城际动车组塞拉门密封胶条设计研究

王宝星 赵小聪 李滔

摘要：本文主要从城际动车组塞拉门密封性能着手，研究了门扇密封胶条对动车组塞拉门密封性能影响，通过分析胶条截面、压缩量等特性，提出了对高速列车密封胶条设计要求。

关键词：密封胶条;城际动车组;密封

0  引言

城际动车组运行速度一般为160km/h～200km/h，良好的密封性能对保证车内乘客舒适度，降低车内噪音有着重要意义。列车塞拉门作为乘客上下车通道，其密封性能直接决定整车密封性。因此，提高列车塞拉门密封性能至关重要。门扇密封胶条作为塞拉门重要部分，不仅对门系统密封性起决定作用，还对门系统隔音、防尘、缓冲具有一定影响，因此，合理的密封胶条设计，将提高塞拉门整体性能。

1  城际动车组塞拉门密封设计

1.1 密封胶条设计原则

车门、门框和密封胶条构成了塞拉门的密封结构，其设计要领为两点[1]：

1.1.1 胶条密封面压缩量：车体与门框之间的缝隙，密封胶条填充其中。密封胶条接触面方向上的压缩量和接触面积直接决定密封性能，如果接触面积和压缩量偏小，则会因外部载荷变化、车体变形或者制造误差造成密封失效;如果接触面积和压缩量偏大，导致胶条反弹力偏大，关门力增加，造成关门困难。

1.1.2 密封胶条结构型式：不同的密封胶条结构型式在相同负载情况下密封面积和密封压缩量均不相同，因此直接决定密封好坏。

密封胶条型式[2]分为两部分，一部分为密封胶条的整体外形布局，是整体封闭结构，还是间段封闭结构;一部分是胶条的截面形状，采用唇形密封还是压力密封。整体密封结构是将不同截面的胶条或者相同截面的胶条硫化成一个密封环，可以实现很好的密封效果。间段封闭结构是通过粘接的型式，将不同截面或者相同截面的胶条粘接在一起，形成密封环。因为粘接面积制约，始终存在缺陷，且使用寿命较短。

密封胶条的截面虽各不相同，但从密封原理上还是分为唇形密封和压力密封。唇形密封的胶条截面型式如图1所示，唇形密封最大的优点就是不需要很大的初始密封压紧力，气压越大，获得的密封压紧力就越大，其缺点是在气压建立的初始阶段泄漏量较大。压力密封的胶条截面如图2所示，其优点是始终获得稳定的压紧密封力，随着车外气压p增加，胶条会紧紧贴着压条，缺点是结构复杂。

1.2 整体密封方案

目前已经运行的城际动车组有双开塞拉门和单开塞拉门两种类型，本文中以CRH6F城际动车组为主，对双开塞拉门进行密封方案分析。由于双开门特有的型式，门系统不仅在车体横向上与门框保持正向压缩形成密封，还要在两门扇之间形成密封，如图3所示。結合双门特有的型式在左门和右门周圈各安装密封胶条，形成门系统的周边密封，当两门关闭后，再形成中间密封。

1.3 现有密封胶条型式分析

目前地铁车辆塞拉门均为电动双开塞拉门，其门扇胶条可以分为周边胶条和中间护指胶条。其中门扇周边胶条和中间护指胶条连接部分采用粘接型式。周边胶条密封方案如图4所示。如果当车外压力大于车内压力时，此时密封效果较为理想，如果内侧压力大于外侧压力时（两车交会），门板变形加上胶条的变形，密封面消失，密封失效。对于这种单唇密封结构，胶条压缩量一般为3～5mm，此种密封结构缺陷无法满足高速运行轨道车辆。

1.4 塞拉门密封胶条设计

城际列车塞拉门密封胶条可以也分为周边密封胶条和中间护指胶条两种型式，结合城际动车组需要满足充气达到5.2kPa要求，门扇密封胶条采用整体式，将周边胶条和中间胶条硫化，形成一个密封圈。

城际列车塞拉门塞拉位置运动轨迹如图5所示，当设定周边胶条压缩量e=5mm，中间护指胶条压缩量i=5mm，当门扇运动到X1位置时，周边胶条开始接触门框，随着门扇的运动，胶条一遍发生压缩，一边于门框进行滑动摩擦，再然后，中间护指胶条接触，发生压缩，直至门扇最终关闭完成。门系统运动轨迹曲线函数[3]如下：（R=150mm，H=62mm），其中

