軌道車輛鋁合金車體排水結(jié)構(gòu)設(shè)計

張曉珍 張明陽 徐鳳妹

摘 要：軌道車輛作為城市交通的重要組成部分，在運(yùn)行過程中，雨雪及空調(diào)冷凝水等會造成車頂積水。車頂積水如不能順利排放，將會造成車廂漏水或設(shè)備損壞，影響車輛正常運(yùn)營。為避免車頂積水及順利排放積水，設(shè)計合理的車頂排水結(jié)構(gòu)是軌道車輛設(shè)計過程中不可或缺的一項工作。本文詳細(xì)介紹了軌道車輛鋁合金車體四種車頂排水結(jié)構(gòu)設(shè)計，對同類型車輛排水結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計具有重要參考意義。

關(guān)鍵詞：軌道車輛;排水結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：U270.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 概述

軌道車輛車頂結(jié)構(gòu)由圓頂及平頂兩部分組成（圖1）。圓頂部分形狀規(guī)整，一般不會因雨雪等形成積水。平頂部分是用來安裝集中單元式空調(diào)機(jī)組或受電弓等設(shè)備的，其下方還有塞拉門等機(jī)構(gòu)。由于門機(jī)構(gòu)的安裝、電氣線路的布置等需要一定的高度空間，所以平頂部分一般設(shè)計成橫向兩側(cè)高中間低的凹型結(jié)構(gòu)，從而不可避免存在容易積水的區(qū)域。因此，在車頂結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須考慮排水問題。車頂排水問題是軌道車輛制造和運(yùn)營過程中非常重要的環(huán)節(jié)。車頂積水能否及時排盡對于保護(hù)車頂設(shè)備十分關(guān)鍵。積水會導(dǎo)致車體焊縫生銹并出現(xiàn)孔洞，然后不斷滲進(jìn)車體進(jìn)入車廂，導(dǎo)致乘客被淋及地板積水等問題，影響乘客的乘坐舒適性;積水過多，溢出空調(diào)口擋板進(jìn)入車內(nèi)，也會增加空調(diào)機(jī)組及其它設(shè)備出現(xiàn)漏電、損壞等情況的風(fēng)險;長期積水還會影響車體結(jié)構(gòu)及焊縫的壽命，甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)失效，嚴(yán)重影響車輛的安全運(yùn)營。由此可知，合理地設(shè)計平頂區(qū)域的排水結(jié)構(gòu)是車輛設(shè)計過程中不容忽視的一項工作。

本文針對4種常見的排水結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行論述，以供軌道車輛設(shè)計時參考。

1 車內(nèi)排水結(jié)構(gòu)

平頂結(jié)構(gòu)主要由中間水平部分、兩側(cè)排水槽、側(cè)頂組成（圖1，圖2）。根據(jù)平頂長度的不同，每處平頂排水槽底部焊接1～2個折彎鋼制排水管并在管口設(shè)置濾網(wǎng)。平頂排水槽中的積水可以通過排水管排出車外。

為了保證排水槽中的積水能及時排出，軌道車輛車內(nèi)排水結(jié)構(gòu)及管路需要精心布置（如圖3所示）。在車內(nèi)側(cè)頂、側(cè)墻、底架分別焊接一段長度不等形狀各異的鋁制管路（其中，焊接在側(cè)頂上的折彎管路接通車頂排水槽，焊接在底架上的管路穿過底架直通車外）。三段鋁管之間分別用軟管連接，鋁管與軟管相接處用喉箍固定。軟管布置方便，可以有效地避開側(cè)門機(jī)構(gòu)、電氣管路等結(jié)構(gòu)。在內(nèi)側(cè)頂、側(cè)墻、底架上軟管折彎處或鋁管接口附近設(shè)計有支架用來固定管路。車內(nèi)排水結(jié)構(gòu)流水路徑如圖3所示，其中，藍(lán)綠色表示軟管，粉紅色表示車體焊接排水管，橙色表示轉(zhuǎn)角排水管，藍(lán)色虛線表示流水路徑。

