大连市金普线城际车辆总体设计

邹欣 邹晓宇 吴辉

摘 要：文章从车辆的内部、外部、车辆底架设备布置等方面对金普线城际车辆总体设计方案进行阐述，并结合现有车辆设计经验及计算方法对车辆限界、载客量和重量分配等进行校核计算，最后从车辆安全性设计以及远期扩编需求角度对设计方案进行论述，充分证明金普线城际车辆总体设计方案的可行性。

关键词：城际车辆;金普线;总体设计;远期扩编

中图分类号：U270.2

大连市金州新区至普湾新区城际铁路（以下简称“金普线”）正线长43.152 km，采用DC1500V架空接触网受电，最高运行速度为120km/h[1]。中车大连机车车辆有限公司在既有自主研发的B型地铁车辆[2]基础上，根据大连地区以往各线路车辆运用反馈情况，结合用户需求，为大连市金普线设计车辆，设计使用寿命为30年[3]。

1 车辆编组形式及主要技术参数

金普线城际车辆采用2动2拖4节编组，其编组形式为：+ Tc - Mp - Mp - Tc +。其中+表示半自动车钩， Tc表示带司机室的拖车，-表示半永久棒式车钩，Mp表示带受电弓的动车。车辆主要技术参数符合GB50157-2003《地铁设计规范》[4]的相关要求，其主要技术参数如表1所示。

2 车辆主要技术特点

车辆采用薄壁筒型整体承载的轻量化不锈钢车体结构[5]、简洁大方时尚的内饰设计、成熟平台衍生的转向架、先进的网络控制技术、集中控制式LED照明系统和高度集成式乘客信息显示系统。客室门采用双扇电动塞拉门，一体式贯通道，每节客室车顶配置2台35 kW智能化节能型空调机组，司机室设增压风机，头车采用半自动车钩，车辆间采用半永久牵引杆。车辆具有绿色、节能、环保的特点。

3 车辆总体设计

车辆总体设计是对车辆设计的总体策划，综合考虑用户使用的便捷性及维护的可操作性，车辆采用大量的模块化设计，各系统功能均有较高的集成度。Tc车外部设备总体布置如图1所示，Mp车内部设备总体布置如图2所示（Tc车和Mp车车内外总体布置基本类似）。车辆的总体布置主要分为车顶、车内、车下3个部分。

3.1 车顶

Tc车车顶布置信号系统的天线、2台顶置式薄型空调机组和4个废排装置。Mp车车顶布置了2台顶置式薄型空调机组，4个废排装置及受电弓等设备。

3.2 车内

车内主要布置相应的驾驶设施（如操纵台、司机室座椅等）、服务乘客的相关设备（如车门系统、照明设备、车窗、乘客广播与信息显示系统设备、空调控制柜、电气柜等）、旅客乘坐的设施（如座椅、扶手、吊环、轮椅固定器等）以及保证客室美观的设施（如侧墙内饰、侧顶内饰、端部内饰、屏风）等[6-7]。

3.3 车下

车下主要布置列车运行的必需设备，包括牵引辅助系统设备（如牵引逆变器、滤波电抗器、辅助逆变器等）和制动系统设备（如空压机、制动控制装置、风缸模块等），除此之外还设置转向架[8]。

底架设备布置主要以平衡轴重、便于维护以及利于管线布置为原则，通过计算，调整不同设备距离车辆横向、纵向中心线的距离，尽量保证设备布置后车辆重心与车辆几何中心重合，从而保证车辆轴重及轮重满足合同要求，与此同时，也需要考虑设备安装、维护的空间要求。车下主要悬挂设备如表2所示。Tc车车下主要悬挂设备布置如图3 所示，Mp车车下

主要悬挂设备布置如图 4所示。

4 车辆总体校核

4.1 车辆限界

根据车辆总体设计方案，车门采用塞拉门，限界校核时分关门和开门2种情况做车辆断面投影，在投影上标注限界计算用轮廓控制点[9]。 按照CJJ 96-2003 《地铁限界标准》[10]计算，金普线城际车辆满足限界要求。

