B型地鐵車輛基本技術(shù)參數(shù)優(yōu)化的探討

王旭東

(北京軌道交通技術(shù)裝備集團有限公司 技術(shù)研究院，北京100160)

地鐵車輛是按特定的使用條件設(shè)計的非通用產(chǎn)品，與公交車輛相比數(shù)量少、壽命長、造價高。提高地鐵車輛的標(biāo)準(zhǔn)化水平，降低新造、維修價格，縮短新造、維修時間，可以大幅提高其經(jīng)濟效益。GB/T 7928—2003《地鐵車輛通用技術(shù)條件》規(guī)定了A、B型地鐵車輛的基本技術(shù)參數(shù)，GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定了地鐵車輛的車輛長度和載員等要求。這些標(biāo)準(zhǔn)的制定提高了我國地鐵車輛的標(biāo)準(zhǔn)化水平，但也存在一些不足，主要表現(xiàn)在：

(1) 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定尚需優(yōu)化。如B型地鐵車輛的車輛定距偏小，增大了曲線段限界的加寬量和軸重偏差。

(2) 標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容需要完善。若能將車門間距，車門的有效開度、高度以及車輛與站臺門的接口尺寸納入標(biāo)準(zhǔn)中，將有利于車門和站臺門形成標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品；另外，車體斷面尚未標(biāo)準(zhǔn)化造成車輛廠重復(fù)投入車體制造的模具和工裝。

(3) 標(biāo)準(zhǔn)屬于推薦性標(biāo)準(zhǔn)。為了增大車輛載員，一些地方加大了車輛最大寬度，這種非標(biāo)車輛為本地路網(wǎng)的互聯(lián)互通留下隱患。

今后一段時期，我國仍將處在城市軌道交通建設(shè)快速發(fā)展期，加快地鐵車輛標(biāo)準(zhǔn)的制定，提高標(biāo)準(zhǔn)權(quán)威性已成為當(dāng)務(wù)之急。B型地鐵車輛在我國城市軌道交通中占有較高的份額，因此，本文將對國內(nèi)外地鐵車輛的基本技術(shù)參數(shù)進行分析，提出B型地鐵車輛基本技術(shù)參數(shù)的建議值。

1 地鐵車輛標(biāo)準(zhǔn)基本技術(shù)參數(shù)的由來

1967年，原長春客車廠(以下簡稱“長客廠”)借鑒蘇聯(lián)Д型地鐵車輛研制出我國首列地鐵列車，該列車由2輛DK1型地鐵車輛編組而成。DK1型地鐵車輛為帶動力的單司機室車輛(頭車)，車輛定距為12 600 mm(取自Д型地鐵車輛)，車體長度為19 000 mm(Д型地鐵車輛車體長度上取整)，車輛長度為19 520 mm，車輛最大寬度為2 650 mm(不含車體側(cè)墻板壓筋則為2 600 mm)。

20世紀(jì)七八十年代，長客廠生產(chǎn)的DK1～DK16型地鐵車輛的車輛長度、車體長度和車輛最大寬度是相同的，僅車輛最大高度有差別，車鉤高度穩(wěn)定在660 mm，車體均采用矩形平直側(cè)墻斷面，列車可以采用2輛、4輛或6輛編組。圖1為DK8型地鐵車輛車體的矩形平直側(cè)墻斷面。1984年，北京地鐵公司從日本東急車輛株式會社進口了1列3編組BSSA3000型地鐵車輛[1]，引進部分電機、電器技術(shù)。經(jīng)過消化吸收[2]，長客廠于1987年生產(chǎn)了1列3編組國產(chǎn)化的DKZ1型仿日地鐵車輛。該車設(shè)置了無司機室車輛(中間車)。1987年，TJM-1000型天津地鐵車輛由東急車輛株式會社[3]設(shè)計并提供車體等主要零部件，長客廠進行總裝，地板面高度為1 100 mm。

