摘 要:基于整體玻璃鋼前端技術在城市軌道車輛中應用情況,文章介紹了整體玻璃鋼前端技術在城市軌道車輛中的研發歷程,通過對整體玻璃鋼前端技術的優缺點比較分析及對不同接口形式的整體玻璃鋼前端結構的可應用性進行探討和研究,文章所列舉結構可為城市軌道車輛的前端設計提供參考和依據。
    關鍵詞:城軌車輛;前端;整體玻璃鋼;接口形式目前,整體玻璃鋼前端在城軌車輛中的應用日趨成熟。天津濱?？焖佘?、武漢輕軌車、北京國產化不銹鋼車、伊朗北延線車、天津地鐵車、北京地鐵5號線是目前已經完成設計并投入生產的玻璃鋼前端的城市軌道車輛項目。文章主要以項目為例對比整體玻璃鋼前端與金屬前端的不同,探討和研究各種不同接口形式的整體玻璃鋼前端的優缺點。
    1 技術優缺點分析
    1.1技術難點
    為滿足客戶要求,城軌車輛設計對前端造型的要求越來越高。流線型前端的出現給生產制造帶來了嚴峻的考驗:①前端鋼結構焊接后變形較大,前端與車體接口斷面外形狀尺寸難保證;②自由曲面使前端窗口成為立體的三維結構,安裝和焊接的工藝性極差,且不能很好的保證外形狀尺寸,造成鋼結構窗口與前端窗口的吻合度不好,影響前端的外觀質量。所以天津濱?？焖佟⑽錆h輕軌、北京國產化不銹鋼車、伊朗北延線車、天津地鐵車、北京地鐵5號線等車輛的前端均采用了整體玻璃鋼前端和隨外形變化的玻璃鋼內裝結構。
    1.2技術實現方法
    目前,玻璃鋼外罩的生產一般采用手工糊制的方法,容易控制流線型前端外形曲面。由于是用同一模具整體成型,故批量生產時不會出現不同缺陷的可能。玻璃鋼外罩的模具的加工分兩步,步是要制作凸模,第二步是利用加工好的凸模手工翻制玻璃鋼凹模,翻制好的凹模才是糊制玻璃鋼外罩的終模具。制作凸模有兩種方法:一種是傳統的手工制作木模的方法;另一種是數控加工合成樹脂(俗稱代木,是將模型糊SH6403A與模型糊SH6405B按比例合成的一種樹脂類材料)模具的方法。兩種制作凸模的方法各有優缺點:①手工制作木模的方法工藝簡單,成本較低。但手工制作的木模的精度較低,前端造型上的細部特征往往會在拼制木模、打磨和刮膩子的過程中被破壞。②數控加工合成樹脂模具的方法,制作出的模具的精度較高,但成本也比較高(往往是手工制作木模的方法的3倍左右)。
    1.3優缺點比較
    根據材料不同,前端骨架可分為鋼結構骨架和鋁結構骨架。采用鋼結構骨架的前端,可在玻璃鋼外罩與前端鋼結構組裝完畢后,再進行總組成焊接。而采用鋁結構骨架的前端,只有在鋁結構骨架與其它車體大部件(車頂、底架側墻鋼結構)進行總組成焊接后,才能安裝玻璃鋼外罩。原因是鋁結構在焊接時會產生大量的熱量,會對玻璃鋼外罩物理性能產生影響。從結構形式上分,前端骨架可分為板梁結構形式和框架形式。武漢輕軌車前端采用板梁結構形式的鋁結構骨架,天津地鐵車前端采用了框架形式的鋁結構骨架,天津濱?？焖佘嚒⒈本﹪a化不銹鋼車、伊朗北延線車和北京地鐵5號線的前端采用的均為框架形式的鋼結構骨架。板梁結構形式的前端骨架(武漢輕軌車前端骨架見圖)有如下特點:板梁由數控機床切割而成,零件外形尺寸準確。組焊時有插口相互對應拼接,焊接后骨架的外形尺寸能夠得到很好的保證。同時,由于前端骨架外形尺寸能夠得到保證,所以骨架與玻璃鋼外罩之間的安裝距離比較小,節省了大量的司機室空間。板梁結構形式的前端能把受到的外部應力分散到各個板梁上.框架形 式的前端骨架(以伊朗北延線車前端骨架為例,見圖1)。
    以上結構有如下特點:結構簡單,零件的斷面大,更容易滿足車體對前端的強度和剛度的要求。但它的缺點是前端組焊時焊接變形大,導致外形尺寸的誤差就大。所以框架結構形式的前端需要較大的空間來安裝玻璃鋼外罩和司機室內裝墻板。因此,整體玻璃鋼外罩在前端組成時的工藝性比普通碳鋼或鋁外皮結構的前端的工藝性好的多;球面大擋風玻璃與窗口形狀保持良好使得前端玻璃安裝十分方便;整體玻璃鋼外罩在車體總組成時與其它各大部件的外形尺寸的配合也很好處理。
    2接口優缺點分析
整體玻璃鋼前端結構的主要缺點在于接口復雜、車體總組成后的密封要求高,所以大大的增加了設計的圖紙量和設計難度,尤其突出的缺點在于鋼結構的斷面小,致使鋼結構的強度受到極大的影響。天津濱?？焖佘囀窃缡褂谜w玻璃鋼流線型前端的車輛。設計時,為確保整體玻璃鋼外罩在車體總組成時的工藝性,前端骨架鋼結構與玻璃鋼外罩之間保留了53mm的結構間隙(窗口處的理論間隙為47mm),較大的結構間隙致使門立柱和窗口鋼結構等應力集中的地方強度不容易保證。而受門立柱與玻璃鋼的連接方式的影響,門立柱處的結構間隙不能縮小,且窗口處隨形的鋼結構與玻璃鋼窗口的配合誤差大,故窗口處的理論間隙無法減小。所以前端骨架鋼結構和玻璃鋼外罩的接口形式與前端墻的強度之間的矛盾是天津快速車整體玻璃鋼前端的主要缺點。為解決上述問題,武漢輕軌車、北京國產化不銹鋼車和伊朗北延線車等后續車輛在設計時采用了如圖2所示。
    以上接口形式避免了前端組成時鋼結構正對著玻璃鋼外罩上預埋件的情形,增加安裝精度。同時鋁型材滑槽與連接角鐵的使用簡化了結構形式和安裝的難度,因此保證了鋁結構與玻璃鋼外罩之間的理論間隙控制在30 mm以內。這種接口形式提高了玻璃鋼外罩組成時的工藝性,特別是窗口處在鋁結構組成和車體總組成時的工藝性。所以以上的接口形式是很值得在以后的設計中推廣使用的。
    3 結語
整體玻璃鋼前端結構已經在城軌車輛得到廣泛的應用。但仍然存在許多不成熟的地方,隨著城軌車輛的發展,必將摒除缺點,繼承并發揚以上的優點。終完善整體玻璃鋼前端及其接口形式,以適應城軌車輛模塊化設計的要求。
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