地鐵車(chē)輛不銹鋼車(chē)體制造工藝及車(chē)間布局

韓震 費(fèi)聿坤 唐龍和

摘要：文章主要是分析了地鐵不銹鋼車(chē)體和鋁合金車(chē)體的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上講解車(chē)體的結(jié)構(gòu)、制造工藝以及輕量化，最后探討了其的外觀質(zhì)量，望可以為有關(guān)人員提供到一定的參考和幫助。

關(guān)鍵詞：地鐵;車(chē)體;不銹鋼;鋁合金

當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不安發(fā)展，同時(shí)也推動(dòng)了城市化的發(fā)展進(jìn)程。我國(guó)許多城市都在規(guī)劃、修建地鐵線路，地鐵的應(yīng)用能夠?yàn)槿藗兊某鲂刑峁┑搅艘欢ǖ谋憷?，減少公路上擁擠的情況。為此文章對(duì)地鐵軌道中的不銹鋼車(chē)體和鋁合金車(chē)體展開(kāi)了研究和探討。

1.地鐵車(chē)體概述

車(chē)體是車(chē)輛結(jié)構(gòu)的主體。車(chē)體的強(qiáng)度、剛度，關(guān)系到車(chē)輛運(yùn)行的安全可靠性和舒適性;車(chē)體的防腐耐腐能力、表面保護(hù)和裝飾方法，關(guān)系到車(chē)輛的外觀、壽命和檢修制度;車(chē)體的重量，關(guān)系到能耗、加減速度、載客能力;所有這些都直接影響到運(yùn)營(yíng)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

2.車(chē)體結(jié)構(gòu)

車(chē)體都是由底架、側(cè)墻、車(chē)頂、端墻組成。不銹鋼車(chē)體同碳鋼車(chē)體一樣為整體承載板梁結(jié)構(gòu)。車(chē)體大部件均采用骨架結(jié)構(gòu)，可以增大強(qiáng)度，便于撓度的形成，不銹鋼車(chē)體的側(cè)墻板、端墻板、車(chē)頂板、地板所有的連接點(diǎn)均為板式連接，所有連接處都涂有密封膠，以點(diǎn)焊的方法連接。側(cè)墻板采用平外板結(jié)構(gòu)，而其內(nèi)側(cè)則加剛性肋板以提高剛度。側(cè)墻梁柱采用帽形斷面結(jié)構(gòu)，與側(cè)墻板點(diǎn)焊連接成閉口結(jié)構(gòu)，有利于提高結(jié)構(gòu)剛度和承載能力。鋁合金車(chē)體結(jié)構(gòu)為大型中空鋁合金型材組焊而成，為筒形整體承載結(jié)構(gòu)。大部件為鋁型材或鋁板拼焊而成，與不銹鋼車(chē)體側(cè)墻主要不同在于可以為鼓形結(jié)構(gòu)。側(cè)墻組成包括分塊側(cè)墻組成，門(mén)扣鐵、連接板、上墻板等。整個(gè)側(cè)墻包括若干分塊側(cè)墻組成，這些分塊側(cè)墻有些尺寸不同但制造方法相同。

3.車(chē)體材料

用于不銹鋼車(chē)體的材料應(yīng)具有耐高應(yīng)力，焊接性、輥軋成形性、沖壓性等加工性能良好。能符合上述條件的不銹鋼通常有兩種：奧氏體系不銹鋼的SUS30lL、SUS304，由于SUS301L具有通過(guò)軋制加工而易于增加硬度和抗拉強(qiáng)度的特性，故可根據(jù)使用部位選用適當(dāng)?shù)燃?jí)的材料;新型不銹鋼車(chē)采用超低（C<0.03%）的SUS30lL車(chē)輛專(zhuān)用經(jīng)濟(jì)不銹鋼，根據(jù)壓延率的不同分成LT、DLT、ST、MT、HT共5個(gè)強(qiáng)度級(jí)。為滿足鋁合金車(chē)體強(qiáng)韌性、焊接性、加工性和三維彎曲成形等綜合性能要求，通常選用符合DIN5513標(biāo)準(zhǔn)的5000系和6000系鋁合金，主要有ENAW-5083、ENAW-6082、ENAW-6005A。ENAW-5083鋁合金擁有良好的焊接性能和抗腐蝕性，在H111狀態(tài)下可塑性很好，但擠壓加工性較差，難以得到薄壁及中空型材。部件的連接板選用ENAW-5083鋁合金。ENAW-6005A鋁合金既具有中等強(qiáng)度，比其他鋁合金能擠壓出形狀更為復(fù)雜的產(chǎn)品，特別是對(duì)于薄壁空心型材更為明顯。