圖1 DK8型地鐵車輛車體的矩形平直側(cè)墻斷面

1990年，原北京市地下鐵道車輛廠研制2輛BD1型寬體地鐵車輛，該車輛采用折線形側(cè)墻車體，車輛最大寬度增加到2 800 mm，充分利用了地鐵隧道限界空間，可增加載客量近20%[4]；1994年，長客廠生產(chǎn)的北京DK20型地鐵車輛采用鼓形車體，車體采用鼓形圓弧側(cè)墻斷面(圖2)；2003年，原北車長春軌道客車股份有限公司為北京地鐵13號線提供的DKZ5、DKZ6型地鐵車輛安裝了客室空調(diào)機組，車輛最大高度提高到3 695 mm，頭車車體加長到19 500 mm，GB/T 7928—2003把該車輛定義為B型地鐵車輛。

圖2 DK20型地鐵車輛車體的鼓形圓弧側(cè)墻斷面

20世紀(jì)90年代，上海、廣州開始興建地鐵。上海地鐵1、2號線和廣州地鐵1號線的建設(shè)使用德國政府貸款,從德國進口了444輛整車[5-6]，同時把歐洲地鐵車輛的設(shè)計理念和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)引入我國，這對地鐵車輛的生產(chǎn)與使用產(chǎn)生了重要的影響。

這批進口列車采用6輛編組，頭車車體長度因項目不同而存在差異。廣州地鐵1號線地鐵車輛頭車車體長度為23 580 mm(含車體端部排水管及防護罩則為23 690 mm)，中間車車體長度為21 880 mm(含車體端部排水管及防護罩則為22 100 mm)，車輛定距為15 700 mm，地板面高度為1 130 mm，車鉤高度為720 mm，車輛最大寬度為3 000 mm，車體采用與盾構(gòu)法施工的圓形隧道相適應(yīng)的梯形平直側(cè)墻斷面。上述車輛基本技術(shù)參數(shù)被GB/T 7928—2003納入到A型地鐵車輛中。GB/T 7928—2003發(fā)布時，我國城市軌道交通的建設(shè)已經(jīng)進入了快速發(fā)展期。GB 50157—2013的修訂版吸收了10年間各地地鐵建設(shè)、運營中的成功經(jīng)驗，并對GB/T 7928—2003進行了補充和完善。早期國產(chǎn)地鐵車輛與進口A型地鐵車輛技術(shù)參數(shù)對照見表1。表1中，車體長度不含車體端部排水管及防護罩，車輛最大高度不含車頂廢排裝置、受電弓。

2 B型地鐵車輛車輛定距的取值

車輛通過曲線時，車體端部向曲線外側(cè)偏移，車體中央向曲線內(nèi)側(cè)偏移。車輛定距影響著車輛曲線通過能力和軸重偏差。車輛結(jié)構(gòu)及基本技術(shù)參數(shù)見圖3。

L.車體長度(中間車)；N.車輛長度(中間車)；K.車體長度(頭車)；J.車輛長度(頭車)；w1.貫通道通過寬度；h1.貫通道通過高度；w2.車門有效開度；h2.車門高度；H.車輛最大高度；H1.車體最大高度；W.車輛最大寬度；E.貫通道長度(車端距)；P.頭車1位端第1對車門中心線至頭車車體1位端的距離；Q. 頭車1位端車鉤連接面至頭車1位端第1對車門中心線的距離；C.頭車1位端第1對車門中心線至司機室門中心線的距離；S.同一輛車車門間距；U.頭車靠近2位端車門中心線至中間車靠近1位端車門中心線的距離；V.兩相鄰中間車相鄰車門中心線的距離。

對于四軸車，車輛定距的計算公式為：

(1)

表2為典型地鐵車輛車輛定距實際值與計算值的對比，表3為典型地鐵車輛車體長度實際值與計算值的對比。表2可以看出，日本E231型通勤電車和A型地鐵車輛的車輛定距偏大。蘇聯(lián)81-714.5型地鐵車輛、上海地鐵5號線車輛和B型地鐵車輛的車輛定距偏小，車輛通過曲線時，其車體端部的偏移比中央處大，增大了曲線段限界的加寬量。由于車體的端部偏長，頭車車體不加長或少量的加長就可以設(shè)置出司機室。近年來，為了取得流暢的前端造型，B型地鐵車輛的頭車普遍加長了車體，由此進一步加大了頭車1位端第1根車軸的軸重偏差。

