天津地铁2号线车辆车体端墙设计

关显涛

（大连机车车辆有限公司城轨技术开发部，辽宁 大连116022）

0 前言

天津地铁2号线地铁车辆设计符合《城市快速轨道工程项目建设标准》中规定的B1型车标准。车体采用轻量化不锈钢材料，与碳钢车体相比，不锈钢车体具有重量轻、耐腐蚀等特点。车体寿命为30年，运营期间车体无需重修或加固，很好的降低了维修成本。

1 车体材料

1.1 SUS301L材料的化学成分和机械性能

天津地铁2号线地铁车辆车体材料除底架枕梁、牵引梁外均采用城轨车辆专用的高强度奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢常用的牌号为SUS301L和SUS304,其化学成分（见表1）和机械性能（见表2）等质量级均符合日本JISG4305：1999标准。

表1 SUS301L、SUS304不锈钢的化学成分（JISG 4305：1999）

表2 SUS301L、SUS304不锈钢的机械性能（JIS E 4049）

1.2 SUS301L材料的特点

SUS301L系列不锈钢材料按其抗拉强度（或屈服强度）由大到小分为HT级、MT级、ST级、DLT级和LT级5个等级。其特点是综合性能好、强度好、塑性好、硬度适中、具有较高的电阻率，较大的膨胀系数和低的导热率。

2 车体组成

车体钢结构分为TC车、T车、M车、M1车四种，每种车结构基本相同。不锈钢车体结构采用整体承载框架式结构，主要由车顶、底架、侧墙、端墙组成，能够承受垂直、纵向、扭转等动、静载荷。

3 端墙结构设计

端墙位于车体两端，其中TC车仅在II位端有端墙。端墙与底架、侧墙及顶棚相连接使车体形成筒状结构，从而提高车体的刚度和强度。同时，端墙采用模块化设计，并保证了端部内饰和宽体折棚式风挡安装。在上述四种车型的端墙钢结构中，除端墙小件有所不同外，所有端墙均可以互换和通用。并且，所有车（TC车除外）I位端端墙（包括端墙小件）可以互换，所有车II位端端墙结构（包括端墙小件）可以互换。

3.1 端墙钢结构组成

端墙主要由蒙皮、蒙皮加强梁、门立柱、横梁组成、连接梁、侧弯梁组成、顶弯梁、底部横梁等组成。端墙结构以门口中心对称，具体结构见图1。

图1 端墙钢结构组成

3.1.1 端墙门口两侧分别为一大一小两个立柱，与顶弯梁、横梁、底部横梁连接，同时与侧弯梁组成通过小横梁连接，构成端墙基本构架。因此，立柱、顶弯梁组成、侧弯梁、横梁、底部横梁选用了具有高强度和高张力的ST等级材料。

3.1.2 HT等级的屈服强度和拉伸强度是SUS301L材料中最大的，因此端墙上的连接梁以及蒙皮加强梁均采用了HT等级，很好地保证了端墙结构的整体强度。同时，在满足强度要求的前提下，考虑车体轻量化设计，各连接梁和加强梁的厚度尽量薄。

3.1.3 在设计3.1.1和3.1.2中带有压型件的立柱、加强梁时尽量采用了与整车压型件相同的压型。有效的节省了模具开发费用。

3.1.4 端墙蒙皮需要较好的表面平直度，同时对抗拉强度和屈服强度要求不高，因此选用冷轧压缩率较低的DLT等级。

3.1.5 贯通道安装垫板强度要求不高，选用LT等级即可满足要求。

3.2 端墙组焊

端墙组焊尽可能地选用点焊方式。以便有效地减少焊接后的变形，并保证焊接后端墙外表面的平直度。

3.2.1 骨架组焊

端墙骨架主要采用双面点焊的方式。在事先做好的胎具上按装配尺寸将零件摆好，卡紧、固定，依次将个零件点焊连接。然后采用弧焊方式将立柱和上、下横梁连接。考虑弧焊的焊接变形特点，可在骨架点焊前在门立柱之间预留收缩余量，从而确保焊接后门口的尺寸。

3.2.2 蒙皮组焊

端墙骨架组焊完成后与蒙皮进行焊接，蒙皮焊接采用单面点焊的方式进行。单面点焊台位铺设一层导电性好的铜板，铜板起到辅助电极的作用，可以减少点焊分流对焊接质量的影响。同时，蒙皮焊点分布均匀，外形美观。

3.3 端墙与车体连接

端墙与车顶、底架、侧墙均采用焊接方式连接。

3.3.1 端墙与车顶连接端墙通过顶弯梁与车顶波纹顶板通过点焊和角焊的方式连接。角焊部位涂抹密封胶。端墙与车顶连接见图2。

3.3.2 端墙与底架连接

受结构限制，端墙与底架无法实现点焊连接，因此选用塞焊方式。塞焊相对角焊来说具有变形小、强度高的特点。端墙与底架连接见图3。

图2 端墙与车顶连接

图3 端墙与底架连接

3.3.3 端墙与侧墙连接

端墙与侧墙通过侧墙连接板与侧墙立柱塞焊连接。侧墙立柱板材比较薄，为了防止塞焊时侧墙立柱变形或焊穿，在侧墙立柱与端墙塞焊位置预先采用点焊设置垫板。端墙与侧墙连接见图4。

图4 端墙与侧墙连接

3.4 大部件安装

端墙钢结构的设计充分考虑了端部内饰安装和宽体折棚式风挡安装的合理性。

3.4.1 端部内饰安装

端部内饰安装包括间壁安装和通过台顶板组成安装。根据车辆要求，电器柜间壁间通过距离应不小于1300mm，通过台顶板至客室地板布的距离应不小于1900mm。设计时端墙门立柱之间的距离为1390mm，门口高度为1938mm，从而保证了端部内饰安装后的通过尺寸。

在间壁上安装有扶手，考虑到扶手的检修或更换方便，在端墙门口两侧的大立柱上设置了检修孔，见图5。

图5 扶手检修孔

3.4.2 风挡安装

天津地铁2号线采用的风挡为新型的分开式宽体折棚结构，该风挡内部通过宽度为1300mm，高为1900mm，能够拓宽旅客的活动空间和视觉空间。在设计中，端墙钢结构门口的宽度设计为1390mm，高度设计为1938mm，保证了风挡安装后的通过尺寸。

宽体折棚风挡与端墙采用螺钉连接，为了保证贯通道的安装方便、合理，在端墙门口立柱两侧各设计增加了一个小立柱，由于端墙蒙皮及端墙梁柱均为较薄的不锈钢材质，考虑风挡的重量和连接强度因素，在端墙上与风挡连接位置预先设置了一定厚度的风挡安装垫板。为了保证风挡与车体的密封性，在风挡与端墙蒙皮搭接重合位置，预先开口，并在风挡安装后涂密封胶密封。

4 结束语

天津地铁2号线地铁车辆端墙钢结构的设计吸收了金州线快轨车和沈阳地铁1号线地铁车辆的生产和制造经验，本着在满足性能要求的前提下，力求结构简单和轻量化设计，为我公司不锈钢地铁车辆的研制积累了大量经验。

［1］李刚卿,等.不锈钢车体的焊接工艺及发展[M].北京：机车车辆工艺，2003.

［2］菊地隆宽.整体承载结构车体技术[S].R＆M，2006.