軌道交通車輛內(nèi)頂板模塊化設計與實現(xiàn)

姬連峰，孫曉晨，李 航，李曉君，劉冬雪

一、軌道車輛內(nèi)頂板結構設計特點

軌道車輛內(nèi)頂板是內(nèi)裝系統(tǒng)中的重要組成部分，其質(zhì)量好壞將直接決定著旅客對車輛整體效果的評價。隨著各個運營商個性化的需求增加，需要在內(nèi)頂板上增加多種功能的電氣元件，例如照明燈帶、揚聲器、攝像頭、LCD顯示屏、電子地圖、統(tǒng)型燈、三合一天線等，增加了內(nèi)頂板載荷需求。此外，內(nèi)頂板的功能需求還增加了防火阻燃、減震降噪、輕量化、綠色環(huán)保等功能。內(nèi)頂板在設計時應當合理選擇材質(zhì)和結構設計，保證其具有足夠的剛度和強度，在保證安全的前提條件下保證個性化的設計[1]。

內(nèi)頂板由中頂板、側頂板和頂板骨架等三個部類組成，其重量大、重心高，在車輛運行的過程中，容易受到頻繁的慣性沖擊，內(nèi)頂板固定結構間出現(xiàn)相對位移，產(chǎn)生不安全因素和噪音。因此，在內(nèi)頂板設計的過程中要注意到以下幾點：

1.內(nèi)頂板部類盡可能的采用模塊化結構設計，與頂板相關的部件盡可能的在車下完成組裝。例如將電器件集成在側頂板上，送風道預先組裝在頂板骨架上，中頂板直接開設空調(diào)送風口等。

2.內(nèi)頂板結構在安裝時要方便操作，安裝后牢固可靠，保證質(zhì)量穩(wěn)定，方便各個模塊的檢修維護，易于拆卸。

3.根據(jù)運營商客戶的需求，合理選擇材質(zhì)，在保證各項性能穩(wěn)定的前提條件下，盡可能的選擇環(huán)保、阻燃、減震降噪、輕量化的材料，提升內(nèi)頂板外觀美觀度。

二、軌道車輛內(nèi)頂板結構模塊化設計與實現(xiàn)

（一）25G軟臥客車包間內(nèi)頂板

1.25G軟臥客車包間內(nèi)頂板結構分析

25G型軟臥車對內(nèi)飾要求檔次較高，客室通常是由間壁分割出來的多個包間，固定支撐點位置較多[2]。頂板材質(zhì)大多采用4mm厚的聚酯玻璃鋼，根據(jù)包間平面布置規(guī)則和頂板安裝實現(xiàn)特點、可靠性要求，將頂板作為一個模塊，其上布置揚聲器、統(tǒng)型燈、空調(diào)支風道出風口等部件（見圖1）。

為保證頂板模塊的安裝方便，預先在車下采用鉚接方式將頂板安裝梁組裝成整體框架式模塊后，利用螺栓連接的方式將骨架與鋼結構、間壁等部位固定。

頂板選用聚酯玻璃鋼材質(zhì)，頂板可以根據(jù)運營商的需求設計不同結構的造型，裝飾效果也得以保證。由于頂板表面平整、美觀，材料強度和剛度滿足載荷需求，安裝方便，易于固定，并且在出現(xiàn)車體誤差時方便現(xiàn)場加工驗配安裝。

圖1 25G軟臥車包間內(nèi)頂板安裝結構與布置示意圖

2.模塊化方案實現(xiàn)的難點及解決措施

該包間內(nèi)頂板設計方案實現(xiàn)過程中的難點：

（1）從車體生根的吊座螺栓安裝面不在同一平面，增加調(diào)平頂板骨架的難度，影響頂板模塊安裝的進度。

（2）左、右反風板之間的尺寸難以控制。

（3）頂板模塊安裝完成后易存在異響。

設計方案難點解決的主要方法：

（1）先將頂板骨架預緊固，將頂板骨架吊座下平面距下邊梁上平面的高度尺寸嚴格控制在誤差范圍內(nèi)后再緊固螺栓，同時利用不同厚度的墊板將頂板骨架調(diào)整至同一平面。

（2）頂板安裝前一定要將兩橫向間壁垂直度確保在90°±0.2°范圍內(nèi)，同時控制好橫向間壁的安裝尺寸，必要時可根據(jù)現(xiàn)車情況對頂板進行樣裝，避免頂板與間壁之間存在較大安裝偏差，造成左右反風板之間的尺寸不均，影響裝飾效果[3]。