表2 典型地鐵車輛車輛定距實際值與計算值的對比 mm

表3 典型地鐵車輛車體長度實際值與計算值的對比 mm

B型地鐵車輛車體長度與車輛定距不匹配是由于歷史原因形成的。由表3可知，如果車輛定距保持12 600 mm不變，由式(1)算出其與不同轉(zhuǎn)向架固定軸距組合的車體長度為18 065～18 114 mm，此時車體長度可取18 080 mm，但座席會減少4人/車，客室站立面積減少約1.25 m2/車，定員減少11人/車，超員減少15人/車，車輛的載員下降較多，因此，建議調(diào)整B型地鐵車輛車輛定距由12 600 mm加大到13 300 mm。

3 B型地鐵車輛貫通道尺寸的取值

我國早期的地鐵車輛無貫通道，端墻設(shè)有端門和端窗，端門采用折頁門，車輛運行時端門是鎖閉的，乘客不能通行；A型地鐵車輛均采用無端門的貫通道設(shè)計，由于車端距較大，折棚采用分體式結(jié)構(gòu)，檢修時可快速解編和連掛；上海DC01型地鐵車輛采用無內(nèi)飾板的貫通道，車端距為700 mm；廣州地鐵1號線地鐵車輛改為帶內(nèi)飾板的貫通道，車端距加大到920 mm，貫通道通過寬度、高度分別加大到1 500 mm、1 900 mm，該尺寸成為A型地鐵車輛選定的貫通道通過尺寸。

1987年，借鑒日本地鐵車輛貫通道設(shè)計理念，長客廠生產(chǎn)的DKZ1型地鐵車輛設(shè)置了無內(nèi)飾板的貫通道，風(fēng)擋可拆裝,檢修方便。該車車端距為520 mm，貫通道通過寬度約700 mm。該車可通過R80 m的車場線。端墻設(shè)有端窗和常閉手動端拉門，該設(shè)計既能使乘客在車輛間穿行，又避免乘客長時間站在貫通道區(qū)域，同時常閉的端門有效地阻擋了貫通道傳來的噪聲與車內(nèi)縱向流動的活塞風(fēng)。

2003年，原南車四方機車車輛股份有限公司生產(chǎn)的北京地鐵SFM01型地鐵車輛設(shè)置了帶內(nèi)飾板的貫通道，貫通道通過寬度、高度分別為1 300 mm、1 900 mm[20]，該尺寸成為多數(shù)B型地鐵車輛選定的貫通道通過尺寸。其后，B型地鐵車輛普遍采用無端門、帶內(nèi)飾板的貫通道。B型地鐵車輛車端距較小，折棚采用整體式結(jié)構(gòu)，側(cè)護板為多片式結(jié)構(gòu)，但為了檢修方便，廣州地鐵3號線地鐵車輛等B型地鐵車輛采用折棚為分體式的貫通道，其車端距與A型地鐵車輛相同。

近年來，部分B型地鐵車輛貫通道選用了整體式折棚、一片式側(cè)護板。由于安裝一片式側(cè)護板需660 mm的車端距，為此，在車輛長度不變的情況下，哈爾濱地鐵1號線等地鐵車輛把車端距加長到700 mm；南京地鐵S8號線等地鐵車輛則把車體端墻做成階梯形，貫通道折棚安裝區(qū)域的車端距仍為520 mm，內(nèi)飾板安裝區(qū)域的車端距則加長到660 mm。不同B型地鐵車輛貫通道長度及結(jié)構(gòu)差別較大，貫通道與車體端墻的接口不統(tǒng)一造成貫通道和車體均無法形成標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。表4列出了地鐵車輛貫通道的主要技術(shù)參數(shù)，表4中車體長度不含車體端部排水管及防護罩。

表4 地鐵車輛貫通道的主要技術(shù)參數(shù)

