鋁合金地鐵車輛的統型研究

李華麗，王興文，黃莉莉，王春萌

(中車南京浦鎮車輛有限公司，江蘇 南京 210031)

地鐵作為最主要的交通運輸工具之一，具有節約能源、運量大、準時、速度快等優勢。隨著社會經濟的發展，支撐地鐵車輛的相關專業技術也在發生日新月異的變化，加之不同城市對軌道交通的需求不盡相同，導致地鐵車輛在制造材料、車型、速度等級等方面多種多樣，這勢必造成車輛制造及設計成本增加，維保難度加大，質量問題增多。

地鐵車輛之所以會形成這種局面，原因是多方面的。一是早期為了解決產品有無問題，從多國引進產品技術進行合作研制或引進消化吸收再改進；二是為了創新而創新，標新立異的無價值增值性的重復設計，形成高密度品種規格產品[1]；三是車輛制造商對部分子產品或子設備的技術掌握不夠，從而依賴或受制于供應商，導致接口和產品的多樣化；四是用戶提出不同需求時沒有經過充分的統籌規劃，從而在產品發展的初期，不清楚產品品種、規格和型號合理的發展方向，任由產品品種、規格自由發展。而統型就是對現有產品品種、規格和型號進行的統一集中梳理和標準化整頓的行為[1]。

1 地鐵車輛統型的總體思路

統型是進行通用化、系列化和模塊化的梳理整頓工作，那么地鐵車輛的統型就可以從梳理出影響車輛的關鍵因素出發，找出現有產品的種類以及不同類型產品出現的頻次，再逐步開展系列化、模塊化和通用化的工作。以中車南京浦鎮車輛有限公司現有52個項目的鋁合金地鐵車輛為例，同時選取3個決定車輛種類的強相關因素——車輛輪廓斷面形式、客室門形式以及空調送回風形式來說明。將車輛輪廓斷面形式中梯形和鼓形分別編號為(1)和(2)，客室門形式中塞拉門、內藏門和外掛門分別編號為(1)、(2)和(3)，空調送回風形式中前送前回、下送下回和前送下回分別編號為(1)、(2)和(3)，那么由這3個因素組成的車輛編號經過排列組合原則上會有18種。但是根據現有產品(52個項目)的現狀分析，有些組合的車輛目前并沒有出現過，從而最終得到的車輛編號有(2)-(1)-(1)，(1)-(1)-(3)，(2)-(1)-(2)，(1)-(1)-(1)，(1)-(2)-(1)，(1)-(2)-(2)，(2)-(3)-(1)，(1)-(3)-(3)共8種(表1)。

表1 由3個強相關因素組合的車輛種類表

由表1可以看出，編號為(2)-(1)-(2)的車輛出現了18次，頻次最高，其次是編號為(2)-(1)-(1)的車輛，而出現最少的車輛編號為(1)-(2)-(1)、(1)-(2)-(2)以及(2)-(3)-(1)。由此可以分析出，斷面為鼓形、客室門為塞拉門、空調為下送下回的地鐵車輛最常見，這說明此種類型的車輛是目前城市軌道交通地鐵車輛的主流。那么接下來的總體統型方案則可以以此車型展開，梳理此車型各個系統的方案種類，從而形成不同的模塊，其思路是相通的。比如：盡管客室門都是塞拉門，但塞拉門與塞拉門之間有可能在其內部零部件上、接口上甚至尺寸上存在差異，根據影響塞拉門的關鍵因素，梳理出塞拉門的種類，分析現有不同種類之間的異同，再考慮通用化、系列化、模塊化的統型。

當然，以上因素只是影響車輛種類眾多因素中的3個，可以根據各個產品的特點，把影響車輛種類的強相關因素都梳理出來，如：車輛長度、車輛最大寬度、車輛高度、受流方式、監控裝置、空氣彈簧及地板面高度等。按照此種排列篩選方法，從總體方案到子系統、子部件進行梳理。也就是說確立了統型目標，再進一步開展具體的通用化、系列化以及模塊化的“三化”統型工作。

