韓震 費聿坤 唐龍和

摘要：文章主要是分析了地鐵不銹鋼車體和鋁合金車體的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上講解車體的結(jié)構(gòu)、制造工藝以及輕量化，最后探討了其的外觀質(zhì)量，望可以為有關(guān)人員提供到一定的參考和幫助。

關(guān)鍵詞：地鐵;車體;不銹鋼;鋁合金

當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)水平的不安發(fā)展，同時也推動了城市化的發(fā)展進(jìn)程。我國許多城市都在規(guī)劃、修建地鐵線路，地鐵的應(yīng)用能夠為人們的出行提供到了一定的便利，減少公路上擁擠的情況。為此文章對地鐵軌道中的不銹鋼車體和鋁合金車體展開了研究和探討。

1.地鐵車體概述

車體是車輛結(jié)構(gòu)的主體。車體的強度、剛度，關(guān)系到車輛運行的安全可靠性和舒適性;車體的防腐耐腐能力、表面保護(hù)和裝飾方法，關(guān)系到車輛的外觀、壽命和檢修制度;車體的重量，關(guān)系到能耗、加減速度、載客能力;所有這些都直接影響到運營質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

2.車體結(jié)構(gòu)

車體都是由底架、側(cè)墻、車頂、端墻組成。不銹鋼車體同碳鋼車體一樣為整體承載板梁結(jié)構(gòu)。車體大部件均采用骨架結(jié)構(gòu)，可以增大強度，便于撓度的形成，不銹鋼車體的側(cè)墻板、端墻板、車頂板、地板所有的連接點均為板式連接，所有連接處都涂有密封膠，以點焊的方法連接。側(cè)墻板采用平外板結(jié)構(gòu)，而其內(nèi)側(cè)則加剛性肋板以提高剛度。側(cè)墻梁柱采用帽形斷面結(jié)構(gòu)，與側(cè)墻板點焊連接成閉口結(jié)構(gòu)，有利于提高結(jié)構(gòu)剛度和承載能力。鋁合金車體結(jié)構(gòu)為大型中空鋁合金型材組焊而成，為筒形整體承載結(jié)構(gòu)。大部件為鋁型材或鋁板拼焊而成，與不銹鋼車體側(cè)墻主要不同在于可以為鼓形結(jié)構(gòu)。側(cè)墻組成包括分塊側(cè)墻組成，門扣鐵、連接板、上墻板等。整個側(cè)墻包括若干分塊側(cè)墻組成，這些分塊側(cè)墻有些尺寸不同但制造方法相同。

3.車體材料

用于不銹鋼車體的材料應(yīng)具有耐高應(yīng)力，焊接性、輥軋成形性、沖壓性等加工性能良好。能符合上述條件的不銹鋼通常有兩種：奧氏體系不銹鋼的SUS30lL、SUS304，由于SUS301L具有通過軋制加工而易于增加硬度和抗拉強度的特性，故可根據(jù)使用部位選用適當(dāng)?shù)燃壍牟牧?新型不銹鋼車采用超低（C<0.03%）的SUS30lL車輛專用經(jīng)濟(jì)不銹鋼，根據(jù)壓延率的不同分成LT、DLT、ST、MT、HT共5個強度級。為滿足鋁合金車體強韌性、焊接性、加工性和三維彎曲成形等綜合性能要求，通常選用符合DIN5513標(biāo)準(zhǔn)的5000系和6000系鋁合金，主要有ENAW-5083、ENAW-6082、ENAW-6005A。ENAW-5083鋁合金擁有良好的焊接性能和抗腐蝕性，在H111狀態(tài)下可塑性很好，但擠壓加工性較差，難以得到薄壁及中空型材。部件的連接板選用ENAW-5083鋁合金。ENAW-6005A鋁合金既具有中等強度，比其他鋁合金能擠壓出形狀更為復(fù)雜的產(chǎn)品，特別是對于薄壁空心型材更為明顯。