車內(nèi)排水結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：平頂排水槽體積相對較大，可以有效地收集平頂區(qū)域的積水，并通過和排水槽相連的管路排至車外。整車車內(nèi)管路不外漏，不影響外部的美觀。

車內(nèi)排水結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：

1）工藝性較差。管路在車內(nèi)、外墻板之間布置，需避開門機(jī)構(gòu)、電氣及其它設(shè)備，走向復(fù)雜，導(dǎo)致工人施工難度較大，耗時較多，不利于精益生產(chǎn)。

2）可維護(hù)性較差。因為管路在車內(nèi)，需要維護(hù)管路及更換軟管、喉箍時，必須先拆墻板，非常不便。

3）出現(xiàn)泄漏不容易及時發(fā)現(xiàn)。車輛運(yùn)行過程中的震動存在導(dǎo)致喉箍管路松動的風(fēng)險，因此造成的細(xì)小滲水不易發(fā)現(xiàn)。

2 車外排水結(jié)構(gòu)--端部軟管式

這種車外排水結(jié)構(gòu)，在第一種車內(nèi)排水結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化。平頂同樣主要由中間水平部分、兩側(cè)排水槽、側(cè)頂組成，不同的是車體邊梁在型材設(shè)計時設(shè)計了雨檐。平頂排水槽開孔焊接一段排水管，邊梁（側(cè)頂）在對應(yīng)位置開孔焊接另一段排水管。兩排水管之間用軟管連接，喉箍固定。平頂排水槽里的積水通過排水管直接排到邊梁雨檐。排水路徑如圖6所示，其中藍(lán)綠色表示軟管，粉紅色表示車體焊接排水管，藍(lán)色箭頭所示為流水路徑。

車體兩端位置設(shè)計了排水裝置和雨檐相連（圖8），這樣可以避免水流過快而溢出車外。排水裝置含有過濾網(wǎng)，下端設(shè)置排水管，一直延伸到車體底架下方。

圖9所示匯入雨檐的水，沿雨檐流動，一直經(jīng)過端部排水裝置及軟管排出車外。藍(lán)色箭頭顯示為水流路徑。

此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：

1）平頂排水槽到雨檐排水槽之間僅用一小段軟管連接，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、緊湊;內(nèi)軟管連接可以布置在側(cè)門上方，維護(hù)方便，需要時打開側(cè)門門罩即可進(jìn)行操作。

2）端部排水都安排在車體外部，不占用車內(nèi)空間，可視可見，如有泄漏可以及時發(fā)現(xiàn)。

3）工藝可操作性好：除焊接排水裝置外，車外只需安裝排水軟管即可，不需預(yù)留其他裝置位置和調(diào)節(jié)工藝步驟。

4）圓頂部分的雨水也進(jìn)入雨檐排水槽，車體外側(cè)出現(xiàn)雨痕的概率減少。

此結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：

1）仍有一段軟管在車內(nèi)，如有細(xì)小泄漏不易發(fā)現(xiàn)。

2）車端軟管暴露在車外，軟化現(xiàn)象需頻繁更換。

3）軟管管徑有限，為防止大顆粒雜質(zhì)堵住現(xiàn)象，必須使用濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

4）軟管排水量有限，雨量大時，雨水仍會翻出雨檐，出現(xiàn)雨痕現(xiàn)象。

3 車外排水結(jié)構(gòu)--端部一體排水腔式

這種車外排水結(jié)構(gòu)，在第二種車外排水結(jié)構(gòu)（端部軟管結(jié)構(gòu)）上進(jìn)行了優(yōu)化。車端端角柱斷面在設(shè)計時設(shè)置了排水空腔，圖10所示。

此排水結(jié)構(gòu)，車頂部分也是在車頂?shù)鯍毂酆瓦吜荷祥_孔焊接排水管，中間用軟管相接（圖11）。不同的是車頂?shù)鯍毂燮巾斉潘鄣撞考哟笃骄徳O(shè)計（圖11），排水管和平頂排水槽底部垂直安裝，雨檐處排水槽設(shè)計空間變大（圖12）。平頂排水到邊梁雨檐槽路徑如圖11所示，藍(lán)綠色表示軟管，粉紅色表示車體焊接排水管，藍(lán)色箭頭所示為流水路徑。

