天津地鐵2號線車輛車體端墻設(shè)計(jì)

關(guān)顯濤

（大連機(jī)車車輛有限公司城軌技術(shù)開發(fā)部，遼寧 大連116022）

0 前言

天津地鐵2號線地鐵車輛設(shè)計(jì)符合《城市快速軌道工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的B1型車標(biāo)準(zhǔn)。車體采用輕量化不銹鋼材料，與碳鋼車體相比，不銹鋼車體具有重量輕、耐腐蝕等特點(diǎn)。車體壽命為30年，運(yùn)營期間車體無需重修或加固，很好的降低了維修成本。

1 車體材料

1.1 SUS301L材料的化學(xué)成分和機(jī)械性能

天津地鐵2號線地鐵車輛車體材料除底架枕梁、牽引梁外均采用城軌車輛專用的高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼。奧氏體不銹鋼常用的牌號為SUS301L和SUS304,其化學(xué)成分（見表1）和機(jī)械性能（見表2）等質(zhì)量級均符合日本JISG4305：1999標(biāo)準(zhǔn)。

表1 SUS301L、SUS304不銹鋼的化學(xué)成分（JISG 4305：1999）

表2 SUS301L、SUS304不銹鋼的機(jī)械性能（JIS E 4049）

1.2 SUS301L材料的特點(diǎn)

SUS301L系列不銹鋼材料按其抗拉強(qiáng)度（或屈服強(qiáng)度）由大到小分為HT級、MT級、ST級、DLT級和LT級5個(gè)等級。其特點(diǎn)是綜合性能好、強(qiáng)度好、塑性好、硬度適中、具有較高的電阻率，較大的膨脹系數(shù)和低的導(dǎo)熱率。

2 車體組成

車體鋼結(jié)構(gòu)分為TC車、T車、M車、M1車四種，每種車結(jié)構(gòu)基本相同。不銹鋼車體結(jié)構(gòu)采用整體承載框架式結(jié)構(gòu)，主要由車頂、底架、側(cè)墻、端墻組成，能夠承受垂直、縱向、扭轉(zhuǎn)等動(dòng)、靜載荷。

3 端墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

端墻位于車體兩端，其中TC車僅在II位端有端墻。端墻與底架、側(cè)墻及頂棚相連接使車體形成筒狀結(jié)構(gòu)，從而提高車體的剛度和強(qiáng)度。同時(shí)，端墻采用模塊化設(shè)計(jì)，并保證了端部內(nèi)飾和寬體折棚式風(fēng)擋安裝。在上述四種車型的端墻鋼結(jié)構(gòu)中，除端墻小件有所不同外，所有端墻均可以互換和通用。并且，所有車（TC車除外）I位端端墻（包括端墻小件）可以互換，所有車II位端端墻結(jié)構(gòu)（包括端墻小件）可以互換。

3.1 端墻鋼結(jié)構(gòu)組成

端墻主要由蒙皮、蒙皮加強(qiáng)梁、門立柱、橫梁組成、連接梁、側(cè)彎梁組成、頂彎梁、底部橫梁等組成。端墻結(jié)構(gòu)以門口中心對稱，具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 端墻鋼結(jié)構(gòu)組成

3.1.1 端墻門口兩側(cè)分別為一大一小兩個(gè)立柱，與頂彎梁、橫梁、底部橫梁連接，同時(shí)與側(cè)彎梁組成通過小橫梁連接，構(gòu)成端墻基本構(gòu)架。因此，立柱、頂彎梁組成、側(cè)彎梁、橫梁、底部橫梁選用了具有高強(qiáng)度和高張力的ST等級材料。

3.1.2 HT等級的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度是SUS301L材料中最大的，因此端墻上的連接梁以及蒙皮加強(qiáng)梁均采用了HT等級，很好地保證了端墻結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。同時(shí)，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，考慮車體輕量化設(shè)計(jì)，各連接梁和加強(qiáng)梁的厚度盡量薄。

3.1.3 在設(shè)計(jì)3.1.1和3.1.2中帶有壓型件的立柱、加強(qiáng)梁時(shí)盡量采用了與整車壓型件相同的壓型。有效的節(jié)省了模具開發(fā)費(fèi)用。

3.1.4 端墻蒙皮需要較好的表面平直度，同時(shí)對抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度要求不高，因此選用冷軋壓縮率較低的DLT等級。

3.1.5 貫通道安裝墊板強(qiáng)度要求不高，選用LT等級即可滿足要求。

3.2 端墻組焊

端墻組焊盡可能地選用點(diǎn)焊方式。以便有效地減少焊接后的變形，并保證焊接后端墻外表面的平直度。

3.2.1 骨架組焊

端墻骨架主要采用雙面點(diǎn)焊的方式。在事先做好的胎具上按裝配尺寸將零件擺好，卡緊、固定，依次將個(gè)零件點(diǎn)焊連接。然后采用弧焊方式將立柱和上、下橫梁連接。考慮弧焊的焊接變形特點(diǎn)，可在骨架點(diǎn)焊前在門立柱之間預(yù)留收縮余量，從而確保焊接后門口的尺寸。

