A型地铁车辆

A型地铁车辆（共5篇）

A型地铁车辆 篇1

南车青岛四方机车车辆股份公司基于北京地铁14号线工程项目的需要,自主研发生产了国内首列轻量化不锈钢A型地铁车辆,已于2012年12月下线。该A型地铁车辆最高运营速度为每小时80公里,采用受电弓受流方式,每列车辆6节编组,每辆车比北京现行运营的B型地铁车辆长3米左右,最大载客量达到2580人,比北京现行运营的B型车辆增加700人左右。这也是北京轨道交通的首列A型车辆。

北京14号线A型地铁车辆采用DC1500V直流供电系统,通过钢轨作为汇流排直接连至牵引变电站。通过牵引变电站-接触网-受电弓-车辆电气设备-轮对-轨道-地下汇流排-牵引变电站形成回路闭环。由于地铁车辆的结构特点决定了车辆设备内部布局十分密集,进而使得车辆内部的电磁环境变得更为复杂,考虑到抑制EMI(电磁干扰),须将地铁车辆上的电气、电子设备进行接“地”。合理解决车辆的接地问题是解决EMI问题最有效和最廉价的方法。地铁车辆与地面固定装置不同的是,车辆的“地”不是大地,而是相对零电势基准———车体。通过车体为地铁车辆电路系统提供一个等电位参考电势。

根据文献1,接地的方法主要分为3种:单点接地、多点接地和混合接地。

车辆的接地按其功能可分为保护接地、工作接地。

本文以北京14号线A型地铁车辆为例,对A型地铁车辆的接地技术进行分析、介绍。

一、接地的方法

1.单点接地:单点接地是为许多在一起的电路提供公共电势参考点的方法,即把整个电路系统中的一个结构点作为接地参考点,所有对地连接都接在这一点。工作频率低于1MHz经常采用单点接地。单点接地又可分为串联单点接地和并联单点接地。

2.多点接地:如下图1所示,从图中可以看出,设备内电路都以机壳为参考点,而各个设备的机壳又都以地为参考点。多点接地容易产生公共阻抗耦合问题。一般在工作频率高于10MHz时采用多点接地。由于接地线感抗与频率和长度成正比,工作频率高时会增加共地阻抗,增大电磁干扰,因此要求接地线尽量短,也就是常说的就近接地。

多点接地方式的基本方法是车体同时作为安全接地、等电势接地、回流地和屏蔽接地。它相对常规的单点接地而言对车辆更为简单、有效。

3.混合接地:混合接地结合了单点接地和多点接地的特性。如下图3所示。

三、保护接地

保护接地是为防止设备的金属外壳带电危及人身和设备安全而进行的接地。北京14号线A型地铁车辆上的保护接地主要从以下方面考虑。

(一)等电势连接

等电势连接是将分开的装置、导电体用等电位连接导体连接起来以减小电流产生的电位差，也可以称为安全接地。车辆组装的各导电单元，比如墙体、构架、梁、支架等,应在电气上以低阻抗、低电感互相连接,连接的表面尽量大且点尽量多。车体(包括墙体和顶)作为一个高效的等势导体。而每辆车车体间的连接线使每个车体之间等电势,进而确保整列车中所有可能故障带电及可能触及的导电体等电势连接。每辆车的车体和轴端接地碳刷连接可以保证电荷通过轮对泄放到钢轨上。

等电势连接有利于提高设备工作时的信噪比,有效的改善信号通信质量。车体的等电势连接可以使整个通信、信号系统接地阻抗减小,为有用信息提供统一优质的参考面。

(二)防触电

一般情况下，通过人体的感知电流在0.5mA，电流超过10mA就会有生命危险。地铁车辆电气设备工作电压多为DC1500V和AC380V。如果绝缘被损坏，设备外壳和地之间就有较高的电位差，当人触及设备及其外壳时，会导致较大的电流流过人体，造成人身伤害。因此，通过接地来消除这种危险是一种十分简单而有效的办法。

在14号线地铁车辆上设备及管线的保护接地线采用防腐蚀的圆锡铜绞线,这种接地线阻值小,韧性好,实际长度一般不超过500mm。以90mm[2]的绞线为例,其电阻不超过0.0015Ω,而人体电阻通常为2K～20MΩ,这样保证了箱体外壳与地等电势良好连接。在下图4中可以车下电气设备(牵引及辅助设备)均采用短而粗的接地绞线连接车体。