通過車端的過渡件集水槽將雨檐和角柱排水腔連接（圖13），雨檐的水流順著角柱排水腔流下，排出車外。

圖11所示平頂區(qū)域的積水先流到或積蓄在排水槽，再通過排水槽底部的排水管、軟管、邊梁上的焊接排水管進(jìn)入雨檐，然后流到端部過渡件集水槽，最后沿端角柱排水腔流出車外。

一體式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：

1）平頂排水槽到雨檐排水槽，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、緊湊，且優(yōu)化后的排水槽和雨檐底部連接結(jié)構(gòu)更加有利于雨檐底部積水的排空。

2）端部過渡件集水槽（圖13）設(shè)計，省去濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

3）排水主要都安排在車體外部，不占用車內(nèi)空間。

4）工藝可操作性好：端部除焊接過渡件集水槽及下部分離件排水槽外外，型材自帶排水腔，工藝操作簡單，且結(jié)構(gòu)更加美觀。

5）因雨檐斷面變大，即使雨量增大，圓頂及平頂部分雨水也能順利進(jìn)入雨檐排水槽，車體外側(cè)雨痕減少。

一體式結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：

1）因端部排水腔和車體角柱是一體的，長久的潮濕環(huán)境會對加快車體的腐蝕。維護(hù)成本較高，更換端角柱費(fèi)時費(fèi)力。

2）因下部分離件排水槽遮住了端墻和底架端梁之間的橫焊縫，會造成此橫焊縫漏焊或者漏探傷現(xiàn)象。雨水流經(jīng)此處會進(jìn)入底架邊梁及端梁型腔內(nèi)部，造成底架滲水現(xiàn)象。

4 車外排水結(jié)構(gòu)--端部分離排水腔式

這種車外排水結(jié)構(gòu)，和上述車外排水（一體式）結(jié)構(gòu)類似，不同的是端角柱型材斷面分成兩個部分，端角柱主體部分和排水型腔部分，兩個部分焊接或者粘接成一體，如圖14所示。

和端部一體排水結(jié)構(gòu)一樣，圓頂和平頂積水先流入雨檐排水槽，然后經(jīng)過雨檐排水槽流到端部過渡件集水槽，最后進(jìn)入端部排水槽流到車端底部，從而排出車外。圖15為過渡件處詳細(xì)視圖。

分離式結(jié)構(gòu)相比一體式結(jié)構(gòu)，還具有如下幾項優(yōu)點(diǎn)：

1）可靠性好。因排水槽單獨(dú)成型，故車體端角柱不參與排水。水流不經(jīng)過主體結(jié)構(gòu)，減少了潮濕環(huán)境對車體主體結(jié)構(gòu)的影響。

2）工藝性好。單獨(dú)成型的排水槽，工藝上比較容易實現(xiàn)，可以粘接或者焊接到車體端部。

3）安全美觀。因排水型腔整體沿角柱輪廓拉伸出來，排水槽成為車體一部分，端部看不到排水管。

4）可維護(hù)性好。排水槽粘接在車端，如出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，可以直接更換新的排水槽，操作方便。

分離式結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：

1）因排水槽型材壁厚較薄，焊接到車端，容易出現(xiàn)焊接過燒現(xiàn)象。

2）因車體端角柱和排水槽是分離的，工藝操作輪廓度會出現(xiàn)一致性不高現(xiàn)象，影響外觀。

5 總結(jié)

車頂排水結(jié)構(gòu)作為車輛設(shè)計的一部分，對車輛的制造有運(yùn)營都有非常重要的影響。排水結(jié)構(gòu)的設(shè)計必須保證車頂不積水及車頂雨水、冷凝水能及時排出。以上詳細(xì)介紹了軌道車輛鋁合金車體常用的四種排水結(jié)構(gòu)設(shè)計方案及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，供同類型車輛設(shè)計參考。設(shè)計時具體采用哪種排水結(jié)構(gòu)方案，需要根據(jù)項目規(guī)定的限界、客戶的個性要求、車體材質(zhì)等因素綜合考慮決定。

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