大連市金普線城際車輛總體設計

鄒欣 鄒曉宇 吳輝

摘 要：文章從車輛的內部、外部、車輛底架設備布置等方面對金普線城際車輛總體設計方案進行闡述，并結合現(xiàn)有車輛設計經驗及計算方法對車輛限界、載客量和重量分配等進行校核計算，最后從車輛安全性設計以及遠期擴編需求角度對設計方案進行論述，充分證明金普線城際車輛總體設計方案的可行性。

關鍵詞：城際車輛;金普線;總體設計;遠期擴編

中圖分類號：U270.2

大連市金州新區(qū)至普灣新區(qū)城際鐵路（以下簡稱“金普線”）正線長43.152 km，采用DC1500V架空接觸網受電，最高運行速度為120km/h[1]。中車大連機車車輛有限公司在既有自主研發(fā)的B型地鐵車輛[2]基礎上，根據(jù)大連地區(qū)以往各線路車輛運用反饋情況，結合用戶需求，為大連市金普線設計車輛，設計使用壽命為30年[3]。

1 車輛編組形式及主要技術參數(shù)

金普線城際車輛采用2動2拖4節(jié)編組，其編組形式為：+ Tc - Mp - Mp - Tc +。其中+表示半自動車鉤， Tc表示帶司機室的拖車，-表示半永久棒式車鉤，Mp表示帶受電弓的動車。車輛主要技術參數(shù)符合GB50157-2003《地鐵設計規(guī)范》[4]的相關要求，其主要技術參數(shù)如表1所示。

2 車輛主要技術特點

車輛采用薄壁筒型整體承載的輕量化不銹鋼車體結構[5]、簡潔大方時尚的內飾設計、成熟平臺衍生的轉向架、先進的網絡控制技術、集中控制式LED照明系統(tǒng)和高度集成式乘客信息顯示系統(tǒng)。客室門采用雙扇電動塞拉門，一體式貫通道，每節(jié)客室車頂配置2臺35 kW智能化節(jié)能型空調機組，司機室設增壓風機，頭車采用半自動車鉤，車輛間采用半永久牽引桿。車輛具有綠色、節(jié)能、環(huán)保的特點。

3 車輛總體設計

車輛總體設計是對車輛設計的總體策劃，綜合考慮用戶使用的便捷性及維護的可操作性，車輛采用大量的模塊化設計，各系統(tǒng)功能均有較高的集成度。Tc車外部設備總體布置如圖1所示，Mp車內部設備總體布置如圖2所示（Tc車和Mp車車內外總體布置基本類似）。車輛的總體布置主要分為車頂、車內、車下3個部分。

3.1 車頂

Tc車車頂布置信號系統(tǒng)的天線、2臺頂置式薄型空調機組和4個廢排裝置。Mp車車頂布置了2臺頂置式薄型空調機組，4個廢排裝置及受電弓等設備。

3.2 車內

車內主要布置相應的駕駛設施（如操縱臺、司機室座椅等）、服務乘客的相關設備（如車門系統(tǒng)、照明設備、車窗、乘客廣播與信息顯示系統(tǒng)設備、空調控制柜、電氣柜等）、旅客乘坐的設施（如座椅、扶手、吊環(huán)、輪椅固定器等）以及保證客室美觀的設施（如側墻內飾、側頂內飾、端部內飾、屏風）等[6-7]。

3.3 車下

車下主要布置列車運行的必需設備，包括牽引輔助系統(tǒng)設備（如牽引逆變器、濾波電抗器、輔助逆變器等）和制動系統(tǒng)設備（如空壓機、制動控制裝置、風缸模塊等），除此之外還設置轉向架[8]。

底架設備布置主要以平衡軸重、便于維護以及利于管線布置為原則，通過計算，調整不同設備距離車輛橫向、縱向中心線的距離，盡量保證設備布置后車輛重心與車輛幾何中心重合，從而保證車輛軸重及輪重滿足合同要求，與此同時，也需要考慮設備安裝、維護的空間要求。車下主要懸掛設備如表2所示。Tc車車下主要懸掛設備布置如圖3 所示，Mp車車下

主要懸掛設備布置如圖 4所示。

4 車輛總體校核

4.1 車輛限界

根據(jù)車輛總體設計方案，車門采用塞拉門，限界校核時分關門和開門2種情況做車輛斷面投影，在投影上標注限界計算用輪廓控制點[9]。 按照CJJ 96-2003 《地鐵限界標準》[10]計算，金普線城際車輛滿足限界要求。

4.2 載客量

根據(jù)用戶需求書對車輛主要結構尺寸的要求，設計Tc車車體長度為19500mm，Mp車車體長度為19000mm，每輛車配置8對車門。Tc車座席為36座，Mp車坐席為42座，座位寬度為450 mm。根據(jù)車輛的平面圖、斷面圖及GB/T 7928-2003《地鐵車輛通用技術條件》[11]的具體要求，站立面積為除去座椅及前緣100mm外的客室面積[12]。經計算確定Tc車客室內部能夠站立人的有效面積為31.42m2，Mp車客室內部能夠站立人的有效面積為34.24m2。車輛定員站席人數(shù)按6 人/m2計算，超員站席人數(shù)按8人/m2計算。車輛載客量（座席+站席）如表3所示。

4.3 車輛重量分配計算

在滿足設備維護和操作空間的前提下，車輛底架設備布置應根據(jù)車輛設備位置及其重心，計算整車重心及重量偏差[13]。GB/T 7928-2003 《地鐵車輛通用技術條件》中，車輛底架設備布置時要求同一動車的每根動軸實際測得的軸重與該車各動軸平均軸重之差不應超過實際平均軸重的2%。

