敬 敏

上海軌道交通設備發(fā)展有限公司 上海 200245

1 設計背景

近年來,國內(nèi)城市商業(yè)區(qū)擴大,人口激增,使交通壓力日益凸顯。人們在出行時更趨向于選擇準時準點的軌道交通,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。

國內(nèi)城市加速發(fā)展軌道交通,已成為促進經(jīng)濟和社會發(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]。

在軌道交通車輛設計中,司機室的設計較為關鍵,設計時需考慮軌道交通車輛在運營中的多種功能需求,以及各種主要部件的科學布置[2]。根據(jù)軌道交通車輛多年的運營經(jīng)驗,業(yè)內(nèi)提出了軌道交通車輛結構輕量化的設計要求。司機室結構比較復雜,因此司機室結構的輕量化設計尤為重要。筆者對上海軌道交通15號線車輛司機室的結構設計進行介紹,通過設計,達到了輕量化的要求。

2 司機室結構

上海軌道交通15號線車輛是全自動駕駛車輛,采用A型鋁合金車體,基于模塊化、輕量化進行車體結構設計[3]。含司機室頭車的車體總長為24 400 mm,距軌面總高為3 730 mm,司機室總長為1 887 mm,頭車車體布置如圖1所示。

圖1 頭車車體布置

司機室屬于頭車車體結構的重要組成部分,主要包含前端骨架、前端外罩、內(nèi)裝、擋風玻璃、側窗、緊急疏散門等部件,司機室結構布置如圖2所示。

圖2 司機室結構布置

3 司機室結構設計

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、小件等構成。在滿足EN 12663-1:2010標準[4]強度要求的前提下,前端骨架的主要作用是為前端外罩、司機室內(nèi)裝、司機室部分電氣設備及電纜提供安裝支撐。前端骨架結構如圖3所示。

前端骨架采用大型中空鋁型材焊接結構,在設計時通過減小型材壁厚、縮減型材斷面尺寸、合并小件結構等方案來減輕整個骨架的質(zhì)量[5]。前端骨架輕量化設計效果較為理想,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、車下導流罩、防爬器罩板等構成。在滿足UIC 651—2002標準[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玻璃、前端照明、雨刮器、司機室側窗等部件。前端外罩結構如圖5所示。

圖3 前端骨架結構

圖4 前端骨架型材斷面

圖5 前端外罩結構

前端外罩采用聚氨酯玻璃鋼材質(zhì),這一材質(zhì)已廣泛應用于國內(nèi)多個軌道交通項目[7]。上海軌道交通15號線車輛司機室前端外罩采用6 mm厚聚氨酯玻璃鋼糊制而成,聚氨酯玻璃鋼力學性能見表1。相比較于前期項目大多數(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%,同時可以減小安裝支架金屬件的厚度。前端外罩輕量化設計效果顯著,遠小于車體各部件所分配的質(zhì)量。

表1 聚氨酯玻璃鋼力學性能

3.3 內(nèi)裝

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

圖6 司機室內(nèi)裝結構

司機室內(nèi)裝中頂板采用12 mm厚輕質(zhì)鋁蜂窩結構,如圖7所示。側墻板、側頂板、檢查門采用4 mm厚聚氨酯玻璃鋼糊制而成。通過嚴格控制聚氨酯玻璃鋼糊制工藝,減小安裝支架金屬件厚度,達到司機室內(nèi)裝輕量化設計的目的。

圖7 司機室內(nèi)裝中頂板鋁蜂窩結構

3.4 擋風玻璃

擋風玻璃采用電加熱夾層防爆玻璃[12],由化學鋼化玻璃、聚乙烯醇縮丁醛酯(PVB)粘接層、電加熱絲等構成,總厚度為14.78 mm,制造標準為EN 15152:2007[13],同時滿足UIC 651—2002標準的抗沖擊安全性要求。擋風玻璃的主要作用是為司機提供優(yōu)良的駕駛視野,其外觀如圖8所示,結構如圖9所示。

圖8 擋風玻璃外觀

圖9 擋風玻璃結構

3.5 側窗

側窗玻璃由化學鋼化玻璃、PVB粘接層等構成,總厚度為8.28 mm,制造標準為GB 18045—2000[14],滿足抗沖擊安全性要求。側窗玻璃主要作用是為司機提供車外視野,其外觀如圖10所示,結構如圖11所示。

圖10 側窗玻璃外觀

圖11 側窗玻璃結構

3.6 緊急疏散門

緊急疏散門位于司機室前端中間位置,由門頁、門框、行走面板、回收機構、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)緊急情況時形成車廂室地面的逃生通道[15]。緊急疏散門結構如圖12所示,設計參數(shù)見表2。

表2 緊急疏散門設計參數(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構,如圖13所示。多連桿結構整體采用不銹鋼材料,保證強度和使用的功能性。

圖13 多連桿結構

緊急疏散門投入使用時,車內(nèi)人員按照操作標志和總控臺指示,手動操作打開或閉鎖緊急疏散門。緊急疏散門回收機構采用棘輪結構,反向自鎖。轉動軸之間通過彈性聯(lián)軸器連接,保證門頁回收過程中兩側回收帶的同步性。緊急疏散門回收機構結構如圖14所示。

圖14 緊急疏散門回收機構結構

4 結束語

上海軌道交通15號線車輛為全自動駕駛車輛,通過司機室結構設計,為司機提供了安全舒適的駕駛環(huán)境。

在設計過程中,對司機室各結構進行優(yōu)化,在滿足強度的同時減輕質(zhì)量。相對于傳統(tǒng)A型車司機室結構,上海軌道交通15號線車輛司機室結構總質(zhì)量減輕約60 kg,有效實現(xiàn)了車體設計輕量化要求,為后續(xù)類似項目的司機室結構設計提供了參考。