(中车四方股份质量管理部)
摘要：文章在阐述城市轨道车辆不锈钢车结构特点的基础上，以当前我国不锈钢车的研发为实例，就如何优化城市轨道车辆不锈钢车体结构进行策略分析，旨在能够更好的促进城市轨道交通建设发展。
关键词：城市轨道车辆；不锈钢；车体结构优化
截止到2016年，我国新建轨道交通线路的总体建设里程达到了2500km，成为世界上最大的城市轨道交通建设市场，且城市轨道交通拥有广阔的市场空间。从当前城市轨道交通车辆的构成来看，轨道车辆大多以不锈钢、铝合金为主要结构，特别是不锈钢结构在总体结果中占据比较大的比重，且应用范围不断扩大。在不锈钢车体的不断发展下，一些新的技术问题被提出，引起了业界内部的思考和讨论。在焊接的过程中，不锈钢材料在受热之后很容易出现裂纹、腐蚀的问题。为此，文章结合城市轨道车辆的运行实际就城市轨道车辆不锈钢车体结构的总体优化问题进行策略分析。
一、城市轨道车辆不锈钢车体结构特点
（一）外板
不锈钢车辆的导热率较小，相应发生的热应变较大，因此，在以往制作不锈钢车辆的时候为了降低其热应变的明显程度，一般会将其侧墙板制作成波纹结果。但是从实际应用情况来看，波纹结构的墙板往往难以清理，且横纵刚性不一致，想要有效传递剪切力需要额外设置剪切板。
（二）骨架结构
在试制之前，需要相关人员结合实际情况将钢制车的骨架换做不锈钢结构，并在反复进行试验分析之后确定骨架的构成强度。在考虑箱型截面和外板组合问题的基础上可以适当的降低骨架的钢板厚度，将钢板的厚度控制在12mm范围内即可。另外，对于各种类型的柱子和梁杆可以应用抗拉强度较好的钢构件，并在使用的过程中适当的降低钢板的厚度。
（三）不锈钢
在从腐蚀性、加工性、性能等方面进行综合考虑之后选择应用奥氏体系的不锈钢，通过应用这种类型的不锈钢，在冷轧加工之后能够有效提升整体的抗拉强度，且在加工操作中还能够确保整个压制加工操作的性能良好。
不锈钢化学成分的不同也决定其基本性能的不同，因而为了改进不锈钢的焊接性，在应用不锈钢的时候需要采取有效措施来降低钢的碳含量，从而避免不锈钢结构车体出现腐蚀和裂纹。
二、城市轨道车辆不锈钢车体结构工艺设计
城市轨道车辆不锈钢车体结构主要应用的是板梁整合的全面焊接结构，具体如图一所示。从实践操作情况来看，城市轨道车辆不锈钢车体结构的板材质地比较情报，需要在侧墙体应用1.5mm厚度的不锈钢，梁体还需要应用1mm到4mm的板材进行冷却处理。轨道车辆的顶板和地板应用0.8mm的不锈钢板进行压制，并根据车体梁柱的受力情况来选择不同强度等级的不锈钢。
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图一：城市轨道车辆不锈钢车体结构（1—12分别是端角杠、车顶边梁、车顶顶板、车顶弯梁、端墙板、端墙立门柱、底架缓冲梁、客室内框、侧墙板、侧墙立柱、底架横梁、内层筋板、侧墙板、侧墙立柱、端部底架、波斯地板。）
在具体使用操作中由于不锈钢电阻率较高、热变形大，因此在不锈钢体的焊接操作中人们大多使用了电阻点焊的焊接操作方式。在侧墙板结构、梁柱结构、板梁结构之间一般会应用电阻焊的形式。
三、城市轨道车辆不锈钢车体结构优化
（一）侧墙内层钢筋板结构的优化
在城市轨道交通车辆使用的时候为了能够更好的满足不锈钢车体外板不进行涂装的要求，确保整个结构的外观效果，需要相关人员结合实际情况严格控制车体侧墙的平整度，将车体的的平整度要求控制在每米1mm的范围内。为了能够实现这一目标，需要相关人员采取措施提升侧墙的刚度，减少墙体焊接工作量。另外，为了能够实现车体的轻量化，轨道车辆结构设计也可以使用薄壁侧墙结构，通过增强外板和梁柱的接触面来提升梁柱总体成型精确度。城市轨道交通车的内层钢板结构可以应用整体冲压的内部筋板来代替传统板梁，从而在简化操作工艺的同时实现整个结构的模块化处理。
在内层筋板结构的设计上通过有限元分析可以对不同筋板方案的拉伸载荷、剪切载荷、弯曲载荷等进行优化。在应用两种不同钢板结构之后建立了整车计算模型，具体包含车体的垂直荷载工况、压缩操作工况等，在综合比较方案之后为侧墙结构的设计提供重要理论依据支持。
（二）车顶和底架波纹板的设计优化
在城市轨道车辆不锈钢车体结构优化过程中将车顶波纹板和底架波纹板的厚度减少到0.6nm左右，同时结合波纹底板附属零件的安装情况来优化波纹截面。在整车模型构建的过程中需要结合实际将车顶波纹板、底架波纹地板的壳单元厚度减少到0.6mm，通过地板厚度的减少来降低整个车体的重量。在按照相关标准计算完轨道车辆的结构刚度和强度之后发现，在车顶波纹板和底架波纹板会减薄之后，地板的刚度在一定程度上降低。在此基础上还需对波纹地板和牵枕缓结构进行整改，通过整改使得整个方案满足轨道强度和刚度的要求。
（三）空调安装结构的优化
车顶的设计应用不锈钢车顶弯梁、边梁、车顶波纹板角接头点等焊接而成，在具体操作中可以通过改变车顶弯梁的断面形式来提升弯梁的刚度。城市轨道交通车辆不锈钢车传统空调安装采用的是板梁焊接 形式，但是从实际操作情况来看，工程操作的焊接工作量较大，加上不锈钢板厚度较小，在具体操作中很容易出现漏水的问题。为此，通过应用中空空调框架结构形式可以通过在框架周围使用密封胶条来实现对框架和空调的密封处理，由此减少焊接变形问题的出现。
（四）后端墙体结构的优化
城市轨道交通车辆不锈钢车体后端墙的传统构成包含衡量、立柱和外板，具体工程操作量较大，视觉效果不理想。针对这个问题通过应用整体冲压的鼓筋外板焊接结构能够有效提升零部件的焊接质量，增强整个轨道端墙的视觉效果。在整车模型中可以将后端墙体严格按照壳单元进行离散处理，从而使得后墙体总体结构的强度和刚度能够满足相关标准。
结束语
综上所述，结合城市轨道交通车辆不锈钢车体结构特点和工艺参数，通过对不锈钢车体各个部位的优化处理能够使得车体结构和以前相比变得更加轻盈和高质量，确保车体结构的刚度、强度要求符合相关标准。
参考文献:
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论文作者:宋少龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/12
标签：车体论文; 不锈钢论文; 结构论文; 车辆论文; 城市轨道论文; 波纹论文; 车顶论文; 《电力设备》2018年第21期论文;