敬 敏

上海軌道交通設(shè)備發(fā)展有限公司 上海 200245

1 設(shè)計(jì)背景

近年來,國(guó)內(nèi)城市商業(yè)區(qū)擴(kuò)大,人口激增,使交通壓力日益凸顯。人們?cè)诔鲂袝r(shí)更趨向于選擇準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)的軌道交通,尤其在上海這樣的特大型城市,乘坐軌道交通成為人們出行的首選。

國(guó)內(nèi)城市加速發(fā)展軌道交通,已成為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的主要途徑,軌道交通在城市交通中的占比逐步提高[1]。

在軌道交通車輛設(shè)計(jì)中,司機(jī)室的設(shè)計(jì)較為關(guān)鍵,設(shè)計(jì)時(shí)需考慮軌道交通車輛在運(yùn)營(yíng)中的多種功能需求,以及各種主要部件的科學(xué)布置[2]。根據(jù)軌道交通車輛多年的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn),業(yè)內(nèi)提出了軌道交通車輛結(jié)構(gòu)輕量化的設(shè)計(jì)要求。司機(jī)室結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,因此司機(jī)室結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)尤為重要。筆者對(duì)上海軌道交通15號(hào)線車輛司機(jī)室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹,通過設(shè)計(jì),達(dá)到了輕量化的要求。

2 司機(jī)室結(jié)構(gòu)

上海軌道交通15號(hào)線車輛是全自動(dòng)駕駛車輛,采用A型鋁合金車體,基于模塊化、輕量化進(jìn)行車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[3]。含司機(jī)室頭車的車體總長(zhǎng)為24 400 mm,距軌面總高為3 730 mm,司機(jī)室總長(zhǎng)為1 887 mm,頭車車體布置如圖1所示。

圖1 頭車車體布置

司機(jī)室屬于頭車車體結(jié)構(gòu)的重要組成部分,主要包含前端骨架、前端外罩、內(nèi)裝、擋風(fēng)玻璃、側(cè)窗、緊急疏散門等部件,司機(jī)室結(jié)構(gòu)布置如圖2所示。

圖2 司機(jī)室結(jié)構(gòu)布置

3 司機(jī)室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 前端骨架

前端骨架由后端圈梁、窗區(qū)橫梁、逃生門立柱、端角柱、縱梁、小件等構(gòu)成。在滿足EN 12663-1:2010標(biāo)準(zhǔn)[4]強(qiáng)度要求的前提下,前端骨架的主要作用是為前端外罩、司機(jī)室內(nèi)裝、司機(jī)室部分電氣設(shè)備及電纜提供安裝支撐。前端骨架結(jié)構(gòu)如圖3所示。

前端骨架采用大型中空鋁型材焊接結(jié)構(gòu),在設(shè)計(jì)時(shí)通過減小型材壁厚、縮減型材斷面尺寸、合并小件結(jié)構(gòu)等方案來減輕整個(gè)骨架的質(zhì)量[5]。前端骨架輕量化設(shè)計(jì)效果較為理想,所采用的型材斷面如圖4所示。

3.2 前端外罩

前端外罩由車頭面罩、車下導(dǎo)流罩、防爬器罩板等構(gòu)成。在滿足UIC 651—2002標(biāo)準(zhǔn)[6]抗沖擊安全性要求的前提下,前端外罩的主要作用是安裝擋風(fēng)玻璃、前端照明、雨刮器、司機(jī)室側(cè)窗等部件。前端外罩結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖3 前端骨架結(jié)構(gòu)

圖4 前端骨架型材斷面

圖5 前端外罩結(jié)構(gòu)

前端外罩采用聚氨酯玻璃鋼材質(zhì),這一材質(zhì)已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多個(gè)軌道交通項(xiàng)目[7]。上海軌道交通15號(hào)線車輛司機(jī)室前端外罩采用6 mm厚聚氨酯玻璃鋼糊制而成,聚氨酯玻璃鋼力學(xué)性能見表1。相比較于前期項(xiàng)目大多數(shù)采用的7～8 mm厚玻璃鋼,6 mm厚聚氨酯玻璃鋼質(zhì)量減輕10%～30%,同時(shí)可以減小安裝支架金屬件的厚度。前端外罩輕量化設(shè)計(jì)效果顯著,遠(yuǎn)小于車體各部件所分配的質(zhì)量。

