林建鹯 李楊

摘要：本文對(duì)某120km/h速度等級(jí)的四編組地鐵車輛進(jìn)行氣密性仿真計(jì)算，模擬列車在隧道中運(yùn)行的車內(nèi)外空氣壓力波動(dòng)，獲取車體外部和車輛客室內(nèi)部空氣壓力變化情況，結(jié)合行業(yè)內(nèi)關(guān)于空氣壓力波動(dòng)舒適度標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)車輛各主要部件進(jìn)行氣密性設(shè)計(jì)，以滿足整車氣密性設(shè)計(jì)的要求。

關(guān)鍵詞：地鐵;氣密性;舒適度

Air?Tightness?Design?of?a?120km/h?Speed?Class?Urban?Rail?Vehicle

Lin?Jianzhan??Li?Yang

CRRC?Zhuzhou?Locomotive?CO.，LTD.??HunanZhuzhou??412001

Abstract：This?paper?simulates?the?airtightness?of?a?four-group?metro?with?a?speed?of?120km/h，?simulates?the?pressure?fluctuations?inside and?outside?the?car?when?the?train?runs?in?the?tunnel，?to?get?the?air?pressure?fluctuation?Inside?and?outside?the?car，integrate?standards?of?aerodynamics?about?comfortableness?in?the?industry，guides?the?design?of?the?main?components?of?the?vehicle?to?meet?the?requirements?of?the?air-tight?design?of?the?entire?vehicle.

Keyword：metro;airtightness;standards?of?aerodynamics?about?comfortableness

隨著城市軌道交通行業(yè)的發(fā)展，越來越多的城市開始建設(shè)時(shí)速120km/h的地鐵快線，由于車輛速度的提升，車輛客室內(nèi)部的壓力波動(dòng)幅度也相應(yīng)增加，直接影響司乘人員乘坐舒適性，因此快速地鐵車輛氣密性設(shè)計(jì)越來越受重視。國(guó)內(nèi)外對(duì)于列車氣密性研究主要集中在高速動(dòng)車組領(lǐng)域，關(guān)于地鐵車輛氣密性研究較少，現(xiàn)階段地鐵車輛氣密性設(shè)計(jì)主要參考高速動(dòng)車組氣密性，但是由于地鐵車輛車門多，車門數(shù)量直接影響整車氣密性水平，不能完全簡(jiǎn)單套用高速動(dòng)車組的氣密性設(shè)計(jì)方案，地鐵車輛氣密性需根據(jù)自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)，本文以某120km/h速度等級(jí)A型地鐵為例，分析探討城軌車輛整車氣密性設(shè)計(jì)等。

1?整車氣密性仿真計(jì)算

1.1?模型建立

采用ansys軟件建立車輛以及隧道仿真模型（圖1、圖2），模擬仿真列車通過2站1區(qū)間，其中區(qū)間隧道長(zhǎng)度設(shè)定為2000m，站臺(tái)長(zhǎng)度為140m，列車從車站出發(fā)后加速到120km/h后勻速運(yùn)行，臨近車站開始減速，減速度為1.2m/s2，線路隧道盾構(gòu)直徑為6m，隧道凈空面積約26㎡左右，阻塞比約為0.4。

1.2?典型測(cè)點(diǎn)布置

列車在隧道中運(yùn)行時(shí)，車體外表面不同位置的空氣壓力波動(dòng)情況不同，因此在車體外表面的典型位置設(shè)置壓力波動(dòng)測(cè)點(diǎn)，具體測(cè)點(diǎn)布置圖如下：

1.3?仿真計(jì)算結(jié)果

根據(jù)車體外表面壓力分布云圖，各典型測(cè)點(diǎn)壓力變化峰峰值見下表（表1）：

車內(nèi)壓力與車外壓力基于差分同時(shí)受到車廂外部壓力以及內(nèi)部迭代效果影響，可得出車內(nèi)個(gè)測(cè)點(diǎn)的壓力變化值（見表2）

