劉理智 李鴻 丁湘龍 陳躍忠

摘? 要：該文主要介紹印度Train18貫通道的設(shè)計(jì)方案、選型依據(jù)、結(jié)構(gòu)原理。通過(guò)理論計(jì)算、模擬分析、試驗(yàn)驗(yàn)證等方法，對(duì)關(guān)鍵部件折棚組成、頂板組成等進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和改型，得出一種結(jié)構(gòu)新穎、適合于大距離車端且無(wú)車鉤支撐工況的軌道車輛貫通道方案。

關(guān)鍵詞：軌道車輛；貫通道；設(shè)計(jì)；選型；印度Train18

中圖分類號(hào)：U279? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）17-0025-05

Abstract： This paper mainly introduces the design scheme， selection basis and structure principle of India Train18 gangway. Through the methods of theoretical calculation， simulation analysis and experimental verification， the key components such as folding shed composition and roof composition are redesigned and modified， and a novel structure is obtained， thereby is suitable for rail vehicle crossing channel scheme with large distance and no coupler support.

Keywords： rail vehicle; gangway; design; type selection; India Train18

印度Train18是印度國(guó)產(chǎn)的快速列車，最高時(shí)速為160 km，為目前印度在線運(yùn)營(yíng)的速度最快的列車。該項(xiàng)目車輛為16編組，貫通道布置于相鄰兩車廂之間的車鉤上方。根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求車輛通過(guò)最小曲線半徑為R152 m，車端距為900 mm，貫通道最小通過(guò)寬度為1 150 mm。

1? 技術(shù)難點(diǎn)

本項(xiàng)目車端距為900 mm，為避免折棚組成發(fā)生下垂情況，同類型車輛通常采用車鉤支撐式貫通道，而本項(xiàng)目車鉤對(duì)貫通道沒(méi)有支撐，并且還需實(shí)現(xiàn)快速解編功能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)上存在一定難度。此外，在大車端距工況下，如何解決頂板組成下垂的問(wèn)題也是行業(yè)內(nèi)的一項(xiàng)難題。

2? 貫通道選型

2.1? 貫通道整體方案的確定

本項(xiàng)目貫通道主要由折棚組成、外風(fēng)擋、踏板組成、踏板支撐、渡板組成、頂板組成、側(cè)護(hù)板組成和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等幾大部分組成。

折棚組成為乘客提供一個(gè)密閉的空間，可適應(yīng)車輛通過(guò)各種軌道曲線，具有防雨、防塵、隔音和隔熱等功能。由于沒(méi)有車鉤支撐，如采用常見(jiàn)的分體式結(jié)構(gòu)，其快速解編裝置在折棚組成中間位置，受重力的影響折棚組成很可能會(huì)出現(xiàn)下垂現(xiàn)象，因此宜采用整體式結(jié)構(gòu)，并將快速解編裝置設(shè)計(jì)在折棚組成端部（圖1）。

本項(xiàng)目外風(fēng)擋布置在折棚組成的兩側(cè)，其外側(cè)形狀與車體輪廓一致，主要用于減少列車運(yùn)行中的風(fēng)阻，以及避免站臺(tái)上的乘客從該區(qū)域跌落至軌道。與膠囊式外風(fēng)擋不同，本項(xiàng)目外風(fēng)擋采用棚布縫制，各環(huán)棚布間用型材連接，外風(fēng)擋通過(guò)連接板與折棚組成相連。外風(fēng)擋相應(yīng)的在端部設(shè)計(jì)快速解編裝置。

踏板組成和渡板組成為乘客提供一個(gè)完整的行走通道，由于折棚組成采用整體式結(jié)構(gòu)，渡板組成宜采用連桿式，并搭接在踏板組成上方。踏板支撐安裝在踏板組成下方，給踏板組成提供有效支撐。渡板組成連桿安裝于踏板支撐上，通過(guò)渡板組成連桿的作用可使渡板組成在運(yùn)動(dòng)中始終處于兩車端的中間位置，以保證與踏板組成之間有一定的搭接量。

