美標(biāo)城市軌道交通車輛不銹鋼車體結(jié)構(gòu)研發(fā)

賀彩鵬　李剛

摘要：現(xiàn)階段，我國城市軌道交通車輛的車體制造主要以不銹鋼、鋁合金等材料為主，材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計在一定程度上影響著車體的穩(wěn)定性、安全性以及美觀性?；诖耍疚囊悦绹鴺?biāo)準(zhǔn)、相關(guān)技術(shù)要求為基準(zhǔn)，對城市軌道交通車輛不銹鋼結(jié)構(gòu)的研發(fā)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通車輛;不銹鋼;車體結(jié)構(gòu)

近年來，隨著我國城市化建設(shè)的加快，城市軌道交通進(jìn)入了高速發(fā)展階段，不僅為人們出行帶來了方便，還在一定程度上促進(jìn)了城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。經(jīng)濟(jì)全球化背景下，各國之間在文化交流、技術(shù)交流、經(jīng)濟(jì)往來等方面日益密切，我國城市軌道交通發(fā)展也逐漸趨于國際化。美標(biāo)ASME RT-2 2014《重型軌道交通車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全標(biāo)準(zhǔn)》可以說是最為嚴(yán)格的軌道交通車輛研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，為此，本文以美標(biāo)出發(fā)，對城市軌道交通車輛不銹鋼車體結(jié)構(gòu)的設(shè)計進(jìn)行深入研究。

1.不銹鋼車體結(jié)構(gòu)的研發(fā)

1.1材料選擇

城市軌道交通車輛不銹鋼車體的制造在進(jìn)行材料選擇的過程中，應(yīng)該保證所選不銹鋼具有良好的焊接性能、沖壓性能、輥軋成形性能，并且還能夠承受較高的應(yīng)力?，F(xiàn)階段，我國城市軌道交通車輛不銹鋼車體制造常用材料有兩種，一種是SUS301L、另一種是SUS304，兩種不銹鋼都屬于奧氏體系。其中，SUS301L不銹鋼具有良好的輥軋成形性能，在經(jīng)過軋制加工之后，能夠在很大程度上提高其抗拉強(qiáng)度與硬度。在實際應(yīng)用過程中，SUS301L不銹鋼可以根據(jù)壓延率不同分為五個不層次的強(qiáng)度等級，通常都是根據(jù)實際部位需求進(jìn)行不同等級材料的選擇。為在最大程度上保證不銹鋼結(jié)構(gòu)車輛在強(qiáng)度、加工性能、完全成形性能、焊接性能等方面滿足實際應(yīng)用需求，加入的鋁合金通常為EN AW-5083、EN AW-6005A、EN AW-6082等。與其他兩種材料相比，EN AW-5083的抗腐蝕性能、焊接性能更好，但其加工性相對較差，無法將其制造成中空、薄壁等材型;而EN AW-6005A雖然強(qiáng)度中等，但其加工性能較強(qiáng)，能夠做出各種形狀復(fù)雜的材型。因此，在實際材料選擇過程中，通常選擇EN AW-5083鋁合金制作部件連接板，選擇EN AW-6005A鋁合金制作薄壁空心部件。

1.2車體結(jié)構(gòu)骨架的設(shè)計

在進(jìn)行不銹鋼車體結(jié)構(gòu)的研發(fā)過程中，需要根據(jù)城市軌道交通車輛安裝性能、結(jié)構(gòu)性能等方面的要求進(jìn)行設(shè)計。通常情況下，車輛的承載結(jié)構(gòu)都是由梁、柱以及外板等方面所構(gòu)成的，并且在進(jìn)行骨架設(shè)計的過程中，需要嚴(yán)格按照美標(biāo)當(dāng)中各工況承受荷載能力的高低進(jìn)行設(shè)計。同時，還需要借助FEA進(jìn)行分析，保證其最終結(jié)果與實際需求標(biāo)準(zhǔn)相一致。另外，針對一些特殊結(jié)構(gòu)而言，美標(biāo)當(dāng)中對其技術(shù)規(guī)范、荷載承受能力有著特殊要求，對于此類結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)該輔以荷載大小的計算，保證其斷面能夠滿足實際設(shè)計要求。

