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B型地鐵車輛基本技術參數優化的探討

2022-05-07 02:10王旭東
鐵道車輛 2022年2期
關鍵詞:車鉤側墻車體

王旭東

(北京軌道交通技術裝備集團有限公司 技術研究院,北京100160)

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

(1) 標準的規定尚需優化。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) 標準的內容需要完善。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準中,將有利于車門和站臺門形成標準產品;另外,車體斷面尚未標準化造成車輛廠重復投入車體制造的模具和工裝。

(3) 標準屬于推薦性標準。為了增大車輛載員,一些地方加大了車輛最大寬度,這種非標車輛為本地路網的互聯互通留下隱患。

今后一段時期,我國仍將處在城市軌道交通建設快速發展期,加快地鐵車輛標準的制定,提高標準權威性已成為當務之急。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,本文將對國內外地鐵車輛的基本技術參數進行分析,提出B型地鐵車輛基本技術參數的建議值。

1 地鐵車輛標準基本技術參數的由來

1967年,原長春客車廠(以下簡稱“長客廠”)借鑒蘇聯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(不含車體側墻板壓筋則為2 600 mm)。

20世紀七八十年代,長客廠生產的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,車鉤高度穩定在660 mm,車體均采用矩形平直側墻斷面,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。經過消化吸收[2],長客廠于1987年生產了1列3編組國產化的DKZ1型仿日地鐵車輛。該車設置了無司機室車輛(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,長客廠生產的北京DK20型地鐵車輛采用鼓形車體,車體采用鼓形圓弧側墻斷面(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墻斷面

20世紀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計理念和相關標準引入我國,這對地鐵車輛的生產與使用產生了重要的影響。

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,車體采用與盾構法施工的圓形隧道相適應的梯形平直側墻斷面。上述車輛基本技術參數被GB/T 7928—2003納入到A型地鐵車輛中。GB/T 7928—2003發布時,我國城市軌道交通的建設已經進入了快速發展期。GB 50157—2013的修訂版吸收了10年間各地地鐵建設、運營中的成功經驗,并對GB/T 7928—2003進行了補充和完善。早期國產地鐵車輛與進口A型地鐵車輛技術參數對照見表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偏移,車體中央向曲線內側偏移。車輛定距影響著車輛曲線通過能力和軸重偏差。車輛結構及基本技術參數見圖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計,由于車端距較大,折棚采用分體式結構,檢修時可快速解編和連掛;上海DC01型地鐵車輛采用無內飾板的貫通道,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計理念,長客廠生產的DKZ1型地鐵車輛設置了無內飾板的貫通道,風擋可拆裝,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。端墻設有端窗和常閉手動端拉門,該設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縱向流動的活塞風。

2003年,原南車四方機車車輛股份有限公司生產的北京地鐵SFM01型地鐵車輛設置了帶內飾板的貫通道,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,折棚采用整體式結構,側護板為多片式結構,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、一片式側護板。由于安裝一片式側護板需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,貫通道折棚安裝區域的車端距仍為520 mm,內飾板安裝區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構差別較大,貫通道與車體端墻的接口不統一造成貫通道和車體均無法形成標準產品。表4列出了地鐵車輛貫通道的主要技術參數,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參數

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規定,客室站立區面積要去除座椅邊緣250 mm,那么客室內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生肢體干涉。目前,貫通道扶手通常設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95百分位數人體尺寸進行分析。表5依據GB 10000—1988《中國成年人人體尺寸》列出了成年人第95百分位數最大肩寬、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95百分位數最大肩寬和胸厚 mm

表6依據GB 10000—1988列出成年人第95百分位數身高。取男性不同年齡段第95百分位數身高的最大值(1 789 mm),同時考慮適當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,與車鉤的變形量也存在關聯,列車的能量吸收結構僅靠頭車緩沖器、壓潰管、防爬器和車體變形能量吸收區是不夠的,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》規定的25 km/h。

選取2列6輛編組AW0狀態的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,當貫通道被壓實后,相鄰車體之間就會發生剛性沖擊。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系,車體長度影響著車輛載員。GB 50157—2013規定有站臺門的站臺有效長度為列車首末兩節車輛盡端客室門外側之間的距離。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技術參數對照表,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標準化,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技術參數對照表 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計為3 700 mm左右[27]。在車輛定距調整到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參數。DK1型地鐵車輛每側4對車門,車門有效開度為1 200 mm,其后地鐵車輛每側車門數量調整為3對,車門間距穩定在5 700 mm,車門有效開度、高度穩定在1 200 mm、1 840 mm;1987年生產的DKZ1型仿日地鐵車輛每側設置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參數 mm