4.2 载客量

根据用户需求书对车辆主要结构尺寸的要求，设计Tc车车体长度为19500mm，Mp车车体长度为19000mm，每辆车配置8对车门。Tc车座席为36座，Mp车坐席为42座，座位宽度为450 mm。根据车辆的平面图、断面图及GB/T 7928-2003《地铁车辆通用技术条件》[11]的具体要求，站立面积为除去座椅及前缘100mm外的客室面积[12]。经计算确定Tc车客室内部能够站立人的有效面积为31.42m2，Mp车客室内部能够站立人的有效面积为34.24m2。车辆定员站席人数按6 人/m2计算，超员站席人数按8人/m2計算。车辆载客量（座席+站席）如表3所示。

4.3 车辆重量分配计算

在满足设备维护和操作空间的前提下，车辆底架设备布置应根据车辆设备位置及其重心，计算整车重心及重量偏差[13]。GB/T 7928-2003 《地铁车辆通用技术条件》中，车辆底架设备布置时要求同一动车的每根动轴实际测得的轴重与该车各动轴平均轴重之差不应超过实际平均轴重的2%。

车辆重心计算公式如下：

（1）

式（1）中， X axis为整车重心X轴的坐标值， Y axis为整车重心Y轴的坐标值， W xi为单个设备X轴的力矩， W yi为单个设备Y轴的力矩， W i为单个设备的质量。

经过计算，Tc车重心X axis = 43.11，Y axis = 10.87;Mp车重心X axis = -103.4，Y axis = -50.45。根据经验，车辆重心满足车辆设计要求。

车辆重量偏差计算公式如下：

（2）

式（2）中，ΔW xi为整车X轴的重量偏差，ΔW yi为整车Y轴的重量偏差， λx为车辆轴重偏差， λy为车辆轮重偏差。

经过计算，Tc车的轴重偏差λx = 0.68%，轮重偏差 λy = 1.51%;Mp车的轴重偏差λx = 0.29%，轮重偏差 λy = 0.72%。因此，车辆重量偏差满足车辆设计要求。

5 車辆安全性设计

金普线城际车辆明确提出了车辆耐碰撞要求，即车体结构中设计有吸能区域[14-16]，该吸能区域吸收能量的能力为：1列AW0载荷列车以25 km/h的速度与另1 列静止AW0载荷列车相互撞击时，可以吸收撞击能量，保证客室无损坏。

根据EN 12663-2010《铁路车辆 车身的结构要求》[17]和EN 15227-2008《铁路车辆 车体的防撞性要求》[18]，本车辆设计的Tc车采用4级吸能结构：第1级为车钩缓冲装置缓冲器;第2级为缓冲装置中的压溃管;第3级为过载保护装置;第4级为Tc车前端底架的吸能区。车钩缓冲器、车钩压溃管、过载保护装置吸能后，2列车防爬器以小间隙对撞咬合，碰撞力通过防爬器传递到Tc车前端底架。防爬装置的立板和筋板采用厚度较高的结构板，保证防爬装置具有足够的强度和刚度，能保证两车相撞时防爬装置不损坏;同时，其独特的凹凸相间结构，可以保证两车体底架相撞前防爬器准确对中，防止车辆相撞时互相爬叠，使撞击能量通过底架水平安全传递。前端塑性吸能区由吸能构件组成。在吸能区后端安装刚度较大的梁件，与底架的刚性大横梁等共同组成空间框架结构，形成刚度强大的吸能止挡区，保证客室不损坏[19]。

6 远期扩编方案

为满足金普线城际车辆远期由4节编组扩编为6节编组的要求，对车辆相关系统部件进行预留接口设计。为尽量减少扩编时的工作量，推荐扩编后采用4动2拖（+ Tc - M - Mp - Mp - M - Tc +）编组形式[20]，其中Tc为带司机室的拖车，M为不带受电弓的动车，Mp为带受电弓的动车。各系统预留接口情况如下。

（1）牵引辅助系统。在辅助电源系统和蓄电池容量、受电弓受流能力以及多功能车辆总线（MVB）、制动系统控制器局域网络（CAN网络）上设置冗余，即在4节编组时，将辅助系统容量、蓄电池容量及受电弓受流能力设计为满足6节编组车辆运行时的要求。同时在机械接口方面也进行相应的预留，保证无论车辆是4节编组还是6节编组，牵引辅助系统的空间需求和机械安装接口需求等可以兼容互换。