4.制造工藝

不銹鋼車(chē)體采用板梁組合整體承載全焊結(jié)構(gòu)，為了不降低板材強(qiáng)度和減小變形，應(yīng)盡量采用點(diǎn)焊，特別是強(qiáng)度高的材料不允許任何形式的弧焊。不銹鋼車(chē)輛的材料主要采SUS301、SUS304兩種材料，具有強(qiáng)度高，耐腐蝕，抗沖擊等優(yōu)良特性，保持表面的光潔度，使車(chē)體即美觀又堅(jiān)固。不銹鋼表面不需要涂裝處理，要保持材料原有的外觀特點(diǎn)，因此，許多表面不能調(diào)修，加工過(guò)程技術(shù)要求高。不銹鋼在焊接過(guò)程中產(chǎn)生變形大，高溫下會(huì)導(dǎo)致機(jī)械性能的降低，所以，在不銹鋼車(chē)輛生產(chǎn)過(guò)程中大量實(shí)施點(diǎn)焊。鋁合金的焊接工藝復(fù)雜，手工操作難，容易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力、變形、裂紋和氣孔，焊縫區(qū)域機(jī)械強(qiáng)度低于母材。但鋁合金具有良好的塑性，采用現(xiàn)代鋁擠壓成型技術(shù)，大型中空鋁合金型材組成的鋁合金車(chē)體得到了很快發(fā)展。目前，大型中空鋁合金型材的鋁合金車(chē)體可以是整體焊接結(jié)構(gòu)，利用自動(dòng)焊機(jī)連續(xù)焊接。

5.輕量化

鋁合金的比重為2.71g/cm3，僅是不銹鋼（7.85g/cm3）的1/3，從理論上講，鋁合金材料更能使車(chē)體輕量化。但是，鋁合金的抗拉強(qiáng)度不如不銹鋼，鋁合金抗拉強(qiáng)度274～352N/mm2，而一般不銹鋼抗拉強(qiáng)度520～685N/mm2，采用超低碳輕量化不銹鋼的抗拉強(qiáng)度達(dá)到960～l200N/mm2，是鋁合金的2～5倍。而且，鋁合金剛度低，其彈性模量為0.71×105N/mm2，是不銹鋼（2.06×105N/mm2）的約l/3。因此，為保證地鐵車(chē)輛有足夠的承載強(qiáng)度和剛度，鋁合金車(chē)輛必須采用大型中空型材及其組合件。為了提高鋁合金車(chē)體斷面系數(shù)，增大抗彎剛度，防止板材產(chǎn)生失穩(wěn)，必須加大板厚。而不銹鋼車(chē)體可采用板梁組合整體承載全焊結(jié)構(gòu)，能有效地減輕車(chē)體自重，達(dá)到實(shí)現(xiàn)車(chē)體輕量化的目的。鋁合金車(chē)體輕量化效果比不銹鋼車(chē)體更明顯些。

6.外觀質(zhì)量

不銹鋼車(chē)體在制造過(guò)程中不必進(jìn)行防腐保護(hù)，無(wú)需涂漆?？蛇M(jìn)行適當(dāng)修飾，或用彩色膠膜裝修。由于車(chē)體表面裝飾大多是原材料帶有的，因此在焊接前的加工過(guò)程中要貼膜保護(hù)。因?yàn)橥鈮Π搴鼙『芄?，?duì)不平度反應(yīng)過(guò)敏，只要有凹凸，經(jīng)反光折射，肉眼就感到不舒服;尤其是薄板的點(diǎn)焊痕跡更是無(wú)法消除，密密麻麻的焊點(diǎn)是設(shè)計(jì)確定、工藝保證的，焊點(diǎn)的排列、深度、大小的一致性都有嚴(yán)格的要求。側(cè)墻外板材料要做消光鈍化處理。相比之下，鋁合金車(chē)體的耐腐蝕性能較差，但中空鋁型材平整，又可根據(jù)用戶(hù)要求選擇不同的裝飾和顏色，因此給人的感覺(jué)是莊重、美觀，廣大乘客容易接受

7.結(jié)束語(yǔ)

由上可知，不銹鋼車(chē)體的機(jī)械性能明顯的強(qiáng)于鋁合金車(chē)體，且其有著更高的安全性，鋁合金車(chē)體中的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等都只是不銹鋼車(chē)體的三分之一，但不銹鋼的價(jià)格和重量都略高于鋁合金車(chē)體，為此地鐵車(chē)輛可以依據(jù)實(shí)際情況選擇車(chē)體結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉寧寧.不銹鋼車(chē)體側(cè)墻型材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其組焊方法研究[D].2020.

[2]馬寅，韓曉輝，徐野.不銹鋼車(chē)體側(cè)墻單元電阻點(diǎn)焊路徑仿真研究[J].軌道交通裝備與技術(shù)，2020， 000（001）：P.36-38.

[3]李曉峰、崔志軍、邰晨晨.基于BS標(biāo)準(zhǔn)與ASME標(biāo)準(zhǔn)的不銹鋼地鐵車(chē)輛車(chē)體關(guān)鍵焊縫疲勞強(qiáng)度分析[J].城市軌道交通研究，2020，v.23;No.217（10）：40-43.

[4]孫曉光，韓曉輝，王睿，等.軌道客車(chē)不銹鋼車(chē)體電化學(xué)鈍化工藝研究[J].機(jī)車(chē)車(chē)輛工藝，2020，No.342（02）：7-11.

[5]章斌.軌道車(chē)輛鋁合金車(chē)體數(shù)字化車(chē)間關(guān)鍵技術(shù)研究[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2020，v.29;No.282（09）：56-61.

[6]張洪國(guó)，趙雪山，李剛，等.車(chē)體焊縫補(bǔ)強(qiáng)TIG焊提高疲勞等級(jí)的技術(shù)研究[J].焊接技術(shù)，2020， v.49;No.330（05）：133-134.