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自动平移门的机械结构
 
从机械结构上看,自动平移门的基本组件是导轨、滑轮及传动皮带。由于这三个部分与自动门的运行直接有关,是自动门正常使用条件下的易损件,其结构设计、材质、加工精度、安装和调节精度决定了其维修保养要求和使用寿命。自动平移门电气组件的寿命主要与不当使用和偶然事故有关.稍后再述。

(1)自动平移门的导轨及滑轮结构

长期以来,自动平移门滑轨的设计完全不同于非自动平移门滑轨的设计。后者通常有两道水平方向的平行滑轨,两个(或四个)滑轮通过中间的连接件与悬挂的移动门体相连,移动门体的重心恰好在两道滑轨的支撑力之间,形成稳定的"正悬挂",这种稳定的结构可以达到很好的稳定性和静音效果。但是,自动平移门的滑轨由于要兼顾与门框的固定、门体吊挂及调节、电气组件的安装和外饰盖板的安装等功能,所以简单的办法就是将滑轨设计成单侧滑道,门体在一侧通过滑轮侧向吊挂在滑轨上,形成侧悬挂。这种设计的优点是安装和调节门体方便、维修也容易。但是,这种设计有许多致命的弱点。第一.因为是侧悬挂结构,对门体向上的支撑力都在一条线上,门体重心由于安装精度的误差和风力的影响.使门体不仅形成静态侧摆也产生动态侧摆。为此.这种动动门门体下部的导向块,通常称为"止摆块",就使用一种轴承,轴承直径小于门体下部导槽,使门体在两方向摆动的条件下依然可以运行。这种侧摆产生的震动在使用效果上表现为噪音,其后果必然导致滑轮和导轨的磨损。第二,这种侧悬挂结构使导轨和滑轮处于完全的开放状态,因此必然容易积累尘土,积尘使导轨和滑轮之间产生严重磨损。所以使用这种自动门必须注意保养和维护。第三,滑轮与导轨上部间隙容易使门体滑落,使用的安全性得不到保证。所以选择这种自动门必须注意自动门的抗风压强度,第四,这种不稳定的运行使驱动器负载不断变化,对电气组件的使用寿命影响极大。
这种结构设计的自动平移门的质量取决于导轨铝合金型材的材质、精度、强度、滑轮的材质及加工精度,以及门体吊挂件的设计和加工精度是否可以有效地减少安装误差。由此可以解释为什么欧洲特别是的同类自动门产品比较可靠。因为那里的基础工业.特别是铝合金加工的平均水平较高。
这种结构的自动平移门安装和调试的关键是提高精度,即导轨的平直度和水平度,门体的两个吊挂点所形成的直线与导轨的平行度和垂直度,大限度地减少门体的静态侧摆。在自动门投入使用后,尤其是初期,经常调节门体,修正运行产生的误差。另外,要严格限制门体重量,不能超过自动门的额定负重。通常在三个月多一年内要对自动门进行全面的清理和调整。
为了解决侧摆的问题,欧洲高档自动平移门的导轨采用了垂直双导轨的结构设计。这种结构不仅有效地缓解了动态侧摆的问题,同时也在一定程度上解决了门体安全性的问题。更重要的是,这种结构极大地减少了滑轮的动态磨损。这一点将在滑轮部分详细论述。这种垂直双导轨根据门体受力情况对截面曲线进行加强设计,可以使门机单扇门重量达到200公斤。
新的自动平移门导轨采用水平双导轨设计.使门体重心处于水平双导轨的两个支撑点之间,形成正悬挂。导轨开口朝下,并配以双侧密封毛刷,形成密封式导轨.避免积尘对导轨及滑轮的磨损。这种结构设计的关键在于如何解决导轨安装和传动及电气组件的固定问题。水平双导轨的结构在使用效果上的大优点是静音,因为它彻底解决了侧摆的问题从而达到了运行中大的动态稳定性。实现了一定程度的免维修承诺。
2)导轨及滑轮的动态磨损
