天津地鐵2號線車輛車體端墻設(shè)計

關(guān)顯濤

（大連機車車輛有限公司城軌技術(shù)開發(fā)部，遼寧 大連116022）

0 前言

天津地鐵2號線地鐵車輛設(shè)計符合《城市快速軌道工程項目建設(shè)標準》中規(guī)定的B1型車標準。車體采用輕量化不銹鋼材料，與碳鋼車體相比，不銹鋼車體具有重量輕、耐腐蝕等特點。車體壽命為30年，運營期間車體無需重修或加固，很好的降低了維修成本。

1 車體材料

1.1 SUS301L材料的化學(xué)成分和機械性能

天津地鐵2號線地鐵車輛車體材料除底架枕梁、牽引梁外均采用城軌車輛專用的高強度奧氏體不銹鋼。奧氏體不銹鋼常用的牌號為SUS301L和SUS304,其化學(xué)成分（見表1）和機械性能（見表2）等質(zhì)量級均符合日本JISG4305：1999標準。

表1 SUS301L、SUS304不銹鋼的化學(xué)成分（JISG 4305：1999）

表2 SUS301L、SUS304不銹鋼的機械性能（JIS E 4049）

1.2 SUS301L材料的特點

SUS301L系列不銹鋼材料按其抗拉強度（或屈服強度）由大到小分為HT級、MT級、ST級、DLT級和LT級5個等級。其特點是綜合性能好、強度好、塑性好、硬度適中、具有較高的電阻率，較大的膨脹系數(shù)和低的導(dǎo)熱率。

2 車體組成

車體鋼結(jié)構(gòu)分為TC車、T車、M車、M1車四種，每種車結(jié)構(gòu)基本相同。不銹鋼車體結(jié)構(gòu)采用整體承載框架式結(jié)構(gòu)，主要由車頂、底架、側(cè)墻、端墻組成，能夠承受垂直、縱向、扭轉(zhuǎn)等動、靜載荷。

3 端墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

端墻位于車體兩端，其中TC車僅在II位端有端墻。端墻與底架、側(cè)墻及頂棚相連接使車體形成筒狀結(jié)構(gòu)，從而提高車體的剛度和強度。同時，端墻采用模塊化設(shè)計，并保證了端部內(nèi)飾和寬體折棚式風(fēng)擋安裝。在上述四種車型的端墻鋼結(jié)構(gòu)中，除端墻小件有所不同外，所有端墻均可以互換和通用。并且，所有車（TC車除外）I位端端墻（包括端墻小件）可以互換，所有車II位端端墻結(jié)構(gòu)（包括端墻小件）可以互換。

3.1 端墻鋼結(jié)構(gòu)組成

端墻主要由蒙皮、蒙皮加強梁、門立柱、橫梁組成、連接梁、側(cè)彎梁組成、頂彎梁、底部橫梁等組成。端墻結(jié)構(gòu)以門口中心對稱，具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 端墻鋼結(jié)構(gòu)組成

3.1.1 端墻門口兩側(cè)分別為一大一小兩個立柱，與頂彎梁、橫梁、底部橫梁連接，同時與側(cè)彎梁組成通過小橫梁連接，構(gòu)成端墻基本構(gòu)架。因此，立柱、頂彎梁組成、側(cè)彎梁、橫梁、底部橫梁選用了具有高強度和高張力的ST等級材料。

3.1.2 HT等級的屈服強度和拉伸強度是SUS301L材料中最大的，因此端墻上的連接梁以及蒙皮加強梁均采用了HT等級，很好地保證了端墻結(jié)構(gòu)的整體強度。同時，在滿足強度要求的前提下，考慮車體輕量化設(shè)計，各連接梁和加強梁的厚度盡量薄。

3.1.3 在設(shè)計3.1.1和3.1.2中帶有壓型件的立柱、加強梁時盡量采用了與整車壓型件相同的壓型。有效的節(jié)省了模具開發(fā)費用。

3.1.4 端墻蒙皮需要較好的表面平直度，同時對抗拉強度和屈服強度要求不高，因此選用冷軋壓縮率較低的DLT等級。

3.1.5 貫通道安裝墊板強度要求不高，選用LT等級即可滿足要求。

3.2 端墻組焊

端墻組焊盡可能地選用點焊方式。以便有效地減少焊接后的變形，并保證焊接后端墻外表面的平直度。

3.2.1 骨架組焊

端墻骨架主要采用雙面點焊的方式。在事先做好的胎具上按裝配尺寸將零件擺好，卡緊、固定，依次將個零件點焊連接。然后采用弧焊方式將立柱和上、下橫梁連接。考慮弧焊的焊接變形特點，可在骨架點焊前在門立柱之間預(yù)留收縮余量，從而確保焊接后門口的尺寸。

