（中车浦镇庞巴迪运输系统有限公司江苏南京210019）
摘要：车体作为车辆结构的主体，车体材料决定了车体的结构形式、性能和技术经济指标，车体的强度、刚度决定车辆运行的安全可靠性和舒适性，车辆外观、寿命由车体的耐腐蚀能力决定，能耗大小、载客能力、乘客舒适度乃至列车编组形式（动拖比），均与车体重量息息相关。因此，车体结构的设计在地铁车辆的设计过程中非常重要。不锈钢地铁车辆的设计是一个综合的、复杂的且必须精确的过程，车体结构是车辆的载体，是整个车辆设计的基础。目前，不锈钢地铁车辆车体结构一般由车顶、底架、侧墙、端墙四大部位组成，是由钢骨架和薄板组成的薄壁筒形整体承载结构。
关键词：不锈钢地铁车辆；车体结构；要点
1不锈钢车辆车体结构特点
不锈钢车体对侧墙板外表面的平整度要求较高。波纹顶板和波纹地板结构也需要承载一定的重量，因此要求其具体一定的刚度，为了减重的需要，其厚度也只有0.6mm。为保证侧墙有足够的刚度和承载能力，在焊接侧墙骨架如侧墙立柱与上边梁、底架时，通常采用满焊方式。在不易实现点焊或需要传递较大载荷的部位，不影响美观情况下采用环焊和塞焊，这样可以降低热影响，提高车体强度。车体底架牵枕缓部位需要保证有足够的强度，能够顺利传递牵引与压缩载荷，该位置一般采用满焊工艺。不锈钢车体的强度和刚度主要由车体钢骨架提供。车体的整个传力过程是由底架、车顶边梁、弯梁以及各种横梁和立柱等直接受力的骨架结构传递到波纹板等薄板结构，整个传力系统构成了比较稳定的壳体承载结构。车体结构所承受的主要载荷为轴向力，这些力主要由各种梁、柱构件承担，而蒙皮结构如波纹板等主要承受剪切力。为了使车体骨架具有足够的刚度，板材或带材事先加工成具有一定截面形状的梁或柱状结构，各个骨架通过带孔的连接板焊接在一起，与外板构成箱型结构，这种结构对抗扭曲及横向载荷非常有效。空调支撑梁、车顶弯梁采用帽型材或乙型材，通常要先折弯再拉弯最后成型。底架横梁采用槽钢结构，其下需要冲压大量孔结构，便于车下设备安装和布线。
2不锈钢地铁车辆车体结构设计的要点分析
2.1不锈钢材料的选择
不锈钢车体结构的设计首先必须了解不锈钢车体材料的性能。不锈钢材料决定了不锈钢车体的结构形式，决定了车体结构的性能及技术经济指标。不锈钢材料具有其他材料无法比拟的优良特性：耐高温、抗扭曲、抗弯曲变形、高抗拉强度。选择合适的不锈钢板材对车辆的性能及安全至关重要，是影响车体结构设计是否合理的关键因素之一。不锈钢车体材料按强度从弱到强分为LD、DLT、ST、MT和HT等5个等级，除强度不同外还具有不同的物理特性，同时，不锈钢车体设计必须严格遵循相关标准，只有具备了丰富的理论知识和实际经验，才能设计出合理的车体结构。例如，为了实现轻量化及结构的优化设计，车体主要承载部件采用了高强度的HT材料，如底架边梁、侧墙立柱，按以往结构侧墙立柱需直接焊接在底架边梁上。由于HT材料有在高温下强度会降低到DLT水平的物理特性，这样的结构显然不合理。考虑到这些问题，我们在结构设计时通过侧墙下边梁实现了底架边梁和侧墙立柱间的点焊连接，避免了上述问题。在车体的结构设计中，并非所有材料均选择不锈钢材料，需依据实际的承载及受力情况综合考虑。在底架结构的设计过程中，对于承载比较重要的牵引梁及枕梁部位，选择使用低合金高强度钢。这是由于低合金钢具有很好的抗疲劳特性和焊接性能。根据不同的受力特点选择合适的材料是车体结构设计应遵循的原则之一。
2.2车体结构的强度以及车体的制造工艺
