浅谈不锈钢地铁车辆车顶制造工艺

浅谈不锈钢地铁车辆车顶制造工艺

路守暾  ,张成林  ,李松  ,李达  ,邸志鹏

天津中车唐车轨道车辆有限公司   天津市  300000

摘要：车顶结构设计是车身结构的最关键组成部分之一，车顶结构从刚度分布、外形美观度、密封性、加工工艺性，以及在实际工作中的安全与耐久性等的角度考虑。我们将根据上述各点，对不锈钢的地铁车顶钢结构予以进一步优化设计。

关键词：不锈钢地铁车；车顶；优化设计

地铁交通具备了节约、环保、安全等一系列优势，符合了环保运输的发展要求。我国不锈钢地铁车辆在我国国内的城市地铁交通领域内拥有主要优势，竞争力巨大。车身框架的结构是整个车辆结构的重要基石，车顶为车体框架中的四大构件之一，而车顶结构设计又为整个车身结构的最关键组成部分之一。顶钢结构除了满足最基本的承重特点以外，其零部件在各车辆中也要具备良好的通用性与互换性，车上的结构布局也更为简单，车顶断面设计要具备了良好的结构稳定性，强度分配平衡，外形美观性较佳，良好的密封性，同时在制造过程中具备了良好的加工制作技术，并且在实际工作当中也具备了较好的安全性与可靠性。因此本文将秉承上述理论，对车顶钢结构进行了优化设计，并进行强度计算，通过校核优化设计结构。

1不锈钢车体的结构

车体钢结构为全不锈钢构造，高强度不锈钢。依据各部位承载力高低选用材质级别、板厚和截面形状。采取大部件统一装配工艺，以提高加工质量和制造效果。一般采取骨架焊接蒙皮结构，骨骼与梁间采取MIG焊接、塞焊或点焊，骨骼内部与外表面采取点焊多种形式，个体部分则采取塞焊或MIG焊接多种形式（点焊无法施焊及受力要求部位）。外皮和外皮连接处，可按照焊接的部位、受力程度、密封性等条件选择点焊固定、点焊的方法，用密封胶粘剂或MIG封闭焊接。车身钢结构是车辆的基础构件，车身构造是由底架、侧墙、端墙和车顶组成的薄壁简型的支撑构件。车身构造具备适当的刚度以承载车辆使用过程中的所有压力。

2不锈钢车顶结构优化设计

现根据整车美观度、密封性、制造技术、限界范围及角度，对平顶车车顶钢结构加以了调整设计：通过增加了车顶圆弧的零点五径面积，使车顶更贴近于平面，以方便在车上的固定，整体美观度更佳。这一技术的主要实现方式是将车顶弯梁设计成R12000的圆弧长弯梁与2个带过渡面的R150的短弯梁拼接构造。这种设计方法采用了中间车顶弯梁的最大圆弧零点五径，将中间弯梁的大圆弧0.5径平缓地过渡到小圆弧零点五径，从而保证了中间车顶钢构件和两侧壁钢结构建筑之间的良好衔接，车顶钢构件也更加趋向水平，车上的设备安装也更加简单，在满足限界的情况下也给车顶设备配置创造了更大的余地。同时，在该弯梁形式大弯梁和小弯梁中间预留5mm的调整量空间，为后期产品提供了适当的调整公差，从而减少了车顶超宽的危险性。车顶弯梁均为Z型梁和帽型结构，增加了车顶的总体强度，同时，也提高了帽型柱截面的高度，进而增加了其垂向强度，截面连续性好，互换性好，且强度分配也比较均衡。车顶钢结构优化后为无下凹式机组平台与受电弓平台，并使用纵向水平布局的槽钢板与安装座对空调机组和受电弓加以布局。该构件能有效避免了机组运行平台处的横纵焊缝交错，从而降低了应力集中部分，强度分配也更加均衡。同时，省去了空调机区的排水管构造，更利于从车顶排气，从而保证了车顶的空气密封性，整体也更为优美流线。

波纹顶部设计是指整体冲压成形，端部无需冲压的工艺，所形成的波纹顶板端部。使用这种类型的波纹顶板缩短了加工过程，也极大地改善了焊缝品质，能充分保证了波纹顶部和平顶板连接处的密封性。同时，也减少了在冲压折叠过程中出现隐藏裂缝的可能性，从而大大地减少了在实际工作过程中该处渗漏问题的发生。

3车顶组成制造工艺性分析

3.1车顶结构及技术要求

车顶钢结构主要由车顶弯板构成、机组平台构成、波纹顶板构成、车顶弯梁、侧顶板、车顶配件以及主要零、构件等构成。

3.2车顶组成制造工艺

车顶构造焊缝采取点焊法与MIG焊接工艺。车顶构成分为空调站台、弯梁、车顶下边梁、连接板、波纹边线等部分。车顶构造焊缝先在空调座组焊接件装上完工的发电机组站台，接着再将发电机组站台、弯梁、车顶下边梁、连接板等在车顶的骨架工装上组合定位绷紧点焊工艺，在骨架点焊连接完毕之后点焊工艺侧边线和波纹项板，在波纹板点焊完毕之后，再对没有点焊到的点予以补点，接着再通过MIG焊缝连接车顶的各道焊缝。最后，在车顶的小件或工程机械装备上以MIG焊接车顶小件。在车顶所有焊缝完工之后要检查车顶致密性，焊缝时要严密，不能有漏气、渗水的现象。在顺利完成上述步骤之后车顶就全面完工了，等待整体的形成。

3.3主要结构部件和制造方案

3.3.1机组平台组成

3.3.2机组平台组成工艺规程

工作准备一②组焊立板、机组边梁→③组焊纵梁、横梁、纵梁组成和横梁组成→④组焊平台顶板→⑤机组平台组成补点→⑥组焊密封槽组成→⑦组焊机组座组成等小件→R检查

3.3.3技术要求

①插接间隙均匀，保证密封，不得漏水。②机组平台组成平面度：≤4mm/m。

③工装定位时工件与定位面贴严。④外形要符合样板要求。

⑤严格执行焊接工艺规程中焊接参数，避免参数不当引起的未焊透或过热引起不必要的焊接变形。

3.4车顶骨架组成

3.4.1车顶组成工艺规程

①工作准备→②组对车顶骨架→③组对机组平台组成→④组对点焊车顶波纹板→⑤车顶直角坐标机器人胎位点焊一补点胎位补点→⑦检查

3.4.2技术要求

0工装定位时工件与定位面贴严。②外形要符合样板要求。

3.5重点及控制措施

车顶在制造过程中，将车顶骨架挂入由工业机器人自行点焊固定胎位时，也应当保持正确的摆放方位，以便进行手动点焊。操作方式：在车顶骨架上找到一个标准点，每次点焊固定时间找到对标点，从而达到自动点焊。

4结论

综上所述，在进行不锈钢地铁车顶的优化调整设计后，车顶更加趋向平面，车上装置配置更加简单，在满足限界的情况下也给车顶的设计创造出很大的余地，有适当的调整量以便实际使用，有很强的美观度。车顶弯梁均设计采用帽式设计，互换度强，断面稳定性高，强度分配比较均衡。改进的波纹顶板，焊接性能较好，密封性好。并对改善后的设计进行了有限元分析校核，校核结果表明该不锈钢地铁车顶设计已完全满足要求，并具备了可操作性。

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