牵引辅助箱、电阻箱等均用接地座连接到车体上进行可靠接地,提供足够的EMI(电磁干扰)回路,释放掉积累在电气设备上的静电电荷。同时牵引箱、电器柜等设备内的电力电子器件是车辆EMC(电磁兼容)的主要干扰源,把这些箱体的金属外壳接地起到一个大的“屏蔽罩”的作用,减少了射频干扰。

(三)防雷

雷击电流可达30～300kA,功率可达到1亿伏特至10亿伏特,对地铁车辆的整个电气系统的安全产生巨大的威胁。在每个MP车的车顶上通过一个避雷器接地,一旦遇到雷击,雷击电流经过避雷器-车体-轮对,将雷击电流注入大地,防止雷击和过电压对设备及人身造成危害,做到有效保护。

三、工作接地

工作接地是车辆整个电气系统正常工作的必要条件,一方面为泄放电荷或建立基准点势提供回流通道,这是最主要的作用;另一方面在EMC设计中接地可以将噪声电流引入大地,减少干扰。正确的工作接地是抑制电磁噪声、防止电磁干扰的重要方法之一。

(一)回流

北京地铁14号线A型地铁车辆的配置为Tc-Mp-M1+M2-Mp-Tc,其中M1、M2、Mp车为动车。每辆车下均配置一个牵引辅助箱。高压直流电通过Mp车顶安装的受电弓引入,然后向牵引系统和各辅助系统供电。主回路接地电流分流到转向架、驱动装置、牵引电机轴承。为避免发生电蚀,阻止分流的措施包括采用在转向架、车体连接部位进行绝缘,进而使转向架构架和轴箱支撑装置或轴承和轴箱绝缘,使电流流向正规的接地回路。

在实际电路中工作地线最主要的作用是作为电源的回流线。如下图5中所示,Tc和M车的回流均通过绝缘电缆,经过接地汇流箱,流向轴端接地碳刷,再到钢轨。回流线使用截面积为95mm[2]的绝缘电缆,列车车端的连接处的地线采用截面积为120mm[2]电缆。电缆为镀锡铜丝绞合而成,导电性好。

(二)信号地

信号地也可以称为基准电势。它的作用是保证电路有一个统一的基准电位,不致于浮动而引起信号误差。在14号线A型地铁车辆上交流供电系统采用AC380V三相四线制,中线接地,这样保证辅助供电的三相系统中线对地电压不变,同时引出380V/220V电源。DC110V电流最终流回蓄电池负极,负极接地可以起到电势的参考作用。所有DC110V负极在底架接地。

(三)屏蔽接地

屏蔽接地包括电缆的屏蔽层接地、线槽/管的接地。

由于电路之间存在的寄生电容会相互干扰以及电路辐射、对外界电场敏感等,必须进行必要的隔离和屏蔽。在车辆配线中信号和控制线多采用屏蔽电缆,例如,牵引速度传感器、信号系统速度传感器等的电源和数据传输线、音频信号、数据传输线、以太网通信线、车载天线等均采用屏蔽电缆。屏蔽电缆是在金属电缆和绝缘胶皮之间有一层金属网线或铝箔。外界电磁辐射及磁场的大部分能量直接通过这层网线将感生电流引开,而对内层电缆产生的干扰极小甚至可以忽略。因此,电缆的屏蔽层必须接地才能起到屏蔽的作用。

根据文献1中提及的屏蔽接地试验测试结果,对于低频电路(f<1MHz),屏蔽电缆的屏蔽层通常是单端接地;对于高频电路(f>1MHz),通常是两端接地。由于高频集肤效应噪声电流只在屏蔽层外表面流动,两端接地的磁屏蔽作用被加强。这一点在文献2的3.9试验中也得到了的证实。

通过图6分析结果看,屏蔽线不接地的效果最差,双端接地比单端接地效果好,特别是在2MHz-10MHz不接地比接地要差6-18dB。

在14号线车辆上牵引电机电缆采用的是单芯屏蔽电缆,屏蔽层两端接地。电机电路在工作中电流可达到160A～240A,屏蔽层间有较大电流,转向架与车体间会产生较大的电势差,此时屏蔽层无法充当等电势导体。同时,屏蔽层也会遭受热应力并充当耦合路径的传导干扰。为保证列车的可靠性,电机电缆采用单芯屏蔽电缆,两端360°接地。图7为现车实例。