3.2.2 蒙皮組焊

端墻骨架組焊完成后與蒙皮進行焊接，蒙皮焊接采用單面點焊的方式進行。單面點焊臺位鋪設(shè)一層導(dǎo)電性好的銅板，銅板起到輔助電極的作用，可以減少點焊分流對焊接質(zhì)量的影響。同時，蒙皮焊點分布均勻，外形美觀。

3.3 端墻與車體連接

端墻與車頂、底架、側(cè)墻均采用焊接方式連接。

3.3.1 端墻與車頂連接端墻通過頂彎梁與車頂波紋頂板通過點焊和角焊的方式連接。角焊部位涂抹密封膠。端墻與車頂連接見圖2。

3.3.2 端墻與底架連接

受結(jié)構(gòu)限制，端墻與底架無法實現(xiàn)點焊連接，因此選用塞焊方式。塞焊相對角焊來說具有變形小、強度高的特點。端墻與底架連接見圖3。

圖2 端墻與車頂連接

圖3 端墻與底架連接

3.3.3 端墻與側(cè)墻連接

端墻與側(cè)墻通過側(cè)墻連接板與側(cè)墻立柱塞焊連接。側(cè)墻立柱板材比較薄，為了防止塞焊時側(cè)墻立柱變形或焊穿，在側(cè)墻立柱與端墻塞焊位置預(yù)先采用點焊設(shè)置墊板。端墻與側(cè)墻連接見圖4。

圖4 端墻與側(cè)墻連接

3.4 大部件安裝

端墻鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計充分考慮了端部內(nèi)飾安裝和寬體折棚式風(fēng)擋安裝的合理性。

3.4.1 端部內(nèi)飾安裝

端部內(nèi)飾安裝包括間壁安裝和通過臺頂板組成安裝。根據(jù)車輛要求，電器柜間壁間通過距離應(yīng)不小于1300mm，通過臺頂板至客室地板布的距離應(yīng)不小于1900mm。設(shè)計時端墻門立柱之間的距離為1390mm，門口高度為1938mm，從而保證了端部內(nèi)飾安裝后的通過尺寸。

在間壁上安裝有扶手，考慮到扶手的檢修或更換方便，在端墻門口兩側(cè)的大立柱上設(shè)置了檢修孔，見圖5。

圖5 扶手檢修孔

3.4.2 風(fēng)擋安裝

天津地鐵2號線采用的風(fēng)擋為新型的分開式寬體折棚結(jié)構(gòu)，該風(fēng)擋內(nèi)部通過寬度為1300mm，高為1900mm，能夠拓寬旅客的活動空間和視覺空間。在設(shè)計中，端墻鋼結(jié)構(gòu)門口的寬度設(shè)計為1390mm，高度設(shè)計為1938mm，保證了風(fēng)擋安裝后的通過尺寸。

寬體折棚風(fēng)擋與端墻采用螺釘連接，為了保證貫通道的安裝方便、合理，在端墻門口立柱兩側(cè)各設(shè)計增加了一個小立柱，由于端墻蒙皮及端墻梁柱均為較薄的不銹鋼材質(zhì)，考慮風(fēng)擋的重量和連接強度因素，在端墻上與風(fēng)擋連接位置預(yù)先設(shè)置了一定厚度的風(fēng)擋安裝墊板。為了保證風(fēng)擋與車體的密封性，在風(fēng)擋與端墻蒙皮搭接重合位置，預(yù)先開口，并在風(fēng)擋安裝后涂密封膠密封。

4 結(jié)束語

天津地鐵2號線地鐵車輛端墻鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計吸收了金州線快軌車和沈陽地鐵1號線地鐵車輛的生產(chǎn)和制造經(jīng)驗，本著在滿足性能要求的前提下，力求結(jié)構(gòu)簡單和輕量化設(shè)計，為我公司不銹鋼地鐵車輛的研制積累了大量經(jīng)驗。

［1］李剛卿,等.不銹鋼車體的焊接工藝及發(fā)展[M].北京：機車車輛工藝，2003.

［2］菊地隆寬.整體承載結(jié)構(gòu)車體技術(shù)[S].R＆M，2006.