側(cè)護(hù)板組成位于折棚組成內(nèi)部的側(cè)面區(qū)域，其主要作用是遮蓋踏板組成和渡板組成間的縫隙，防止乘客被夾傷或踩空。本項(xiàng)目選用一塊式柔性側(cè)護(hù)板，相比三塊式側(cè)護(hù)板，一塊式柔性側(cè)護(hù)板過(guò)曲線能力強(qiáng)，易于維護(hù)，且具有整體美感。側(cè)護(hù)板組成安裝于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為側(cè)護(hù)板組成在拉伸運(yùn)動(dòng)中提供張緊力。

頂板組成位于折棚組成內(nèi)部的頂部區(qū)域，其主要為裝飾作用，使貫通道頂部和側(cè)護(hù)板組成形成整體美感。傳統(tǒng)頂板組成結(jié)構(gòu)型式通常分為連桿式和插入式，連桿式頂板組成運(yùn)動(dòng)靈活，但車端距較大時(shí)容易出現(xiàn)下垂現(xiàn)象；插入式頂板組成相對(duì)而言不容易出現(xiàn)下垂現(xiàn)象，但運(yùn)動(dòng)時(shí)有一定阻力，車端距較大時(shí)，由于接觸面積大，運(yùn)動(dòng)阻力也隨之增大，影響到頂板組成的運(yùn)動(dòng)。通常車端距較大時(shí)，需要2套頂板組成才能解決問(wèn)題，但本項(xiàng)目折棚組成為整體式，不適合在折棚組成中間位置布置支撐點(diǎn)，只能使用單套頂板組成。為了解決該問(wèn)題，需對(duì)頂板組成進(jìn)行全新設(shè)計(jì)，考慮將連桿式和插入式結(jié)合得出一種新型的頂板組成結(jié)構(gòu)。

通過(guò)上述分析，得到貫通道的整體方案如圖2所示。

2.2? 總體尺寸的初步確定

確定貫通道的型式后，應(yīng)對(duì)貫通道總體尺寸進(jìn)行確定[1]。根據(jù)車體端墻接口尺寸及最小通過(guò)曲線半徑R152 m可確定折棚組成總體寬度約為2 233 mm，折棚組成總體高度約為2 430 mm。根據(jù)側(cè)護(hù)板組成裙邊處通過(guò)寬度1 150 mm，并考慮適當(dāng)?shù)母采w量，可基本確定出渡板組成寬度約為1 588 mm，頂板組成的寬度約為1 500 mm。結(jié)合踏板組成安裝接口及渡板組成的尺寸，可確定踏板組成寬度為1 525 mm。根據(jù)通過(guò)高度1 947 mm要求，確定出側(cè)護(hù)板組成高度約為1 905 mm。

2.3? 折棚組成的選型與計(jì)算

2.3.1? 棚布截面尺寸的計(jì)算

為避免折棚組成出現(xiàn)下垂現(xiàn)象，一方面需采用整體式結(jié)構(gòu)，將快速連掛和解編裝置設(shè)計(jì)在端部，另一方面還需設(shè)計(jì)合適的棚布截面尺寸。

本項(xiàng)目折棚組成的棚布截面選定為波形狀，由于隔音量要求為27 dB，只需采用單層棚布即可滿足要求。通常棚布波形寬度控制在50～70 mm之間，綜合考慮下，本項(xiàng)目棚布波形寬度選定為約66 mm，折棚組成環(huán)數(shù)為12環(huán)。波形高度需根據(jù)列車運(yùn)行曲線工況進(jìn)行確定，選取折棚組成拉伸量最大的R125 m圓曲線工況進(jìn)行分析計(jì)算（圖3）。假設(shè)棚布全部拉直再考慮一定的冗余量，計(jì)算出棚布波形高度約為68 mm（圖4）。

2.3.2? 快速解編裝置的選型和設(shè)計(jì)