車輛重心計算公式如下：

（1）

式（1）中， X axis為整車重心X軸的坐標值， Y axis為整車重心Y軸的坐標值， W xi為單個設備X軸的力矩， W yi為單個設備Y軸的力矩， W i為單個設備的質量。

經過計算，Tc車重心X axis = 43.11，Y axis = 10.87;Mp車重心X axis = -103.4，Y axis = -50.45。根據(jù)經驗，車輛重心滿足車輛設計要求。

車輛重量偏差計算公式如下：

（2）

式（2）中，ΔW xi為整車X軸的重量偏差，ΔW yi為整車Y軸的重量偏差， λx為車輛軸重偏差， λy為車輛輪重偏差。

經過計算，Tc車的軸重偏差λx = 0.68%，輪重偏差 λy = 1.51%;Mp車的軸重偏差λx = 0.29%，輪重偏差 λy = 0.72%。因此，車輛重量偏差滿足車輛設計要求。

5 車輛安全性設計

金普線城際車輛明確提出了車輛耐碰撞要求，即車體結構中設計有吸能區(qū)域[14-16]，該吸能區(qū)域吸收能量的能力為：1列AW0載荷列車以25 km/h的速度與另1 列靜止AW0載荷列車相互撞擊時，可以吸收撞擊能量，保證客室無損壞。

根據(jù)EN 12663-2010《鐵路車輛 車身的結構要求》[17]和EN 15227-2008《鐵路車輛 車體的防撞性要求》[18]，本車輛設計的Tc車采用4級吸能結構：第1級為車鉤緩沖裝置緩沖器;第2級為緩沖裝置中的壓潰管;第3級為過載保護裝置;第4級為Tc車前端底架的吸能區(qū)。車鉤緩沖器、車鉤壓潰管、過載保護裝置吸能后，2列車防爬器以小間隙對撞咬合，碰撞力通過防爬器傳遞到Tc車前端底架。防爬裝置的立板和筋板采用厚度較高的結構板，保證防爬裝置具有足夠的強度和剛度，能保證兩車相撞時防爬裝置不損壞;同時，其獨特的凹凸相間結構，可以保證兩車體底架相撞前防爬器準確對中，防止車輛相撞時互相爬疊，使撞擊能量通過底架水平安全傳遞。前端塑性吸能區(qū)由吸能構件組成。在吸能區(qū)后端安裝剛度較大的梁件，與底架的剛性大橫梁等共同組成空間框架結構，形成剛度強大的吸能止擋區(qū)，保證客室不損壞[19]。

6 遠期擴編方案

為滿足金普線城際車輛遠期由4節(jié)編組擴編為6節(jié)編組的要求，對車輛相關系統(tǒng)部件進行預留接口設計。為盡量減少擴編時的工作量，推薦擴編后采用4動2拖（+ Tc - M - Mp - Mp - M - Tc +）編組形式[20]，其中Tc為帶司機室的拖車，M為不帶受電弓的動車，Mp為帶受電弓的動車。各系統(tǒng)預留接口情況如下。

（1）牽引輔助系統(tǒng)。在輔助電源系統(tǒng)和蓄電池容量、受電弓受流能力以及多功能車輛總線（MVB）、制動系統(tǒng)控制器局域網絡（CAN網絡）上設置冗余，即在4節(jié)編組時，將輔助系統(tǒng)容量、蓄電池容量及受電弓受流能力設計為滿足6節(jié)編組車輛運行時的要求。同時在機械接口方面也進行相應的預留，保證無論車輛是4節(jié)編組還是6節(jié)編組，牽引輔助系統(tǒng)的空間需求和機械安裝接口需求等可以兼容互換。

（2）制動系統(tǒng)。經過分析考慮，將全列車制動系統(tǒng)設計為2個CAN網絡，如圖5、圖6所示。車輛擴編時，在4節(jié)編組的基礎上，增加2節(jié)帶有輔閥的動車，其他車輛無需進行改動即可完成制動系統(tǒng)的擴編工作。這樣可以保證4節(jié)編組擴編為6節(jié)編組時改造工作量最少。

綜上所述，在遠期列車擴編為6節(jié)編組時，增加2 節(jié)動車，各系統(tǒng)同步進行系統(tǒng)軟件更新工作，不需要改造既有車輛即可完成擴編。

7 結語

現(xiàn)階段國內城市軌道交通正處于高速發(fā)展時期，金普線城際車輛的研制，不僅鞏固了自主化B型地鐵車輛技術平臺，同時在追求高效、綠色、舒適、安全、大運量、人性化設計等方面采用了大量的創(chuàng)新技術，可為后續(xù)車輛的設計提供參考。

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收稿日期 2019-12-09

責任編輯 宗仁莉

Overall design of inter-city vehicles on

Dalian Jinpu line

Zou Xin， Zou Xiaoyu， Wu Hui

Abstract： This paper expounds the overall design scheme of the inter-city vehicle of Jinpu line from the aspects of the vehicle interior and exterior design， the layout of the underframe equipment of the vehicle， etc.， and checks and calculates the vehicle clearance， passenger seating capacity and weight and load distribution based on the existing vehicle design experience and calculation method. In conclusion， it discusses the design scheme from the perspective of the vehicle safety design and the long-term and long-consist demand， it fully proves the feasibility of the overall design scheme of inter-city vehicles on Jinpu line.

Keywords： inter-city vehicle， Jinpu line， overall design， long-term and long-consist