美标城市轨道交通车辆不锈钢车体结构研发

贺彩鹏　李刚

摘要：现阶段，我国城市轨道交通车辆的车体制造主要以不锈钢、铝合金等材料为主，材料的选择、结构的设计在一定程度上影响着车体的稳定性、安全性以及美观性。基于此，本文以美国标准、相关技术要求为基准，对城市轨道交通车辆不锈钢结构的研发进行研究。

关键词：城市轨道交通车辆;不锈钢;车体结构

近年来，随着我国城市化建设的加快，城市轨道交通进入了高速发展阶段，不仅为人们出行带来了方便，还在一定程度上促进了城市经济的发展。经济全球化背景下，各国之间在文化交流、技术交流、经济往来等方面日益密切，我国城市轨道交通发展也逐渐趋于国际化。美标ASME RT-2 2014《重型轨道交通车辆结构设计的安全标准》可以说是最为严格的轨道交通车辆研发标准，为此，本文以美标出发，对城市轨道交通车辆不锈钢车体结构的设计进行深入研究。

1.不锈钢车体结构的研发

1.1材料选择

城市轨道交通车辆不锈钢车体的制造在进行材料选择的过程中，应该保证所选不锈钢具有良好的焊接性能、冲压性能、辊轧成形性能，并且还能够承受较高的应力。现阶段，我国城市轨道交通车辆不锈钢车体制造常用材料有两种，一种是SUS301L、另一种是SUS304，两种不锈钢都属于奥氏体系。其中，SUS301L不锈钢具有良好的辊轧成形性能，在经过轧制加工之后，能够在很大程度上提高其抗拉强度与硬度。在实际应用过程中，SUS301L不锈钢可以根据压延率不同分为五个不层次的强度等级，通常都是根据实际部位需求进行不同等级材料的选择。为在最大程度上保证不锈钢结构车辆在强度、加工性能、完全成形性能、焊接性能等方面满足实际应用需求，加入的铝合金通常为EN AW-5083、EN AW-6005A、EN AW-6082等。与其他两种材料相比，EN AW-5083的抗腐蚀性能、焊接性能更好，但其加工性相对较差，无法将其制造成中空、薄壁等材型;而EN AW-6005A虽然强度中等，但其加工性能较强，能够做出各种形状复杂的材型。因此，在实际材料选择过程中，通常选择EN AW-5083铝合金制作部件连接板，选择EN AW-6005A铝合金制作薄壁空心部件。

1.2车体结构骨架的设计

在进行不锈钢车体结构的研发过程中，需要根据城市轨道交通车辆安装性能、结构性能等方面的要求进行设计。通常情况下，车辆的承载结构都是由梁、柱以及外板等方面所构成的，并且在进行骨架设计的过程中，需要严格按照美标当中各工况承受荷载能力的高低进行设计。同时，还需要借助FEA进行分析，保证其最终结果与实际需求标准相一致。另外，针对一些特殊结构而言，美标当中对其技术规范、荷载承受能力有着特殊要求，对于此类结构的设计应该辅以荷载大小的计算，保证其断面能够满足实际设计要求。

1.3承载部件设计

城市轨道交通车辆的车体结构不仅需要具备良好的静态承载能力，还需要有着较高的安全性能，保证在发生碰撞事故时能够为乘客提供安全的容身空间。简而言之，即城市轨道交通车辆车体在具有较强静态承载能力的同时，还应该具有良好的动态承载能力。因此，在进行车体结构设计的过程中，应该首先对车辆碰撞要求进行考量，进而在此基础上解决车体的结构设计方向以及主要的承载结构形式。为在最大程度上保证不锈钢车体结构在承载方面、碰撞方面能够满足实际要求，设计过程中应该加强对车顶、门口、底架等位置的断面设计，保证其具有较强的承载能力。因此，在进行车体底架边梁的设计过程中，应该保证其具有较强的刚度和强度，从而使其能够承受较大的动态荷载力。通常情况下，可以采用双层边梁设计方式进行车体边梁结构的设计，从而实现对边梁承载能力的有效提高。

2.城市轨道交通车辆不锈钢车体制造

2.1制造工艺

城市轨道交通车辆不锈钢车体的结构大多以梁板组合承载全焊结构为主，并且通常选用点焊的方式，进而保证不会对板材的强度、大小产生影响。需要注意的是，在进行强度较高的材料加工过程中，禁止使用弧焊。实际制造过程中，主要材料为SUS301与SUS304，这两种材料不仅抗腐蚀性强，并且具有较高的强度，能够承受较大的外界冲击。另外，以SUS301与SUS304不锈钢为主要材料，还能够保证车体表面光洁，使车辆整体更加坚固、美观。不仅如此，采用不锈钢材料制造的车体无需进行涂装，保持原材料原本的外观特点即可。在此情况下，车体表面无法进行调修，因此对于车体加工技术有着较高的要求。实际焊接过程中，不锈钢在高温作用下会产生一定程度上的形变，且机械性能会有所降低，因此应该选择点焊方式进行焊接。与不锈钢材料相比，铝合金的焊接更加复杂、难度更大，实际焊接过程中很容易出现气孔、变形、裂纹等情况。但铝合金的可塑性较强，可以利用现代挤压成型技术进行加工。

2.2外观质量

城市轨道交通车辆不锈钢车体在实际制造过程中，其表面无需进行防腐保护、涂漆等处理，只需要适当修饰即可。一般情况下，原材料当中都带有车体表面装饰，因此只需要在焊接之前进行贴膜保护即可。另外，由于不锈钢车体外墙板很薄，且光滑度较高，因此其不平度反应较强，任何凹凸都十分明显。因此，在点焊过程中应该出于对车体美观度的考虑进行焊点设计，保证焊点的大小、深度、排列顺序具有一致性，不会对车体整体外观质量造成影响。

结束语：

综上所述，作为国际上最為严格的城市轨道交通车辆研发标准，美标对于车体结构的要求十分精细，其整体结构的稳定性要求也十分严格。本文以材料选择、结构骨架设计、承载部件设计三方面为出发点，结合不锈钢车体的制造工艺与外观质量控制方法，对城市轨道交通车辆不锈钢车体结构的研发进行探究，希望对我国城市轨道交通行业的发展能够起到一定帮助。

参考文献

[1]张丽娇.轨道交通车辆车体结构材料轻量化产业发展及展望[J].新材料产业，2019（08）：21-25.

[2]刘雪明，赵塔，马昭钰，宋刚，郝宏海，李鸷.城市轨道交通车辆车载天线电磁兼容性分析与评估[J].铁道车辆，2018，56（11）：16-19+5.

[3]闫泽，张丽.化工新材料在先进轨道交通中的应用现状和发展趋势[J].化学工业，2018，36（05）：1-9.

[4]周伟浩，文永蓬，尚慧琳，宗志祥，郭林生.轨道车辆车体半主动式磁流变吸振器的减振特性研究[J].振动与冲击，2018，37（16）：124-134.