2 鋁合金地鐵車輛統型舉例

前文介紹了地鐵車輛統型的總體思路。那么如何將梳理出來的車輛種類、子系統種類和子部件種類進行下一步的統型工作，文獻[1]中給出了如圖1所示的統型原理。

圖1 統型原理圖

依據圖1的原理，可以將前文梳理出的車輛編號種類進行系列化統型，即可以保留頻次較高的產品，適當取消頻次低的產品，從而做成不同的車輛統型平臺。每一個平臺都由不同的子系統構成，子系統依據功能、結構或接口進行分解，構建成具有互換性接口并可傳遞功能的子模塊，這便是子系統的模塊化統型。

以某車體車頂結構舉例說明。車頂由邊梁、彎梁、圓頂以及空調平頂組成，見圖2。

圖2 車頂組成圖

其中空調平頂受空調機組的送回風形式影響，可以將空調平頂做成1個子模塊，將空調平頂模塊1(圖3(a))作為適用于下送下回的空調方案，空調平頂模塊2(圖3(b))作為適用于前送前回的空調方案。在設計這2種模塊時，首先應確保其與周邊接口的一致性(如圖3中端板用于連接平頂與圓頂，吊掛臂用于連接平頂與邊梁)，其次給2種模塊賦予相應的屬性特征(如長、寬、高、送回風形式等)。產品設計時即可依據關鍵屬性選擇模塊，組合成滿足不同客戶需求的車頂結構。

圖3 空調平頂模塊示意圖

在進行系列化和模塊化統型工作時，一定會有通用化的統型，因為在形成不同的標準化模塊前，同一種模塊可能會存在某些細節上的差異，必須將現有的相近的多品種壓縮或歸并為一種通用模塊，是“多成一”的通用化。例如：地鐵列車需考慮碰撞設計，低速碰撞時，碰撞所產生的能量只依賴于車鉤緩沖裝置來吸收是不夠的，需要考慮多級能量吸收系統來有序地耗散能量[2-4]。一般情況，當列車以大于20 km/h的速度發生碰撞時，列車最前端的車鉤吸收完能量后過載保護裝置將動作，使車鉤與車體分離。車鉤安裝座作為列車最前端車鉤的安裝載體，因為車鉤供應商的不同，導致其接口存在較大差異，其中以安裝座的退鉤孔(用于車鉤與車體分離后，車鉤往后退的接口)的差異最大。圖4是車鉤安裝座矩形退鉤孔的示意圖。該結構的形狀和尺寸差異較大：在形狀上，有圓孔、方孔、不規則形狀孔等；在尺寸上，即便是矩形孔，尺寸(寬×高)存在315 mm×250 mm、290 mm×290 mm、300 mm×270 mm、330 mm×270 mm、330 mm×293 mm等十幾種，圓角尺寸也多種多樣。綜合考慮，最終選取330 mm×293 mm的矩形退鉤孔作為通用接口，而摒棄其他形狀的孔。一旦將該形狀該尺寸的車鉤安裝座退鉤孔定為通用接口，那么在以后的項目執行過程中，則需要求車鉤供應商按照此接口設計，提供相應的車鉤產品。

圖4 車鉤安裝座矩形退鉤孔示意圖

以上只是地鐵車輛中一個很小部件的通用化統型舉例，是利用現有的某個接口尺寸代替其他接口尺寸實現的通用化。當一些產品不能通過現有品種的歸并實現通用化的目的時，則需采用重新設計的通用化統型，從而實現接口通用化、結構通用化以及功能通用化等。當然，統型并不是簡單的做加減法，需要綜合考慮各方面的因素，如成本、生產加工的難易程度、相關系統的影響、結構的強度剛度及功能等，從而形成相對通用的標準模塊化、系列化較優方案。

3 結束語

目前，中車南京浦鎮車輛有限公司已經完成了B型鋁合金地鐵車輛的統型工作，并已在多個項目上運用，取得了較好的效果，不僅提高了設計、工藝及生產效率，而且降低了制造成本，減少了質量問題。