3.1 貫通道通過尺寸的取值

貫通道通過寬度、高度(以下簡稱“貫通道寬度、高度”)要考慮客室可通行寬度和人機工程等因素。B型地鐵車輛客室兩座椅邊緣間距為1 500～1 600 mm。按照GB 50157—2013規(guī)定，客室站立區(qū)面積要去除座椅邊緣250 mm，那么客室內(nèi)乘客縱向可通行寬度為1 000～1 100 mm。增大貫通道寬度并不能增加車輛縱向通行能力，反而造成縱向通行的乘客與座椅上的乘客發(fā)生肢體干涉。目前，貫通道扶手通常設(shè)置在端部通過口框上。兩個貫通道扶手使端部通過口的通過寬度降低到1 200 mm以下。貫通道寬度、高度按極限原則選取我國成年人第95百分位數(shù)人體尺寸進行分析。表5依據(jù)GB 10000—1988《中國成年人人體尺寸》列出了成年人第95百分位數(shù)最大肩寬、胸厚及其平均值。若夏裝厚度按10 mm、冬裝厚度按50 mm估算，由表5可知，冬季2人并排的最大尺寸為1 008 mm,夏季2人并排加上1人側(cè)身的最大尺寸為1 180mm。因此，建議B型地鐵車輛貫通道寬度取1 200 mm，貫通道扶手移到端墻上。

表5 我國成年人第95百分位數(shù)最大肩寬和胸厚 mm

表6依據(jù)GB 10000—1988列出成年人第95百分位數(shù)身高。取男性不同年齡段第95百分位數(shù)身高的最大值(1 789 mm)，同時考慮適當(dāng)修正量及視野等因素，建議B型地鐵車輛貫通道高度仍維持1 900 mm。

表6 我國成年人第95百分位數(shù)身高 mm

3.2 貫通道長度的取值

貫通道為車輛間的柔性連接。一般情況下，折棚的可拉伸變形量大于可壓縮變形量，可壓縮變形量約為其長度的1/2；內(nèi)飾板可拉伸、壓縮變形量約為其長度的1/3。地鐵車輛貫通道長度與車輛曲線通過能力有關(guān)，與車鉤的變形量也存在關(guān)聯(lián)，列車的能量吸收結(jié)構(gòu)僅靠頭車緩沖器、壓潰管、防爬器和車體變形能量吸收區(qū)是不夠的，中間車的緩沖器和壓潰管也要參與能量吸收。目前，運營單位對地鐵車輛碰撞吸能要求已由上海、廣州地鐵進口A型地鐵車輛的15 km/h提高到EN 15227：2007《鐵路車輛車體的耐碰撞性要求》規(guī)定的25 km/h。

選取2列6輛編組AW0狀態(tài)的B型地鐵列車，一列車靜止在軌道上且不帶停放制動，另一列車以23.5 km/h的速度與其發(fā)生撞擊時，頭車與中間車之間的緩沖器及壓潰管變形長度為445.8 mm[21]，車體強度縱向壓縮載荷為800 kN、拉伸載荷為640 kN，這表明該車鉤吸能的變形量超過貫通道可壓縮量,當(dāng)貫通道被壓實后，相鄰車體之間就會發(fā)生剛性沖擊。將B型地鐵車輛車體縱向壓縮載荷提高到1 000 kN后， 2列6編組AW0狀態(tài)的B型地鐵列車，一列以25 km/h的速度碰撞另一例靜止的列車時，頭車與中間車之間的車鉤緩沖器及壓潰管變形長度約為300 mm[22]。

在碰撞能量一定時，提高車體強度可減小吸能的變形量，但會增加車體的自重和能耗?？紤]到在B型地鐵車輛車體強度縱向壓縮載荷執(zhí)行800 kN的情況下，其貫通道的長度要與車鉤的變形量相匹配，同時考慮貫通道檢修的便利性，建議B型地鐵車輛貫通道長度與A型地鐵車輛統(tǒng)一為920 mm。

