A型地鐵鋁合金車體結(jié)構(gòu)設(shè)計

唐山軌道客車有限責任公司 王志俊 馮 亮 羅 超 劉 宇 馮憲瑞

A型地鐵鋁合金車體結(jié)構(gòu)設(shè)計

唐山軌道客車有限責任公司 王志俊 馮 亮 羅 超 劉 宇 馮憲瑞

車體是車輛結(jié)構(gòu)的主體，車體強度、剛度關(guān)系到車輛運行的可靠性和安全性。合理選擇車體的材料和車體結(jié)構(gòu)是保證地鐵“安全、可靠、快速、輕量、經(jīng)濟、適用”運營的重要因素之一。

材料；參數(shù)；車體結(jié)構(gòu)

1.A型地鐵鋁合金車體材料選擇

車體承載結(jié)構(gòu)主要采用鋁合金大型中空擠壓型材6005A-T6、7005-T6、6063-T5及板材5083-H111、6082-T6系列，鋁合金大型中空擠壓型材耐腐蝕性高、易于焊接、密度小，同時還有抗拉強度高、屈服強度高的優(yōu)點，因此在國外A型地鐵車輛中被廣泛應(yīng)用。A型地鐵所使用的鋁合金的強度數(shù)據(jù)，滿 足歐洲標準EN755-2及德國標準DIN 1748要求，熱處理滿足DIN EN515或相應(yīng)的歐洲或國際標準的規(guī)定。

2.主要技術(shù)參數(shù)

所設(shè)計的車體為采用大型中空鋁合金擠壓型材A型地鐵鼓形車體；

頭車車體的主要技術(shù)參數(shù)如下：

1)車輛長度：23619mm；2)車輛定距：15700mm；3)車輛寬度：3000mm；4)車輛高度：3760mm；5)車鉤中心線至軌面的高度：720mm。

中間車車體的主要技術(shù)參數(shù)如下：

1)車輛長度：21885mm；2)車輛定距：15700mm；3)車輛寬度：3000mm；4)車輛高度：3760mm；5)車鉤中心線至軌面的高度：720mm。

3.A型地鐵鋁合金車體承載形式

3.1 車體總成

如圖1、2所示，車體外形為鼓型，這樣能很好的降低空氣阻力，減少能源的消耗。車體采用通長大斷面鋁合金中空擠壓型材全焊接或部分鉚接結(jié)構(gòu)，由底架、車頂、側(cè)墻、端墻、司機室等部分組成，底架、側(cè)墻、端墻及車頂均承受載荷，能夠承受垂直、縱向、橫向、扭轉(zhuǎn)等載荷。車體由縱向長尺寸的擠壓鋁合金型材制造，不需要對接。車體結(jié)構(gòu)基本要求是進行輕量化設(shè)計，整體承載結(jié)構(gòu)，底架無中梁。司機室為框架結(jié)構(gòu)，外部由玻璃鋼罩板包裹，前端的玻璃鋼罩板符合空氣動力學要求。司機室端部結(jié)構(gòu)設(shè)計能滿足意外撞車時的能量吸收。

整個車體輪廓為鼓形斷面，能夠充分利用限界并且有較強的承載能力。車下大部件采用邊梁吊掛方式。

圖1 頭車車體主結(jié)構(gòu)

圖2 中車車體主結(jié)構(gòu)

圖3 車體平頂圖

3.2 底架組成模塊

底架是車體組成的基礎(chǔ)。車輛的走行裝置及連接緩沖裝置都直接與底架相連。中間車底架由一、二位端底架前端組成、地板組成、邊梁等零部件組成。頭車底架由一位端牽枕緩組成和防爬緩沖區(qū)、二位端由牽枕緩組成地板組成、邊梁等零部件組成；地板和邊梁為通長結(jié)構(gòu)，一位端到防爬緩沖區(qū)，二位端到緩沖梁。

3.2.1 底架地板組成方案

底架地板組成由通長中空擠壓型材焊接而成，共9塊型材，分3種斷面。地板上下面的壁厚為2.7mm，筋板厚度為2.5mm，充分滿足底架強度和剛度的同時最大程度地減輕重量，地板中間采用插接焊接結(jié)構(gòu)，兩側(cè)留有和邊梁搭接的結(jié)構(gòu)便于保證底架總體寬度尺寸公差。