3.2.2 蒙皮組焊

端墻骨架組焊完成后與蒙皮進(jìn)行焊接，蒙皮焊接采用單面點(diǎn)焊的方式進(jìn)行。單面點(diǎn)焊臺位鋪設(shè)一層導(dǎo)電性好的銅板，銅板起到輔助電極的作用，可以減少點(diǎn)焊分流對焊接質(zhì)量的影響。同時(shí)，蒙皮焊點(diǎn)分布均勻，外形美觀。

3.3 端墻與車體連接

端墻與車頂、底架、側(cè)墻均采用焊接方式連接。

3.3.1 端墻與車頂連接端墻通過頂彎梁與車頂波紋頂板通過點(diǎn)焊和角焊的方式連接。角焊部位涂抹密封膠。端墻與車頂連接見圖2。

3.3.2 端墻與底架連接

受結(jié)構(gòu)限制，端墻與底架無法實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊連接，因此選用塞焊方式。塞焊相對角焊來說具有變形小、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。端墻與底架連接見圖3。

圖2 端墻與車頂連接

圖3 端墻與底架連接

3.3.3 端墻與側(cè)墻連接

端墻與側(cè)墻通過側(cè)墻連接板與側(cè)墻立柱塞焊連接。側(cè)墻立柱板材比較薄，為了防止塞焊時(shí)側(cè)墻立柱變形或焊穿，在側(cè)墻立柱與端墻塞焊位置預(yù)先采用點(diǎn)焊設(shè)置墊板。端墻與側(cè)墻連接見圖4。

圖4 端墻與側(cè)墻連接

3.4 大部件安裝

端墻鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)充分考慮了端部內(nèi)飾安裝和寬體折棚式風(fēng)擋安裝的合理性。

3.4.1 端部內(nèi)飾安裝

端部內(nèi)飾安裝包括間壁安裝和通過臺頂板組成安裝。根據(jù)車輛要求，電器柜間壁間通過距離應(yīng)不小于1300mm，通過臺頂板至客室地板布的距離應(yīng)不小于1900mm。設(shè)計(jì)時(shí)端墻門立柱之間的距離為1390mm，門口高度為1938mm，從而保證了端部內(nèi)飾安裝后的通過尺寸。

在間壁上安裝有扶手，考慮到扶手的檢修或更換方便，在端墻門口兩側(cè)的大立柱上設(shè)置了檢修孔，見圖5。

圖5 扶手檢修孔

3.4.2 風(fēng)擋安裝

天津地鐵2號線采用的風(fēng)擋為新型的分開式寬體折棚結(jié)構(gòu)，該風(fēng)擋內(nèi)部通過寬度為1300mm，高為1900mm，能夠拓寬旅客的活動(dòng)空間和視覺空間。在設(shè)計(jì)中，端墻鋼結(jié)構(gòu)門口的寬度設(shè)計(jì)為1390mm，高度設(shè)計(jì)為1938mm，保證了風(fēng)擋安裝后的通過尺寸。

寬體折棚風(fēng)擋與端墻采用螺釘連接，為了保證貫通道的安裝方便、合理，在端墻門口立柱兩側(cè)各設(shè)計(jì)增加了一個(gè)小立柱，由于端墻蒙皮及端墻梁柱均為較薄的不銹鋼材質(zhì)，考慮風(fēng)擋的重量和連接強(qiáng)度因素，在端墻上與風(fēng)擋連接位置預(yù)先設(shè)置了一定厚度的風(fēng)擋安裝墊板。為了保證風(fēng)擋與車體的密封性，在風(fēng)擋與端墻蒙皮搭接重合位置，預(yù)先開口，并在風(fēng)擋安裝后涂密封膠密封。

4 結(jié)束語

天津地鐵2號線地鐵車輛端墻鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)吸收了金州線快軌車和沈陽地鐵1號線地鐵車輛的生產(chǎn)和制造經(jīng)驗(yàn)，本著在滿足性能要求的前提下，力求結(jié)構(gòu)簡單和輕量化設(shè)計(jì)，為我公司不銹鋼地鐵車輛的研制積累了大量經(jīng)驗(yàn)。

［1］李剛卿,等.不銹鋼車體的焊接工藝及發(fā)展[M].北京：機(jī)車車輛工藝，2003.

［2］菊地隆寬.整體承載結(jié)構(gòu)車體技術(shù)[S].R＆M，2006.