根据EN14752-2015和塞拉门采购技术规范要求，塞拉门手动开关门力[4]不得超过300，塞拉门在塞拉段主要受到胶条阻力Fa，此力平行于门扇，胶条阻力Fb，此力垂直于门扇，其他机械阻力f。受力示意图如图6所示，如果胶条的阻力足够大，则导致在150N关门力范围内无法关门。由静力学平衡可知：

假定周边胶条和护指胶条的弹力线密度为q（N/m），周边胶条的弹力线密度为q1;护指胶条的弹力线密度为q2，门扇宽度为w，门扇长度为L，周边胶条理论压缩量为e，护指胶条理论压缩量为i：

塞拉门相关参数如表1所示。

经过计算，周边胶条和护指胶条的最大弹力线密度q=19.8N/m，故在进行胶条设计时，胶条截面的弹力密度不能超过19.8N/m，否则会导致开关门力过大。根据胶条断面的弹性密度进行周边胶条截面设计，模拟周边最终密封状态如图7所示。

中间护指胶条的设计采用迷宫公母配合式，使气压经过层层泄压密封后，达到最终密封。其设计思路如图8所示。

门扇最终关闭到达X1位置后后，中间护指胶条开始挤压，其基本密封截面如图9所示。

1.5 测试改进

结合已经设计的密封胶条，将胶条安装在门扇上进行气密测试，其测试原理如图10所示。首先将门系统按照理论尺寸安装调试到位，进行充气测试。测试要求：

①门系统能够充气达到5.2kPa;

②门系统气压从2.6kPa降到1kPa，时间超过210s。

经过测试，发现周边胶条圆角处和中间密封都有不同程度泄露，气压根本无法达到5.2kPa。泄露现象为当内部气压达到2.6kPa左右，泄露明显，有明显气流声音，当气压达到4kPa时，内部气压无法再上升。

结合此现象，初步预判为两点原因：①胶条局部太软，当气压达到一定程度后，外压大于内压，出现气压串动;②密封型式不可靠，无法克服复杂外部环境，导致密封失效。所以结合现有的密封胶条截面进行密封分析，并进性改进。周边密封胶条密封关门后后型式如图11所示，区域1为胶条空腔部分，区域2为车内胶条壁，区域3为八字唇密封区。当车内压力达到一定程度后，由于胶条截面区域1空腔过大，导致八字密封区域无明显支撑，会随着气压进行蠕动，导致无法密封，同时，区域2会受到车内气压，使密封区域3八字唇产生翻转趋势，导致车内侧八字无法紧紧贴紧密封框。另外，密封胶条的主要密封为八字唇区域，但是此八字偏小，密封量不足，不能很好抗加工误差及气压波动，结合上述分析，将周边胶条截面改进如图12所示。

新改进的密封胶条将中间密封空腔减小，同时将八字唇分开，将主密封区域改为泡型，八字用来辅助泄压，这样相当于设置了三道密封，同时中间密封区域面积较大，抗外部因素可能性更高。

结合图9所示的中间护指胶条截面，左护指胶条的空腔相对太大，导致第一和第三密封区域根据无法泄压，同时附带在空腔上的八字主密封，会随着空腔的大形变而出现各种不确定，导致八字密封失效，同时，CRH6F城际塞拉门为弧形门扇，在左右门扇配合过程中，至少出现1.5mm左右的误差，导致八字很有可能致使单边搭接，因此出现中间的泄露。结合上述，对中间密封胶条进行改进如图13所示。改进后的中间密封结构，将左护指胶条的空腔减小，同时将八字密封改为泡型密封，增加密封量。

将新改进的胶条重新开模加工，再次验证气密性，可以满足气密要求。同时，测试胶条电动关门阻力，开关门正常，并不会误触发障碍物检测。

2  结论

综上所述，好的密封胶条的设计，对城际列车塞拉门气密性有关键性的作用。通过合理的正向设计方案，不仅提高塞拉门整体密封性能，还对塞拉门开关门力学性能有显著提高。

参考文献：

[1]王玉恒.车门密封條设计研究[J].设计研究，2013，03：29-32.

[2]李恒文.干线轨道车辆塞拉门的密封性能研究[D].南京：南京理工大学，2011.

[3]曾世文.城市轨道车辆塞拉门关门性能研究[D].南京：南京理工大学，2.

[4]EN14752：2015 Railway applications-Body side entrance systems for rolling stock[S].