表1 聚氨酯玻璃鋼力學(xué)性能

3.3 內(nèi)裝

司機(jī)室內(nèi)裝由中頂板、側(cè)墻板、側(cè)頂板、檢查門等構(gòu)成。在符合車內(nèi)美工效果和滿足載荷承載的要求下,司機(jī)室內(nèi)裝主要作用是為駕駛員提供駕駛環(huán)境,安裝司機(jī)室部分電氣設(shè)備部件。司機(jī)室內(nèi)裝結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 司機(jī)室內(nèi)裝結(jié)構(gòu)

司機(jī)室內(nèi)裝中頂板采用12 mm厚輕質(zhì)鋁蜂窩結(jié)構(gòu),如圖7所示。側(cè)墻板、側(cè)頂板、檢查門采用4 mm厚聚氨酯玻璃鋼糊制而成。通過嚴(yán)格控制聚氨酯玻璃鋼糊制工藝,減小安裝支架金屬件厚度,達(dá)到司機(jī)室內(nèi)裝輕量化設(shè)計(jì)的目的。

圖7 司機(jī)室內(nèi)裝中頂板鋁蜂窩結(jié)構(gòu)

3.4 擋風(fēng)玻璃

擋風(fēng)玻璃采用電加熱夾層防爆玻璃[12],由化學(xué)鋼化玻璃、聚乙烯醇縮丁醛酯(PVB)粘接層、電加熱絲等構(gòu)成,總厚度為14.78 mm,制造標(biāo)準(zhǔn)為EN 15152:2007[13],同時(shí)滿足UIC 651—2002標(biāo)準(zhǔn)的抗沖擊安全性要求。擋風(fēng)玻璃的主要作用是為司機(jī)提供優(yōu)良的駕駛視野,其外觀如圖8所示,結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖8 擋風(fēng)玻璃外觀

圖9 擋風(fēng)玻璃結(jié)構(gòu)

3.5 側(cè)窗

側(cè)窗玻璃由化學(xué)鋼化玻璃、PVB粘接層等構(gòu)成,總厚度為8.28 mm,制造標(biāo)準(zhǔn)為GB 18045—2000[14],滿足抗沖擊安全性要求。側(cè)窗玻璃主要作用是為司機(jī)提供車外視野,其外觀如圖10所示,結(jié)構(gòu)如圖11所示。

圖10 側(cè)窗玻璃外觀

圖11 側(cè)窗玻璃結(jié)構(gòu)

3.6 緊急疏散門

緊急疏散門位于司機(jī)室前端中間位置,由門頁、門框、行走面板、回收機(jī)構(gòu)、過渡踏板、解鎖手柄等組成,主要作用是在軌道交通車輛出現(xiàn)緊急情況時(shí)形成車廂室地面的逃生通道[15]。緊急疏散門結(jié)構(gòu)如圖12所示,設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 緊急疏散門設(shè)計(jì)參數(shù)

門頁采用玻璃鋼材質(zhì)門板與框架粘接支架連接組成,門框采用6061-T6鋁型材,行走面板采用4 mm厚鋁板。門頁與門框連接采用多連桿結(jié)構(gòu),如圖13所示。多連桿結(jié)構(gòu)整體采用不銹鋼材料,保證強(qiáng)度和使用的功能性。

圖13 多連桿結(jié)構(gòu)

緊急疏散門投入使用時(shí),車內(nèi)人員按照操作標(biāo)志和總控臺(tái)指示,手動(dòng)操作打開或閉鎖緊急疏散門。緊急疏散門回收機(jī)構(gòu)采用棘輪結(jié)構(gòu),反向自鎖。轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間通過彈性聯(lián)軸器連接,保證門頁回收過程中兩側(cè)回收帶的同步性。緊急疏散門回收機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖14所示。

圖14 緊急疏散門回收機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

4 結(jié)束語

上海軌道交通15號(hào)線車輛為全自動(dòng)駕駛車輛,通過司機(jī)室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),為司機(jī)提供了安全舒適的駕駛環(huán)境。

在設(shè)計(jì)過程中,對(duì)司機(jī)室各結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,在滿足強(qiáng)度的同時(shí)減輕質(zhì)量。相對(duì)于傳統(tǒng)A型車司機(jī)室結(jié)構(gòu),上海軌道交通15號(hào)線車輛司機(jī)室結(jié)構(gòu)總質(zhì)量減輕約60 kg,有效實(shí)現(xiàn)了車體設(shè)計(jì)輕量化要求,為后續(xù)類似項(xiàng)目的司機(jī)室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考。