（3）各模塊連接處，特別是頂板模塊與頂板骨架模塊連接位置、檢查門鎖位置、用角鐵連接位置，增加毛氈條，調(diào)整微量縫隙不均，并確保內(nèi)頂板各個模塊安裝牢固可靠，避免因松動出現(xiàn)噪音異響。

（二）哈薩克電動車組內(nèi)頂板

1.哈薩克電動車組內(nèi)頂板結構分析

哈薩克電動車組內(nèi)頂板的模塊由中頂板模塊、側頂板模塊、格柵燈罩3個基本模塊組成（見圖2），其中空調(diào)通風格柵集成在中頂板模塊上，這種結構與當前比較常見的地鐵車輛內(nèi)頂板模塊類似。各個模塊通過T型槽螺栓固定在與車體滑槽相連安裝件的縱向梁上。內(nèi)頂板總長約17000mm，各個模塊在安裝過程中固定節(jié)點數(shù)量較多，關系復雜。

圖2 哈薩克電動車組客室內(nèi)頂板安裝結構示意圖

內(nèi)頂板安裝節(jié)點采用鋁型材T型槽連接固定方式，各個吊梁、橫梁、中頂板均在安裝節(jié)點處開橫向長圓孔，可以與縱向T型槽配合可實現(xiàn)縱橫雙向的調(diào)節(jié)安裝誤差，方便將頂板各個模塊間的分縫寬度調(diào)整均勻，提升車輛整車內(nèi)飾的美觀度。

中頂板模塊采用焊接鋁蜂窩結構，上表面2mm鋁板（6A02-0）+5mm 鋁蜂窩（3003-H14）+下面板1mm鋁板（6A02-0），在局部做了補強處理，提升了強度和剛度，裝飾面采用麻點噴漆工藝處理。中頂板模塊沿車體方向的固定采用T型槽螺栓固定，模塊之間采用常見的插接方式固定。在中頂板模塊上布置了風道出風口和回風口開口，并在回風口位置設置了便于拆卸的檢查門，用于定期更換風道回風口尼龍濾網(wǎng)。每塊中頂板的重量約為40Kg，不借助工裝時可由4人合作完成安裝，借助工裝可由單人安裝，進而實現(xiàn)模塊化安裝。

客室燈帶的燈體是利用T型槽螺栓將固定在中、側頂板縱向安裝梁上。燈罩一側利用螺栓固定在燈體型材上，另外一側則采用搭接彎曲結構固定在燈座上。這種固定結構在外漏面燈罩上的固定點位置間距布置均勻，整齊、有序，不會影響整車內(nèi)裝系統(tǒng)的整體美觀度。

側頂板模塊采用鉸鏈結構方式固定在與車頂相連的側頂縱向安裝梁上，另外一側利用三角壓緊鎖固定在側墻上的安裝梁上，檢修側頂板內(nèi)的車門、電氣件等設備時，側頂板模塊打開更加自由方便（見圖3）。側頂板模塊采用3mm厚的折彎鋁板，表面做噴塑處理。側頂板模塊在借助工裝時，可由多人同時完成頂板組裝任務，大大縮減了組裝時間，提高了生產(chǎn)效率。

圖3 哈薩克電動車組側頂板模塊安裝結構示意圖

（二）模塊化方案實現(xiàn)的難點及解決措施

內(nèi)頂板在安裝的過程中由于頂板高度相對較低，頂板安裝施工空間余量較小，且內(nèi)頂板上集中布置了較多的電器元件，要達到安裝可靠、布置整齊的裝飾效果確實存在一定困難。因此，為保證組裝質(zhì)量，完成生產(chǎn)安裝的過程中應當采取以下措施：

1.中頂板縱向定位以車體中心線為定位基準，該基準是中頂板模塊及中頂板骨架梁的安裝基礎，后序側頂板模塊、客室燈帶模塊的安裝也都使用這個唯一基準。

2.中頂板和頂板骨架的橫向定位基準都使用的橫向定位基準。安裝時從中間一個門口中心線開始，分別向兩端安裝，把積累誤差放在兩端。

3.門口立罩板與側頂板的閃縫、各側頂板之間的閃縫、燈帶燈罩和中頂板之間的閃縫以及燈帶燈罩和側頂板之間的閃縫是一對矛盾關系，受車體制造的影響，保證其中一個閃縫尺寸，另外幾個閃縫尺寸可能就難以得到保證。目前采取的措施是要求全車側頂板間的縫隙在視覺范圍之內(nèi)均勻一致。

