不銹鋼端墻優化設計

宋明陽

摘 要：不銹鋼車體的端墻部位是連接側墻和車頂、底架的關鍵部位，為保證司機室模塊化生產和螺栓連接安裝，以及貫通道配裝車體所要求的平面度，對新一代B型地鐵不銹鋼車體結構進行優化設計。端墻周圈采用角型梁形成支撐框架，橫梁、立柱與外側框架連接，取消焊接附件，采用鑰匙孔安裝代替焊接附件，源頭上提高端墻平面度。制造工序為先焊接端墻骨架，再外敷端墻板。此設計結構對不銹鋼車體設計具備一定指導意義。

關鍵詞：不銹鋼材質；車體；端墻；平面度

中圖分類號：U270 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0077-02

1 背景

隨著城市化進程的不斷加速，城市軌道交通迅猛發展，對地鐵車輛的要求也在不斷提升。不銹剛車體憑借自身重量輕，耐腐蝕、壽命長等優勢，成為當前軌道交通發展的主流產品。本文在新型不銹鋼B型地鐵的項目基礎上，針對不銹鋼車體端墻的結構進行優化設計。

2 車體結構

不銹鋼車體由底架、側墻、端墻、車頂四部分組成，如圖1所示。

底架由邊梁、橫梁、中梁、牽枕緩及端梁組成，其中牽枕緩采用高強度碳鋼，其余部件采用不銹鋼。吊裝區域主橫梁采用幾型斷面，橫梁下面開鉚接螺母孔，給線管提供安裝接口。

側墻結構采用分塊側墻結構形式，門口立柱采用非門扣鐵形式，主橫梁之間的補強采用面包板壓型件，窗口采用窗框結構給玻璃提供支撐。側墻外露面采用DF不銹鋼板面，側墻取消焊接附件，提高外側平整度。

車頂采用大平頂結構車體，兩根邊梁支撐車頂橫梁，其上方鋪設波紋頂板，避免了應力集中，減低了車體重量。空調及受電弓區域增加縱梁補強。

端墻采用板梁結構，端墻周圈采用角型梁形成支撐框架，橫梁與立柱與外側框架連接，外敷端墻板。

車體采用歐洲設計理念的不銹鋼車體。車體采用歐式不銹鋼設計，整車采用激光焊及熔化焊等焊接工藝，符合EN15227、EN12663、VDV152、DVS1612等歐洲標準的要求。車體不銹鋼材質采用1.4301/1.4318，碳鋼部分選擇S355J2W/Q450NQR1。

高強度不銹鋼車體。車體強度完全滿足EN12663-PⅢ強度標準要求，同時車鉤區域壓縮機拉伸力達到了1200kN和960kN。

良好的碰撞性能。不銹鋼材料主要為SUS301L和06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼。車體結構強度高，通過車鉤與防爬吸能即能滿足25公里的碰撞要求，司機室結構不變形，充分保護駕駛員的`人生安全并避免了司機室結構的損壞。

輕量化車體結構。頭車車體重6.5噸，中車車體重6.7噸，媲美鋁合金車體。

不銹鋼車體材質主要采用高強耐候鋼Q450NQR1制造牽枕緩，鑄鋼GS240制造車鉤安裝座，其余部件采用SUS301L和06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼制造。

3 不銹鋼端墻優化

不銹鋼車體端墻將底架、車頂、側墻完整的連接到一起，共同承受來自各個方向的載荷，在設計的時候要合理布置貫通道和后續分檔檢修安裝等接口。由于不銹鋼車體不進行涂裝處理，其外墻板平整度不僅影響到車輛的整體外觀效果，更作為初始變形的存在而影響到車體承載。變形將會導致外板局部失穩，承載能力下降，外觀影響嚴重，如圖2所示。因此端墻外墻板平整度水平是結構設計水平和制造工藝水平的綜合表現。

此次優化設計，通過兩點措施避免此類問題再次出現，提高了端墻的平面度水平。

（1）優化支撐框架，外敷端墻板。端墻結構為不易變形的墻周圈角型梁形成的支撐框架，橫梁與立柱與外側框架連接，如圖3所示。端墻外露蒙板焊接工序為端墻骨架成型后再外敷端墻板，從而減少焊接端墻骨架時對端墻外蒙板產生的熱變形，提高端墻平面度水平。

（2）取消焊接附件。基于各系統相關要求，分析附件安裝強度需求，在滿足各系統使用的條件下取消焊接附件，采用鑰匙孔安裝代替焊接附件，如圖4所示。鑰匙孔安裝的方案既滿足了各系統的安裝需求，實現了端墻減少焊接量的目的，達到了從減少焊接變形量的方面提高不銹鋼車體端墻平面度的最終目標。

通過此上兩種方案，滿足強度標準的基礎上改善了端墻外墻板平整度水平，從根本上解決了平面度超差的問題，工藝性大大提升，客戶對端墻的設計改進十分滿意。

4 結語

本文基于不銹鋼車體結構分析，通過優化支撐框架，外敷端墻板合取消焊接附件減少焊接變形量的方法提高不銹鋼車體端墻平面度，從根本上解決了平面度超差的問題，提升制造工藝性。為在激烈的城軌市場競爭中占領優勢，引領地鐵車輛技術發展，樹立地鐵列車發展典范。不銹鋼車體的研發和制造及對結構優化的總結，為后續研制項目生產提供了新的方案設計思路和指導經驗。

參考文獻

[1]嚴雋耄.車輛工程[M].北京：中國鐵道出版社，1992.

[2]趙明花，劉玉名.城市軌道車輛不銹鋼車體的研發[J].城市軌道交通研究，2004，7（1）：76-80.