王吉 張艷萍 潘云艷

摘 要：目前，國內(nèi)快速地鐵還沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對車輛氣密性設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)范、指導(dǎo)，隨著近2年市域車輛技術(shù)規(guī)范的出臺，快速軌道交通車輛的氣密性設(shè)計(jì)有了明確的指導(dǎo)、目標(biāo)。本文對120km/h的快速軌道交通項(xiàng)目的氣密性問題進(jìn)行了探討，以供后續(xù)新車輛前期設(shè)計(jì)選型提供參考。

關(guān)鍵詞：軌道交通車輛;氣密性;設(shè)計(jì)與研究

目前國內(nèi)120km/h速度等級已開通運(yùn)營的線路主要有廣三線、廣州14&21號線、上海16號線、深圳11號線、東莞R2線、青島11號線、青島13號線、南京寧高城際、寧潥城際等，對于含多隧道的線路，當(dāng)車輛開行至120km/h時(shí)，因前期并沒有適用的地鐵或市域軌道交通標(biāo)準(zhǔn)對車輛氣密性進(jìn)行詳細(xì)規(guī)范，考慮到車輛運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，車輛并沒有采取類似高速鐵路車輛的氣密性設(shè)計(jì)，乘客在乘坐時(shí)會普遍感覺不適，乘坐體驗(yàn)不佳。

1 車輛氣密性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，120km/h速度等級的軌道交通車輛的相關(guān)氣密性要求可參照國內(nèi)新出臺的市域規(guī)范進(jìn)行要求，對密封性車輛可以按照τ>5s或τ>6s進(jìn)行規(guī)定。

2 車輛氣密性外部影響因素

導(dǎo)致車輛氣密性問題的主要原因是車輛沒有被嚴(yán)格的密封起來，包括車門、貫通道、空調(diào)等車輛內(nèi)部接口的密封性，空氣通過這些沒有密封的部位進(jìn)入車輛內(nèi)部，造成車輛內(nèi)外壓力差，當(dāng)壓力差達(dá)到一定程度的時(shí)候會致人乘坐不舒適。

從上圖1可以看出，當(dāng)車輛速度達(dá)到70km/h以上時(shí)，因空氣動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生的噪音已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于車輛牽引系統(tǒng)、車輛本身的噪音等因素，氣密性必須納入車輛運(yùn)行考核指標(biāo)。一般80km/h車輛的地鐵項(xiàng)目，在70～80km/h的高速運(yùn)行區(qū)間較少，從經(jīng)濟(jì)性考慮可以不必嚴(yán)格考核氣密性指標(biāo)。

根據(jù)計(jì)算，內(nèi)徑5400mm的隧道截面積約為20～22m2，B型車的橫截面積約為10～11m2，故隧道阻塞比約為0.45～0.5。隧道壓力波動(dòng)計(jì)算公式如下：

其中，P為壓力波動(dòng)，k為條件常數(shù)，β為阻塞比，v為列車速度，N為瞬變壓力對應(yīng)的阻塞比冪指數(shù)系數(shù)，單一列車在隧道中運(yùn)行時(shí)，N=1.3±0.25。

列車在隧道運(yùn)行時(shí)，氣動(dòng)壓力與阻塞比和運(yùn)行速度的平方成正比例關(guān)系，因此，在進(jìn)行列車設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)化頭型，盡量做到小的阻塞比，才能有效控制列車在隧道運(yùn)行時(shí)的壓力波動(dòng)。

3 車輛氣密性改善措施

整車氣密指數(shù)計(jì)算公式如下：

整車的密封性由車體、車窗、車門、貫通道、空調(diào)系統(tǒng)、貫穿車體的各種設(shè)備以及各種穿“墻”的電纜、電氣、風(fēng)和水等管路部分的密封性共同保證。根據(jù)木桶原理，整車控制氣密性重點(diǎn)在于補(bǔ)短板，不能造成單一影響因素的τ值過大，在整車設(shè)計(jì)初期，需要重點(diǎn)考慮以下因素：（1）列車氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低交會壓力波幅值。（2）設(shè)置壓力保護(hù)系統(tǒng)，在車內(nèi)外壓力急劇變化時(shí)，關(guān)閉空調(diào)與車外的通道，實(shí)現(xiàn)車體密閉。（3）增加車體剛度，改善車門、車窗、貫通道等設(shè)備的密封性能，提升整車氣密指數(shù)。

