不銹鋼端墻優(yōu)化設(shè)計(jì)

宋明陽

摘 要：不銹鋼車體的端墻部位是連接側(cè)墻和車頂、底架的關(guān)鍵部位，為保證司機(jī)室模塊化生產(chǎn)和螺栓連接安裝，以及貫通道配裝車體所要求的平面度，對(duì)新一代B型地鐵不銹鋼車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。端墻周圈采用角型梁形成支撐框架，橫梁、立柱與外側(cè)框架連接，取消焊接附件，采用鑰匙孔安裝代替焊接附件，源頭上提高端墻平面度。制造工序?yàn)橄群附佣藟羌?，再外敷端墻板。此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)不銹鋼車體設(shè)計(jì)具備一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：不銹鋼材質(zhì)；車體；端墻；平面度

中圖分類號(hào)：U270 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）16-0077-02

1 背景

隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，城市軌道交通迅猛發(fā)展，對(duì)地鐵車輛的要求也在不斷提升。不銹剛車體憑借自身重量輕，耐腐蝕、壽命長等優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前軌道交通發(fā)展的主流產(chǎn)品。本文在新型不銹鋼B型地鐵的項(xiàng)目基礎(chǔ)上，針對(duì)不銹鋼車體端墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 車體結(jié)構(gòu)

不銹鋼車體由底架、側(cè)墻、端墻、車頂四部分組成，如圖1所示。

底架由邊梁、橫梁、中梁、牽枕緩及端梁組成，其中牽枕緩采用高強(qiáng)度碳鋼，其余部件采用不銹鋼。吊裝區(qū)域主橫梁采用幾型斷面，橫梁下面開鉚接螺母孔，給線管提供安裝接口。

側(cè)墻結(jié)構(gòu)采用分塊側(cè)墻結(jié)構(gòu)形式，門口立柱采用非門扣鐵形式，主橫梁之間的補(bǔ)強(qiáng)采用面包板壓型件，窗口采用窗框結(jié)構(gòu)給玻璃提供支撐。側(cè)墻外露面采用DF不銹鋼板面，側(cè)墻取消焊接附件，提高外側(cè)平整度。

車頂采用大平頂結(jié)構(gòu)車體，兩根邊梁支撐車頂橫梁，其上方鋪設(shè)波紋頂板，避免了應(yīng)力集中，減低了車體重量?？照{(diào)及受電弓區(qū)域增加縱梁補(bǔ)強(qiáng)。

端墻采用板梁結(jié)構(gòu)，端墻周圈采用角型梁形成支撐框架，橫梁與立柱與外側(cè)框架連接，外敷端墻板。

車體采用歐洲設(shè)計(jì)理念的不銹鋼車體。車體采用歐式不銹鋼設(shè)計(jì)，整車采用激光焊及熔化焊等焊接工藝，符合EN15227、EN12663、VDV152、DVS1612等歐洲標(biāo)準(zhǔn)的要求。車體不銹鋼材質(zhì)采用1.4301/1.4318，碳鋼部分選擇S355J2W/Q450NQR1。

高強(qiáng)度不銹鋼車體。車體強(qiáng)度完全滿足EN12663-PⅢ強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)車鉤區(qū)域壓縮機(jī)拉伸力達(dá)到了1200kN和960kN。

良好的碰撞性能。不銹鋼材料主要為SUS301L和06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼。車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，通過車鉤與防爬吸能即能滿足25公里的碰撞要求，司機(jī)室結(jié)構(gòu)不變形，充分保護(hù)駕駛員的`人生安全并避免了司機(jī)室結(jié)構(gòu)的損壞。

輕量化車體結(jié)構(gòu)。頭車車體重6.5噸，中車車體重6.7噸，媲美鋁合金車體。

不銹鋼車體材質(zhì)主要采用高強(qiáng)耐候鋼Q450NQR1制造牽枕緩，鑄鋼GS240制造車鉤安裝座，其余部件采用SUS301L和06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼制造。

3 不銹鋼端墻優(yōu)化

不銹鋼車體端墻將底架、車頂、側(cè)墻完整的連接到一起，共同承受來自各個(gè)方向的載荷，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要合理布置貫通道和后續(xù)分檔檢修安裝等接口。由于不銹鋼車體不進(jìn)行涂裝處理，其外墻板平整度不僅影響到車輛的整體外觀效果，更作為初始變形的存在而影響到車體承載。變形將會(huì)導(dǎo)致外板局部失穩(wěn)，承載能力下降，外觀影響嚴(yán)重，如圖2所示。因此端墻外墻板平整度水平是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平和制造工藝水平的綜合表現(xiàn)。

此次優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過兩點(diǎn)措施避免此類問題再次出現(xiàn)，提高了端墻的平面度水平。

（1）優(yōu)化支撐框架，外敷端墻板。端墻結(jié)構(gòu)為不易變形的墻周圈角型梁形成的支撐框架，橫梁與立柱與外側(cè)框架連接，如圖3所示。端墻外露蒙板焊接工序?yàn)槎藟羌艹尚秃笤偻夥蠖藟Π?，從而減少焊接端墻骨架時(shí)對(duì)端墻外蒙板產(chǎn)生的熱變形，提高端墻平面度水平。

（2）取消焊接附件?；诟飨到y(tǒng)相關(guān)要求，分析附件安裝強(qiáng)度需求，在滿足各系統(tǒng)使用的條件下取消焊接附件，采用鑰匙孔安裝代替焊接附件，如圖4所示。鑰匙孔安裝的方案既滿足了各系統(tǒng)的安裝需求，實(shí)現(xiàn)了端墻減少焊接量的目的，達(dá)到了從減少焊接變形量的方面提高不銹鋼車體端墻平面度的最終目標(biāo)。

通過此上兩種方案，滿足強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上改善了端墻外墻板平整度水平，從根本上解決了平面度超差的問題，工藝性大大提升，客戶對(duì)端墻的設(shè)計(jì)改進(jìn)十分滿意。

4 結(jié)語

本文基于不銹鋼車體結(jié)構(gòu)分析，通過優(yōu)化支撐框架，外敷端墻板合取消焊接附件減少焊接變形量的方法提高不銹鋼車體端墻平面度，從根本上解決了平面度超差的問題，提升制造工藝性。為在激烈的城軌市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占領(lǐng)優(yōu)勢(shì)，引領(lǐng)地鐵車輛技術(shù)發(fā)展，樹立地鐵列車發(fā)展典范。不銹鋼車體的研發(fā)和制造及對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的總結(jié)，為后續(xù)研制項(xiàng)目生產(chǎn)提供了新的方案設(shè)計(jì)思路和指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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