四种运动类型 [四种门机构的运动分析]

四种门机构的运动分析

Student:XXX

Course: 工程概论

Instructor: XXX

Date:201X年X 月

Course Paper Grade 201X

摘要：门机构为生产生活中一种广泛应用的装置。门是分割有限空间的一种实体，作用是连接和关闭两个或多个空间的出入口①。在不同场合中，为适应不同生产生活的需要，门机构演变出诸多类型，分别具有不同的原理和功能。本文对生产生活中四种常见门机构——推拉门、卷帘门、旋转门、伸缩门等的工作和运动机制进行了详尽而深入的分析。

关键词：门机构；机械原理；运动分析

Motion Analysis ofFourKinds of Mechanical

Structure ofDoors

Anonymous

(XXXUniversity,Chengdu 61XXXX,China)

Abstract: Mechanical structures ofdoorsarewidely useddevices installed at the entrance of structurefor production and living. Door is a kind of entity and segmentation oflimited space. Its function is to connect or shutthe entrance oftwo or more spaces. On different occasions, in order to adapt to theneeds of production and living, mechanical structures ofdoors have developed intomany types, each with different principles and functions. This article looks through fourkinds of common door structure in production and living--sliding door, rolling door, revolving door, retractable doorand analyzestheir motion mechanism.

Keywords:Mechanical structures ofdoors; Principle of machinery; Motion analysis

1 Net: 门 （汉语汉字）, 2016年2月18日 /7943569.htm#viewPageContent

1 引言

门机构在生活中无处不在，不同的门机构为实现不同功能，采取了不同的驱动模式和运动方式。比较常见的四种门，推拉门、卷帘门、旋转门、伸缩门运动的产生、传递、转换和控制分别有各自不同的特点。分析其工作和运动机制，对深入理解门机构模型和建立新型门机构等运动机构有着很强的指导意义。

2 四种门机构的运动分析

2.1 推拉门

2.1.1 家用推拉门

推拉门为家居生活中最为常见的门机构类型。其运动简单，易于操作，在需要简单分割两个空间的出入口处广泛应用。

推拉门的固定部分固结于地面，通常为两个或多个有一定间距的门槛结构形成推拉槽。活动部分底部多装有滑轮，单自由度地在推拉槽中以直线方式在一定范围内进行推拉运动。

图1 几种家用推拉门效果图

实拍图如下。箭头所指部分为推拉门活动部分单自由度运动的运动方向。推拉槽为四个有一定间距的门槛结构，以实现两个各自独立的部分在推拉槽中运动，提高了实用性。

图2 家用推拉门运动示意图

当前对推拉门的研究主要集中于美观性研究。随着居民生活质量的提高，推拉门的材质、安全性和适当的推拉阻尼成为衡量推拉门质量的重要标准。限于篇幅，本文不再展开。

2.1.2 工业用推拉门

在某些大型仓库和有密封或保密需要的企业厂房或仓库中，亦普遍存在推拉门。其特点为保持开启或关闭的稳态时间长，驱动门运动所需力较大，故多采用电机驱动。

图3 几种工业用推拉门实拍图

以中船江南重工股份有限公司设计的大型悬挂式电动推拉门【1】为例，仓库等采用刚性较大的推拉门，合理布置抗风插销，可以满足抗风能力。推拉门采用悬挂式轨道驱动，保证了车辆进出处地面无机械装置以便于通行。驱动系统采用链轮、链条传动方案，通过调速电机控制。此种设计方案充分考虑了仓库所需的抗风性、密封性、保密性，通过操作人员控制电机驱动可以获得稳定的推拉效果并可保持仓库开闭和使用与否的时间同步。悬挂式轨道设计为地面节约了空间，提高了仓库吞吐能力。

细节设计部分，莱钢集团矿山建设有限公司的孙文站在《电动推拉门的研究

【2】及应用》一文中提出，开关门到位时，推拉门控制电路应启动主动制动功能，防止门板被过挤压。门控制系统亦应保证开关门时间、开门后延迟时间均可控，可检测障碍物以及故障指示。下导轨组件可实现门板的下部导向和定位。

门板活

动部分与门下滑槽之间的间隙应适当，以避免门拉动过程中出现晃动和噪音。

2.2 旋转门

旋转门多安装于双向人流量较大的高大建筑物的出入口处。一般是由固定框架、帽头、贴地包边、边墙玻璃组成旋转门的外框，中间的展台和门扇为旋转部

【3】分。张正本在《浅议旋转门的节能与减排》中将传统推拉门与旋转门比较，通

过热力学分析，得出了旋转门更节能环保的结论，为旋转门的广泛使用提供了理论基础。

图4旋转门运动示意图

旋转门的旋转轴为固结于旋转底座的定轴。门扇等旋转部分在工作时围绕旋转轴作一个自由度的定轴转动。其他旋转门框架结构均起强度支撑作用，并固结于底座。

其驱动力在不同情境下分为人力或PLC 电机驱动。

人力驱动情况主要表现为进入旋转门框架的人施与几乎垂直于门扇的力以提供门扇转动的力矩，当此力矩大于门扇所受的阻尼力矩时，旋转门将开始工作。根据理论力学的动力学普遍定理：

