城軌車輛貫通道折棚優化設計淺析

李小英，錢靖，李河盟，劉仰

（四川鐵道職業學院城市軌道交通學院，四川 成都 610000）

隨著城市軌道交通行業的不斷發展，人們對于城軌車輛的舒適性、美觀度和安全性要求越來越高。貫通道作為兩節車廂之間的柔性部件，不僅要吸收兩車之間的相對運動，同時還是連接各個車廂的通道。良好的貫通道設計、安裝的好壞直接影響著乘客的乘坐舒適感和安全性。本文以成都地鐵十號線城軌車輛貫通道折棚系統故障歷史數據為基礎，將挑選故障率較高的典型問題進行分析，從材質選擇、安裝工藝方面對貫通道提出相應的優化改進意見；并以成都地鐵十號線線路為基礎，結合相關理論，對折棚波數進行對比分析，找到更適合的貫通道折棚波數。

1 貫通道基本結構和功能

貫通道的功能是在兩節車之間形成一個可靠、安全、無阻礙的乘客通道，并能在列車的任何運行條件下均保證整列車的連接，此外，還具有良好的隔音、隔熱、低噪聲、密封性、耐磨及阻燃性等功能。能很好地滿足車輛半壽命周期中提出的維護成本低，性能安全可靠等要求。

貫通道系統基本組成包括：側護板組成、頂板組成、踏板組成、渡板組成、渡板支撐、護板支撐座組成、磨耗板組成和折棚組成等，如圖1所示。其中折棚組成主要由棚布、端框和面料框組成。每個折棚組成是由多個環狀雙層折棚構成，折棚由特制材料制成，需具有防火性、耐磨損、防老化等特性。折棚布縫制邊緣均用鋁型材制成的中間框進行壓夾處理，折棚端部與連接框和端框相連。端框由鋁型材焊接而成，表面進行噴塑處理，并通過安裝螺栓與車端相連。

圖1 貫通道結構組成

2 常見故障現象

對地鐵10號線開通運營至今，貫通道折棚系統的主要故障類型和故障比例進行統計，如圖2所示。其中發生較高的故障現象是折棚褶皺，褶皺可分為輕微褶皺和嚴重褶皺。

圖2 折棚主要故障類型及故障比例統計

2.1 輕微褶皺

當褶皺為如下條件時為輕微褶皺，如圖3所示。

圖3 輕微褶皺

（1）貫通道單側有褶皺且褶皺圈數小于等于2圈；（2）貫通道單圈的褶皺小于等于4處；（3）貫通道每圈單個褶皺起點至終點長度＜500mm。

2.2 嚴重褶皺

當褶皺為如下條件時為嚴重褶皺，如圖4所示。

圖4 嚴重褶皺

（1）貫通道單側有褶皺且褶皺圈數大于2圈；（2）貫通道單圈的褶皺超過4處；（3）貫通道每圈單個褶皺起點至終點長度＞500mm。

3 折棚優化設計

車輛在運營過程中，一旦出現貫通道折棚褶皺、貫通道折棚金屬框開裂、折棚鎖緊裝置變形、折棚解鎖裝置失效等故障時，會使得正常的運營出現極大的安全隱患。通過不斷嘗試與改進，接下來將從折棚波數的設計、材料、制造三大方面去優化貫通道折棚，從根本上解決以上問題。接下來我們從折棚波數、棚布材料、制造工藝三個方面進行優化用以降低貫通道折棚故障率。

3.1 折棚波數的設計

目前城軌車輛使用最多的折棚風擋是雙層對波結構，折棚分為外、內折棚兩個部分，如圖5～7所示。外折棚側部與頂部為波形開口向內的單層折棚。除與其他位置相同的單層折棚，底部通過連接棚布，增加了波形朝外的反波結構。內折棚為三面波形向外的單層折棚，內折棚型材端部隱藏于裙布內。

圖5 折棚整體結構示意圖

圖6 上部和側部棚布對波結構示意圖

圖7 底部棚布反波結構示意圖

折棚設計中折棚波數尤為重要，折棚波數越少，折棚重量越輕，對于現在輕量化的整車來說是好的。但車輛在通過彎道時，折棚受到的拉力就會變大，所以較少的波數會使貫通道的曲線通過能力降低。如果折棚長時間在較大的拉脫力工況下工作會使得棚布疲勞受損，導致折棚破損撕裂，甚至折棚脫框，最終影響貫通道的密封性。折棚波數越大，折棚重量越重，但較多的波數會使得貫通道的曲線通過能力增強，但兩波之間的棚布擠壓力越大，棚布的磨損會更大，長時間處于該工況下，易導致棚布摩擦破損，同樣影響貫通道的密封性能。

