某120km/h速度等級城軌車輛氣密性設計

林建鹯 李楊

摘要：本文對某120km/h速度等級的四編組地鐵車輛進行氣密性仿真計算，模擬列車在隧道中運行的車內外空氣壓力波動，獲取車體外部和車輛客室內部空氣壓力變化情況，結合行業內關于空氣壓力波動舒適度標準，指導車輛各主要部件進行氣密性設計，以滿足整車氣密性設計的要求。

關鍵詞：地鐵;氣密性;舒適度

Air?Tightness?Design?of?a?120km/h?Speed?Class?Urban?Rail?Vehicle

Lin?Jianzhan??Li?Yang

CRRC?Zhuzhou?Locomotive?CO.，LTD.??HunanZhuzhou??412001

Abstract：This?paper?simulates?the?airtightness?of?a?four-group?metro?with?a?speed?of?120km/h，?simulates?the?pressure?fluctuations?inside and?outside?the?car?when?the?train?runs?in?the?tunnel，?to?get?the?air?pressure?fluctuation?Inside?and?outside?the?car，integrate?standards?of?aerodynamics?about?comfortableness?in?the?industry，guides?the?design?of?the?main?components?of?the?vehicle?to?meet?the?requirements?of?the?air-tight?design?of?the?entire?vehicle.

Keyword：metro;airtightness;standards?of?aerodynamics?about?comfortableness

隨著城市軌道交通行業的發展，越來越多的城市開始建設時速120km/h的地鐵快線，由于車輛速度的提升，車輛客室內部的壓力波動幅度也相應增加，直接影響司乘人員乘坐舒適性，因此快速地鐵車輛氣密性設計越來越受重視。國內外對于列車氣密性研究主要集中在高速動車組領域，關于地鐵車輛氣密性研究較少，現階段地鐵車輛氣密性設計主要參考高速動車組氣密性，但是由于地鐵車輛車門多，車門數量直接影響整車氣密性水平，不能完全簡單套用高速動車組的氣密性設計方案，地鐵車輛氣密性需根據自身結構特點進行適應性設計，本文以某120km/h速度等級A型地鐵為例，分析探討城軌車輛整車氣密性設計等。

1?整車氣密性仿真計算

1.1?模型建立

采用ansys軟件建立車輛以及隧道仿真模型（圖1、圖2），模擬仿真列車通過2站1區間，其中區間隧道長度設定為2000m，站臺長度為140m，列車從車站出發后加速到120km/h后勻速運行，臨近車站開始減速，減速度為1.2m/s2，線路隧道盾構直徑為6m，隧道凈空面積約26㎡左右，阻塞比約為0.4。

1.2?典型測點布置

列車在隧道中運行時，車體外表面不同位置的空氣壓力波動情況不同，因此在車體外表面的典型位置設置壓力波動測點，具體測點布置圖如下：

1.3?仿真計算結果

根據車體外表面壓力分布云圖，各典型測點壓力變化峰峰值見下表（表1）：

車內壓力與車外壓力基于差分同時受到車廂外部壓力以及內部迭代效果影響，可得出車內個測點的壓力變化值（見表2）

通過表2可以看出：

（1）車內1s和3s壓力變化幅值最大主要位于頭車和尾車位置。

（2）可見提高車輛氣密性指數可明顯降低車內壓力波波動。

1.4?空氣壓力波動舒適度標準

根據TB?3503.3-2018《鐵路應用-空氣動力學標準》中的相關要求，列車通過隧道時產生的車內瞬變壓力應小于0.5kPa/1s和0.8kPa/3s。根據表2可知，當列車動態氣密指數為0s時，車內壓力變化最大為748Pa，滿足TB?3503.3-2018《鐵路應用-空氣動力學標準》要求，即非密閉地鐵車輛也可以達到標準中關于舒適度要求，因此對于全隧道運行的120km/h速度等級的地鐵項目，并非一定要采用氣密性車門、空調壓力波保護裝置等方案，在設計結構上對車體、車門、車輛穿線孔、貫通道等進行氣密性提升設計，加強車輛組裝工藝，穿線孔洞等進行工藝密封就能保持良好的乘坐舒適性。

2?車輛各主要部件氣密性提升設計

2.1?車體

車體作為車輛最大的部件，車體氣密性是否良好直接決定整車氣密性水平。為了保證良好的氣密性，一方面需保證車體剛度，另一方面對車體結構進行優化：避免焊縫段焊、減少車體工藝孔、盡可能減少車體孔洞（如對車頂空調冷凝水排放結構進行優化，將空調排水路徑由常規項目的穿車體邊梁改成空調平臺直接排到雨檐，見圖6、圖7）。

2.2?車門

常規塞拉門密封效果欠佳，對于120km/h速度等級地鐵車輛，需對常規塞拉門膠條斷面進行優化，增大膠條壓接接觸面積和壓緊變形量，提高車門密封性。（圖8、圖9）

2.3?車輛穿線孔

車輛穿線孔主要考慮車端跳接箱到屏柜進線穿孔部分的密封性，通過對穿線孔縫隙進行打膠密封（圖10），盡可能減少車輛氣密泄露，面積。

2.4?貫通道

貫通道底部取消常規項目的排水孔，改為設置排水閥。對折棚底部縫線處進行涂膠密封，優化螺釘框和車體之間的密封膠條，加大膠條唇部壓縮量，盡可能減少車體平面誤差對密封的影響。

2.5?其他

對于穿車體的制動管路、刮雨器安裝、外部照明安裝等，可采用電纜旋緊件、提高安裝面的平面度、四周打膠密封等措施，使車輛保持良好的氣密性，

結語

根據上述分析，對于120km/h速度等級地鐵車輛，需要考慮客室內乘客空氣壓力波動舒適性，通過ansys建模對車輛在隧道運行進行氣密性仿真計算，得出車輛內部空氣壓力波動情況，結合TB?3503.3-2018《鐵路應用-空氣動力學標準》要求可知，因此對于全隧道運行的120km/h速度等級的地鐵項目，并非一定要采用氣密性車門、空調壓力波保護裝置等方案，在設計結構上對車體、車門、車輛穿線孔、貫通道等進行氣密性提升設計，加強車輛組裝工藝，穿線孔洞等進行工藝密封就能保持良好的乘坐舒適性。此外，車輛內部乘坐舒適性并非完全取決于車輛自身，隧道截面大小（影響阻塞比，阻塞比越小，對列車氣密性設計越有利）、隧道內風井設置，隧道截面變化等，均對地鐵車輛客室內部壓力波動變化有著直接影響，在項目初期設計階段應予以考慮。

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作者簡介：林建鹯（1990—??），男，漢族，福建莆田人，本科，從事城軌車輛總體設計。