具體控制措施建議如下：

3.1 車體及車窗

車體采用大型鋁合金中空型材拼焊，各大部件間的連接盡量采用連續(xù)焊縫焊接;對無法采用連續(xù)焊接的焊縫，采取涂密封膠或結(jié)構(gòu)密封等方式，保證車體結(jié)構(gòu)的氣密性。

采用固定式氣密車窗。車窗與車體之間周圈涂密封膠密封，保證整車氣密性能。

3.2 車門

客室車門的氣密性由以下兩個(gè)方面保證：（1）車門與車體之間的密封：周圈涂聚氨酯密封膠密封，膠層均勻平整;（2）車門自身的密封：門頁周圈設(shè)置中空“八”字形密封膠條，與門框緊密貼合，形成雙道密封，詳見圖4。

兩門頁對接處采用“凹凸”膠條插接密封結(jié)構(gòu)，詳見圖5。

密封膠條整體硫化，提高接縫處密封性能。

門頁兩側(cè)中部設(shè)置輔助鎖閉裝置，通過對門頁施加力，增大密封膠條壓縮量，保證客室車門的氣密性能滿足整車要求，詳見圖6。

3.3 貫通道

貫通道的主要密封部件為折棚，折棚為雙層篷布縫合而成，折棚自身密封性良好，折棚和車體安裝框之間采用橡膠密封膠條密封，膠條的壓縮量依靠周圈鎖閉裝置的壓緊力保證。具體如下：

（1）貫通道自身的密封。貫通道采用雙波折棚，折棚是由環(huán)狀篷布縫制而成，篷布縫合處使用密封膠密封，折篷布縫合后用鋁型材鑲嵌，保證折棚的強(qiáng)度，確保篷布縫合處不會開裂。通過整體雙波折棚設(shè)置，保證整體氣密性與防水性能。類似結(jié)構(gòu)見圖7。

（2）貫通道與車體之間的密封。車體安裝框使用螺釘緊固到車體上，周圈使用密封膠與車體密封。通過外折棚螺釘框與車體的連接，保證第一層橡膠型材與車體的緊密壓接，保證整體的密封性能、防水性能。車體安裝框內(nèi)部通過螺釘固定第二層橡膠密封膠條，并通過第二層橡膠密封膠條與車體的壓接，保證第二層的壓接密封。膠條的壓縮量依靠內(nèi)外折棚的螺釘固定，保證膠條與車體的緊密壓接，保證貫通道整體的氣密性，類似密封安裝結(jié)構(gòu)見圖8。

3.4 空調(diào)

（1）空調(diào)機(jī)組與車體密封性安裝。空調(diào)機(jī)組采用嵌入式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安裝于車頂上，機(jī)組四周采用定制的型材作為安裝法蘭，法蘭面底部粘貼有彈性橡膠密封材料?？照{(diào)機(jī)組安裝時(shí)，密封橡膠條與車體上的氣密性安裝型材壓接實(shí)現(xiàn)密封，保證水密及氣密性要求?？照{(diào)機(jī)組送、回風(fēng)口通過風(fēng)道上的壓接密封圈與風(fēng)道壓接。類似機(jī)組安裝結(jié)構(gòu)如圖9所示：

（2）空調(diào)機(jī)組內(nèi)部密封處理?？照{(diào)機(jī)組箱體為鋁合金結(jié)構(gòu)，采用焊接與鉚接方式;鉚接的鉚釘采用封閉型鋁鉚釘，在鉚接時(shí)及鉚接后均進(jìn)行涂膠密封處理。機(jī)組對外部分，主要涉及新風(fēng)進(jìn)風(fēng)口、廢排排風(fēng)口以及雨水排水口。在新風(fēng)口及廢排風(fēng)口，均設(shè)有氣動(dòng)壓力波保護(hù)閥，當(dāng)需要時(shí)，壓力波保護(hù)閥動(dòng)作，關(guān)閉新風(fēng)口和廢排口，可抑制車輛通過隧道時(shí)外界壓力波對室內(nèi)的影響。排水口采用集中排放的方式，空調(diào)機(jī)組內(nèi)收集的雨水通過車上的排水管統(tǒng)一排出車外，排水系統(tǒng)與車內(nèi)完全隔離。

4 結(jié)語

隨著國家城鎮(zhèn)化的政策推進(jìn)，全國各主要城市會進(jìn)一步擴(kuò)容，速度120公里的快速地鐵和市域鐵路項(xiàng)目會越來越多，在車輛進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須對車輛氣密性的因素進(jìn)行考慮，盡可能的提升城市建設(shè)水平，提高乘客的乘坐舒適性。

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