李小英，錢靖，李河盟，劉仰

（四川鐵道職業(yè)學院城市軌道交通學院，四川 成都 610000）

隨著城市軌道交通行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對于城軌車輛的舒適性、美觀度和安全性要求越來越高。貫通道作為兩節(jié)車廂之間的柔性部件，不僅要吸收兩車之間的相對運動，同時還是連接各個車廂的通道。良好的貫通道設計、安裝的好壞直接影響著乘客的乘坐舒適感和安全性。本文以成都地鐵十號線城軌車輛貫通道折棚系統(tǒng)故障歷史數(shù)據(jù)為基礎，將挑選故障率較高的典型問題進行分析，從材質(zhì)選擇、安裝工藝方面對貫通道提出相應的優(yōu)化改進意見；并以成都地鐵十號線線路為基礎，結合相關理論，對折棚波數(shù)進行對比分析，找到更適合的貫通道折棚波數(shù)。

1 貫通道基本結構和功能

貫通道的功能是在兩節(jié)車之間形成一個可靠、安全、無阻礙的乘客通道，并能在列車的任何運行條件下均保證整列車的連接，此外，還具有良好的隔音、隔熱、低噪聲、密封性、耐磨及阻燃性等功能。能很好地滿足車輛半壽命周期中提出的維護成本低，性能安全可靠等要求。

貫通道系統(tǒng)基本組成包括：側(cè)護板組成、頂板組成、踏板組成、渡板組成、渡板支撐、護板支撐座組成、磨耗板組成和折棚組成等，如圖1所示。其中折棚組成主要由棚布、端框和面料框組成。每個折棚組成是由多個環(huán)狀雙層折棚構成，折棚由特制材料制成，需具有防火性、耐磨損、防老化等特性。折棚布縫制邊緣均用鋁型材制成的中間框進行壓夾處理，折棚端部與連接框和端框相連。端框由鋁型材焊接而成，表面進行噴塑處理，并通過安裝螺栓與車端相連。

圖1 貫通道結構組成

2 常見故障現(xiàn)象

對地鐵10號線開通運營至今，貫通道折棚系統(tǒng)的主要故障類型和故障比例進行統(tǒng)計，如圖2所示。其中發(fā)生較高的故障現(xiàn)象是折棚褶皺，褶皺可分為輕微褶皺和嚴重褶皺。

圖2 折棚主要故障類型及故障比例統(tǒng)計

2.1 輕微褶皺

當褶皺為如下條件時為輕微褶皺，如圖3所示。

圖3 輕微褶皺

（1）貫通道單側(cè)有褶皺且褶皺圈數(shù)小于等于2圈；（2）貫通道單圈的褶皺小于等于4處；（3）貫通道每圈單個褶皺起點至終點長度＜500mm。

2.2 嚴重褶皺

當褶皺為如下條件時為嚴重褶皺，如圖4所示。

圖4 嚴重褶皺

（1）貫通道單側(cè)有褶皺且褶皺圈數(shù)大于2圈；（2）貫通道單圈的褶皺超過4處；（3）貫通道每圈單個褶皺起點至終點長度＞500mm。

3 折棚優(yōu)化設計

車輛在運營過程中，一旦出現(xiàn)貫通道折棚褶皺、貫通道折棚金屬框開裂、折棚鎖緊裝置變形、折棚解鎖裝置失效等故障時，會使得正常的運營出現(xiàn)極大的安全隱患。通過不斷嘗試與改進，接下來將從折棚波數(shù)的設計、材料、制造三大方面去優(yōu)化貫通道折棚，從根本上解決以上問題。接下來我們從折棚波數(shù)、棚布材料、制造工藝三個方面進行優(yōu)化用以降低貫通道折棚故障率。

3.1 折棚波數(shù)的設計

目前城軌車輛使用最多的折棚風擋是雙層對波結構，折棚分為外、內(nèi)折棚兩個部分，如圖5～7所示。外折棚側(cè)部與頂部為波形開口向內(nèi)的單層折棚。除與其他位置相同的單層折棚，底部通過連接棚布，增加了波形朝外的反波結構。內(nèi)折棚為三面波形向外的單層折棚，內(nèi)折棚型材端部隱藏于裙布內(nèi)。

圖5 折棚整體結構示意圖

圖6 上部和側(cè)部棚布對波結構示意圖

圖7 底部棚布反波結構示意圖

折棚設計中折棚波數(shù)尤為重要，折棚波數(shù)越少，折棚重量越輕，對于現(xiàn)在輕量化的整車來說是好的。但車輛在通過彎道時，折棚受到的拉力就會變大，所以較少的波數(shù)會使貫通道的曲線通過能力降低。如果折棚長時間在較大的拉脫力工況下工作會使得棚布疲勞受損，導致折棚破損撕裂，甚至折棚脫框，最終影響貫通道的密封性。折棚波數(shù)越大，折棚重量越重，但較多的波數(shù)會使得貫通道的曲線通過能力增強，但兩波之間的棚布擠壓力越大，棚布的磨損會更大，長時間處于該工況下，易導致棚布摩擦破損，同樣影響貫通道的密封性能。

