鋁合金地鐵車輛的統(tǒng)型研究

李華麗，王興文，黃莉莉，王春萌

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，江蘇 南京 210031)

地鐵作為最主要的交通運(yùn)輸工具之一，具有節(jié)約能源、運(yùn)量大、準(zhǔn)時、速度快等優(yōu)勢。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，支撐地鐵車輛的相關(guān)專業(yè)技術(shù)也在發(fā)生日新月異的變化，加之不同城市對軌道交通的需求不盡相同，導(dǎo)致地鐵車輛在制造材料、車型、速度等級等方面多種多樣，這勢必造成車輛制造及設(shè)計成本增加，維保難度加大，質(zhì)量問題增多。

地鐵車輛之所以會形成這種局面，原因是多方面的。一是早期為了解決產(chǎn)品有無問題，從多國引進(jìn)產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)行合作研制或引進(jìn)消化吸收再改進(jìn)；二是為了創(chuàng)新而創(chuàng)新，標(biāo)新立異的無價值增值性的重復(fù)設(shè)計，形成高密度品種規(guī)格產(chǎn)品[1]；三是車輛制造商對部分子產(chǎn)品或子設(shè)備的技術(shù)掌握不夠，從而依賴或受制于供應(yīng)商，導(dǎo)致接口和產(chǎn)品的多樣化；四是用戶提出不同需求時沒有經(jīng)過充分的統(tǒng)籌規(guī)劃，從而在產(chǎn)品發(fā)展的初期，不清楚產(chǎn)品品種、規(guī)格和型號合理的發(fā)展方向，任由產(chǎn)品品種、規(guī)格自由發(fā)展。而統(tǒng)型就是對現(xiàn)有產(chǎn)品品種、規(guī)格和型號進(jìn)行的統(tǒng)一集中梳理和標(biāo)準(zhǔn)化整頓的行為[1]。

1 地鐵車輛統(tǒng)型的總體思路

統(tǒng)型是進(jìn)行通用化、系列化和模塊化的梳理整頓工作，那么地鐵車輛的統(tǒng)型就可以從梳理出影響車輛的關(guān)鍵因素出發(fā)，找出現(xiàn)有產(chǎn)品的種類以及不同類型產(chǎn)品出現(xiàn)的頻次，再逐步開展系列化、模塊化和通用化的工作。以中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司現(xiàn)有52個項目的鋁合金地鐵車輛為例，同時選取3個決定車輛種類的強(qiáng)相關(guān)因素——車輛輪廓斷面形式、客室門形式以及空調(diào)送回風(fēng)形式來說明。將車輛輪廓斷面形式中梯形和鼓形分別編號為(1)和(2)，客室門形式中塞拉門、內(nèi)藏門和外掛門分別編號為(1)、(2)和(3)，空調(diào)送回風(fēng)形式中前送前回、下送下回和前送下回分別編號為(1)、(2)和(3)，那么由這3個因素組成的車輛編號經(jīng)過排列組合原則上會有18種。但是根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品(52個項目)的現(xiàn)狀分析，有些組合的車輛目前并沒有出現(xiàn)過，從而最終得到的車輛編號有(2)-(1)-(1)，(1)-(1)-(3)，(2)-(1)-(2)，(1)-(1)-(1)，(1)-(2)-(1)，(1)-(2)-(2)，(2)-(3)-(1)，(1)-(3)-(3)共8種(表1)。

表1 由3個強(qiáng)相關(guān)因素組合的車輛種類表

由表1可以看出，編號為(2)-(1)-(2)的車輛出現(xiàn)了18次，頻次最高，其次是編號為(2)-(1)-(1)的車輛，而出現(xiàn)最少的車輛編號為(1)-(2)-(1)、(1)-(2)-(2)以及(2)-(3)-(1)。由此可以分析出，斷面為鼓形、客室門為塞拉門、空調(diào)為下送下回的地鐵車輛最常見，這說明此種類型的車輛是目前城市軌道交通地鐵車輛的主流。那么接下來的總體統(tǒng)型方案則可以以此車型展開，梳理此車型各個系統(tǒng)的方案種類，從而形成不同的模塊，其思路是相通的。比如：盡管客室門都是塞拉門，但塞拉門與塞拉門之間有可能在其內(nèi)部零部件上、接口上甚至尺寸上存在差異，根據(jù)影響塞拉門的關(guān)鍵因素，梳理出塞拉門的種類，分析現(xiàn)有不同種類之間的異同，再考慮通用化、系列化、模塊化的統(tǒng)型。

當(dāng)然，以上因素只是影響車輛種類眾多因素中的3個，可以根據(jù)各個產(chǎn)品的特點(diǎn)，把影響車輛種類的強(qiáng)相關(guān)因素都梳理出來，如：車輛長度、車輛最大寬度、車輛高度、受流方式、監(jiān)控裝置、空氣彈簧及地板面高度等。按照此種排列篩選方法，從總體方案到子系統(tǒng)、子部件進(jìn)行梳理。也就是說確立了統(tǒng)型目標(biāo)，再進(jìn)一步開展具體的通用化、系列化以及模塊化的“三化”統(tǒng)型工作。

