某120km/h速度等级城轨车辆气密性设计

林建鹯 李杨

摘要：本文对某120km/h速度等级的四编组地铁车辆进行气密性仿真计算，模拟列车在隧道中运行的车内外空气压力波动，获取车体外部和车辆客室内部空气压力变化情况，结合行业内关于空气压力波动舒适度标准，指导车辆各主要部件进行气密性设计，以满足整车气密性设计的要求。

关键词：地铁;气密性;舒适度

Air Tightness Design of a 120km/h Speed Class Urban Rail Vehicle

Lin Jianzhan  Li Yang

CRRC Zhuzhou Locomotive CO.，LTD.  HunanZhuzhou  412001

Abstract：This paper simulates the airtightness of a four-group metro with a speed of 120km/h， simulates the pressure fluctuations inside and outside the car when the train runs in the tunnel， to get the air pressure fluctuation Inside and outside the car，integrate standards of aerodynamics about comfortableness in the industry，guides the design of the main components of the vehicle to meet the requirements of the air-tight design of the entire vehicle.

Keyword：metro;airtightness;standards of aerodynamics about comfortableness

隨着城市轨道交通行业的发展，越来越多的城市开始建设时速120km/h的地铁快线，由于车辆速度的提升，车辆客室内部的压力波动幅度也相应增加，直接影响司乘人员乘坐舒适性，因此快速地铁车辆气密性设计越来越受重视。国内外对于列车气密性研究主要集中在高速动车组领域，关于地铁车辆气密性研究较少，现阶段地铁车辆气密性设计主要参考高速动车组气密性，但是由于地铁车辆车门多，车门数量直接影响整车气密性水平，不能完全简单套用高速动车组的气密性设计方案，地铁车辆气密性需根据自身结构特点进行适应性设计，本文以某120km/h速度等级A型地铁为例，分析探讨城轨车辆整车气密性设计等。

1 整车气密性仿真计算

1.1 模型建立

采用ansys软件建立车辆以及隧道仿真模型（图1、图2），模拟仿真列车通过2站1区间，其中区间隧道长度设定为2000m，站台长度为140m，列车从车站出发后加速到120km/h后匀速运行，临近车站开始减速，减速度为1.2m/s2，线路隧道盾构直径为6m，隧道净空面积约26㎡左右，阻塞比约为0.4。

1.2 典型测点布置

列车在隧道中运行时，车体外表面不同位置的空气压力波动情况不同，因此在车体外表面的典型位置设置压力波动测点，具体测点布置图如下：

1.3 仿真计算结果

根据车体外表面压力分布云图，各典型测点压力变化峰峰值见下表（表1）：

车内压力与车外压力基于差分同时受到车厢外部压力以及内部迭代效果影响，可得出车内个测点的压力变化值（见表2）

通过表2可以看出：

（1）车内1s和3s压力变化幅值最大主要位于头车和尾车位置。

（2）可见提高车辆气密性指数可明显降低车内压力波波动。

1.4 空气压力波动舒适度标准

根据TB 3503.3-2018《铁路应用-空气动力学标准》中的相关要求，列车通过隧道时产生的车内瞬变压力应小于0.5kPa/1s和0.8kPa/3s。根据表2可知，当列车动态气密指数为0s时，车内压力变化最大为748Pa，满足TB 3503.3-2018《铁路应用-空气动力学标准》要求，即非密闭地铁车辆也可以达到标准中关于舒适度要求，因此对于全隧道运行的120km/h速度等级的地铁项目，并非一定要采用气密性车门、空调压力波保护装置等方案，在设计结构上对车体、车门、车辆穿线孔、贯通道等进行气密性提升设计，加强车辆组装工艺，穿线孔洞等进行工艺密封就能保持良好的乘坐舒适性。

2 车辆各主要部件气密性提升设计

2.1 车体

车体作为车辆最大的部件，车体气密性是否良好直接决定整车气密性水平。为了保证良好的气密性，一方面需保证车体刚度，另一方面对车体结构进行优化：避免焊缝段焊、减少车体工艺孔、尽可能减少车体孔洞（如对车顶空调冷凝水排放结构进行优化，将空调排水路径由常规项目的穿车体边梁改成空调平台直接排到雨檐，见图6、图7）。

2.2 车门

常规塞拉门密封效果欠佳，对于120km/h速度等级地铁车辆，需对常规塞拉门胶条断面进行优化，增大胶条压接接触面积和压紧变形量，提高车门密封性。（图8、图9）

2.3 车辆穿线孔

车辆穿线孔主要考虑车端跳接箱到屏柜进线穿孔部分的密封性，通过对穿线孔缝隙进行打胶密封（图10），尽可能减少车辆气密泄露，面积。

2.4 贯通道

贯通道底部取消常规项目的排水孔，改为设置排水阀。对折棚底部缝线处进行涂胶密封，优化螺钉框和车体之间的密封胶条，加大胶条唇部压缩量，尽可能减少车体平面误差对密封的影响。

2.5 其他

对于穿车体的制动管路、刮雨器安装、外部照明安装等，可采用电缆旋紧件、提高安装面的平面度、四周打胶密封等措施，使车辆保持良好的气密性，

结语

根据上述分析，对于120km/h速度等级地铁车辆，需要考虑客室内乘客空气压力波动舒适性，通过ansys建模对车辆在隧道运行进行气密性仿真计算，得出车辆内部空气压力波动情况，结合TB 3503.3-2018《铁路应用-空气动力学标准》要求可知，因此对于全隧道运行的120km/h速度等级的地铁项目，并非一定要采用气密性车门、空调压力波保护装置等方案，在设计结構上对车体、车门、车辆穿线孔、贯通道等进行气密性提升设计，加强车辆组装工艺，穿线孔洞等进行工艺密封就能保持良好的乘坐舒适性。此外，车辆内部乘坐舒适性并非完全取决于车辆自身，隧道截面大小（影响阻塞比，阻塞比越小，对列车气密性设计越有利）、隧道内风井设置，隧道截面变化等，均对地铁车辆客室内部压力波动变化有着直接影响，在项目初期设计阶段应予以考虑。

参考文献：

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[2]潘美风.CRH380型高速动车组车辆气密性设计探讨[J].铁道车辆，2020-4，58（4）.

[3]吴祎，彭金龙.快速地铁隧道空气动力学效应研究[J].城轨轨道交通，2011，12.

[4] 王吉，张艳萍，潘云艳. 时速120 公里轨道交通车辆气密性设计探讨[J]. 科技风，2020-5.

作者简介：林建鹯（1990—  ），男，汉族，福建莆田人，本科，从事城轨车辆总体设计。