滑轮的动态磨损不仅指滑轮在导轨上做匀速运动条件下的磨损,而更重要的是指自动平移门短距离往返加速运动中滑轮的磨损。一般而言,滑轮在低匀速运动过程中,磨损极小,因为滚动磨擦系数比滑动磨擦系数小得多。但是自动平移门的运行特点是,在很短的时间里,从静止状态加速至每秒0.4-0.7M,然后再减速直到门停止在终位置。由于门体运行是由固定在门机上的驱动电机通过传动齿轮带动皮带来实现的,其情景非常类似于汽车的急速起动和刹车,前面或后面的滑轮会有很大的向下的压力,因此加大了磨擦力。如果导轨上有积尘,滑轮的磨损就会更大。另外,因为自动平移门的行程是固定的,所以对滑轮的磨损部位也相对固定,长期未更换的滑轮会被磨损成三角弧形。门体在运行中形成上下跳动,产生很大噪音。这种情况如果继续下去,铝合金导轨就会成为波浪状,开关门速度降低,电器部件负荷增大,直至门机彻底报废。普通自动平移门如果安装和维护不当,这个报废过程可能在一年内就完成。铝合金导轨的精度和强度较低。加上使用频率高.会使报废过程大幅度加快。
必须找到系统的解决方案才能彻底避免这一问题。首先必须提高铝合金型材的质量,即保证导轨的强度.耐磨性和平直度:然后要选择自润滑性好的滑轮材质,因为导轨上下不能加润滑剂,润滑会加速灰尘的积累。高档自动平移门的滑轮都采用特殊的尼龙滑轮,强度高、耐磨性好、自润滑性好,同时还能有一定的减震效果。
然而,如何通过滑轮组合的结构设计从动态过程的角度提出根本性的解决方案是问题的关键。市场上简单的滑轮组合是单滑轮结构,即一个滑轮连接一个门体吊挂件,一个门体由两个滑轮来悬挂和驱动,这种原始当然也是经济的设计,完全不能解决滑轮和轨道的磨损问题;由两个滑轮连接一个门体吊挂件,使-个门体由四个滑轮来悬挂和驱动,分散了磨擦力,提高了门体的稳定性,可以说提高了自动门的一倍使用寿命,但多也只是解决了问题的一半。在垂直悬挂垂直双导轨的结构设计中。每一个门体吊挂件有两个滑轮悬挂在朝上的支撑导轨上,另有两个滑轮与朝下的导轨相接触,使-个门体由四个滑轮来悬挂和驱动,另有四个滑轮来稳定门体,进一步分散了磨擦力,避免类似汽车起动和刹车过程中前后轮的压力不均,在水平和垂直两个方向减少了门体的摆动和震动,这种结构较之侧悬挂双滑轮给构又提高了几乎一倍的使用寿命、而且大幅度地降低了运行噪音。
在正悬挂水平双导轨的结构设计中,每一个门体吊挂件有两组各两个滑轮悬挂在两条朝上的支撑导轨上,使一个门体由八个滑轮来悬挂和驱动,进一步分散了磨擦力,这种设计使减小滑轮直径从而减小门机体积成为可能。这一点的重要性在于可以为不同建筑风格提供风格不同的窄型自动平移门。
(3)齿型皮带
为了提高传动的机械效率,自动平移门的传动都采用齿型皮带。低档自动平移门传动皮带的齿型为直角,因此齿型高度有限、当皮带张紧后以及门机加速度运行时,皮带的齿距会产生变化,因而导致皮带磨损。低档自动平移门的皮带是易损件,需定期更换:否则,不仅会提高功率损耗而且会导致皮带断裂。欧洲高档自动平移门的皮带直接采用汽车散热器风扇传动皮带。极其耐用,现齿型截面为曲线设计,增加了齿型的高度,提高了皮带与传动齿轮的吻合度,从而提高了机械效率。皮带底部采用尼龙线加强,减少了齿距变形,提高了使用寿命。
新的传动皮带是经过数组钢丝加强的尼龙皮带,这种皮带的齿表面附着一层尼龙布.便曲线状的齿型表面不仅与传动齿轮严格吻合,而且减少了滑动的可能性。尼龙皮带内部的加强钢丝几乎避免了齿距变形,同时也避免了断裂的可能性,使传动皮带成为不可损部件。
2.自动平移门的电气组件
(1)变压器
变压器可以说是自动平移门中简单的电气组件。但是高档自动门在变压器的输出端加了一个保险管。在电机过载时对控制器提供保护,提高了系统的安全性。
(2)驱动电机及其过热保护
高档自动平移门的驱动电机采用无刷调速电机。功率大、可调性高。为了保证门体开关速度的精度,驱动电机配有转速编码器。电机的过热保护装置是延长门机使用寿命的关键。
(3)锁