通過表2可以看出：

（1）車內(nèi)1s和3s壓力變化幅值最大主要位于頭車和尾車位置。

（2）可見提高車輛氣密性指數(shù)可明顯降低車內(nèi)壓力波波動(dòng)。

1.4?空氣壓力波動(dòng)舒適度標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)TB?3503.3-2018《鐵路應(yīng)用-空氣動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)要求，列車通過隧道時(shí)產(chǎn)生的車內(nèi)瞬變壓力應(yīng)小于0.5kPa/1s和0.8kPa/3s。根據(jù)表2可知，當(dāng)列車動(dòng)態(tài)氣密指數(shù)為0s時(shí)，車內(nèi)壓力變化最大為748Pa，滿足TB?3503.3-2018《鐵路應(yīng)用-空氣動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》要求，即非密閉地鐵車輛也可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于舒適度要求，因此對(duì)于全隧道運(yùn)行的120km/h速度等級(jí)的地鐵項(xiàng)目，并非一定要采用氣密性車門、空調(diào)壓力波保護(hù)裝置等方案，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上對(duì)車體、車門、車輛穿線孔、貫通道等進(jìn)行氣密性提升設(shè)計(jì)，加強(qiáng)車輛組裝工藝，穿線孔洞等進(jìn)行工藝密封就能保持良好的乘坐舒適性。

2?車輛各主要部件氣密性提升設(shè)計(jì)

2.1?車體

車體作為車輛最大的部件，車體氣密性是否良好直接決定整車氣密性水平。為了保證良好的氣密性，一方面需保證車體剛度，另一方面對(duì)車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化：避免焊縫段焊、減少車體工藝孔、盡可能減少車體孔洞（如對(duì)車頂空調(diào)冷凝水排放結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，將空調(diào)排水路徑由常規(guī)項(xiàng)目的穿車體邊梁改成空調(diào)平臺(tái)直接排到雨檐，見圖6、圖7）。

2.2?車門

常規(guī)塞拉門密封效果欠佳，對(duì)于120km/h速度等級(jí)地鐵車輛，需對(duì)常規(guī)塞拉門膠條斷面進(jìn)行優(yōu)化，增大膠條壓接接觸面積和壓緊變形量，提高車門密封性。（圖8、圖9）

2.3?車輛穿線孔

車輛穿線孔主要考慮車端跳接箱到屏柜進(jìn)線穿孔部分的密封性，通過對(duì)穿線孔縫隙進(jìn)行打膠密封（圖10），盡可能減少車輛氣密泄露，面積。

2.4?貫通道

貫通道底部取消常規(guī)項(xiàng)目的排水孔，改為設(shè)置排水閥。對(duì)折棚底部縫線處進(jìn)行涂膠密封，優(yōu)化螺釘框和車體之間的密封膠條，加大膠條唇部壓縮量，盡可能減少車體平面誤差對(duì)密封的影響。

2.5?其他

對(duì)于穿車體的制動(dòng)管路、刮雨器安裝、外部照明安裝等，可采用電纜旋緊件、提高安裝面的平面度、四周打膠密封等措施，使車輛保持良好的氣密性，

結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述分析，對(duì)于120km/h速度等級(jí)地鐵車輛，需要考慮客室內(nèi)乘客空氣壓力波動(dòng)舒適性，通過ansys建模對(duì)車輛在隧道運(yùn)行進(jìn)行氣密性仿真計(jì)算，得出車輛內(nèi)部空氣壓力波動(dòng)情況，結(jié)合TB?3503.3-2018《鐵路應(yīng)用-空氣動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》要求可知，因此對(duì)于全隧道運(yùn)行的120km/h速度等級(jí)的地鐵項(xiàng)目，并非一定要采用氣密性車門、空調(diào)壓力波保護(hù)裝置等方案，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上對(duì)車體、車門、車輛穿線孔、貫通道等進(jìn)行氣密性提升設(shè)計(jì)，加強(qiáng)車輛組裝工藝，穿線孔洞等進(jìn)行工藝密封就能保持良好的乘坐舒適性。此外，車輛內(nèi)部乘坐舒適性并非完全取決于車輛自身，隧道截面大?。ㄓ绊懽枞?，阻塞比越小，對(duì)列車氣密性設(shè)計(jì)越有利）、隧道內(nèi)風(fēng)井設(shè)置，隧道截面變化等，均對(duì)地鐵車輛客室內(nèi)部壓力波動(dòng)變化有著直接影響，在項(xiàng)目初期設(shè)計(jì)階段應(yīng)予以考慮。

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作者簡(jiǎn)介：林建鹯（1990—??），男，漢族，福建莆田人，本科，從事城軌車輛總體設(shè)計(jì)。