故折棚的波數(shù)需根據(jù)列車車端距和使用地區(qū)規(guī)劃線路的惡劣程度來計算。以800車端距的A型車、線路曲線半徑為R150米車場線為例，當列車處于R150米曲線時，考慮車鉤拉伸至極限狀態(tài)，此時折棚拉伸側(cè)為最大拉伸處。在固定波深的情況下，考慮安全系數(shù)1.5～2，可以計算出12環(huán)波數(shù)（單邊6環(huán)）為合適的波數(shù)，如表1所示。

表1 折棚波數(shù)影響因素對比表

3.2 棚布材料的優(yōu)化

棚布的褶皺和棚布的材料和規(guī)格有關，市場上的棚布可以分為海普龍和硅膠兩種材料，常用的厚度有1.0mm、1.5mm、2mm、2.5mm、2.8mm。按棚布分層結構區(qū)分：海普龍分為：T3、T5；硅膠分為：S3、S5。海普龍棚布較硅膠棚布較硬，延展性略差，機械性能略優(yōu)。

一般情況下，棚布厚度越厚，折棚制造成型越好，越美觀，產(chǎn)品的褶皺越少，但過厚的棚布會剮蹭相鄰的棚布，會造成棚破損，最終導致產(chǎn)品密封性降低，且棚布厚度過厚會導致貫通道整體重量增加。棚布分層海普龍T3、T5；和硅膠S3、S5為棚布的層數(shù)，例如硅膠S5總共為5層，上下外層為硅膠布層，中間硅膠布層，硅膠布層中間為織布，織布為芳綸材質(zhì)。一般情況下棚布層數(shù)越多，折棚成型越好，但價格更高。

目前城軌列車的防火等級分為DIN5510、EN45545和BS6853。從防火等級上比較，海普龍棚布防火等級較低，只能滿足DIN5510防火等級，而對于更高要求的EN45545和BS6853標準目前國內(nèi)只能選擇硅膠棚布。以最為常用的EN45545和BS6853防火等級、隔音36dB(A)的A型車貫通道為例，為滿足防火等級，選擇硅膠材質(zhì)，但硅膠材質(zhì)的棚布略軟，成型效果較差，為解決此問題，棚布的分層結構選擇S5，適當?shù)卦黾优锊嫉挠捕?，使棚布制造后更挺拔美觀，消除褶皺。對于棚布厚度，通常選擇適中的棚布厚度2.0mm為宜，重量適中，隔音效果適中，制造成型適中。

3.3 折棚制造工藝優(yōu)化

貫通道折棚制造工藝主要由以下步驟：原材料棚布下料、棚布縫紉、鋁型材折彎、棚布夾制。棚布下料采用數(shù)控裁布機將原材料裁為縫紉所需的布料，布料分為彎頭布料、直段布料和搭接布料。

傳統(tǒng)的下料縫紉工藝很大程度上依賴于工人的操作水平，工人縫紉的水平?jīng)Q定了縫紉后的折棚美觀程度。而通過數(shù)控下料機下料，加上對下料圖的排版優(yōu)化，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的一致性，提高產(chǎn)品的外觀，消除折棚褶皺。同時對生產(chǎn)制造工藝進行改進，在下料圖中設計三角形對齊標記，如圖8、圖9所示，可以準確的定位布塊，工人在縫紉時，只需將標記對齊，如圖10所示，即可快速定位布塊。

圖8 彎頭布料示意圖

圖9 直段布料示意圖

圖10 標記位置對齊示意圖

折棚中的鋁型材在折彎后，也需要對各邊中點進行標記，如圖11所示，這樣折棚在夾制過程中，只需要將棚布的中點標記對齊型材中點，即可實現(xiàn)布與框之間的準確定位。夾制時，先將個中點處進行定位夾制，之后再整圈夾制，這樣可以防止夾制過程棚布與夾框之間發(fā)生偏移而導致褶皺產(chǎn)生。

圖11 鋁型材各邊中點示意圖

4 結語

地鐵車輛在過曲線時貫通道較容易出現(xiàn)因形變量過大、接磨以及尺寸超標等導致的車輛檢修維護難題，對安全穩(wěn)定運營造成了一定的影響。為保證運營安全，本文通過對折棚波數(shù)、棚布材料、折棚制造工藝三個方面進行優(yōu)化設計，能有效解決貫通道系統(tǒng)在地鐵線路運營出現(xiàn)的典型故障，提高貫通道系統(tǒng)的安全性和可靠性，對于地鐵車輛的故障預防和日常維護具有一定的指導意義，也在一定程度上為以后列車的貫通道系統(tǒng)設計提供參考依據(jù)。