驱动- 阻尼=JZ ×ωM M 2（1）

驱动=F×L ×sin β（2） M

F ：作用力

图5旋转门运动方程参量示意图

（1）式中ω 表示门扇等旋转部分的瞬时角速度，J Z 表示旋转部分绕中心轴

的转动惯量，是旋转门旋转部分的固有属性。当推动力越大，作用点离中心轴越远，由力矩定理（2）知，对门的推动力就越大。现实生活中，有许多儿童在旋转门里玩耍时，为使旋转门的角速度变大，而将手作用点远离中心轴，造成手卡住于旋转部分与固结部分间空隙的悲剧，设计人员应该有责任改进现有旋转门，以期不再发生类似事件。

自动旋转门由程序逻辑控制器(PLC)、计算机中心处理装置和调速旋转门电

路等控制器件所组成的微电脑控制系统进行控制。门的运行完全自动，特殊情况下才进行手动操作②。旋转门由电机驱动和提供旋转力矩，具有运行平稳，可调速等优点。

【4】据文献《PLC 在四翼自动旋转门中的应用》可知，旋转门的多个门扇扇相

互成定角地镶嵌在同一个轴柱上构成, 其机械传动模型可简化为调速电机通过减速机构带动旋转门的轴柱, 从而带动旋转门门扇旋转。 2 Net: 旋转门 - 建筑出入口, 2015年11月23日

2.3 卷帘门

卷帘门是在小型门面房、仓库或家用车库出入口处常见的一种门机构。

图6 卷帘门实拍图

卷帘门按开启形式分为手动卷帘和电动卷帘。手动卷帘主要是借助卷帘中心轴上的扭簧，达到拉动卷帘的目的。电动卷帘使用电机带动卷帘中心轴转动，当

③转动到电机设定的上下限位时自动停止。

图7 电动卷帘门主要机械结构实拍图

卷帘门门体由一片片互相连接的细长联片组成。卷帘门的驱动力主要是绕高处转轴的旋转力矩，由电机通过减速机构或人力拉动扭簧提供。当驱动力矩大于阻碍和限位的阻尼后，整个门体开始运动。

下方帘板在卷帘门两侧限位槽做一定范围内的铅垂方向的单自由度的运动，顶部的联片绕上方转轴转动，由于联板自身有一定厚度，故每个联片的重心均沿类似于渐开线的曲线在铅垂面做三自由度的运动。

3 Net: 卷帘门, 2015年6月26日

图8 渐开线示意图

2.4 伸缩门

伸缩门是一种门体可以伸缩自由移动，进而控制门洞大小、来控制行人或车辆的拦截和放行的一种门。伸缩门主要由门体、驱动电机，滑道、控制系统构成。

图9 伸缩门渲染图

门体采用优质不锈钢及铝合金等专用型材制作，采用平行四边形原理铰接，伸缩灵活行程大。驱动器采用特种电机驱动，蜗杆蜗轮减速，并设有自动离合或手动离合器，自动离合停电时可自动启闭，手动离合停电时可手动启闭。控制系统有控制板，按钮开关，另可根据需求配备无线遥控装置。还可配备智能红外线探头防碰撞装置，遇人或异物一定距离可自动返回运行，从而保障车辆及行人的安全④。

伸缩门整体为在导轨上或某条直线上做有一定范围的单自由度往复运动。其内部各结构运动分析如下：

图10自由度示意图

在伸缩门展开或收起时，其基本构型为平行四边形或菱形互相铰接的条状型材根据不稳定性产生伸缩变形，在铅垂平面内做三自由度的包括平动与转动的运动。

伸缩门的导轮上的点（不包括重心）同样做在铅垂平面内做三自由度的包括平动与转动的运动；导轮重心同整体一样，做在导轨上或某条直线上做有一定范4 Net: 伸缩门, 2015年11月26日

围的单自由度往复运动。

下图为伸缩门驱动机构的实拍图。

图11 伸缩门驱动结构

伸缩门由电机驱动，通过操作人员或设置内部PLC 电路控制。电机驱动时，通过减速机构带动门运动。有些伸缩门还配备了红外线防碰撞装置，当检测到运动路径上存在阻挡物后，可以自主暂停运行，从而提高了伸缩门的安全性。

3 结论

本文对四种常见的门结构——推拉门、卷帘门、旋转门、伸缩门等的运动形态和驱动方式进行了详尽而深入的讨论。

门结构为适应不同的环境和不同的工程、家用需要演化为不同的形态，从而更好地为生产生活服务。

《工程概论》以门结构为例，培养了学生观察和分析能力。大量的对生活中常见机械或机电结构的分析，为学生进一步学习和设计更复杂的机械结构打下了坚实的基础。

参考文献

【1】 李群. 大型电动推拉门的微机控制系统[J]. 北京联合大学学

报,1994,03:44-49.

【2】 孙文站. 电动推拉门的研究及应用[J]. 自动化应用,2014,08:12-13.

【3】 张正本. 浅议旋转门的节能与减排[J]. 门窗,2009,05:43-46.

【4】 黄河, 王信. PLC在四翼自动旋转门中的应用[J]. 机电产品开发与创

新

,2008,05:168-170.