墨西哥城1號線車輛貫通道的研制

李 鴻 劉理智 梁志偉

（湖南聯誠軌道裝備有限公司，株洲 412001）

墨西哥城1號線采用膠輪地鐵車輛，既有線路最小曲線為R45 m，對貫通道提出了更高的性能要求。貫通道位于兩節車廂連接處，是連接兩車輛通道的重要組成部分[1]。貫通道需適應車輛過小曲線時相鄰車輛間的相對運動，并具備良好的密封、隔音、隔熱以及美觀性。本文介紹墨西哥城1號線車輛貫通道的設計方案，進行運動位置分析，完成曲線能力試驗、隔音隔熱試驗以及一塊式側護板疲勞試驗驗證。

1 貫通道布置

該項目為9編組車輛，編組方式為6動3拖，表示為=RC1-N1-N2-N3-R-N4-N5-N6-RC2=。其中：RC車為帶司機室的拖車；R車為不帶司機室的拖車；N車為不帶司機室的動車；=為半自動車鉤；-為半永久牽引桿。貫通道布置在車廂間每個半永久牽引桿上部，如圖1所示。

圖1 貫通道布置

2 貫通道主要結構

該貫通道主要由折棚組成、踏板組成、頂板組成以及一塊式側護板組成等部件構成，如圖2所示。

圖2 貫通道結構

2.1 折棚組成

為適應線路情況，每個折棚組成的棚布都由多折環狀折棚縫制而成，折棚中間部位由連接框連接。折棚面料選用高強度阻燃環保的材料，保證貫通道的隔音與隔熱性能。連接框安裝有渡板，為踏板組成提供支撐，構成地面的行人通道。連接框底部安裝了耐磨的車鉤磨耗條，落在車鉤上表面，支撐整個折棚，保證居中且不下垂。

2.2 踏板組成

踏板組成由一塊中央板、兩塊側翼板、鉸鏈和磨耗條組成。中央板通過鉸鏈與兩塊側翼板連接，兩者可相對轉動。磨耗條安裝在中央板與側翼板的前沿，能夠在渡板面上平滑移動。中央板通過鉸鏈安裝在車體端墻，可以將其翻起進行檢查和維護工作。實際運動中，踏板各件間有相對運動，可以抵消車輛之間的高度落差和側滾，保證貫通道在各種工況運行中保持過道的相對平坦[2]。

2.3 頂板組成

頂板總成由雙層邊頂板、中間頂板、連桿、鉸鏈以及安裝座等組成，如圖3所示。中間頂板插入雙層邊頂板內，可相對滑動，且兩板上下表面都貼有用于降低摩擦的耐磨絨布，確保運動順暢。左右的連桿機構可確保中間頂板處于中央位置，更好地適應車輛間的相對運動。鉸鏈可使頂板組成適應相鄰車輛的高度差。安裝座使頂板可與車體接口連接。

圖3 頂板結構

2.4 一塊式側護板組成

一塊式側護板主要由旋轉機構、柔性側護板以及毛刷等組成，如圖4所示。通過旋轉機構的預扭彈簧桿，可實現柔性側護板的收縮和舒展，適應車輛間的相對運動。柔性側護板一側通過螺釘安裝在旋轉機構，另一側可與旋轉機構實現快速解鎖。柔性側護板上下都裝有橡膠裙邊，用于遮擋側護板和踏板、頂板間的間隙。毛刷可用來覆蓋柔性側護板與車端的縫隙。

圖4 側護板結構

3 貫通道理論分析

3.1 車輛運動分析

設計貫通道需要分析車輛的運動位置和車輛的各種困難工況[3]。該項目車場線最小通過曲線為R45 m，且存在R60 m-0 m-R60 m的S曲線（曲線-夾直線-曲線），正線最小曲線為R105 m。下面對車輛通過以上典型曲線進行運動分析。綜合車輛轉向架一系簧、二系簧橫向位移、輪軌間隙、車鉤拉伸和壓縮，分析車輛的水平運動位置。借助計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）模擬分析車輛的惡劣工況及運營工況，結果如圖5所示。

圖5 車輛運動圖

上述工況為車輛典型水平運動工況，計算或試驗驗證時應考慮多種工況[4]，如垂向曲線、車輛的側滾以及俯仰運動等。

3.2 貫通道運動分析

貫通道根據車輛運動分析位置圖進行運動工況分析。各個部件都需滿足車輛運動工況要求，且各部件間要保證不干涉、不松脫，具備較長的使用壽命。由于貫通道運動分析為理論計算，與實際工況狀態有所偏差，故需針對貫通道進行曲線通過能力試驗驗證，并在裝車后隨整車進行各個工況的試驗驗證。

