拉门密封条，设计了一种可智能加热的密封条，解决了密封条与塞拉门之间结冰问题。

关键词：塞拉门;密封条;智能加热

中图分类号：U270 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）24-0034-03

Abstract： The sliding plug door is an important part of the railway passenger car. After the research and development of localization， the domestic sliding plug door has been very mature. In the process of operation， it is crucial whether the sliding plug door can ensure its good opening and closing state. However， when passenger trains are used in the northern cold season， sliding plug doors are easily affected by rain， snow and freezing. In this paper， the sealing strip of the sliding plug door is improved on the basis of the original， and a kind of sealing strip which can be heated intelligently is designed， thus solving the icing problem that may happen between the sealing strip and the sliding door.

Keywords： sliding plug door; sealing strip; intelligent heating

1 概述

塞拉门的密封性能保证乘客的乘坐舒适度，同时降低车内噪音与运行阻力，因此提高列车塞拉门密封性能至关重要。而塞拉门门扇的密封胶条则是实现车门密封的重要组件，因此，合理的塞拉门密封胶条设计，将影响塞拉门整体性能。

我国幅员辽阔，各地的自然条件差异较大，客运列车在严寒季节运用时，因为受雨雪和冰冻的影响，塞拉门常出现无法正常开启或关闭的现象，这不仅影响了乘客上下车，极大地降低了客车乘坐的舒适度，更严重者，还会导致塞拉门的密封性能降低。密封较差甚至失效，使得塞拉门门框周边的气动与电动元件在低温下无法动作，进而使车辆气动系统、电控系统处于作用不良甚至瘫痪。有时手动解锁装置也无法克服导轨或密封的冰冻阻力，使塞拉门手动开关作用不良。而在车辆运用过程中，塞拉门的开闭十分频繁，如此恶性循环会造成塞拉门在运行中无法完全关闭，更有甚者塞拉门的缝隙达到了100mm以上，这对乘客的人身安全造成了很大的威胁。

2 总体设计方案

新型塞拉门密封装置的目的是使密封条加热，加热到融冰温度，使加热密封条与塞拉门门页密封条容易分离，且密封条加热可以使密封条的性能不受严寒环境影响，延长密封条的使用寿命，因此该设计需要有以下几个内容：

（1）该密封装置由加热密封条、隔热层、粘合层、加热电路控制单元四大部分组成。

（2）加热密封条与隔热层之间用黏合剂连接，在静力学分析时可设置为全约束，隔热层的设计主要是防止车体长期受热导致变形。

（3）门页密封条仍使用原塞拉门的密封条，因此加热密封条的结构设计需要考虑原密封装置的结构尺寸。

（4）电路控制单元安装在侧墙上，需要考虑旅客及乘務人员的安全性。

（5）加热源安装在加热密封条的内部，而密封条内部空间较小，因此需要谨慎进行加热源的选择。

（6）考虑列车的供电电压为DC600V，AC380V，AC220V，因此要根据列车供电的兼容性设计加热源的工作电压。

（7）由于加热膜安装在密封条内部，因此要根据整体装置设计故障及检修方案。

3 三维模型设计

本设计选用SolidWorks软件完成密封条的初步设计，所绘制的密封条基本外形尺寸根据现有的铁路客车塞拉门技术标准设计，确保能与塞拉门完美匹配。考虑到密封条中加热装置的安装空间、密封条的缓冲作用以及应力集中，在密封条中做了挖孔设计，初始设计结构图如2所示。

在ABAQUS中进行初步静力学分析，分析计算完成后，进入可视化模块，看到变形后的应力云图，由图3可知，密封条凹槽处应力集中，使密封条有巨大形变，此时密封条出现压溃，因此需要对结构图进行优化。

为了消除应力集中，将两个凹槽的弧度减缓，增大圆角，图4为优化后的截面图。

将优化后结构进行静力学分析，从图5中可看出，密封条未发生较大形变，密封条所受最大应力部位在左右两个通孔的下表面，最大应力为2.75e+03Pa，未超过该材料的许用应力4.157MPa。因此，密封条仿真结果合格。

4 加热控制电路设计

此加热控制电路用来实现对加热密封条加热源的温度控制与预警，使用单片机实现控制功能，具体功能如下：

（1）测量采集密封条实时外温，并通过LCD1602显示屏显示温度和时间，显示温度在0℃～99℃。

（2）正常工作状态下实时显示时钟。

（3）温度未达到或者是超过设定上限值是报警系统工作。

当检测的温度未达设计最低温度时中间继电器控制加热开关闭合，加热源工作;当温度超过设定值时，中间继电器断开加热开关，停止加热。

4.1 加热源与加热电压选取

在已有的加热材料中选择了比较优秀的纳米电热膜，不易脱落安全可靠，5000小时以内膜层稳定，在通电情况下不会产生感抗，电热转换效率可以达到80%-97%，其可以在-40℃-900℃温度下使用，在加热过程中不会产生污染和噪音，经济效益高，节能有环保。

由于铁路客车主电压值有DC110V、AC220V、DC600等，上述实验可以得到220V电压可以优先考虑使用，其它电压也可作为备用。本此研究考虑到严寒地区温度最低可达-40℃，又由于塞拉门密封条结冰在加热温度20℃-30℃即可实现冰层断裂融化，从而可以将塞拉门打开。所以采取的加热温度将控制在25℃-35℃。

4.2 加热控制电路仿真

加热控制电路包括复位电路、振荡电路、温度采集电路、继电器控制电路、键盘电路设计、实时时钟电路系统、LED液晶显示电路系统、温度失调报警电路组成，其设计电路如图6所示，并在Proteus中完成电路连接，设计了各控制程序，并与Keil进行联合仿真，最终验证了加热控制电路的可行性与可靠性。

5 结论

本文在既有塞拉门结构的基础上，研发新型的可智能加热的塞拉门密封条，以解决密封条与塞拉门之间结冰问题。本研究在一定程度上改善国内严寒地区塞拉门运行情况，也能促进国内密封条的发展，为其开拓新的市场需求。促进铁路业的发展，降低严寒地区塞拉门问题上的人力物力的成本，在原有基础上改进与创新节约的资源，促进了工业的可持續发展。

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