淺析城軌車輛不同類型司機(jī)室結(jié)構(gòu)

周婷 余凱

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司,江蘇 南京 210031)

城軌車輛的車體總成一般包括司機(jī)室、側(cè)墻、車頂、底架、端墻五大部分。司機(jī)室位于列車兩端,通過(guò)緊固件或者焊接的方式與車頂、底架、側(cè)墻連接。

司機(jī)室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很大程度受接口的影響,司機(jī)室空間外受面罩造型的影響,內(nèi)受內(nèi)裝、逃生門、側(cè)門等接口的影響。司機(jī)室作為列車頭部的部件,還應(yīng)具有一定的強(qiáng)度,在車輛碰撞過(guò)程中能夠吸收一定的碰撞能量,有效地降低碰撞事故的影響。

本文從司機(jī)室結(jié)構(gòu)形式、連接形式和材質(zhì)三個(gè)方面分析了不同類型司機(jī)室的設(shè)計(jì)特點(diǎn)：按照結(jié)構(gòu)形式,可分為獨(dú)立司機(jī)室和非獨(dú)立司機(jī)室；按照連接形式,可分為緊固件連接司機(jī)室和焊接司機(jī)室；按照材質(zhì)不同,一般可分為鋁合金、碳鋼、不銹鋼司機(jī)室,鋁合金司機(jī)室又可分為鋁型材拼焊以及新型的鋁蜂窩司機(jī)室。

1 獨(dú)立司機(jī)室和非獨(dú)立司機(jī)室

獨(dú)立司機(jī)室：通過(guò)螺栓連接到車體其它部件,連接面在同一平面,便于內(nèi)裝等部件實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì),具有效率高、模塊化程度高等優(yōu)點(diǎn)。一位端一般采用車鉤箱結(jié)構(gòu)形式,無(wú)法采用牽枕緩結(jié)構(gòu)形式,導(dǎo)致縱向力傳遞不連續(xù),螺栓連接區(qū)域會(huì)造成較大的應(yīng)力集中。結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 獨(dú)立司機(jī)室結(jié)構(gòu)

非獨(dú)立司機(jī)室：通過(guò)螺栓連接到車體其它部件,底架結(jié)構(gòu)延伸到司機(jī)室結(jié)構(gòu)下方,連接面不在同一個(gè)平面,底架采用牽枕緩結(jié)構(gòu)形式,可實(shí)現(xiàn)縱向力的平緩傳遞。缺點(diǎn)是難以實(shí)現(xiàn)預(yù)組裝,總裝效率不高。目前城軌項(xiàng)目較多采用非獨(dú)立司機(jī)室,如圖2 所示。

圖2 非獨(dú)立司機(jī)室結(jié)構(gòu)

2 緊固件連接司機(jī)室和焊接司機(jī)室

緊固件連接司機(jī)室：通過(guò)緊固件連接到其它部件,司機(jī)室前端組成、側(cè)門組成使用鉚接組裝,如圖3 所示。

圖3 緊固件連接司機(jī)室

焊接司機(jī)室：司機(jī)室整體焊接完成后再焊接車體其它部件,焊接司機(jī)室主要用于不銹鋼項(xiàng)目。如圖4 所示。

圖4 焊接司機(jī)室

3 不同材質(zhì)司機(jī)室

車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮不同材料特點(diǎn),鋁合金、不銹鋼和碳鋼材料的主要特性如表1 所示。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)不同需求靈活選用。

表1 不同材料特性

鋁蜂窩板作為司機(jī)室設(shè)計(jì)中比較新型的一種材料,具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、吸能性能好等特性,在軌道交通等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[1-2]。鋁蜂窩司機(jī)室由鋁蜂窩板加骨架組焊而成,車外焊縫滿焊,車內(nèi)部分焊縫采用段焊,保證密封性和強(qiáng)度,司機(jī)室與其它部件采用焊接形式連接,如圖5 所示。

圖5 鋁蜂窩司機(jī)室

4 司機(jī)室防碰撞設(shè)計(jì)

根據(jù)EN15227-2010[3]軌道列車標(biāo)準(zhǔn)《鐵路車輛車體的防撞性要求》規(guī)定,列車需要滿足一定的碰撞要求。司機(jī)室前端一般設(shè)計(jì)車鉤及防爬器吸收碰撞能量,此外,司機(jī)室骨架也需考慮防碰撞設(shè)計(jì),遵循以下原則：

4.1 碰撞力傳遞路徑設(shè)計(jì)：司機(jī)室結(jié)構(gòu)與車體其它部件連接可靠,碰撞過(guò)程產(chǎn)生的縱向沖擊力能較順利的傳遞到牽枕緩區(qū)域和底架邊梁上。

4.2 司機(jī)室主結(jié)構(gòu)和吸能區(qū)域連接：需對(duì)連接區(qū)域進(jìn)行充分加強(qiáng),將塑性變形吸能僅局限在變形區(qū)域內(nèi)。

4.3 對(duì)司機(jī)室主結(jié)構(gòu)可能存在的應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng),避免在碰撞過(guò)程中發(fā)生塑性變形。

5 結(jié)論

隨著城軌車輛車體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)型,車體其它部件基本定型,司機(jī)室作為一個(gè)“可變量”,應(yīng)充分了解司機(jī)室各種結(jié)構(gòu)形式,靈活運(yùn)用,在滿足相關(guān)要求的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出美觀、可靠的司機(jī)室結(jié)構(gòu)。