锁功能是自动门实现门控和连接门禁系统的基本条件。自动平移门的锁有两种:普通自动平移门采用电磁锁,通过锁住齿型皮带来实现锁的功能:重型自动平移门采用机电锁,直接锁住门体吊挂件,锁的关键在于,当门被锁住后。要给控制器一个信号,使门内不会在门被锁住的情况下再启动,以免损坏门机。另外要实现与门禁系统的连接,控制器必须能够使开门动作与开锁动作相协调,确保操作无误。高挡自动门可以实观在开门信号输出之前1/1O秒输出开锁信号,这种特性对于自动平开门特别重要,如果达不到这种水平的同时还要加锁,就很容易引起故障。所以,一般低档自动门在要求加锁时,需加装特殊的电路模块。
(4)控制器
控制器是自动门的心脏,自动门控制器的发展与现代工业自动化和集成电路的发展同步,经历了由模拟似电路到微处理器的发展过程。数字化程序控制使现代自动平移门在控制和使用的各个方面都产生了质的飞跃。
以下关于控制器的讨论主要是基于集成电路控制器的各种功能。控制系统的基础功能是其学习程序。因为不同规格的门体、不同的开启宽度和不同的系统运行状态都会对自动门的使用产生影响,因此高档自动门的控制系统都设计有在正常使用前必须执行的学习程序,用以检测整个系统的状态、储存系统的各种参数以确定运行数据。长期不使用、检修、改选等情况都可能导致系统参数的改变,因此高档自动门在每次通电后都自动执行学习程序。
系统状态参数确定后,控制器必须能够调节自动门的各种运行状态,如开门速度、关门速度、保持开启时间、关门力量等。高档自动平移门的可调节功能可以达到30余种。比较特殊的状态控制有以下几种
①紧急状态
这里所涉及的不是专为紧急状态下工作的自动门。如防火通道门、紧急逃生门、可推开式自动门,而是指在紧急状态(停电时的状态)的公共区域的自动门,按防火要求,一般应能够在断电时保持开启状态,或能够用手很容易地打开。使人员在紧急情况下可以顺畅地逃离现场。高档自动门都有一个开关,用以设定断电时开门还是断电时关门。
②门禁系统与紧急状态
自动门加装机械锁有很多弊端。首先是降低了自动化程度,给使用者带来不便,在大型公共场所,根本不能实现集中控制。严重的是如果由于误操作或其他原因使门机在锁被打开前通电,门机在感应信号后开始驱动门体,就会形成过载。严重的可能烧毁电机。
门禁系统就是使锁门实现自动化的处理方案。门禁系统是在非公共区域防止非授权开门,提高保安性。但是为了满足防火要求。还必须要在紧急状态时可以将门打开。在特殊条件下,例如:公室在下班锁门后不希望不速之客的进入、而自动门在上班时又应具有断电开门的紧急状态功能,因此,自动门应达到这样的水平:末锁门的情况下,如果断电,门即打开:一旦锁住。断电时门也要保持锁门状态。这样就可以防止有人在未经授权的条件下,试图利用断电来打开门:所以,锁功能如果不能在程序设计中予以合理的安排,就会发生偶然性开门,这是非公共区域所不允许的。因此,非公共区域的自动门应有消防人员能够控制的紧急开门的钥匙开关。这是自动门的保安性功能与紧急状态功能的折中。
③自动反向功能与偶然状态
高档的自动平移门(包括全电动自动平开门)的控制器,都设有自动反向功能的程序:不管开启或关闭过程中,当门体运动方向上遇到障碍物或人时,门体会自动向相反方向运动。这是一个非常重要的保护功能,在防止碰人或物的同时,保护自动门机不会因过载而烧坏。然后,门体在退回时自动执行学习程序,重新检测并记录系统参数,看上去就象是在检查一下障碍物移开没有。但是在执行学习程序时,不能有任何信号干扰:否则,微处理器将继续执行学习程序。如果长时间未能恢复正常,就会出现故障或功能异常。
在通过人员的数量有限的环境中,自动反向功能可以作为安全性功能来防止碰人和夹人,但在大人员流量的公共区域。安全性功能应该特殊考虑。
④互连锁功能