3.2.2 底架邊梁方案

邊梁與地板連接處設(shè)計了與地板搭接的結(jié)構(gòu)；地板邊梁設(shè)置10mm厚吊裝懸臂板，為車下吊裝設(shè)備提供多種選擇。

3.2.3 一、二位牽枕緩組成

一、二位牽枕緩由枕梁組成和牽緩組成通過焊接形式成為整體結(jié)構(gòu)。枕梁組成和牽緩組成兩側(cè)直接和邊梁連接。牽枕緩焊接完后通過對其上下表面進行機械加工達到要求的尺寸，以此來保證心盤區(qū)和空簧區(qū)的精度和平整度。一、二位牽枕緩組成共用同一種枕梁組成結(jié)構(gòu)，二位牽緩組成兩側(cè)與前端底架模塊焊接在一起。

3.2.3.1 二位底架牽緩組成

二位牽緩組成由牽引梁左、牽引梁右、牽引梁上下蓋板、車鉤安裝座、緩沖梁和緩沖梁上下蓋板組成。此結(jié)構(gòu)將牽引梁和緩沖梁集成一體，既滿足了車體受力要求同時又提高了組裝效率。

3.2.3.2 二位底架枕梁組成

二位枕梁組成由橫梁、上部板、下部板、筋板等組成。枕梁上平面與底架地板焊接，兩側(cè)與底架的邊梁焊接。

3.3 車頂組成模塊

車頂結(jié)構(gòu)由圓頂、平頂、側(cè)頂、受電弓平臺（中間車）和連接風道組成。

3.3.1 車體圓頂結(jié)構(gòu)方案

如下圖所示，為了滿足強度和剛度要求的同時盡可能輕量化，將圓頂兩側(cè)型材設(shè)計為梯形型腔、將中間設(shè)計為方形型腔。圓頂又分為中圓頂、小圓頂、邊圓頂三種。這三種圓頂斷面結(jié)構(gòu)相同，不同之處就是縱向尺寸。

3.3.2 車體平頂結(jié)構(gòu)方案

車體平頂結(jié)構(gòu)包括側(cè)梁、平臺板組成、端板和平臺排水組成(如圖3)。

3.3.3 車體側(cè)頂結(jié)構(gòu)方案

側(cè)頂是由三根型材焊接而成，下部型材與側(cè)墻連接，上部型材留有和平頂、半圓頂連接的接口。

受電弓平臺與側(cè)頂和圓頂連接。如下圖所示，受電弓平臺是由一個左、右側(cè)梁、平臺底板、受電弓端板等組成。

3.4 側(cè)墻組成模塊

側(cè)墻是由一二位側(cè)墻構(gòu)成，兩側(cè)側(cè)墻完全對稱，每側(cè)側(cè)墻由六塊側(cè)墻板組成，每塊側(cè)墻板由側(cè)墻型材和門立柱組成，在中間四塊側(cè)墻板上開有窗戶口，兩邊側(cè)墻板由側(cè)墻型材、門立柱和端角柱組成。單塊側(cè)墻板由四塊側(cè)墻型材焊接而成，端部由門柱焊接封堵，門柱和車頂、底架連接。

3.5 端墻模塊

端墻以左、右對稱的端墻板為基礎(chǔ)，由橫向梁連接。端墻板內(nèi)豎向板梁式柱子也采用了空心截面的擠壓模塊。端墻由端墻板、門柱、橫梁和端墻上橫梁組成。風擋墊板焊接于橫梁上，用于安裝風擋。

[1]EN12663-2010,鐵道應(yīng)用-軌道車身的結(jié)構(gòu)要求[S].

[2]EN755-2-2008,鋁和鋁合金擠壓棒材/桿材、管材和型材(第2部分):機械性能[S].

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GB/T 7928-2003地鐵車輛通用技術(shù)條件[S].北京:中國標準出版社,2003．

[4]耿烽,左言言,李樹棟.鋁合金A型地鐵輕量化車體結(jié)構(gòu)與有限元建模[J].制造業(yè)自動化,2010,32(11).

王志俊（1984—），男，工程師，現(xiàn)供職于唐山軌道客車有限責任公司。