在14号线车辆上贯通的电缆敷设在金属线槽/管中,这样可以有效地隔离电磁干扰。

通过线槽/管的可靠接地,可以释放线槽/管的静电电荷,同时也可将电缆本身由于交变产生的干扰屏蔽在槽/管内,起到相当于“屏蔽罩”的作用,减少射频干扰。由于车辆下部设备电抗器、变压器工作电流变化较大,在设备周围产生直流磁场或100kHz以下的低频磁场。根据文献2的3.12项钢槽/管接地屏蔽试验结果:在9kHz-150kHz频段中钢管双端接地效果略优于单端接地和不接地;在150kHz-30MHz频段钢管双端接地效果明显好于单端接地和不接地,而单端接地和不接地之间的差别很小;在30MHz-1GHz频段的电场发射来看,整体上钢管双端接地效果好于单端接地,钢管单端接地效果又好于不接地。综合考虑,在14号线车辆上采用不锈钢线槽/管单端接地。

四、接地的安装要求

1.接地电连接表面应清洁平整、无油脂、无油漆、无脏物、无毛刺、无电镀层等影响正常接触的因素存在。接地点须没有油漆或电镀处理,否则将导致接触电阻过大。所有的连接应防震。

2.干净表面的区域应当大于接触表面的区域。

3.非相同材料的接地连接因为电化学效应可能引起问题,如果不可避免,必须进行监控。在上述情况下,必须采取涂打导电膏以防电蚀。

五、结语

地铁车辆作为强电和弱电集成的一体化系统,电磁环境日益复杂,尤其对信号和控制的要求越来越高;车辆接地为漏电电流、雷击电流、系统电磁干扰提供了接地通路,从而保证设备的正常工作和车辆的安全运行。同时,正确有效的接地是保证整车电磁干扰的一项重要指标。

本文主要以北京14号线A型地铁车辆为基础,结合在施工设计中的经验,对整车接地设计进行分析,为A型地铁车辆驰骋首都保驾护航。

参考文献

[1]沙斐.机电一体化系统的电磁兼容技术[M].北京:中国电力出版社,1999.

[2]城轨车辆电磁兼容测试分析(布线距离,屏蔽,接地方式比较分析报告)[R].

日本横滨10000型地铁车辆 篇2

1 10000型车辆概况

图2为车辆编组图, 表1列出该车辆的主要技术参数。车辆为4辆车1个编组, 但将来随着需求的增长, 预留了可按6辆车为1个编组的结构布局。车辆的序号, 中间2辆车为预留编号。车辆的规格多数是按照日本地铁协会“线性电机驱动地铁电动车新标准规格”确定的。车体是用耐蚀性铝合金制的电动车。外板不涂漆, 以减少车辆的制造费用及维修费用, 同时, 也取消了工厂的涂漆车间, 削减了车辆基地的建设费用。车辆虽为小型车辆, 但客室内做了精心设计, 突

车辆最高运行速度为日本线性电机驱动地铁车辆的最高速度80 km/h, 而且, 作为线性电机驱动地铁车辆, 首次采用了车上主体型数字ATC装置。

2 车体

车头形状呈“<”字型, 通过在车头上部设前大灯, 在有站台门的车站也容易看到列车到站。此外, 尾灯用倾斜的棱线 (边线) 装饰成阶梯状, 构成新颖的造型, 同时, 车体下部截面形状做成下部倾斜 (收缩) 状, 显示出亲近感的外形。

车辆全长, 中间车为15.5 m, 而头车稍长些, 为16.1 m, 每侧开3扇双拉门。为提高隔声效果, 侧窗全部为单层玻璃密封式。车端连接部两端设贯通门。将紧急情况下用的车外门栓也设置在高于站台栅栏的部位, 可以实现在车站无障碍操作。