在隔离外部环境要求较高的区域(如密封车间)的入口处通常安装双层自动平移门。为了防止两道门同时打开,就会提出互连锁的功能要求,即只有当一扇门关闭以后,另一扇门才能开启。过去实现这种功能。需要设计特殊的连接电路。集成电路控制器中通常已设计了该功能的程序,并留有备用接线端子。新的集成电路控制器可以在两道自动平移门之间互连期端子连接后,根据需要选择或取消此功能。该功能也可以用于自动门与风幕的连接。
集成电路的控制器都有系统状态检测功能。过去状态检测的结果用四个显示灯以长短闪亮的顺序组合的编码来显示,多可以显示15种系统故障。近的发展是以数字化显示,可显示系统故障达40余种,实现了对自动门系统的全面监测,保证了及时方便地排除障。防止门机"带伤工作",从而延长使用寿命。模拟电路实现功能改变的办法是设置电桥,各接线端子多头接线的机率较高。因此要求自动门安装调试人员必须具有极高的弱电知识和经验,而且还必须接受专门的培训。数字化控制的集成电路控制器各种附加功能程序化并具有专用的预留端子,减少了接线错误的可能性。
(5)程序控制器
程序控制器是用户根据需要对自动门运行状态进行选择的装置。自动平移门的运行状态有全自动状态:即当人接近自动门时,门就打开,人离开后,门自行关闭;保持开启或常开状态;锁门状态。高档自动门还有单向出即只出不进状态,对有时间限制的公共场所非常适用。冬季半开门状态对大型建筑外门非常实用,在冬季门只开启全开口宽度的-半,达到减少进风的目的。
简单的程序控制器是三位双控开关,自动/常开/断电。开关式程序控制器多可见到控制5种状态,即自动、常开、锁门、单向出和窄开门状态。更复杂的程序控制键可以配系统监测显示灯,通过一组连线将检测结果显示出来。
国际上程序控制键朝着实现功能调节的方向发展。初,程序控制键上安排了如开门速度等简单参数的调节按钮,但是如果长此发展下去,程序控制键的复杂程度会越来越高、连线越来越高,彻底的解决方案是放弃开关式程序控制器,采用总线控制,使程序控制键能够实现输入指令及展示输出结果的功能。先进的程序控制器已经可以实现所有控制、调节和显示功能。
既然程序控制器己达到了极高的可操作性,防止无关人员的非授权操作、锁定程序控制器成为必需。旋钮的开关式程序控制器采用锁芯钥匙代替旋钮,实现了锁定。而先进的数控式程序控制器是通过触点信号封闭程序控制键的操作功能,同时又不影响状态显示,触点信号可以通过触点锁或按钮来实现。
3、自动平移门的门体密封
自动平移门体解决密封性的问题比较复杂,密封隔热效果较好的是有框中空玻璃门扇。目前好的有框中空玻璃门扇对密封问题进行了系统的解决。第一,尽量减少门扇上边缘与滑轨之间的缝隙:第二.固定扇边缘和活动扇外缘都加装铝合金型材,实现压式接触。固定扇边缘的铝合金型材除了用于安装密封胶条外,还可安装安全光栅:第三,双扇活动门体的接触边,设计了对插式密封胶条:第四,活动扇底部设密封毛条。为了解决无框玻璃门美观但下密封的矛盾,欧洲新研制出了全隐框中空玻璃门扇。这种门体的特点是将所有门体固定和密封装置都通过特殊的粘胶技术夹在两抉平板玻璃之间。
4、自动平移门的安全配置
在欧洲,有许多标准都对自动门的安全性功能进行了细致且明确的规定,这些安全性功能的目的是防止自动门在按预设程序动作时不能对特殊情况作出适当反应,从而发生伤人情况。自动平移门的安全配置就是红外安全光栅,安装在两侧固定扇的门框上,当门中间有人停留时,红外线接收器收不到发射器的红外线时,控制器识别为门中间有人,于是停止关门。
5、自动重叠门与圆弧门
从原理上自动重叠门、自动圆弧门与自动平移门是相同的。自动重叠门只比自动平移门多了一套滑轮导轨系统:圆弧门不过是将自动平移门的铝合金轨道进行了弯弧加工,再对传动皮带做些辅助性固定。电气部分完全相同。但是这两种门有各自的特点,在安装调试及使用过程中有特殊的要求。