4 B型地鐵車輛車輛長度的取值

4.1 中間車車輛長度

車輛長度與站臺長度存在接口關(guān)系，車體長度影響著車輛載員。GB 50157—2013規(guī)定有站臺門的站臺有效長度為列車首末兩節(jié)車輛盡端客室門外側(cè)之間的距離。目前，我國地鐵車站普遍安裝了站臺門。對于常用的6輛編組B型地鐵列車，站臺有效長度為118 m或120 m。在B型地鐵車輛貫通道加長到920 mm情況下，如果中間車車體長度仍為19 000 mm，那么中間車車輛長度為19 920 mm。此時，站臺長度不增加或少量的增加，土建費用變化不大；如果中間車車輛長度仍為19 520 mm，中間車車體長度需減少到18 600 mm，車輛載員將有一定的下降，同時車輛定距還需調(diào)整。因此，建議B型地鐵車輛中間車車體長度仍維持19 000 mm，中間車車輛長度由19 520 mm增加到19 920 mm。

4.2 頭車車輛長度

表7為A、B型地鐵車輛頭車加長量相關(guān)技術(shù)參數(shù)對照表，表7中車體長度不含車體端部排水管及防護罩。從表7可以看出，A型地鐵車輛平面布置已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，頭車車體加長量一般為1 700 mm，使頭車與中間車的載員基本相同；頭車1位端車鉤連接面至頭車1位端第1對車門中心線的距離一般為3 870 mm。B型地鐵車輛平面布置差異性較大，頭車車體加長量為0～1 340 mm，頭車1位端車鉤連接面至頭車1位端第1對車門中心線距離為3 640～4 310 mm。

表7 A、B型地鐵車輛頭車加長量相關(guān)技術(shù)參數(shù)對照表 mm

為保證司機駕駛舒適度，我國地鐵車輛Tc車全自動車鉤前端距離其1位端第1對車門中心的長度一般設(shè)計為3 700 mm左右[27]。在車輛定距調(diào)整到13 300 mm時，建議頭車1位端車鉤連接面至頭車1位端第1對車門中心線的距離取3 770 mm，那么B型地鐵車輛頭車車體加長量可達到1 400 mm, 即頭車車體長度為20 400 mm，車輛長度為21 200 mm。

5 B型地鐵車輛車門尺寸的取值

表8為地鐵車輛車門主要技術(shù)參數(shù)。DK1型地鐵車輛每側(cè)4對車門，車門有效開度為1 200 mm，其后地鐵車輛每側(cè)車門數(shù)量調(diào)整為3對，車門間距穩(wěn)定在5 700 mm，車門有效開度、高度穩(wěn)定在1 200 mm、1 840 mm；1987年生產(chǎn)的DKZ1型仿日地鐵車輛每側(cè)設(shè)置4對車門，車門有效開度為1 300 mm。

表8 地鐵車輛車門主要技術(shù)參數(shù) mm

除DKZ1、TJM-1000型地鐵車輛外，長客廠早期生產(chǎn)的地鐵車輛側(cè)門都是在客室內(nèi)沿長度方向均勻?qū)ΨQ布置。當(dāng)列車設(shè)有中間車時，這種布置方式就會使頭車側(cè)門對比中間車側(cè)門整體上向2位端偏移，偏移的距離取決于司機室的大小。在車站設(shè)置站臺門時，列車擴編時新增中間車的側(cè)門位置會受到按頭車側(cè)門布置的站臺門的限制。上海DC01型地鐵車輛每側(cè)設(shè)置5對車門，車門采用全列等間距布置，車門間距為4 560 mm，車門有效開度為1 300 mm。其后，廣州地鐵1號線地鐵車輛車門有效開度加大到1 400 mm。從表8可知， B型地鐵車輛門間距為4 450～4 880 mm，側(cè)門間距大，頭車的加長量亦大。A、B型地鐵車輛車門高度為1 800～1 900 mm，由于車門和車體的接口不統(tǒng)一，車門和車體都無法形成標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。

5.1 車門有效開度的取值

表9為GB 50157—2013中規(guī)定的A、B型地鐵車輛載員，可見A、B型地鐵車輛對車門通過能力的要求是相同的。因此，A、B型地鐵車輛車門有效開度應(yīng)統(tǒng)一。