除DKZ1、TJM-1000型地鐵車輛外,長客廠早期生產的地鐵車輛側門都是在客室內沿長度方向均勻對稱布置。當列車設有中間車時,這種布置方式就會使頭車側門對比中間車側門整體上向2位端偏移,偏移的距離取決于司機室的大小。在車站設置站臺門時,列車擴編時新增中間車的側門位置會受到按頭車側門布置的站臺門的限制。上海DC01型地鐵車輛每側設置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一,車門和車體都無法形成標準產品。

5.1 車門有效開度的取值

表9為GB 50157—2013中規定的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統一。

表9 地鐵車輛單個車門平均通過人數

車門有效開度按極限原則選取我國成年人第95百分位數最大肩寬、胸厚進行分析。車門有效開度為最大肩寬的整數倍是最佳的。當車門有效開度是最大肩寬的整數倍+胸厚時,通過效率也是較高的。根據表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95百分位數身高的最大值分析,即1 789 mm,考慮車體強度及車門機構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型地鐵車輛統一,取1 900 mm。

5.3 車門間距的取值

當車輛長度為車門間距的整數倍時,全列車門為等間距布置,這為站臺門標準化、列車遠期擴編及互聯互通等都創造了很好的條件。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應力集中,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域,該區域車體強度高,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個擋風板。擋風板厚度按60 mm估算,車門間距為4 560 mm時,擋風板與門口邊緣的距離為170~230 mm;車門間距為4 980 mm時,擋風板與門口邊緣的距離為380~440 mm。根據表5計算,門間距為4 980 mm方案的門口兩側區域可以站立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聯,表10為部分國內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《地鐵限界標準》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計帶來困難:首先降低了車下設備的安裝空間;其次壓低了轉向架的高度,使轉向架構架被迫采用U形焊接結構,該構架結構復雜,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機通風系統,客室凈高2 260~2 160 mm。進入21世紀后,地鐵車輛普遍采用客室空調系統,受車輛最大高度的限制,客室凈高反而降低到2 100 mm,導致乘客乘車的舒適性有所降低??褪覂舾呷粢_到GB 50157—2013規定的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輪廓控制點,其空調機組最高控制點與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向架、車體與空調機組等接口統型創造了很好的條件。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、地板和側墻上??v向載荷的中心線與車鉤高度中心線不重合會產生附加力矩,因此,在地板高度不變的情況下,應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,車體結構受力越好,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 車體斷面標準化建議

7.1 車體最大高度

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

端送風空調機組采用車頂平臺安裝方式(圖6)??照{機組的最高處一般要大于或等于車體車頂的最高處。因送風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,車頂平臺為復雜的下凹盆形結構,單位長度自重大,難以實現自動焊接,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口進入客室內。

圖6 端送風空調機組安裝方式

下送風空調機組采用車頂跨坐式安裝方式(圖7),空調機組在車體的上方,空調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構,便于實現自動焊接和車體輕量化。該安裝方式焊接質量高,同時車頂為圓弧形,不易發生漏雨問題。因此,在車輛限界允許的情況下,建議空調機組優先選用下送風方式,車體優先選用等截面結構。

圖7 下送風空調機組安裝方式

7.2 車體側墻斷面

車體側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墻,上海地鐵車輛車體采用梯形平直側墻。鼓形圓弧側墻優點是外形美觀,能夠充分利用限界,有利于增大車輛載員。主要缺點是:

(1) 曲面結構穩定性差、易變形。要保證圓弧側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墻的剛度,一般要加大側墻結構的斷面,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墻立柱變成圓弧形。側墻焊接時,側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格。攪拌摩擦焊在地鐵車輛制造過程中的應用僅限于長大規則件且直線焊接[30],而車體側墻由弧形改為平面后,可方便地實現攪拌摩擦焊[31]。

基于上述原因,建議按CJJ/T 96—2018規定,車體標準斷面采用與限界標準規定的車輛輪廓線相匹配的車頂窄、底架寬的梯形平直側墻斷面,其梯形側墻的斜度與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墻控制點的橫坐標,車體斷面就能做到類似As型車的矩形平直側墻斷面。

8 結論和建議

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參數與A型地鐵車輛保持一致。在此基礎上,對A、B型地鐵車輛的貫通道、車門、車鉤、空調機組、車窗、座椅等系統與車體的接口進行統型;車體優先采用等截面設計,車體標準斷面采用梯形直側墻斷面,其梯形側墻的斜度與A型地鐵車輛保持一致;若能調整車輛限界標準,車體就可以采用更為合理的矩形直側墻結構。

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