车体外墙板不涂漆, 采用细线条精心装饰, 粘贴了色调 (浓度) 逐渐变化的彩色条带, 颇具变化感与动感。该彩色饰带以绿色为基调。

3 客室内

为体现客室内宽敞明亮的感觉, 除了地板装饰横条纹外, 贯通门为玻璃门, 其两侧端墙上也嵌装了玻璃, 扩展了车辆间的视野 (图3) 。出入口的侧窗采用一块宽约2.2 m的大型玻璃, 提高了开放感, 且便于乘客在非隧道区间眺望沿线的景色。座席围板采用强化玻璃制成, 可以防止该处站立乘客与就座乘客相互间的影响, 同时不妨碍视野, 有利于防止乘客遗忘物品在车上, 实现客室内检查的高效化。采用较多的这类玻璃, 是根据室内装修与无涂漆的银色的车体外观装饰要求, 体现有透明感的设计理念。

为推进无障碍化, 尽量缩小站台与车辆地板面间的高度差。全部车站修建成直线站台, 车辆与站台间的间隔也小。车辆出入口部的地板面为黄色, 全部车辆都设置了轮椅停放空间。在轮椅停放空间设置扶杆与固定轮椅用皮带, 在位置低的部位设置紧急情况通报器 (图4) 。将部分吊绳降低10 cm, 以方便身高较矮的乘客使用。另外, 在各出入口部设液晶显示器, 利用文字及图像进行导向。

作为车内的安全对策, 在各车的4处地方分别设置紧急情况下与乘务员相互通话的装置, 在车内任一位置的乘客也容易使用。各车辆设有停电时的3个备用灯。

全部座席为优先座席, 座椅蒙面采用一种花纹, 车门之间设7个长条座椅, 车端部布置3人座椅, 单人座椅采用宽45 cm的斗式座椅 (座板可翻起的凹背单人座位) 。

车顶棚上设半集中型空调装置, 并设有管路送风机。由于车窗全部为密封式, 各车上设有强迫换气装置。

4 单人司乘设备

设置为单人司乘, 地面、车上都装备有必要的设备。

全部旅客用站台设有可移动式站台栅栏 (下面称为站台门) 。这种站台门按照列车上发出的开、关指令实施开、关动作, 并通过脉冲转发器联动。站台监视利用毫米电波, 将地面上设置的摄像头的图像传送到列车上, 利用驾驶室设置的15 in的液晶显示器, 供司机确认。配备有后述的自动运转装置 (ATO) , 从始发到下一站的正点停车, 实现自动运转。

除部分站台外, 全部站台为岛式站台, 驾驶室右侧为驾驶台。

5 乘务员室

乘务员室在以单人司乘为布局的前提条件下, 在小截面的有限空间内, 设计上考虑了司机的可操作性、扩大前方视野及舒适性要求 (图5) 。

驾驶台的右手侧配置了内装自动停车开关的单手柄控制器;左手侧设置了广播及列车无线电的操作器。中央部安装有ATO始发按钮及两侧车门开关用按钮。正面的仪表板上, 左侧为监控图像, 右侧设站台图像监控。为确保前方视野, 在中间稍低部位设速度计等。考虑速度计的尺寸, 做成圆形模拟式, 周边以5 km/h刻度显示速度信号。新设置了显示手柄位置的显示灯。

结构上, 司机座席的位置可以沿上下、前后及左右方向调整。

6 转向架

该车转向架为线性电机驱动方式空气弹簧转向架, 采用直接安装方式。作为线性电动机驱动地铁用车辆转向架的特征, 将转向架构架制成2部分, 实现挠性结合结构, 这是为了抑制转向架构架上安装的线性电动机的高度变动, 可以提高轴弹簧的刚度, 且确保对钢轨的跟踪性。轴箱支承采用层叠橡胶弹性支承的自导向机构。固定轴距设为1 900 mm, 车轮为带橡胶环状阻尼器的消声车轮, 考虑通过小半径曲线需要, 踏面采用圆弧踏面。新造车轮轮径为660 mm, 使用限度为570 mm, 确保使用余量为90 mm。基础制动为盘形制动, 1轴安装1个制动盘。

7 牵引电动机

全部转向架上设置车上一次单侧式三相线性电动机 (LIM) 。每小时额定功率为135 kW, 与反应极板 (RP) 的标准空隙为12 mm, 各车端侧设置了排障器。线性电动机比旋转型电动机略重, 为1 300 kg/台, 用3点吊装方式安装在转向架构架上。全区间设置铝合金制RP。