自动重叠门的创意在于要在固定扇宽度较小的条件下,获得较大的开启宽度。自动平移门活动扇的移动要求固定扇不能小于活动扇的门宽,自动重叠门由于单向双活动扇的结构设计,解决了这个问题。应该注意的是活动扇的增加,降低了门扇的抗风强度,所以,当门的开启宽度越过2M后应使用连续地导轨。另外。在,门的开启宽高超过2米以后,每侧必须安装两个雷达感应器。自动圆弧门的导轨弯弧必须大限度地减少变形,才能保证运行的精度,自动固弧门的安装必须严格控制门体的垂直度和导轨的水平度,侧摆对圆弧门的影响要比平移门大得多。 6、紧忽逃生门与紧急打开门
紧急逃生门与紧急打开门是两种与消防有关的自动平移门。紧急逃生门用于公共场所或消防逃生通道。在停电时,这种自动门无论处于何种状态,都能以极快的速度在瞬间将门打开,目的是防止在紧急状态下由于恐慌造成对门的误操作而阻碍人员撤离建筑物。在欧洲的消防规范中对这种自动门有详细而明确的规定。
紧急打开门要求自动平移门的门扇可以随时像普通平开门一样打开,大型公共场所入口的自动平移门通常有这种要求。这种紧急打开门看上去很简单,于是人们认为仅仅制作一个特殊的门夹和一个可以做地轴使用的导轨滑块就可以达到目的,甚至电路都无需特殊的安排,但是,如果没有稳定的平开门扇的固定件,如果在控制器中没有相应的设计程序。门扇的不稳定会在短期内先损坏门夹.然后引发电气故障,导致自动门机停止工作,因此,选择紧急打开门时,必须审查门扇在平开状态时的稳定性,尤其是其在动态过程中的稳定性:另外还必须审查控制器对平开状态的程序设计。目前,我国在这方面没有标准,一些大型项目所选用的这类自动门的质量不过关,后都不得不改回普通的平移门扇。
原则上讲,当门机的所有功能设计都完善以后,门体的制作及安装的质量在一定程度上决定了那些功能是否能够正常实现。国内门体的制作技术,检测手段都无明确标准。
7、大型公共场所的自动平移门
从结构上看公共场所的自动平移门并不是一种特殊的自动门,只是其使用频率过于频繁所以值得单独讨论。因为任何自动门的使用频率和使用寿命都有限。有些建筑或场所:如机场、大型超市和医院外门的人员流量每天可达数千甚至上万人次,或者在特定时间段里集中通过大量人员:在这种情况下,要使用自动门就必须进行综合考虑。例如增加门的数量,加大门扇宽度,实行单向出入等,但终还必须考虑自动门本身的性能。所有有经验的自动门生产广家,对超大人员流量的项目都非常谨慎,并视为检验或者显示自己产品综合质量的机会,困为一但发生失误不仅为用户带来损失和不便,更重要的是有损自己的品牌形象。
首先,对于自动平移门来说有重型自动门与轻型自动门之分。虽然自动门的重型与轻型通常指门体重量,但在选择自动门时,如果是公共区域,尽管门体可能不太重,由要选择重型自动门。重型本身就有重负荷及高使用率两种含义。
从机械角度讲,各部件的材质、加工精度、形状及强度的设计决定着门机的使用性能和寿命:一般而言,只有各方面都进行了加强设计的自动平移门才能用于人流量巨大的大型公共场所。从电的方面看,自动平移门有一个特点,就是保持开启的时间不能太长。因为保持开启时间是预先设定的,如果长时间不能关门.就会导致程序混乱甚至烧坏电路板或电机,一般高档自动门在电路或电机上都设有过热保护装置。以防止过度使用而造成电气部件负荷过大。欧洲自动平移门新版本的控制器开发了一个自动功能,当人流在一定时间内过多,也就是保持开启时间过长时,自动门便自动转换至常开状态,由此在保护自动门的同时不影响使用。所以,在电路上采取这种特殊设计的自动门才可以用于大型公共场所。

 

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