美標城市軌道交通車輛不銹鋼車體結構研發

賀彩鵬　李剛

摘要：現階段，我國城市軌道交通車輛的車體制造主要以不銹鋼、鋁合金等材料為主，材料的選擇、結構的設計在一定程度上影響著車體的穩定性、安全性以及美觀性。基于此，本文以美國標準、相關技術要求為基準，對城市軌道交通車輛不銹鋼結構的研發進行研究。

關鍵詞：城市軌道交通車輛;不銹鋼;車體結構

近年來，隨著我國城市化建設的加快，城市軌道交通進入了高速發展階段，不僅為人們出行帶來了方便，還在一定程度上促進了城市經濟的發展。經濟全球化背景下，各國之間在文化交流、技術交流、經濟往來等方面日益密切，我國城市軌道交通發展也逐漸趨于國際化。美標ASME RT-2 2014《重型軌道交通車輛結構設計的安全標準》可以說是最為嚴格的軌道交通車輛研發標準，為此，本文以美標出發，對城市軌道交通車輛不銹鋼車體結構的設計進行深入研究。

1.不銹鋼車體結構的研發

1.1材料選擇

城市軌道交通車輛不銹鋼車體的制造在進行材料選擇的過程中，應該保證所選不銹鋼具有良好的焊接性能、沖壓性能、輥軋成形性能，并且還能夠承受較高的應力。現階段，我國城市軌道交通車輛不銹鋼車體制造常用材料有兩種，一種是SUS301L、另一種是SUS304，兩種不銹鋼都屬于奧氏體系。其中，SUS301L不銹鋼具有良好的輥軋成形性能，在經過軋制加工之后，能夠在很大程度上提高其抗拉強度與硬度。在實際應用過程中，SUS301L不銹鋼可以根據壓延率不同分為五個不層次的強度等級，通常都是根據實際部位需求進行不同等級材料的選擇。為在最大程度上保證不銹鋼結構車輛在強度、加工性能、完全成形性能、焊接性能等方面滿足實際應用需求，加入的鋁合金通常為EN AW-5083、EN AW-6005A、EN AW-6082等。與其他兩種材料相比，EN AW-5083的抗腐蝕性能、焊接性能更好，但其加工性相對較差，無法將其制造成中空、薄壁等材型;而EN AW-6005A雖然強度中等，但其加工性能較強，能夠做出各種形狀復雜的材型。因此，在實際材料選擇過程中，通常選擇EN AW-5083鋁合金制作部件連接板，選擇EN AW-6005A鋁合金制作薄壁空心部件。

1.2車體結構骨架的設計

在進行不銹鋼車體結構的研發過程中，需要根據城市軌道交通車輛安裝性能、結構性能等方面的要求進行設計。通常情況下，車輛的承載結構都是由梁、柱以及外板等方面所構成的，并且在進行骨架設計的過程中，需要嚴格按照美標當中各工況承受荷載能力的高低進行設計。同時，還需要借助FEA進行分析，保證其最終結果與實際需求標準相一致。另外，針對一些特殊結構而言，美標當中對其技術規范、荷載承受能力有著特殊要求，對于此類結構的設計應該輔以荷載大小的計算，保證其斷面能夠滿足實際設計要求。

1.3承載部件設計

城市軌道交通車輛的車體結構不僅需要具備良好的靜態承載能力，還需要有著較高的安全性能，保證在發生碰撞事故時能夠為乘客提供安全的容身空間。簡而言之，即城市軌道交通車輛車體在具有較強靜態承載能力的同時，還應該具有良好的動態承載能力。因此，在進行車體結構設計的過程中，應該首先對車輛碰撞要求進行考量，進而在此基礎上解決車體的結構設計方向以及主要的承載結構形式。為在最大程度上保證不銹鋼車體結構在承載方面、碰撞方面能夠滿足實際要求，設計過程中應該加強對車頂、門口、底架等位置的斷面設計，保證其具有較強的承載能力。因此，在進行車體底架邊梁的設計過程中，應該保證其具有較強的剛度和強度，從而使其能夠承受較大的動態荷載力。通常情況下，可以采用雙層邊梁設計方式進行車體邊梁結構的設計，從而實現對邊梁承載能力的有效提高。

2.城市軌道交通車輛不銹鋼車體制造

2.1制造工藝

城市軌道交通車輛不銹鋼車體的結構大多以梁板組合承載全焊結構為主，并且通常選用點焊的方式，進而保證不會對板材的強度、大小產生影響。需要注意的是，在進行強度較高的材料加工過程中，禁止使用弧焊。實際制造過程中，主要材料為SUS301與SUS304，這兩種材料不僅抗腐蝕性強，并且具有較高的強度，能夠承受較大的外界沖擊。另外，以SUS301與SUS304不銹鋼為主要材料，還能夠保證車體表面光潔，使車輛整體更加堅固、美觀。不僅如此，采用不銹鋼材料制造的車體無需進行涂裝，保持原材料原本的外觀特點即可。在此情況下，車體表面無法進行調修，因此對于車體加工技術有著較高的要求。實際焊接過程中，不銹鋼在高溫作用下會產生一定程度上的形變，且機械性能會有所降低，因此應該選擇點焊方式進行焊接。與不銹鋼材料相比，鋁合金的焊接更加復雜、難度更大，實際焊接過程中很容易出現氣孔、變形、裂紋等情況。但鋁合金的可塑性較強，可以利用現代擠壓成型技術進行加工。

2.2外觀質量

城市軌道交通車輛不銹鋼車體在實際制造過程中，其表面無需進行防腐保護、涂漆等處理，只需要適當修飾即可。一般情況下，原材料當中都帶有車體表面裝飾，因此只需要在焊接之前進行貼膜保護即可。另外，由于不銹鋼車體外墻板很薄，且光滑度較高，因此其不平度反應較強，任何凹凸都十分明顯。因此，在點焊過程中應該出于對車體美觀度的考慮進行焊點設計，保證焊點的大小、深度、排列順序具有一致性，不會對車體整體外觀質量造成影響。

結束語：

綜上所述，作為國際上最為嚴格的城市軌道交通車輛研發標準，美標對于車體結構的要求十分精細，其整體結構的穩定性要求也十分嚴格。本文以材料選擇、結構骨架設計、承載部件設計三方面為出發點，結合不銹鋼車體的制造工藝與外觀質量控制方法，對城市軌道交通車輛不銹鋼車體結構的研發進行探究，希望對我國城市軌道交通行業的發展能夠起到一定幫助。

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