地铁车辆不锈钢车体结构设计

地铁车辆不锈钢车体结构设计

田博 ,任嘉名

中车大连机车车辆有限公司   辽宁大连   116021

摘要：不锈钢地铁车辆为薄壁筒形结构，主要由顶棚、底架、侧墙、端墙和司机室几个部分组成，能够承载车辆运行中产生的各种动静载荷、冲击载荷和振动载荷，满足地铁车辆的运营要求。

关键词：不锈钢车体；结构；材料；

随着我国经济的快速发展，城市化进程不断加快，城市对于轨道交通的需求逐渐增长，城市轨道交通以其运量大、速度快、安全可靠成为公共交通的主要发展方向。车体作为地铁车辆中最重要的部件，其设计是否合理对于车辆安全舒适的运营是至关重要的，很多研究人员和设计人员都对车体结构设计开展了深入的研究，本文将从工程角度简单讨论不锈钢车体结构设计的相关内容。

1车体结构及基本要求

某项目地铁车辆车体分为有司机室拖车（Tc车）、有受电弓动车（Mp车）和无受电弓动车（M车）三种。车体钢结构由底架、侧墙、端墙、车顶和司机室（仅Tc车）等部分组成。车体结构为轻量化整体承载焊接结构，能够承受垂直、纵向、扭转、自重、载重、牵引力、横向力、制动力等动、静载荷及作用力。车辆及其部件焊接的设计、生产、试验和质量认证满足EN 15085标准相关要求，在其使用期限30年内能承受正常载荷的作用而不产生永久变形和疲劳损伤，并有足够的刚度，满足修理和纠正脱轨的要求。

2车体材料

车体材料采用轻型不锈钢钢板，满足车体结构强度及刚度的要求。不锈钢钢板的化学成分、机械性能等质量等级均符合EN 10088标准、JISG 4035标准及中国国家有关标准的规定。

底架端部结构（牵引梁、枕梁、端梁、内层边梁）使用的耐候钢符合EN 10025标准。

3车体结构设计

车体主要由车顶、底架、左右侧墙、前后端墙六大部件构成的薄壁筒型整体承载焊接结构，在确保有足够的强度和刚度承受车辆运用过程中的各种载荷的前提下实现轻量化，各个部分均采用模块化设计。

车体钢结构关键长大承载件均采用车辆专用滚轧不锈钢型材，如底架边梁、波纹地板、侧墙上墙板、车顶上弦梁、侧顶板和车顶波纹板等，侧墙立柱、车顶弯梁由薄壁不锈钢板通过压型、拉弯、定型等专业设备制造而成。

3.1顶棚结构设计

顶棚钢结构是由两根上弦梁、数根弯梁、侧顶板、波纹顶板、蒙皮等组焊而成。

波纹顶板采用缝焊焊接，其余板梁间均采用点焊焊接。在车顶组件内侧设有滑槽及吊装型材，用于安装车内顶板、灯具、扶手和空调系统的送风道等部件，安装顺序合理，并且牢固可靠。

空调机组下方顶棚钢结构蒙皮与波纹顶板采用缝焊连接，蒙皮下方弯梁采用“几”型结构，弯梁之间布置横梁，形成框架结构，设计时充分考虑到结构的强度和刚度，弯梁横梁布局合理，确保空调机组设备的正常使用。框架结构再同外板点焊在一起，必要处进行弧焊，确保顶棚结构的气密性和水密性。

3.2底架结构设计

底架组件为无中梁结构，由边梁、辅助横梁、主横梁、波纹地板和端底架组件焊接而成。底架骨架由两根通长的冷弯滚轧不锈钢边梁与不锈钢主横梁及端底架组焊而成，骨架上面铺设不锈钢波纹地板。底架边梁为通长的HT级不锈钢冷弯型钢，边梁与横梁之间用高强度不锈钢连接板连接成框架结构，连接板与不锈钢梁之间采用点焊焊接。端部底架的枕梁、牵引梁和内层边梁、内层端梁均采用耐候结构钢，内衬碳钢与外部不锈钢采用塞焊焊接。枕梁、牵引梁和内层边梁及内层端梁采用高耐候结构钢，确保30年不用挖补修理。

所有横梁均采用不锈钢槽钢，梁上开长圆孔,用来固定安装线槽和管路的配件。

在底架边梁枕内、外侧设有用于架车、顶车的专用支撑点，并且对此位置进行补强，保证此处具有足够的刚度和强度，在架车、顶车时，保证车体不出现塑性变形现象。

3.3侧墙结构设计

侧墙组件由侧墙骨架（包含下边梁、门立柱、窗立柱、窗横梁、补强梁等）、墙板、门框、门上连接件等组成。窗框与门框均采用模块化设计。侧墙骨架梁柱以高强度不锈钢材料为主，梁柱断面选用盆形，与侧墙外板点焊后形成箱形，从而加大断面矩提高抗弯刚度。为防止在门区及端部出现蒙皮外板褶皱现象，增加内衬补强板与梁柱、蒙皮点焊一体。

侧墙门角和窗角为应力集中区，窗口四边用盆形梁点焊成封闭的四边形框架结构，再在窗角区域采用高强度板补强。

3.4端墙结构设计

端墙采用板梁点焊结构。由不锈钢外板、立柱、横梁和贯通道加强梁组成框架结构，蒙皮与钢结构骨架焊接方式采用点焊方式连接，整个框架能够满足列车连挂载荷和能量吸收的要求。端墙和底架、侧墙、顶棚组焊为一体后，有效地防止列车相撞时客室的受损变形，保证乘客安全。当车体发生扭转变形时，由于通道门角处应力比较集中，设计时充分考虑通道门角处的强度要求，采用加强板对门角处进行补强。端墙下部门槛横梁与底架端梁塞焊，形成刚性连接。

3.5司机室结构设计

司机室前端造型组件外部采用玻璃钢，玻璃钢罩内预埋钢骨架，玻璃钢与钢骨架组成整体结构。司机室前端骨架结构与前端底架采用螺栓连接，车顶和司机室侧墙等部件通过连接件组焊在一起，玻璃钢罩板需加强的部位预埋钢板，整体玻璃钢罩既有利于流线型司机室的实现，也有效地减轻了车重。

结束语：

不锈钢车体结构设计需要考虑的内容还有很多，比如结构抗疲劳设计、结构抗振动设计等等，这也对设计人员提出了更高的要求，既要重视理论，又要重视实际，才能设计出更加合理的不锈钢车体结构。

参考文献：

[1]陈锋，徐国梁.地铁不锈钢车体研究[J].铁道车辆,2007.

[2]赵洪伦.轨道车辆结构与设计[M].2009.

[3]闫永永，姜宝库.不锈钢地铁车辆车体结构设计的要点研究[J].产业科技创新,2019.