上海軌道交通15號線車輛司機室的結構設計

敬 敏

上海軌道交通設備發展有限公司 上海 200245

1 設計背景

近年來,國內城市商業區擴大,人口激增,使交通壓力日益凸顯。人們在出行時更趨向于選擇準時準點的軌道交通,尤其在上海這樣的特大型城市,乘坐軌道交通成為人們出行的首選。

國內城市加速發展軌道交通,已成為促進經濟和社會發展的主要途徑,軌道交通在城市交通中的占比逐步提高[1]。

在軌道交通車輛設計中,司機室的設計較為關鍵,設計時需考慮軌道交通車輛在運營中的多種功能需求,以及各種主要部件的科學布置[2]。根據軌道交通車輛多年的運營經驗,業內提出了軌道交通車輛結構輕量化的設計要求。司機室結構比較復雜,因此司機室結構的輕量化設計尤為重要。筆者對上海軌道交通15號線車輛司機室的結構設計進行介紹,通過設計,達到了輕量化的要求。

2 司機室結構

上海軌道交通15號線車輛是全自動駕駛車輛,采用A型鋁合金車體,基于模塊化、輕量化進行車體結構設計[3]。含司機室頭車的車體總長為24 400 mm,距軌面總高為3 730 mm,司機室總長為1 887 mm,頭車車體布置如圖1所示。

圖1 頭車車體布置

司機室屬于頭車車體結構的重要組成部分,主要包含前端骨架、前端外罩、內裝、擋風玻璃、側窗、緊急疏散門等部件,司機室結構布置如圖2所示。

圖2 司機室結構布置

3 司機室結構設計

3.1 前端骨架

前端骨架由后端圈梁、窗區橫梁、逃生門立柱、端角柱、縱梁、小件等構成。在滿足EN 12663-1:2010標準[4]強度要求的前提下,前端骨架的主要作用是為前端外罩、司機室內裝、司機室部分電氣設備及電纜提供安裝支撐。前端骨架結構如圖3所示。

前端骨架采用大型中空鋁型材焊接結構,在設計時通過減小型材壁厚、縮減型材斷面尺寸、合并小件結構等方案來減輕整個骨架的質量[5]。前端骨架輕量化設計效果較為理想,所采用的型材斷面如圖4所示。

3.2 前端外罩

前端外罩由車頭面罩、車下導流罩、防爬器罩板等構成。在滿足UIC 651—2002標準[6]抗沖擊安全性要求的前提下,前端外罩的主要作用是安裝擋風玻璃、前端照明、雨刮器、司機室側窗等部件。前端外罩結構如圖5所示。

圖3 前端骨架結構

圖4 前端骨架型材斷面

圖5 前端外罩結構

前端外罩采用聚氨酯玻璃鋼材質,這一材質已廣泛應用于國內多個軌道交通項目[7]。上海軌道交通15號線車輛司機室前端外罩采用6 mm厚聚氨酯玻璃鋼糊制而成,聚氨酯玻璃鋼力學性能見表1。相比較于前期項目大多數采用的7～8 mm厚玻璃鋼,6 mm厚聚氨酯玻璃鋼質量減輕10%～30%,同時可以減小安裝支架金屬件的厚度。前端外罩輕量化設計效果顯著,遠小于車體各部件所分配的質量。

表1 聚氨酯玻璃鋼力學性能

3.3 內裝

司機室內裝由中頂板、側墻板、側頂板、檢查門等構成。在符合車內美工效果和滿足載荷承載的要求下,司機室內裝主要作用是為駕駛員提供駕駛環境,安裝司機室部分電氣設備部件。司機室內裝結構如圖6所示。

圖6 司機室內裝結構

司機室內裝中頂板采用12 mm厚輕質鋁蜂窩結構,如圖7所示。側墻板、側頂板、檢查門采用4 mm厚聚氨酯玻璃鋼糊制而成。通過嚴格控制聚氨酯玻璃鋼糊制工藝,減小安裝支架金屬件厚度,達到司機室內裝輕量化設計的目的。

圖7 司機室內裝中頂板鋁蜂窩結構

3.4 擋風玻璃

擋風玻璃采用電加熱夾層防爆玻璃[12],由化學鋼化玻璃、聚乙烯醇縮丁醛酯(PVB)粘接層、電加熱絲等構成,總厚度為14.78 mm,制造標準為EN 15152:2007[13],同時滿足UIC 651—2002標準的抗沖擊安全性要求。擋風玻璃的主要作用是為司機提供優良的駕駛視野,其外觀如圖8所示,結構如圖9所示。

圖8 擋風玻璃外觀

圖9 擋風玻璃結構

3.5 側窗

側窗玻璃由化學鋼化玻璃、PVB粘接層等構成,總厚度為8.28 mm,制造標準為GB 18045—2000[14],滿足抗沖擊安全性要求。側窗玻璃主要作用是為司機提供車外視野,其外觀如圖10所示,結構如圖11所示。

圖10 側窗玻璃外觀

圖11 側窗玻璃結構

3.6 緊急疏散門

緊急疏散門位于司機室前端中間位置,由門頁、門框、行走面板、回收機構、過渡踏板、解鎖手柄等組成,主要作用是在軌道交通車輛出現緊急情況時形成車廂室地面的逃生通道[15]。緊急疏散門結構如圖12所示,設計參數見表2。

表2 緊急疏散門設計參數

門頁采用玻璃鋼材質門板與框架粘接支架連接組成,門框采用6061-T6鋁型材,行走面板采用4 mm厚鋁板。門頁與門框連接采用多連桿結構,如圖13所示。多連桿結構整體采用不銹鋼材料,保證強度和使用的功能性。

圖13 多連桿結構

緊急疏散門投入使用時,車內人員按照操作標志和總控臺指示,手動操作打開或閉鎖緊急疏散門。緊急疏散門回收機構采用棘輪結構,反向自鎖。轉動軸之間通過彈性聯軸器連接,保證門頁回收過程中兩側回收帶的同步性。緊急疏散門回收機構結構如圖14所示。

圖14 緊急疏散門回收機構結構

4 結束語

上海軌道交通15號線車輛為全自動駕駛車輛,通過司機室結構設計,為司機提供了安全舒適的駕駛環境。

在設計過程中,對司機室各結構進行優化,在滿足強度的同時減輕質量。相對于傳統A型車司機室結構,上海軌道交通15號線車輛司機室結構總質量減輕約60 kg,有效實現了車體設計輕量化要求,為后續類似項目的司機室結構設計提供了參考。