8 控制装置

使用了元件本身带自我保护功能的IGBT的VVVF逆变器装置。编组列车在2处 (M2车、M5车) 各设置了逆变器箱, 并安装了2群逆变器, 以控制每辆车上并联的2个LCM。控制方式带有根据空、重车状况以调整制动力的矢量控制方式, 可应对再生制动及负相制动。异常情况下, 各逆变器箱能以群为单位开放。

9 制动装置

制动装置为带有按空、重车调整制动力的电空并用电气指令式电磁直通制动装置。常用制动 (B1～B5) 、紧急制动都可与再生制动并用, 带有安全制动。为实现ATO运转, 设有转向架中继阀, 提高了响应性, 各车上设置制动控制单元 (BCU) , 具有检测制动力不足、不缓解功能。1辆车上的BCU发生故障时, 可用其他3辆来分担制动力。

10 受电弓

列车在两端车头部设置了弹簧力升弓、气动式降弓的单臂受电弓, 该受电弓是为小截面地铁车辆用而设计的。从集电用弓头托架来看, 骨架用FRP制作, 用2个独立的弓头托架提高弓、网的跟随性。线路有长2.4 km的非隧道区间, 弓头托架宽度为1 m, 较窄, 考虑到遭遇强风时接触导线的振动, 受电弓安装在转向架正上方的车顶上。将该车顶部做成凹下状, 受电弓收弓叠起时的高度为3 120 mm, 大致与车顶高处于同一平面位置。

11 辅助电源装置

采用额定功率120 kVA的静止型逆变器, 使用了IGBT元器件。考虑到环保, 冷却用制冷剂采用纯水。输出电压为三相交流200 V和直流100 V二种。Mc1车、Mc6车上各安装1台辅助电源装置, 对编组前后的每2辆车供电, 但无论哪台出现故障, 都可实施互相受电、供电。

12 空调装置

各车辆上设置了2台半集中型制冷装置 (14.54 kW) 及3台管路送风机 (16.5 m3/min) (头车为2台) 。制热器 (650 W/台) 安装在座席下部。空调根据车内温度、湿度、乘车率、日历 (程) 数据 (考虑了季节转换) 、车门的开关等信息实施自动控制。

强制换气装置是在各车的端部车顶棚上, 分别设置1台轴流式风扇, 风量为44 m3/min。

13 车钩连接装置

由于是固定编组列车, 编组车端部车钩连接装置使用自动密接式车钩, 中间车钩使用半永久式车钩。都在车钩体内内置橡胶缓冲器, 利用球面壳体支承安装在车体上。车钩中心高度稍低, 为490 mm。

14 列车无线电装置

使用了数字式列车无线电, 地面侧铺设漏泄同轴电缆 (LCX) 进行信号交换。在Mc6车上分别设置4个发送、接收信息的天线, 进行分集接收处理。在车辆腰部设置天线, 由于在较低位置设置了LCX, 方便了乘客在非隧道区间观赏沿线景观, 并减少了施工费用。

15 车内信息显示装置

在各出入口两侧 (头车部为单侧) 设置了15 in液晶显示器, 面向列车前方的左侧显示器上显示新闻等;右侧显示下一站及车门开启侧、地铁车站台阶及自动扶梯的位置、换乘线路等旅客乘车指南。部分显示器在停电时也可使用车载电池电源来显示, 即使在紧急情况下, 也可看清显示信息 (图6) 。

16 到站显示装置

车头部设置去向显示装置及运行车次显示装置。利用3色LED显示, 根据周围的亮度, 自动切换显示灯亮度。各车辆侧面也设有利用3色LED的到站显示器, 并且是面向列车前方的右侧, 在车站间运行时可以熄灯。

17 自动列车控制装置 (ATC)

车辆上采用了车上主体型 (运行图控制方式) 的自动列车控制装置。本控制方式按照先行列车的所处位置及线路条件, 从地面侧接收列车的停车信号信息, 利用车上数据库, 按照容许速度与本车位置作出停车样式, 通过将本列车的速度及目前位置与该样式对照检查, 进行一级制动控制, 利用该方式可以缩短所用时间及列车间隔, 提高舒适度及降低成本。

由地面发送的ATC电文内容是, 停车轨道回路号码、本列车轨道回路号码、运行方向、临时限制速度、紧急停车信息等。速度对照曲线有2种:常用制动曲线 (B5) 与紧急制动曲线。是在各停车轨道回路终端的一定距离跟前停车的状态。而且, 按照常用制动曲线, 接近一定时间时输出制动力 (B3～B4) 。