表9 地鐵車輛單個車門平均通過人數(shù)

車門有效開度按極限原則選取我國成年人第95百分位數(shù)最大肩寬、胸厚進行分析。車門有效開度為最大肩寬的整數(shù)倍是最佳的。當(dāng)車門有效開度是最大肩寬的整數(shù)倍+胸厚時，通過效率也是較高的。根據(jù)表5計算，夏季3人并排的最大尺寸為1 392 mm,冬季2人并排加1人側(cè)身的尺寸為1 300 mm。因此，建議B型地鐵車輛車門有效開度與A型地鐵車輛統(tǒng)一取1 400 mm。

5.2 車門高度的取值

車門高度取男性不同年齡段第95百分位數(shù)身高的最大值分析，即1 789 mm，考慮車體強度及車門機構(gòu)的安裝空間等因素及鞋底厚度等的修正量，建議B型地鐵車輛的車門高度與A型地鐵車輛統(tǒng)一，取1 900 mm。

5.3 車門間距的取值

當(dāng)車輛長度為車門間距的整數(shù)倍時，全列車門為等間距布置，這為站臺門標(biāo)準(zhǔn)化、列車遠(yuǎn)期擴編及互聯(lián)互通等都創(chuàng)造了很好的條件。由表7可見，B型地鐵車輛車門間距差異較大。南京地鐵S8線地鐵車輛采用全列車門等間距布置，車門間距為19 520/4=4 880 mm，如圖4(a)所示；考慮A、B型地鐵車輛車門有效開度的差異，B型地鐵車輛門間距取4 460 mm，則客室布置與A型地鐵車輛基本保持一致，內(nèi)裝、座椅等可以與A型地鐵車輛通用[28]，如圖4(b)所示。

圖4 B型地鐵車輛兩種車門布置方案

若B型地鐵車輛車輛長度加長到19 920 mm，且車門有效開度取1 400 mm，車門間距可以取A型地鐵車輛的4 560 mm，如圖5(a)所示，此時轉(zhuǎn)向架空氣彈簧處在第1對和第4對車門口處，該車體車門角部易出現(xiàn)應(yīng)力集中，車體強度、剛度需要專門補強，因而不利于車體輕量化。若采用等間距布置,其車門間距為19 920/4=4 980 mm，如圖5(b)所示，此時車輛第1對和第4對車門恰好位于牽枕緩區(qū)域，該區(qū)域車體強度高，車體則無需額外加強。

地鐵車輛客室座椅坐寬一般取在430～450 mm之間[29]。B型地鐵車輛兩車門之間一般布置6人座椅和2個擋風(fēng)板。擋風(fēng)板厚度按60 mm估算，車門間距為4 560 mm時，擋風(fēng)板與門口邊緣的距離為170～230 mm；車門間距為4 980 mm時，擋風(fēng)板與門口邊緣的距離為380～440 mm。根據(jù)表5計算，門間距為4 980 mm方案的門口兩側(cè)區(qū)域可以站立1名乘客，且不會妨礙其他乘客乘降，因此，建議車輛長度取19 920 mm時B型地鐵車輛車門間距統(tǒng)一為4 980 mm。

圖5 車輛長度加長的B型地鐵車輛2種車門布置方案

6 B型地鐵車輛地板面高度、車鉤高度和車輛最大高度的取值

車輛高度方向的尺寸存在關(guān)聯(lián)，表10為部分國內(nèi)外地鐵車輛高度方向尺寸對比，表10中車輛最大高度不含車頂廢排裝置、受電弓。從表1、表10可知，與日本E231型通勤電車相比，我國A、B型地鐵車輛的車鉤高度、地板面高度、客室凈高和車輛最大高度均明顯偏低，主要是受CJJ/T 96-2013《地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)》要求的限制。