（2）制动系统。经过分析考虑，将全列车制动系统设计为2个CAN网络，如图5、图6所示。车辆扩编时，在4节编组的基础上，增加2节带有辅阀的动车，其他车辆无需进行改动即可完成制动系统的扩编工作。这样可以保证4节编组扩编为6节编组时改造工作量最少。

综上所述，在远期列车扩编为6节编组时，增加2 节动车，各系统同步进行系统软件更新工作，不需要改造既有车辆即可完成扩编。

7 结语

现阶段国内城市轨道交通正处于高速发展时期，金普线城际车辆的研制，不仅巩固了自主化B型地铁车辆技术平台，同时在追求高效、绿色、舒适、安全、大运量、人性化设计等方面采用了大量的创新技术，可为后续车辆的设计提供参考。

参考文献

[1]胡佳乔，王维. 120km/h速度等级快速地铁车辆的研制[J].电力机车与城轨车辆，2017（2）：15-18，24.

[2]严隽耄.车辆工程[M].北京：中国铁道出版社，1992.

[3]岳译新，刘厚林，周利，等.安卡拉不锈钢地铁车辆总体设计[J].电力机车与城轨车辆，2017（5）：19-22.

[4]GB 50157-2003 地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[5]薛克仲.城市轨道车辆车体材料选择[J].城市轨道车辆研究，2003（1）：14-19.

[6]许晴，崔巍. 城轨地铁车辆客室空间布置与人机工程研究[J]. 沿海企业与科技，2011（12）：37-39.

[7]夏国伟. 基于人机工程学的高速动车组车内设计分析与研究[D]. 江西南昌：南昌大学，2009.

[8]樊嘉峰.广州市轨道交通三号线北延项目车辆设计[J].电力机车与城轨车辆，2015（1）：31-36.

[9]陶功安.地铁车辆限界计算[J].电力机车与城轨机车，2006（3）：8-13.

[10] CJJ 96-2003 地铁限界标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[11] GB/T 7928-2003 地铁车辆通用技术条件[S]. 北京：中国标准出版社，2003.

[12] 马沂文.《地铁车辆通用技术条件》（GB/T 7928-2003）标准解读[J].电力机车与城轨车辆，2006（1）：58-60.

[13] 张琳晓，城轨车辆车体称重调载系统研究[D].湖南长沙：中南大学，2010.

[14] 姚松，田红旗.车辆吸能部件的薄壁结构碰撞研究[J].中国铁道科学， 2001（2）：55-60.

[15] Markus Seitzberger，崔培兴.城轨车辆碰撞安全性的现代设计理念[J].现代城市轨道交通，2005（1）：1-6.

[16] 畑弘敏，刘克鲜.运用碰撞仿真计算进行提高铁道车辆安全性的研究[J].国外铁道车辆， 2004（6）：22-27，31.

[17] EN 12663-2010 铁路车辆车体的结构要求[S]. 2010.

[18] EN 15227-2008 铁路车辆车体的防撞性要求[S]. 2008.

[19]郭景英.城市轨道交通车辆总体设计[D].北京：北京交通大学，2006.

[20]宋健，马成功.上海市轨道交通车辆选择及列车编组若干问题的探讨[J].城市轨道交通研究，2003（1）：46-50.

收稿日期 2019-12-09

责任编辑 宗仁莉

Overall design of inter-city vehicles on

Dalian Jinpu line

Zou Xin， Zou Xiaoyu， Wu Hui

Abstract： This paper expounds the overall design scheme of the inter-city vehicle of Jinpu line from the aspects of the vehicle interior and exterior design， the layout of the underframe equipment of the vehicle， etc.， and checks and calculates the vehicle clearance， passenger seating capacity and weight and load distribution based on the existing vehicle design experience and calculation method. In conclusion， it discusses the design scheme from the perspective of the vehicle safety design and the long-term and long-consist demand， it fully proves the feasibility of the overall design scheme of inter-city vehicles on Jinpu line.

Keywords： inter-city vehicle， Jinpu line， overall design， long-term and long-consist