（三）膠輪導軌電車頂板

1.膠輪導軌電車頂板結構分析

與哈薩克電動車組頂板模塊化相比，膠輪導軌電車頂板設計結構（見圖4）最突出的特點是將空調(diào)風道集成在中頂板骨架梁上，在車下實現(xiàn)預組裝后再完成上車組裝，接口關系明確，模塊化程度更高，安裝更方便、提高了安裝精度，保證了頂板高度尺寸要求。

圖4 膠輪導軌電車客室頂板結構示意圖

膠輪導軌電車中頂板模塊安裝結構同哈薩克電動車組類似，都是采用T型槽螺栓連接方式將中頂板模塊固定在鋁合金骨架安裝梁上，相鄰兩塊頂板之間采用插接方式固定。中頂板模塊設置了空調(diào)風道回風口格柵，確保空調(diào)對回風量的需求和方便空調(diào)的檢修、維護、保養(yǎng)。中頂板縱向翻邊預留了通風格柵搭接位置，方便通風格柵的安裝固定。中頂板采用8mm厚的輕質(zhì)復合材料，在滿足強度、隔音、防火等要求的前提下，顯著降低了頂板的重量。表面采用麻點噴漆工藝處理，此外還可以采用水轉印處理處理方式。

中頂板骨架模塊采用鋁型材組焊而成，保證了對強度的要求。車頂設有兩段風道，分別固定于相應的中頂板骨架上。設計方案實現(xiàn)時先將其中一頂板骨架與相應風道作為一個模塊在車下組裝固定，然后整體上車預先固定中頂板骨架，待確定好安裝基準后再依次固定風道和頂板骨架，然后再安裝中頂板（見圖 5）。

圖5 膠輪導軌電車內(nèi)頂板模塊化安裝實現(xiàn)示意圖

空調(diào)通風格柵由鋁型材加工而成，并在相應位置均勻布置了橫向長圓孔，型材表面進行了水轉印處理。通風格柵一端插接到中頂板上，另一端利用T型槽螺栓固定在頂板骨架模塊上。

通風格柵側面是客室燈帶，客室燈帶一側利用T型槽螺栓固定在頂板骨架模塊上，另外一側用同樣的連接方式固定在側頂板縱向梁上，螺栓固定在燈帶燈罩里面，保證了燈帶燈罩美觀性的需要。

2.模塊化方案實現(xiàn)的難點及解決措施

膠輪導軌電車模塊化頂板設計方案實現(xiàn)過程中也存在頂板和其他組件之間閃縫不均勻的問題，受車體制造影響，在保證中、側頂板之間閃縫要求尺寸時，側頂板模塊與門口立罩板之間的閃縫尺寸難以保證。當前采取的措施是嚴格控制車體制造尺寸，將誤差尺寸控制在合理的范圍之內(nèi)，同時進一步明確以門口中心線為定位的頂板模塊安裝基準，將誤差控制在兩端。

空調(diào)風道模塊中支風道采用鉚接方式固定在風道模塊上，待風道集成在頂板骨架上裝車后，由于支風道材質(zhì)原因，支風道活動范圍不夠，頂板安裝空間不足，以至于頂板難以安裝。當前通過改進支風道結構和安裝順序的方式優(yōu)化了頂板模塊化方案，將支風道鉚接方式改為螺栓連接方式，待集成頂板模塊和中頂板模塊裝車之后再依次安裝支風道，保證了中頂板安裝空間。

三、結 語

通過以上對軌道車輛內(nèi)頂板結構模塊化的分析可知，在保證軌道車輛安全性能設計的前提下，內(nèi)頂板結構的設計逐步趨于模塊化，設計接口關系越來越清晰，安裝方式也越來越簡便。隨著對新結構的不斷創(chuàng)新和摸索，在內(nèi)頂板上集成的功能模塊會越來越多，基于內(nèi)裝系統(tǒng)的特點，在完成內(nèi)頂板模塊化設計時應當遵循以下原則：

（1）在保證頂板設計結構安全性及車輛整體功能的前提下，要根據(jù)客戶的需求，合理選擇材質(zhì)，且盡可能多的集成一些包含元素，進而提升組裝工作效率。而對與車內(nèi)相關的其他模塊，則采用合理的連接結構保證安裝質(zhì)量。

（2）內(nèi)頂板各個模塊時間的連接點以及與車體相連接的連接節(jié)點，應獨立設計，方便后續(xù)組裝及檢修維護。

（3）內(nèi)頂板各模塊要組裝合理，在組裝時應當嚴格確定安裝定位基準，不允許派生出其他定位基準，避免誤差累積。此外還應當充分考慮如何消除整體組裝后的誤差，實現(xiàn)牢固、安全、美觀、舒適的整體效果。