2 鋁合金地鐵車輛統(tǒng)型舉例

前文介紹了地鐵車輛統(tǒng)型的總體思路。那么如何將梳理出來的車輛種類、子系統(tǒng)種類和子部件種類進(jìn)行下一步的統(tǒng)型工作，文獻(xiàn)[1]中給出了如圖1所示的統(tǒng)型原理。

圖1 統(tǒng)型原理圖

依據(jù)圖1的原理，可以將前文梳理出的車輛編號種類進(jìn)行系列化統(tǒng)型，即可以保留頻次較高的產(chǎn)品，適當(dāng)取消頻次低的產(chǎn)品，從而做成不同的車輛統(tǒng)型平臺。每一個平臺都由不同的子系統(tǒng)構(gòu)成，子系統(tǒng)依據(jù)功能、結(jié)構(gòu)或接口進(jìn)行分解，構(gòu)建成具有互換性接口并可傳遞功能的子模塊，這便是子系統(tǒng)的模塊化統(tǒng)型。

以某車體車頂結(jié)構(gòu)舉例說明。車頂由邊梁、彎梁、圓頂以及空調(diào)平頂組成，見圖2。

圖2 車頂組成圖

其中空調(diào)平頂受空調(diào)機(jī)組的送回風(fēng)形式影響，可以將空調(diào)平頂做成1個子模塊，將空調(diào)平頂模塊1(圖3(a))作為適用于下送下回的空調(diào)方案，空調(diào)平頂模塊2(圖3(b))作為適用于前送前回的空調(diào)方案。在設(shè)計這2種模塊時，首先應(yīng)確保其與周邊接口的一致性(如圖3中端板用于連接平頂與圓頂，吊掛臂用于連接平頂與邊梁)，其次給2種模塊賦予相應(yīng)的屬性特征(如長、寬、高、送回風(fēng)形式等)。產(chǎn)品設(shè)計時即可依據(jù)關(guān)鍵屬性選擇模塊，組合成滿足不同客戶需求的車頂結(jié)構(gòu)。

圖3 空調(diào)平頂模塊示意圖

在進(jìn)行系列化和模塊化統(tǒng)型工作時，一定會有通用化的統(tǒng)型，因?yàn)樵谛纬刹煌臉?biāo)準(zhǔn)化模塊前，同一種模塊可能會存在某些細(xì)節(jié)上的差異，必須將現(xiàn)有的相近的多品種壓縮或歸并為一種通用模塊，是“多成一”的通用化。例如：地鐵列車需考慮碰撞設(shè)計，低速碰撞時，碰撞所產(chǎn)生的能量只依賴于車鉤緩沖裝置來吸收是不夠的，需要考慮多級能量吸收系統(tǒng)來有序地耗散能量[2-4]。一般情況，當(dāng)列車以大于20 km/h的速度發(fā)生碰撞時，列車最前端的車鉤吸收完能量后過載保護(hù)裝置將動作，使車鉤與車體分離。車鉤安裝座作為列車最前端車鉤的安裝載體，因?yàn)檐囥^供應(yīng)商的不同，導(dǎo)致其接口存在較大差異，其中以安裝座的退鉤孔(用于車鉤與車體分離后，車鉤往后退的接口)的差異最大。圖4是車鉤安裝座矩形退鉤孔的示意圖。該結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸差異較大：在形狀上，有圓孔、方孔、不規(guī)則形狀孔等；在尺寸上，即便是矩形孔，尺寸(寬×高)存在315 mm×250 mm、290 mm×290 mm、300 mm×270 mm、330 mm×270 mm、330 mm×293 mm等十幾種，圓角尺寸也多種多樣。綜合考慮，最終選取330 mm×293 mm的矩形退鉤孔作為通用接口，而摒棄其他形狀的孔。一旦將該形狀該尺寸的車鉤安裝座退鉤孔定為通用接口，那么在以后的項目執(zhí)行過程中，則需要求車鉤供應(yīng)商按照此接口設(shè)計，提供相應(yīng)的車鉤產(chǎn)品。

圖4 車鉤安裝座矩形退鉤孔示意圖

以上只是地鐵車輛中一個很小部件的通用化統(tǒng)型舉例，是利用現(xiàn)有的某個接口尺寸代替其他接口尺寸實(shí)現(xiàn)的通用化。當(dāng)一些產(chǎn)品不能通過現(xiàn)有品種的歸并實(shí)現(xiàn)通用化的目的時，則需采用重新設(shè)計的通用化統(tǒng)型，從而實(shí)現(xiàn)接口通用化、結(jié)構(gòu)通用化以及功能通用化等。當(dāng)然，統(tǒng)型并不是簡單的做加減法，需要綜合考慮各方面的因素，如成本、生產(chǎn)加工的難易程度、相關(guān)系統(tǒng)的影響、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度剛度及功能等，從而形成相對通用的標(biāo)準(zhǔn)模塊化、系列化較優(yōu)方案。

3 結(jié)束語

目前，中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司已經(jīng)完成了B型鋁合金地鐵車輛的統(tǒng)型工作，并已在多個項目上運(yùn)用，取得了較好的效果，不僅提高了設(shè)計、工藝及生產(chǎn)效率，而且降低了制造成本，減少了質(zhì)量問題。