上海轨道交通15号线车辆司机室的结构设计

2020-04-08敬敏

上海电气技术 2020年1期

关键词：玻璃钢骨架号线

敬敏

上海轨道交通设备发展有限公司上海 200245

1 设计背景

近年来,国内城市商业区扩大,人口激增,使交通压力日益凸显。人们在出行时更趋向于选择准时准点的轨道交通,尤其在上海这样的特大型城市,乘坐轨道交通成为人们出行的首选。

国内城市加速发展轨道交通,已成为促进经济和社会发展的主要途径,轨道交通在城市交通中的占比逐步提高[1]。

在轨道交通车辆设计中,司机室的设计较为关键,设计时需考虑轨道交通车辆在运营中的多种功能需求,以及各种主要部件的科学布置[2]。根据轨道交通车辆多年的运营经验,业内提出了轨道交通车辆结构轻量化的设计要求。司机室结构比较复杂,因此司机室结构的轻量化设计尤为重要。笔者对上海轨道交通15号线车辆司机室的结构设计进行介绍,通过设计,达到了轻量化的要求。

2 司机室结构

上海轨道交通15号线车辆是全自动驾驶车辆,采用A型铝合金车体,基于模块化、轻量化进行车体结构设计[3]。含司机室头车的车体总长为24 400 mm,距轨面总高为3 730 mm,司机室总长为1 887 mm,头车车体布置如图1所示。

图1 头车车体布置

司机室属于头车车体结构的重要组成部分,主要包含前端骨架、前端外罩、内装、挡风玻璃、侧窗、紧急疏散门等部件,司机室结构布置如图2所示。

图2 司机室结构布置

3 司机室结构设计

3.1 前端骨架

前端骨架由后端圈梁、窗区横梁、逃生门立柱、端角柱、纵梁、小件等构成。在满足EN 12663-1:2010标准[4]强度要求的前提下,前端骨架的主要作用是为前端外罩、司机室内装、司机室部分电气设备及电缆提供安装支撑。前端骨架结构如图3所示。

前端骨架采用大型中空铝型材焊接结构,在设计时通过减小型材壁厚、缩减型材断面尺寸、合并小件结构等方案来减轻整个骨架的质量[5]。前端骨架轻量化设计效果较为理想,所采用的型材断面如图4所示。

3.2 前端外罩

前端外罩由车头面罩、车下导流罩、防爬器罩板等构成。在满足UIC 651—2002标准[6]抗冲击安全性要求的前提下,前端外罩的主要作用是安装挡风玻璃、前端照明、雨刮器、司机室侧窗等部件。前端外罩结构如图5所示。

图3 前端骨架结构

图4 前端骨架型材断面

图5 前端外罩结构

前端外罩采用聚氨酯玻璃钢材质,这一材质已广泛应用于国内多个轨道交通项目[7]。上海轨道交通15号线车辆司机室前端外罩采用6 mm厚聚氨酯玻璃钢糊制而成,聚氨酯玻璃钢力学性能见表1。相比较于前期项目大多数采用的7～8 mm厚玻璃钢,6 mm厚聚氨酯玻璃钢质量减轻10%～30%,同时可以减小安装支架金属件的厚度。前端外罩轻量化设计效果显著,远小于车体各部件所分配的质量。

表1 聚氨酯玻璃钢力学性能

3.3 内装

司机室内装由中顶板、侧墙板、侧顶板、检查门等构成。在符合车内美工效果和满足载荷承载的要求下,司机室内装主要作用是为驾驶员提供驾驶环境,安装司机室部分电气设备部件。司机室内装结构如图6所示。

图6 司机室内装结构

司机室内装中顶板采用12 mm厚轻质铝蜂窝结构,如图7所示。侧墙板、侧顶板、检查门采用4 mm厚聚氨酯玻璃钢糊制而成。通过严格控制聚氨酯玻璃钢糊制工艺,减小安装支架金属件厚度,达到司机室内装轻量化设计的目的。

图7 司机室内装中顶板铝蜂窝结构

3.4 挡风玻璃

挡风玻璃采用电加热夹层防爆玻璃[12],由化学钢化玻璃、聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)粘接层、电加热丝等构成,总厚度为14.78 mm,制造标准为EN 15152:2007[13],同时满足UIC 651—2002标准的抗冲击安全性要求。挡风玻璃的主要作用是为司机提供优良的驾驶视野,其外观如图8所示,结构如图9所示。