如今，乘坐高鐵已成為很多人出行的首選。城市軌道和高速鐵路的快速發(fā)展，迫切需要車輛及其關(guān)鍵部件的自主國產(chǎn)化，而車門就是其中的關(guān)鍵部件之一。
在近期舉行的江蘇省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，南京康尼機(jī)電股份有限公司（以下簡稱康尼公司）與南京工程學(xué)院合作的項(xiàng)目“高速列車門系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”，摘得江蘇省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。
目前，“復(fù)興號”列車上的門，80%以上都是他們合作研發(fā)的。從“地鐵第一門”到“高鐵第一門”，“康尼門”在軌道車門全球市場占有率已達(dá)32%，連續(xù)3年穩(wěn)居全球第一。
一點(diǎn)創(chuàng)新改變地鐵車門頑疾
長期以來，城市軌道交通車門作為重要部件一直依靠進(jìn)口。此前，國外公司利用幾十年的技術(shù)壁壘在車門系統(tǒng)領(lǐng)域申請了近700項(xiàng)專利，構(gòu)建了密不透風(fēng)的專利保護(hù)池，憑借技術(shù)壟斷帶來市場壟斷。
而國內(nèi)城軌車輛經(jīng)常處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，通常情況下，車門的故障要占到車輛運(yùn)行故障的30%左右，車門的嚴(yán)重故障會(huì)導(dǎo)致列車停運(yùn)甚至危及乘客安全。
列車門又被稱為塞拉門，主要是因?yàn)檫@種車門具有塞和拉兩種動(dòng)作。即門關(guān)閉時(shí)是由車內(nèi)或車外塞入車門口處，使之關(guān)閉、密封；門開啟時(shí)，當(dāng)門移開門口一定距離后，能延車體內(nèi)側(cè)或外側(cè)滑動(dòng)。
而塞拉門“關(guān)門難”一直是列車門急需攻克的難題。普通的移門（門扇連接滑輪并在固定軌道上可移動(dòng)的門）易安裝，即使乘客比較擁擠時(shí)仍能保證障礙檢測常態(tài)化。但塞拉門不一樣，當(dāng)車廂內(nèi)乘客擁擠時(shí)，塞拉門在關(guān)閉到接近最后一段距離時(shí)，門板同時(shí)要向車廂內(nèi)移動(dòng)，并對人體產(chǎn)生擠壓力，門板受到乘客人體阻力反作用過大，會(huì)使自動(dòng)門檢測系統(tǒng)的障礙檢測起作用，使關(guān)門動(dòng)作不能及時(shí)實(shí)現(xiàn)。
為此康尼公司研發(fā)人員開發(fā)了一種兼有移門與塞拉門優(yōu)點(diǎn)的新型微動(dòng)塞拉門，通過減小塞拉門的塞拉距離，大大減少車輛中擁擠乘客作用在門板上的人體阻力；改變了關(guān)門過程的受力狀態(tài)，將塞拉導(dǎo)角減少。
軌道交通門系統(tǒng)涉及技術(shù)較多，除了塞拉門難題，康尼門系統(tǒng)曾經(jīng)還在上海地鐵車輛實(shí)車試驗(yàn)中出現(xiàn)開閉不靈敏問題，項(xiàng)目總包方西門子公司要求康尼在3個(gè)月內(nèi)解決，否則改用其他企業(yè)產(chǎn)品。要么“關(guān)”上地鐵門，要么賣掉企業(yè)關(guān)門。這是一次被“逼”出來的超越式創(chuàng)新。
在當(dāng)時(shí)，康尼機(jī)電總工程師史翔聯(lián)想到，和千斤頂?shù)脑硐嗨疲罔F車門的開合也是利用螺桿旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)與門鏈接的螺母移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，只不過螺桿的螺距大，不能實(shí)現(xiàn)自鎖閉而已。如果在門關(guān)閉的位置將螺桿螺距變小，就能像千斤頂一樣“鎖死門”。最終，這項(xiàng)“無鎖而閉”的發(fā)明專利成為現(xiàn)今城軌門鎖國際主流技術(shù)，形成了對國外企業(yè)的反向?qū)＠萍s。