6.1 地板面高度、客室凈高與車輛最大高度的取值

地板面高度是車輛與站臺的接口尺寸。較低的地板面高度為車輛設(shè)計帶來困難：首先降低了車下設(shè)備的安裝空間；其次壓低了轉(zhuǎn)向架的高度，使轉(zhuǎn)向架構(gòu)架被迫采用U形焊接結(jié)構(gòu)，該構(gòu)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自重大，工藝制造難度高。

我國早期的主型地鐵車采用軸流風(fēng)機通風(fēng)系統(tǒng)，客室凈高2 260～2 160 mm。進入21世紀(jì)后，地鐵車輛普遍采用客室空調(diào)系統(tǒng)，受車輛最大高度的限制，客室凈高反而降低到2 100 mm，導(dǎo)致乘客乘車的舒適性有所降低?？褪覂舾呷粢_到GB 50157—2013規(guī)定的2 150 mm，則地鐵車輛最大高度至少需要提高到3 890 mm。As型地鐵車輛將車輛最大高度提高到3 940 mm,客室凈高達到2 200 mm。

CJJ/T 96—2018中，在B型地鐵車輛車輛輪廓線中增加了空調(diào)輪廓控制點，其空調(diào)機組最高控制點與A型地鐵車輛等高，由3 800 mm提高到3 842 mm。這為A、B型地鐵車輛車體與轉(zhuǎn)向架、車體與空調(diào)機組等接口統(tǒng)型創(chuàng)造了很好的條件。建議B型地鐵車輛的地板面高度、車輛最大高度與A型地鐵車輛統(tǒng)一，即地板面高度由1 100 mm提高到1 130 mm，車輛最大高度由3 800 mm提高3 842 mm，客室凈高仍維持在2 100 mm。

表10 部分國內(nèi)外地鐵車輛高度方向尺寸對比表 mm

6.2 車鉤高度的取值

車鉤高度是影響車輛互聯(lián)互通的重要接口尺寸。車鉤安裝在車體底架牽引梁的沖擊座上，傳遞列車的縱向載荷。車鉤傳來的縱向載荷作用在沖擊座上，通過底架牽引梁、緩沖梁、枕梁傳遞到底架邊梁、地板和側(cè)墻上。縱向載荷的中心線與車鉤高度中心線不重合會產(chǎn)生附加力矩，因此，在地板高度不變的情況下，應(yīng)提高車鉤高度以減少車鉤沖擊座所承受的附加力矩，同時減少牽引梁魚腹部位高度尺寸，減少牽引梁、沖擊座、緩沖梁的自重。由此可見，車鉤與地板面高度差越小，車體結(jié)構(gòu)受力越好，自重越輕。廣州地鐵3號線、哈爾濱地鐵1號線地鐵車輛等B型地鐵車輛的車鉤高度已經(jīng)提高到720 mm，建議B型地鐵車輛的車鉤高度由660 mm提高到A型地鐵車輛的720 mm。

7 車體斷面標(biāo)準(zhǔn)化建議

7.1 車體最大高度

地鐵車輛的空調(diào)機組采用車頂安裝方式，車輛輪廓線的最高點是空調(diào)機組的最高點?？照{(diào)機組主要有端送風(fēng)和下送風(fēng)2種送風(fēng)方式，這2種送風(fēng)方式各有特點，都能滿足使用要求。車輛限界是確定送風(fēng)方式的主要因素。

端送風(fēng)空調(diào)機組采用車頂平臺安裝方式(圖6)?？照{(diào)機組的最高處一般要大于或等于車體車頂?shù)淖罡咛?。因送風(fēng)道主要布置在車頂斷面的中部，車頂中部的大圓弧尺寸比較小，車頂形狀上比較“尖銳”。另外，車頂平臺為復(fù)雜的下凹盆形結(jié)構(gòu)，單位長度自重大，難以實現(xiàn)自動焊接，而手工焊接工作量大，焊接變形大，雨水容易從車頂平臺通過回風(fēng)口進入客室內(nèi)。