在车辆基地内, 由于是ATC运转, 转换信号也是电缆信号。

18 自动列车运转装置 (ATO)

在预先设定的线路信息及对ATC反馈的基础上, 利用从始发到站间运行、固定位置停车控制的自动运行装置, 用于支持单人司乘。利用脉冲转发器进行地点检测的车上运算方式, 来自ATO的输出, 传送到与列车控制管理装置相结合的控制装置与制动装置。动力运行、制动均按31级来控制, 固定位置停车精度为±35 cm内。在固定位置跟前停车时, 通过按下再出发按钮, 可稍微移动到规定停车位置, 同时, 与ATC组成一体, 安装在Mc1车上。

19 列车控制管理装置 (YTM装置)

YTM装置 (横滨列车管理系统) 是集中进行列车内的主要设备的控制及监视、协助乘务员工作、提高服务水平、进行设备保养的车辆用信息控制系统。除了车辆上各设备的工况监视功能外, 另有控制各设备的功能与检查功能。具有可以实施重要设备月检查等级的车上试验功能。附加了符合运转状况的记录功能, 可按每0.2 s记录最近30 h内的以下信息:主控制器手柄位置、速度、ATC信号、车门开关等信息。

B型铝合金地铁车辆车体制造工艺 篇3

1 车体结构

B型铝合金地铁车辆车体分为头车和中间车2种结构。车顶采用大平顶结构,每侧侧墙有4个客室门,头车增设司机室门,头车4个窗口(含1个小窗),中间车5个窗口(含2个小窗),车顶两端均设置端门,车顶、侧墙、底架均采用中空挤压铝型材结构,端墙采用铝合金板梁结构。车体为薄壁筒形轻型整体承载铝合金全焊接结构,底架、侧墙、端墙及车顶均承受载荷。车体静态纵向压缩载荷大于800 kN,车体静态纵向拉伸载荷大于640 kN。车体长度:头车19 570 mm(中间车19 000 mm);车体最大宽度:关门时2 834.14 mm(开门时2 858.14 mm);车体高度:3 790 mm(不含空调机组时高3 690 mm)。

1.1 车体总体结构

车体由底架、侧墙、端墙、车顶和司机室等部分组成。整个车体轮廓为筒形断面(见图1),能够充分利用限界并且有较强的承载能力。为了给车下部件提供安装接口,在底架下面设置了12排C型槽。车体采用大平顶结构,此种结构方便车顶设备布置,简化工艺过程;侧墙窗口下方设置了2个C型槽用于座椅的安装;侧顶上2处局部厚度加厚用于门机构的安装,车顶上设置了6排C型槽,用于内装骨架和设备的安装及固定。

1.2 车体材料选择

车体采用轻型高强度铝合金材料。所有型材采用6005A-T6,根据强度计算情况来选择板材的材料,高应力区选用6082-T6或7020-T6,低应力区选用5083-H111,所使用的铝合金其强度数据满足欧洲标准 EN 755-2要求,热处理工艺满足DIN EN 515标准的规定。

2 车体工艺流程

车体工艺流程如下:落底架组成→组装侧墙组成→组装车顶组成→组装门框柱→组装端墙→点固焊→焊接、铆接→调修→安装车体附件→焊接→检测→调修→落车交验。

车体总组成胎位在现有高速车车体组成胎位上改制,预制15 mm挠度,在底架边梁上划出门口中心线和窗口中心线。组对分块侧墙的顺序是先组对I、II位端侧墙单元,以窗口中心为基准,依次组对其他侧墙单元,侧墙位置调整好后用支承固定侧墙单元,侧门口用夹具定位组装。调整车体内轮廓,并保证侧墙上部直线度全长在3 mm以内。安装车顶,以门口中心为定位基准、兼顾两端与端角柱外侧面尺寸一致。组装端墙,门口按对中装车,上部与车顶端头配合处需现车进行研配。

3 车体设计技术要求

车体组焊完成后需满足以下设计技术要求:

(1)车体长度偏差为(-4,+6)mm;

(2)车体内高偏差为(-5,+5)mm;

(3)车体内宽分上、中、下3处,测量偏差均为(-3,+3)mm;