快速解編裝置可使貫通道在維護(hù)或緊急情況下快速地實(shí)現(xiàn)解編，是貫通道重要功能之一。如圖5所示，本項(xiàng)目快速解編裝置設(shè)計(jì)在折棚組成端部，主要包括連接框組成和過(guò)渡板組成，其中連接框組成與折棚組成邊框連接，過(guò)渡板組成安裝于車體端墻。連接框組成主要包括型材框、鎖桿組件、導(dǎo)向座和密封條等，過(guò)渡板組成主要包括安裝板、鎖鉤、導(dǎo)向軸等。導(dǎo)向座和導(dǎo)向軸用于連接框組成和過(guò)渡板組成連掛時(shí)定位，通過(guò)操作手柄可使鎖桿組件動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)與鎖鉤的分離和鎖定，以完成快速解編和連掛的操作。

2.4? 頂板組成的選型與設(shè)計(jì)

如圖6所示，連桿式頂板組成通常由邊頂板、中間頂板、頂板連桿和安裝座等幾個(gè)部分組成。邊頂板安裝于車端，中間頂板位于2件邊頂板組成中間，3塊頂板搭接覆蓋住整個(gè)貫通道頂部，中間頂板通過(guò)頂板連桿與兩邊頂板連接。插入式頂板組成通常由上頂板、下頂板、中間頂板和安裝座等幾個(gè)部分組成，中間頂板插入上、下頂板之間。

傳統(tǒng)連桿式頂板組成的邊頂板為單板結(jié)構(gòu)，本項(xiàng)目為了避免出現(xiàn)下垂現(xiàn)象，結(jié)合傳統(tǒng)連桿式和插入式頂板組成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將邊頂板設(shè)計(jì)為上下雙板的型式，中間頂板插入上下板之間。通過(guò)上下板間形成的夾緊力，使中間頂板和上下板表面緊密貼合，可避免下垂現(xiàn)象的發(fā)生。通過(guò)調(diào)整上下板間的夾角，可調(diào)節(jié)頂板組成的運(yùn)動(dòng)阻力，使頂板組成達(dá)到一個(gè)良好的運(yùn)行狀態(tài)。頂板連桿用于控制中間頂板的運(yùn)動(dòng)軌跡，可使其在運(yùn)動(dòng)中始終保持在居中位置。安裝座設(shè)計(jì)有快速解編機(jī)構(gòu)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)鎖舌即可實(shí)現(xiàn)快速解編。頂板組成在運(yùn)動(dòng)中應(yīng)不露出縫隙，其尺寸需在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行位移模擬分析，并在曲線通過(guò)能力試驗(yàn)中最終確定。

3? 運(yùn)動(dòng)分析和校核

3.1? 車體運(yùn)動(dòng)位置分析

在貫通道設(shè)計(jì)時(shí)，需對(duì)其曲線通過(guò)能力進(jìn)行模擬分析，主要考慮曲線入口、曲線上、S曲線3種工況[2]。結(jié)合車輛參數(shù)畫(huà)出車體簡(jiǎn)圖，布置于曲線中進(jìn)行模擬分析。本項(xiàng)目車輛通過(guò)最小曲線半徑為R152 m，圖7為車輛通過(guò)R152 m曲線入口、曲線上及S曲線3種工況時(shí)的位置分析圖。

3.2? 貫通道運(yùn)動(dòng)分析和校核

將貫通道放置于車輛運(yùn)動(dòng)位置分析圖中進(jìn)行曲線通過(guò)模擬分析和校核，以確定是否滿足使用要求。本項(xiàng)目貫通道需滿足的項(xiàng)點(diǎn)要求有：折棚組成有足夠的拉伸和壓縮量；踏板組成和渡板組成有一定搭接量，且不露出縫隙；頂板組成有一定搭接量，且不露出縫隙；各部件不能有干涉情況。