如今，已有20多萬套康尼地鐵車門安裝在北京、上海、廣州、南京等國內(nèi)近百條地鐵線路上，真正實(shí)現(xiàn)了中國地鐵車門系統(tǒng)的自主國產(chǎn)化。
攻克高鐵車門“三高一無”
“2007年，高鐵‘和諧號’開通，但高速車門的核心技術(shù)和市場也完全由國外企業(yè)壟斷，車門全部依靠進(jìn)口。”史翔對十多年前的境況還記憶猶新。
“研發(fā)高鐵列車的車門有四大難點(diǎn)——簡稱‘三高一無’。”史翔告訴記者，“三高”是指高氣動(dòng)載荷、高寒和強(qiáng)風(fēng)沙、高強(qiáng)度電磁干擾，“一無”則表示時(shí)速高達(dá)350公里的車門的設(shè)計(jì)理論、試驗(yàn)評價(jià)體系及標(biāo)準(zhǔn)在全世界根本還是一片空白。研發(fā)團(tuán)隊(duì)長達(dá)十多年的技術(shù)攻關(guān)，高速車門系統(tǒng)的四大難點(diǎn)被一一破解。
據(jù)史翔介紹，列車在高速運(yùn)行中，帶來的高氣動(dòng)載荷，會(huì)引起車門的密封失效和車門脫落。對此他們發(fā)明了具有新型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和密封技術(shù)的車門，利用車體約束平衡氣動(dòng)載荷，實(shí)現(xiàn)車門復(fù)合運(yùn)動(dòng)，既防止了車門外脫、又強(qiáng)化了車門的安全性和氣密性。這一車門的隔音性高，車內(nèi)噪音更低，壓力波動(dòng)對耳膜的影響更小，乘坐舒適性顯著提高。
而到冬季，北方-40℃的高寒和西部地區(qū)的強(qiáng)風(fēng)沙，可能會(huì)造成車門凍住打不開、潤滑油脂失效以及車門運(yùn)動(dòng)磨損的加劇。“我們巧妙地利用‘石墨’這一材料的潤滑功能，發(fā)明了具有固體自潤滑的自適應(yīng)滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)與變導(dǎo)程鎖閉裝置，實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)與鎖閉一體化，解決了高寒造成車門運(yùn)動(dòng)阻滯、強(qiáng)風(fēng)沙導(dǎo)致細(xì)沙進(jìn)入車門系統(tǒng)引起磨損加劇的難題，提高了高鐵車門的可靠性和適應(yīng)性。”史翔表示。
最后“一高”則是動(dòng)車組的高強(qiáng)度電磁干擾，它會(huì)造成車門通信可靠性降低，導(dǎo)致異常開門。針對高強(qiáng)度電磁干擾問題，研發(fā)人員采用以太網(wǎng)與冗余MVB復(fù)合網(wǎng)絡(luò)及故障診斷技術(shù)，開發(fā)出新一代高安全的智能門控器和遠(yuǎn)程智能運(yùn)維系統(tǒng)。門控器獲國際最高安全等級SIL4認(rèn)證（10—8/h），安全等級提高兩個(gè)數(shù)量級。
針對“一無”，南京工程學(xué)院則編著了設(shè)計(jì)專著《軌道車輛門設(shè)計(jì)系統(tǒng)》和《動(dòng)車組車門》，形成了中國標(biāo)準(zhǔn)，建立了業(yè)界唯一通過CNAS國際認(rèn)證的車門試驗(yàn)室及評價(jià)體系。
“時(shí)隔整整十年，‘復(fù)興號’首發(fā)動(dòng)車組上的車門已全部用上具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的康尼產(chǎn)品，高鐵‘和諧號’上的車門也逐步被我們的產(chǎn)品廣泛替代。”史翔表示。