安全是车体结构设计的第一要素，其次才是舒适性与经济性。车体结构设计始终应遵循的最基本原则是满足铁路车辆车体结构要求标准中各种工况下车体及各种零部件的强度及刚度、疲劳等的要求，通过有限元分析计算和静强度、刚度试验来实现。有限元分析计算和静强度、刚度试验是验证车体结构设计是否合理的重要依据和原则。同时，对于受力较大或者容易出现疲劳区域的部位应重点予以关注，如客室门角和司机室门角、窗角，底架枕梁、车钩安装座区域等。对以往出现过类似问题的受力区域，也应注意避免，或通过强度计算验证该结构是否存在问题。车体结构设计应满足的重要原则即是制造工艺性能良好。焊接的可行性和焊缝的质量对车体的制造质量有很大影响。目前的不锈钢车体结构形式与原来的结构相比重量轻、制造工艺简单。然而仍需提高结构设计的模块化程度，减少零部件的数量，以简化制造工艺。
2.3车体结构设计
2.3.1底架结构
底架结构主要由底架边梁、底架横梁、牵枕缓组成、波纹地板等部件组焊而成。重要受力部件牵枕缓由牵引梁和枕梁及缓冲梁组焊为模块。牵枕缓模块与辊弯的底架边梁对接组焊形成整体承载框架，底架横梁与边梁采用对接组焊。枕梁和牵引梁部位采用耐候钢材料，波纹地板选用标准的型材断面，在底架前后部，与枕梁和端梁塞焊焊接为一体。
2.3.2侧墙装配
侧墙钢结构由侧墙板、立柱、横梁、底部横梁和门框等焊接成为整体。侧墙结构采用分块模块化设计，由门口隔开。车体左右侧墙完全对称，分块侧墙组成由门立柱装配、窗立柱装配、窗上梁装配、窗下梁装配、底部横梁等组成，部件之间均采用点焊连接。各分块侧墙组成框架结构在专用焊接胎具上，通过自动点焊与蒙皮支撑板、窗中板、窗下板装配、窗角焊接形成一个分块侧墙组成单元。车体侧墙两侧设有一定数量的安装座、安装梁及走线架，与侧墙钢结构刚性连接，用来安装门系统、客室座椅、内墙板、门立柱及走线等。
2.3.3顶棚装配
顶棚钢结构由两个上弦梁、顶部弯梁、侧顶板及两个空调机组平台一起焊接组成，在顶棚骨架上面铺设波纹板。空调机组平台模块化设计，组焊后的空调机组平台整体与顶棚弯梁、波纹顶板及车顶上弦梁组焊为一体。空调机组平台设计时充分考虑整个平台的强度和刚度。整个平台由横梁、纵梁等几部分组成，装配各梁之间使用点焊形成框架结构。弯梁上铺有波纹顶板组成。波纹顶板两端增加补强板以保证车顶的强度及刚度。
2.3.4端墙
端墙由蒙皮、2个门立柱、横梁、蒙皮加强梁、小横梁、小纵梁等组成，材质为不锈钢。端墙设计时，重点考虑外蒙皮板的平整度及与车体其他部分的连接，以及折棚风挡和端部内饰安装的需要。门立柱及门上横梁在设计时应保证宽体折棚风挡的通过宽度（1300mm）和高度（1900mm）。端墙蒙皮的搭接位置根据国内外板材宽度的要求，采用顶部横向拼缝。端墙与底架采用塞焊和连接板方式连接，端墙与侧墙采用点焊和连接板方式连接，端墙与顶棚采用点焊方式连接。
2.3.5司机室
司机室为独立模块设计，采用纤维增强复合塑料（FRP）中预埋不锈钢结构，与Tc车底架侧墙顶棚连接。司机室钢结构设计时主要以车辆整体外观为前提，再充分考虑与车体钢结构的连接调整，以及司机室挡风玻璃、前照灯、司机室门、操纵台、顶部设备、内装等部件的安装接口。总组装时，司机室钢结构放到底架上，与底架塞焊连接，与侧墙和顶棚通过连接板和塞焊连接，并通过玻璃钢外罩与钢骨架的连接螺栓调整到准确合理的位置。
3结束语
综上所述，轨道业的发展促进了不锈钢车体结构的设计与发展，不锈钢车体结构的设计仍有很大的发展空间。然而，不锈钢车体结构设计始终要遵循不锈钢材料的选择、骨架结构的重点设计、轻量化、高强度、抗疲劳、车体结构的强度分析、制造工艺性能良好等要点，缺一不可。
参考文献：
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