圖8和圖9為車輛通過(guò)R152 m曲線入口、曲線上、S曲線3種工況時(shí)貫通道的運(yùn)動(dòng)模擬分析圖。

3.2.1折棚組成拉伸和壓縮能力的校核

根據(jù)2.3.1中得出的棚布截面尺寸，假定折棚棚布全部被拉直（裝夾面以上15 mm認(rèn)定為不可拉伸）[2]，計(jì)算出本項(xiàng)目折棚組成最大可拉伸至約1 456 mm，將折棚組成內(nèi)部型材框厚度相加可得出折棚組成最大可壓縮至約195.6 mm。從圖8和圖9的分析結(jié)果可知，在R152 m曲線入口工況時(shí)，折棚組成的拉伸和壓縮最大，分別拉伸至1 040 mm和壓縮至666.7 mm，顯然，折棚組成的拉伸和壓縮能力可滿足使用工況要求。

3.2.2? 渡板組成和踏板組成的校核

從圖8可以看出，由于連桿式渡板組成的特性，渡板組成始終處于兩車端的中間位置，使得渡板組成與踏板組成之間有足夠的搭接量。一塊式柔性側(cè)護(hù)板組成良好地適應(yīng)了車端位置的變化，完全覆蓋住了踏板組成與渡板組成兩端，沒(méi)有出現(xiàn)露縫的情況。從上述分析可知，渡板組成和踏板組成能滿足使用要求。

3.2.3? 頂板組成的校核

從圖9可以看出，在頂板組成連桿的作用下，中間頂板組成始終處于兩車端的中間位置，并與邊頂板組成之間有足夠的搭接量。側(cè)護(hù)板組成完全覆蓋住了中間頂板與邊頂板兩端的縫隙。從上述分析可知，頂板組成能滿足使用要求。

3.2.4? 干涉情況校核

從圖8和圖9中可以看出，貫通道內(nèi)部及貫通道與車體之間未發(fā)現(xiàn)有干涉情況，可滿足使用要求。

4? 試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)貫通道進(jìn)行理論模擬分析和校核后，還需通過(guò)曲線通過(guò)能力試驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證（圖10）。將貫通道模擬裝車狀態(tài)安裝在位移試驗(yàn)臺(tái)上，并將車端位移數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為試驗(yàn)程序。試驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行程序命令后可完全模擬出車端位移的變化，以驗(yàn)證貫通道處于各種極限位移狀態(tài)下的性能是否滿足使用要求。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證得知，折棚組成有足夠的拉伸和壓縮量，沒(méi)有出現(xiàn)明顯下垂現(xiàn)象；踏板組成、渡板組成之間有足夠搭接量，并且沒(méi)有露出縫隙；頂板組成沒(méi)有露出縫隙，且沒(méi)有出現(xiàn)下垂現(xiàn)象；各部件未發(fā)現(xiàn)干涉和破損情況。

結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證和裝車情況，確定該項(xiàng)目貫通道完全符合CJ/T 353—2010《城市軌道交通車輛貫通道技術(shù)條件》[3]和印度Train18車輛的使用要求。

5? 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了印度Train18貫通道的設(shè)計(jì)與選型，對(duì)貫通道方案，折棚組成、頂板組成的選型和計(jì)算，貫通道的運(yùn)動(dòng)分析和校核，試驗(yàn)驗(yàn)證等方面進(jìn)行了闡述。該項(xiàng)目得出了一種適合于大距離車端且無(wú)車鉤支撐工況的軌道車輛貫通道方案，解決了大距離車端下折棚組成、頂板組成容易發(fā)生下垂的問(wèn)題，并且實(shí)現(xiàn)了快速解編功能，為以后類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和研發(fā)提供了參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 帥綱要，羅美清.土耳其伊茲密爾輕軌車輛貫通道設(shè)計(jì)與選型[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2013（2）：30-32.

[2] 鄧雄方，陳躍忠，劉理智，等.軌道工程車輛貫通道渡板組成的設(shè)計(jì)與選型[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2022（2）：10-13.

[3] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.城市軌道交通車輛貫通道技術(shù)條件：CJ/T 353—2010[S].2010.