某120km/h速度等級城軌車輛氣密性設(shè)計

林建鹯 李楊

摘要：本文對某120km/h速度等級的四編組地鐵車輛進行氣密性仿真計算，模擬列車在隧道中運行的車內(nèi)外空氣壓力波動，獲取車體外部和車輛客室內(nèi)部空氣壓力變化情況，結(jié)合行業(yè)內(nèi)關(guān)于空氣壓力波動舒適度標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)車輛各主要部件進行氣密性設(shè)計，以滿足整車氣密性設(shè)計的要求。

關(guān)鍵詞：地鐵;氣密性;舒適度

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

隨著城市軌道交通行業(yè)的發(fā)展，越來越多的城市開始建設(shè)時速120km/h的地鐵快線，由于車輛速度的提升，車輛客室內(nèi)部的壓力波動幅度也相應(yīng)增加，直接影響司乘人員乘坐舒適性，因此快速地鐵車輛氣密性設(shè)計越來越受重視。國內(nèi)外對于列車氣密性研究主要集中在高速動車組領(lǐng)域，關(guān)于地鐵車輛氣密性研究較少，現(xiàn)階段地鐵車輛氣密性設(shè)計主要參考高速動車組氣密性，但是由于地鐵車輛車門多，車門數(shù)量直接影響整車氣密性水平，不能完全簡單套用高速動車組的氣密性設(shè)計方案，地鐵車輛氣密性需根據(jù)自身結(jié)構(gòu)特點進行適應(yīng)性設(shè)計，本文以某120km/h速度等級A型地鐵為例，分析探討城軌車輛整車氣密性設(shè)計等。

1?整車氣密性仿真計算

1.1?模型建立

采用ansys軟件建立車輛以及隧道仿真模型（圖1、圖2），模擬仿真列車通過2站1區(qū)間，其中區(qū)間隧道長度設(shè)定為2000m，站臺長度為140m，列車從車站出發(fā)后加速到120km/h后勻速運行，臨近車站開始減速，減速度為1.2m/s2，線路隧道盾構(gòu)直徑為6m，隧道凈空面積約26㎡左右，阻塞比約為0.4。

1.2?典型測點布置

列車在隧道中運行時，車體外表面不同位置的空氣壓力波動情況不同，因此在車體外表面的典型位置設(shè)置壓力波動測點，具體測點布置圖如下：

1.3?仿真計算結(jié)果

根據(jù)車體外表面壓力分布云圖，各典型測點壓力變化峰峰值見下表（表1）：

車內(nèi)壓力與車外壓力基于差分同時受到車廂外部壓力以及內(nèi)部迭代效果影響，可得出車內(nèi)個測點的壓力變化值（見表2）

通過表2可以看出：

（1）車內(nèi)1s和3s壓力變化幅值最大主要位于頭車和尾車位置。

（2）可見提高車輛氣密性指數(shù)可明顯降低車內(nèi)壓力波波動。

1.4?空氣壓力波動舒適度標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)TB?3503.3-2018《鐵路應(yīng)用-空氣動力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)要求，列車通過隧道時產(chǎn)生的車內(nèi)瞬變壓力應(yīng)小于0.5kPa/1s和0.8kPa/3s。根據(jù)表2可知，當(dāng)列車動態(tài)氣密指數(shù)為0s時，車內(nèi)壓力變化最大為748Pa，滿足TB?3503.3-2018《鐵路應(yīng)用-空氣動力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》要求，即非密閉地鐵車輛也可以達到標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于舒適度要求，因此對于全隧道運行的120km/h速度等級的地鐵項目，并非一定要采用氣密性車門、空調(diào)壓力波保護裝置等方案，在設(shè)計結(jié)構(gòu)上對車體、車門、車輛穿線孔、貫通道等進行氣密性提升設(shè)計，加強車輛組裝工藝，穿線孔洞等進行工藝密封就能保持良好的乘坐舒適性。

2?車輛各主要部件氣密性提升設(shè)計

2.1?車體

車體作為車輛最大的部件，車體氣密性是否良好直接決定整車氣密性水平。為了保證良好的氣密性，一方面需保證車體剛度，另一方面對車體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化：避免焊縫段焊、減少車體工藝孔、盡可能減少車體孔洞（如對車頂空調(diào)冷凝水排放結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，將空調(diào)排水路徑由常規(guī)項目的穿車體邊梁改成空調(diào)平臺直接排到雨檐，見圖6、圖7）。

2.2?車門

常規(guī)塞拉門密封效果欠佳，對于120km/h速度等級地鐵車輛，需對常規(guī)塞拉門膠條斷面進行優(yōu)化，增大膠條壓接接觸面積和壓緊變形量，提高車門密封性。（圖8、圖9）

2.3?車輛穿線孔

車輛穿線孔主要考慮車端跳接箱到屏柜進線穿孔部分的密封性，通過對穿線孔縫隙進行打膠密封（圖10），盡可能減少車輛氣密泄露，面積。

2.4?貫通道

貫通道底部取消常規(guī)項目的排水孔，改為設(shè)置排水閥。對折棚底部縫線處進行涂膠密封，優(yōu)化螺釘框和車體之間的密封膠條，加大膠條唇部壓縮量，盡可能減少車體平面誤差對密封的影響。

2.5?其他

對于穿車體的制動管路、刮雨器安裝、外部照明安裝等，可采用電纜旋緊件、提高安裝面的平面度、四周打膠密封等措施，使車輛保持良好的氣密性，

結(jié)語

根據(jù)上述分析，對于120km/h速度等級地鐵車輛，需要考慮客室內(nèi)乘客空氣壓力波動舒適性，通過ansys建模對車輛在隧道運行進行氣密性仿真計算，得出車輛內(nèi)部空氣壓力波動情況，結(jié)合TB?3503.3-2018《鐵路應(yīng)用-空氣動力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》要求可知，因此對于全隧道運行的120km/h速度等級的地鐵項目，并非一定要采用氣密性車門、空調(diào)壓力波保護裝置等方案，在設(shè)計結(jié)構(gòu)上對車體、車門、車輛穿線孔、貫通道等進行氣密性提升設(shè)計，加強車輛組裝工藝，穿線孔洞等進行工藝密封就能保持良好的乘坐舒適性。此外，車輛內(nèi)部乘坐舒適性并非完全取決于車輛自身，隧道截面大?。ㄓ绊懽枞?，阻塞比越小，對列車氣密性設(shè)計越有利）、隧道內(nèi)風(fēng)井設(shè)置，隧道截面變化等，均對地鐵車輛客室內(nèi)部壓力波動變化有著直接影響，在項目初期設(shè)計階段應(yīng)予以考慮。

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作者簡介：林建鹯（1990—??），男，漢族，福建莆田人，本科，從事城軌車輛總體設(shè)計。