故折棚的波數需根據列車車端距和使用地區規劃線路的惡劣程度來計算。以800車端距的A型車、線路曲線半徑為R150米車場線為例，當列車處于R150米曲線時，考慮車鉤拉伸至極限狀態，此時折棚拉伸側為最大拉伸處。在固定波深的情況下，考慮安全系數1.5～2，可以計算出12環波數（單邊6環）為合適的波數，如表1所示。

表1 折棚波數影響因素對比表

3.2 棚布材料的優化

棚布的褶皺和棚布的材料和規格有關，市場上的棚布可以分為海普龍和硅膠兩種材料，常用的厚度有1.0mm、1.5mm、2mm、2.5mm、2.8mm。按棚布分層結構區分：海普龍分為：T3、T5；硅膠分為：S3、S5。海普龍棚布較硅膠棚布較硬，延展性略差，機械性能略優。

一般情況下，棚布厚度越厚，折棚制造成型越好，越美觀，產品的褶皺越少，但過厚的棚布會剮蹭相鄰的棚布，會造成棚破損，最終導致產品密封性降低，且棚布厚度過厚會導致貫通道整體重量增加。棚布分層海普龍T3、T5；和硅膠S3、S5為棚布的層數，例如硅膠S5總共為5層，上下外層為硅膠布層，中間硅膠布層，硅膠布層中間為織布，織布為芳綸材質。一般情況下棚布層數越多，折棚成型越好，但價格更高。

目前城軌列車的防火等級分為DIN5510、EN45545和BS6853。從防火等級上比較，海普龍棚布防火等級較低，只能滿足DIN5510防火等級，而對于更高要求的EN45545和BS6853標準目前國內只能選擇硅膠棚布。以最為常用的EN45545和BS6853防火等級、隔音36dB(A)的A型車貫通道為例，為滿足防火等級，選擇硅膠材質，但硅膠材質的棚布略軟，成型效果較差，為解決此問題，棚布的分層結構選擇S5，適當地增加棚布的硬度，使棚布制造后更挺拔美觀，消除褶皺。對于棚布厚度，通常選擇適中的棚布厚度2.0mm為宜，重量適中，隔音效果適中，制造成型適中。

3.3 折棚制造工藝優化

貫通道折棚制造工藝主要由以下步驟：原材料棚布下料、棚布縫紉、鋁型材折彎、棚布夾制。棚布下料采用數控裁布機將原材料裁為縫紉所需的布料，布料分為彎頭布料、直段布料和搭接布料。

傳統的下料縫紉工藝很大程度上依賴于工人的操作水平，工人縫紉的水平決定了縫紉后的折棚美觀程度。而通過數控下料機下料，加上對下料圖的排版優化，可以實現產品的一致性，提高產品的外觀，消除折棚褶皺。同時對生產制造工藝進行改進，在下料圖中設計三角形對齊標記，如圖8、圖9所示，可以準確的定位布塊，工人在縫紉時，只需將標記對齊，如圖10所示，即可快速定位布塊。

圖8 彎頭布料示意圖

圖9 直段布料示意圖

圖10 標記位置對齊示意圖

折棚中的鋁型材在折彎后，也需要對各邊中點進行標記，如圖11所示，這樣折棚在夾制過程中，只需要將棚布的中點標記對齊型材中點，即可實現布與框之間的準確定位。夾制時，先將個中點處進行定位夾制，之后再整圈夾制，這樣可以防止夾制過程棚布與夾框之間發生偏移而導致褶皺產生。

圖11 鋁型材各邊中點示意圖

4 結語

地鐵車輛在過曲線時貫通道較容易出現因形變量過大、接磨以及尺寸超標等導致的車輛檢修維護難題，對安全穩定運營造成了一定的影響。為保證運營安全，本文通過對折棚波數、棚布材料、折棚制造工藝三個方面進行優化設計，能有效解決貫通道系統在地鐵線路運營出現的典型故障，提高貫通道系統的安全性和可靠性，對于地鐵車輛的故障預防和日常維護具有一定的指導意義，也在一定程度上為以后列車的貫通道系統設計提供參考依據。