4.制造工藝

不銹鋼車體采用板梁組合整體承載全焊結(jié)構(gòu)，為了不降低板材強度和減小變形，應(yīng)盡量采用點焊，特別是強度高的材料不允許任何形式的弧焊。不銹鋼車輛的材料主要采SUS301、SUS304兩種材料，具有強度高，耐腐蝕，抗沖擊等優(yōu)良特性，保持表面的光潔度，使車體即美觀又堅固。不銹鋼表面不需要涂裝處理，要保持材料原有的外觀特點，因此，許多表面不能調(diào)修，加工過程技術(shù)要求高。不銹鋼在焊接過程中產(chǎn)生變形大，高溫下會導(dǎo)致機械性能的降低，所以，在不銹鋼車輛生產(chǎn)過程中大量實施點焊。鋁合金的焊接工藝復(fù)雜，手工操作難，容易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力、變形、裂紋和氣孔，焊縫區(qū)域機械強度低于母材。但鋁合金具有良好的塑性，采用現(xiàn)代鋁擠壓成型技術(shù)，大型中空鋁合金型材組成的鋁合金車體得到了很快發(fā)展。目前，大型中空鋁合金型材的鋁合金車體可以是整體焊接結(jié)構(gòu)，利用自動焊機連續(xù)焊接。

5.輕量化

鋁合金的比重為2.71g/cm3，僅是不銹鋼（7.85g/cm3）的1/3，從理論上講，鋁合金材料更能使車體輕量化。但是，鋁合金的抗拉強度不如不銹鋼，鋁合金抗拉強度274～352N/mm2，而一般不銹鋼抗拉強度520～685N/mm2，采用超低碳輕量化不銹鋼的抗拉強度達(dá)到960～l200N/mm2，是鋁合金的2～5倍。而且，鋁合金剛度低，其彈性模量為0.71×105N/mm2，是不銹鋼（2.06×105N/mm2）的約l/3。因此，為保證地鐵車輛有足夠的承載強度和剛度，鋁合金車輛必須采用大型中空型材及其組合件。為了提高鋁合金車體斷面系數(shù)，增大抗彎剛度，防止板材產(chǎn)生失穩(wěn)，必須加大板厚。而不銹鋼車體可采用板梁組合整體承載全焊結(jié)構(gòu)，能有效地減輕車體自重，達(dá)到實現(xiàn)車體輕量化的目的。鋁合金車體輕量化效果比不銹鋼車體更明顯些。

6.外觀質(zhì)量

不銹鋼車體在制造過程中不必進(jìn)行防腐保護(hù)，無需涂漆?？蛇M(jìn)行適當(dāng)修飾，或用彩色膠膜裝修。由于車體表面裝飾大多是原材料帶有的，因此在焊接前的加工過程中要貼膜保護(hù)。因為外墻板很薄很光，對不平度反應(yīng)過敏，只要有凹凸，經(jīng)反光折射，肉眼就感到不舒服;尤其是薄板的點焊痕跡更是無法消除，密密麻麻的焊點是設(shè)計確定、工藝保證的，焊點的排列、深度、大小的一致性都有嚴(yán)格的要求。側(cè)墻外板材料要做消光鈍化處理。相比之下，鋁合金車體的耐腐蝕性能較差，但中空鋁型材平整，又可根據(jù)用戶要求選擇不同的裝飾和顏色，因此給人的感覺是莊重、美觀，廣大乘客容易接受

7.結(jié)束語

由上可知，不銹鋼車體的機械性能明顯的強于鋁合金車體，且其有著更高的安全性，鋁合金車體中的屈服強度、拉伸強度等都只是不銹鋼車體的三分之一，但不銹鋼的價格和重量都略高于鋁合金車體，為此地鐵車輛可以依據(jù)實際情況選擇車體結(jié)構(gòu)。

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