圖6 端送風(fēng)空調(diào)機組安裝方式

下送風(fēng)空調(diào)機組采用車頂跨坐式安裝方式(圖7)，空調(diào)機組在車體的上方，空調(diào)機組的圓弧底部與車頂中部圓弧相匹配。為了增大車頂送風(fēng)道、配線空間，車頂形狀比較“平緩”。例如車頂中部圓弧取R10 000 mm時，若B型地鐵車輛最大高度取CJJ/T 96—2018規(guī)定的3 842 mm，車體最大高度可以取3 510 mm。由于車體為等截面結(jié)構(gòu)，便于實現(xiàn)自動焊接和車體輕量化。該安裝方式焊接質(zhì)量高，同時車頂為圓弧形，不易發(fā)生漏雨問題。因此，在車輛限界允許的情況下，建議空調(diào)機組優(yōu)先選用下送風(fēng)方式，車體優(yōu)先選用等截面結(jié)構(gòu)。

圖7 下送風(fēng)空調(diào)機組安裝方式

7.2 車體側(cè)墻斷面

車體側(cè)墻是車輛最主要的外露面，其平面度對車輛的外觀有重要影響。北京地鐵車輛車體采用鼓形圓弧側(cè)墻，上海地鐵車輛車體采用梯形平直側(cè)墻。鼓形圓弧側(cè)墻優(yōu)點是外形美觀，能夠充分利用限界，有利于增大車輛載員。主要缺點是：

(1) 曲面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、易變形。要保證圓弧側(cè)墻與圓弧車門的同心度難度大，影響車輛的密封和隔聲性能。因此，為了增大鼓形圓弧側(cè)墻的剛度，一般要加大側(cè)墻結(jié)構(gòu)的斷面，因而增大了車體的自重。

(2) 工藝難度大、成本高。對于碳鋼、不銹鋼車體，需要制作模具，通過拉彎或模壓工藝才能把側(cè)墻立柱變成圓弧形。側(cè)墻焊接時，側(cè)墻焊接工裝也是圓弧形的。對于每一種車體斷面都要有對應(yīng)的模具和工裝。而對于鋁合金車體，圓弧形鋁型材的制造、弧焊難度都有所增大。

近年來，焊接強度高、變形量小的鋁型材攪拌摩擦焊工藝正在興起，但攪拌摩擦焊對鋁型材的公差要求極為嚴(yán)格。攪拌摩擦焊在地鐵車輛制造過程中的應(yīng)用僅限于長大規(guī)則件且直線焊接[30]，而車體側(cè)墻由弧形改為平面后，可方便地實現(xiàn)攪拌摩擦焊[31]。

基于上述原因，建議按CJJ/T 96—2018規(guī)定，車體標(biāo)準(zhǔn)斷面采用與限界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的車輛輪廓線相匹配的車頂窄、底架寬的梯形平直側(cè)墻斷面，其梯形側(cè)墻的斜度與A型地鐵車輛保持一致；如能適度增大CJJ/T 96—2018要求的車輛輪廓線側(cè)墻控制點的橫坐標(biāo)，車體斷面就能做到類似As型車的矩形平直側(cè)墻斷面。

8 結(jié)論和建議

本文通過對B型地鐵車輛車輛定距、貫通道尺寸、車輛長度、車門尺寸、車鉤高度、地板面高度、車輛最大高度以及車體斷面的分析，認(rèn)為A型地鐵車輛的取值相對合理，建議B型地鐵車輛的車輛定距由12 600 mm加大到13 300 mm，貫通道的寬度宜取1 200 mm，車門高度取1 900 mm,車鉤高度、地板面高度、車輛最大高度、車門尺寸和貫通道尺寸等基本技術(shù)參數(shù)與A型地鐵車輛保持一致。在此基礎(chǔ)上，對A、B型地鐵車輛的貫通道、車門、車鉤、空調(diào)機組、車窗、座椅等系統(tǒng)與車體的接口進行統(tǒng)型；車體優(yōu)先采用等截面設(shè)計，車體標(biāo)準(zhǔn)斷面采用梯形直側(cè)墻斷面，其梯形側(cè)墻的斜度與A型地鐵車輛保持一致；若能調(diào)整車輛限界標(biāo)準(zhǔn)，車體就可以采用更為合理的矩形直側(cè)墻結(jié)構(gòu)。