1.3承載部件設(shè)計

城市軌道交通車輛的車體結(jié)構(gòu)不僅需要具備良好的靜態(tài)承載能力，還需要有著較高的安全性能，保證在發(fā)生碰撞事故時能夠為乘客提供安全的容身空間。簡而言之，即城市軌道交通車輛車體在具有較強(qiáng)靜態(tài)承載能力的同時，還應(yīng)該具有良好的動態(tài)承載能力。因此，在進(jìn)行車體結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，應(yīng)該首先對車輛碰撞要求進(jìn)行考量，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上解決車體的結(jié)構(gòu)設(shè)計方向以及主要的承載結(jié)構(gòu)形式。為在最大程度上保證不銹鋼車體結(jié)構(gòu)在承載方面、碰撞方面能夠滿足實際要求，設(shè)計過程中應(yīng)該加強(qiáng)對車頂、門口、底架等位置的斷面設(shè)計，保證其具有較強(qiáng)的承載能力。因此，在進(jìn)行車體底架邊梁的設(shè)計過程中，應(yīng)該保證其具有較強(qiáng)的剛度和強(qiáng)度，從而使其能夠承受較大的動態(tài)荷載力。通常情況下，可以采用雙層邊梁設(shè)計方式進(jìn)行車體邊梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計，從而實現(xiàn)對邊梁承載能力的有效提高。

2.城市軌道交通車輛不銹鋼車體制造

2.1制造工藝

城市軌道交通車輛不銹鋼車體的結(jié)構(gòu)大多以梁板組合承載全焊結(jié)構(gòu)為主，并且通常選用點焊的方式，進(jìn)而保證不會對板材的強(qiáng)度、大小產(chǎn)生影響。需要注意的是，在進(jìn)行強(qiáng)度較高的材料加工過程中，禁止使用弧焊。實際制造過程中，主要材料為SUS301與SUS304，這兩種材料不僅抗腐蝕性強(qiáng)，并且具有較高的強(qiáng)度，能夠承受較大的外界沖擊。另外，以SUS301與SUS304不銹鋼為主要材料，還能夠保證車體表面光潔，使車輛整體更加堅固、美觀。不僅如此，采用不銹鋼材料制造的車體無需進(jìn)行涂裝，保持原材料原本的外觀特點即可。在此情況下，車體表面無法進(jìn)行調(diào)修，因此對于車體加工技術(shù)有著較高的要求。實際焊接過程中，不銹鋼在高溫作用下會產(chǎn)生一定程度上的形變，且機(jī)械性能會有所降低，因此應(yīng)該選擇點焊方式進(jìn)行焊接。與不銹鋼材料相比，鋁合金的焊接更加復(fù)雜、難度更大，實際焊接過程中很容易出現(xiàn)氣孔、變形、裂紋等情況。但鋁合金的可塑性較強(qiáng)，可以利用現(xiàn)代擠壓成型技術(shù)進(jìn)行加工。

2.2外觀質(zhì)量

城市軌道交通車輛不銹鋼車體在實際制造過程中，其表面無需進(jìn)行防腐保護(hù)、涂漆等處理，只需要適當(dāng)修飾即可。一般情況下，原材料當(dāng)中都帶有車體表面裝飾，因此只需要在焊接之前進(jìn)行貼膜保護(hù)即可。另外，由于不銹鋼車體外墻板很薄，且光滑度較高，因此其不平度反應(yīng)較強(qiáng)，任何凹凸都十分明顯。因此，在點焊過程中應(yīng)該出于對車體美觀度的考慮進(jìn)行焊點設(shè)計，保證焊點的大小、深度、排列順序具有一致性，不會對車體整體外觀質(zhì)量造成影響。

結(jié)束語：

綜上所述，作為國際上最為嚴(yán)格的城市軌道交通車輛研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，美標(biāo)對于車體結(jié)構(gòu)的要求十分精細(xì)，其整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求也十分嚴(yán)格。本文以材料選擇、結(jié)構(gòu)骨架設(shè)計、承載部件設(shè)計三方面為出發(fā)點，結(jié)合不銹鋼車體的制造工藝與外觀質(zhì)量控制方法，對城市軌道交通車輛不銹鋼車體結(jié)構(gòu)的研發(fā)進(jìn)行探究，希望對我國城市軌道交通行業(yè)的發(fā)展能夠起到一定幫助。

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