圖6（a）是車輛位于R60 m-0 m-R60 m的S曲線軌道上，并考慮車鉤拉伸40 mm、軌道偏移±40 mm工況。該工況橫向位移達到732 mm，因此折棚設計時應考慮上下部分的變形量是否滿足該橫向位移量要求。圖6（b）是車輛位于R105 m的正線曲線軌道上，并考慮車鉤拉伸40 mm、軌道偏移±40 mm工況。該工況下，貫通道渡板、踏板與側護板、頂板與側護板之間不應有縫隙，以規避誤傷乘客。

圖6 貫通道運動圖

3.3 一塊式側護板分析

根據貫通道運動分析圖以及側護板的通過寬度與安裝位置，可得出在R45 m軌道曲線上的工況。側護板的最大拉伸量為342 mm，最大壓縮量為322 mm。考慮貫通道車端距900 mm，則側護板最大沖程系數Lmax/Lmin達到2.15。根據應用經驗，地鐵常用的兩塊式或三塊式滑動側護板最大沖程系數在1.8以下，不能滿足該項目要求，故采用最大沖程系數可達2.5的一塊式側護板為宜。

如圖7（a）所示，若沿用車端距、通過寬一致的常用一塊式側護板結構，旋轉機構旋轉中心距離較近，在最大壓縮時存在金屬件碰撞風險，且側護板過度拱起變形，影響其使用壽命。在最大拉伸時，側護板拉伸量不夠，會導致拉脫、損壞現象，不能滿足要求。如圖7（b）所示，通過更改旋轉機構安裝座，增大旋轉中心距離，可使側護板適當向車端內凹。該優化既可避免在側護板最大壓縮時金屬件碰撞，也增加了側護板的寬度，使其不至于過度拱起變形，保證了其在最大拉伸時的變形量。因此，一塊式側護板結構可在其他小曲線軌道車輛上推廣使用。

圖7 一塊式側護板結構對比

4 貫通道試驗驗證

4.1 貫通道整體型式試驗

以貫通道運動分析圖為基礎，借助6自由度位移試驗臺進行曲線能力通過試驗。將貫通道的各個部件依次安裝在試驗臺，類比于裝車的狀態。將貫通道運動分析圖參數轉化為試驗臺運動參數，輸入控制試驗臺進行各個位移動作，驗證在各種工況下貫通道的狀態及性能。貫通道曲線通過能力試驗，如圖8所示。

圖8 貫通道曲線通過能力試驗

經第三方試驗機構試驗驗證，該貫通道隔音性能可達到30 dB，傳熱系數可達到W≤3.5 W·m-2·K-1的要求。

通過上述試驗并結合裝車情況，確定該項目貫通道完全符合《城市軌道交通車輛貫通道技術條》（CJ/T 353—2010）[5]標準和墨西哥城1號線車輛的使用要求。

4.2 一塊式側護板疲勞試驗

一塊式側護板的柔性護板體為高分子材料通過熱壓成型獲得，在車輛運行過程中被不間斷地拉伸和壓縮，故對其疲勞壽命提出了更高要求。如圖9所示，借助專用設備對一塊式側護板進行疲勞試驗，驗證其使用壽命是否滿足技術要求。根據貫通道運動分析圖，計算側護板的最大拉伸量和最小壓縮量，調整試驗臺行程，使得疲勞試驗可完全模擬最大行程。試驗次數以50萬次為宜。

圖9 側護板疲勞試驗

當一塊式側護板疲勞試驗進行至50萬次時，柔性護板體未出現破損且外觀良好；100萬次時，柔性護板體表面出現輕微折痕，局部表面油漆出現開裂現象，但未出現破損；200萬次時，柔性護板體折痕較嚴重，但未出現破損。試驗驗證表明，一塊式側護板疲勞壽命能滿足要求，且具備足夠的設計冗余。

5 結語

本文介紹了可適應墨西哥城1號線項目最小R45 m軌道曲線的貫通道方案。通過各種工況的車輛運動分析，確定貫通道可適應各種困難曲線的運動工況，理論分析貫通道各部件的運動狀態，并進行了試驗驗證。項目貫通道采用經過疲勞試驗驗證的一塊式側護板，為解決大車端距的地鐵車輛適應小曲線線路和實現整列車貫通的要求提供了設計參考和應用經驗。