(4)车体横断面对角线之差不大于5 mm;

(5)侧墙板平面度为2 mm/m,不允许有硬伤或局部凹凸不平现象;

(6)端墙板平面度为 3 mm/m,不允许有硬伤或局部凹凸不平现象;

(7)窗口下边至底架边梁高度偏差为±2 mm,同一窗口下边两头高度差不大于2 mm;

(8)侧墙窗口周边直线度为1 mm;

(9)塞拉门门框宽度公差为(0,+2) mm,高度偏差为(0,+3) mm,对角线偏差为 3 mm;

(10)枕梁中心以外,牵引缓冲梁上挠或下垂不大于4 mm;

(11)车体组成后,车体挠度公差范围为9～13 mm,(以中部向上凸为正值),I、II位侧在同一横断面位置测量,其挠度值差小于4 mm;

(12)车体在正线上测量,四角高度差小于5 mm,左、右倾斜小于10 mm;

(13)车体焊接执行EN 15085标准;

(14)车体所有外部焊缝一般应满焊,个别难以施工处需涂密封胶;

(15)车体关键部位焊缝须进行探伤处理,包括底架所有焊缝,侧墙窗口上、下焊缝,侧墙和边梁之间焊缝。

4 车体制造工艺难点

(1)端墙平面度装配组焊后超差问题;侧墙与底架、车顶外侧焊缝出现错口,影响外观的问题。必须控制焊接变形,保证车体整体尺寸符合图纸设计要求;

(2)车体挠度不好预制;

(3)门口尺寸、门中心间距很难控制;

(4)车体四角高度超差问题;

(5)车体断面尺寸很难控制。严格保证大部件总体尺寸非常重要,焊接时合理安排焊接顺序,控制热输入量,减小焊接变形影响;

(6)保证铝合金车体结构焊缝的质量达到设计等级。铝合金车体的使用寿命主要取决于结构焊缝的质量,微小的焊接缺陷可能对车体的寿命带来不可估量的影响。

5 车体制造工艺及保证措施

B型铝合金地铁车辆车体是全焊接结构。按照图纸设计要求,焊接要求执行EN 15085焊接质量控制标准。车体结构主体材料主要为:EN AW-6005A-T6、EN AW-7020-T6、AW-6082-T6、AW-5083-H111;采用熔化极惰性气体保护焊 MIG, 选用⌀1.2 mm的ER 5087焊丝(AlMg4.5MnZr),焊接保护气体选用二元混合气体(70%Ar+30%He)。

车体组焊必须在具有足够刚度能够控制焊接变形的焊接工装内完成。焊接环境要求温度不得低于18℃,空气相对湿度不得高于60%。焊接厚度大于8 mm以上的铝板时,焊前须预热,预热温度控制在80～120℃,层间温度不高于120℃,这样才能有效地控制焊接变形,保证材料的熔透性。

5.1 焊缝出现错边的解决措施

侧墙与底架、车顶外侧焊缝焊接完成后容易出现焊缝错边,影响外观。解决措施:①严格保证大部件(重点是侧墙)型材插口的直线度,不合格应调直再上车;②工装夹紧时应避免错口,逐段调整好然后焊接点固;③焊接时要采用合理的焊接顺序和焊接规范,避免焊接过程中焊接应力导致错口超标。总体上先焊接外侧,再焊接内侧,尽量减小局部短时间内热输入量过大。

5.2 车体挠度预制解决措施

车体组焊后挠度a要求:9 mm≤a≤13 mm,为保证整个车体焊接完成后符合设计要求,挠度预制量非常关键。解决措施:依据以往B型地铁车辆车体制造经验,在工装上预置合理的挠度(a=15 mm),利用水准仪精确测量各支撑面的高度差,在门口处设置下拉横梁,保证底架与支撑紧贴。

5.3 门口尺寸及门中心间距控制解决措施

门口尺寸、门中心间距很难控制,控制不好容易造成门口过小、门中心间距偏移、侧墙“迈步”等问题。解决措施:底架和车顶整体放长量尽量按照公差上限控制,底架边梁和车顶边梁上的门口间距加工时增加1 mm,分块侧墙的长度公差为(-2,0)mm,排列侧墙时根据侧墙长度情况将门口尺寸控制在(0,+1)mm公差范围内,这是考虑到侧墙随着车体整体长度有一定收缩后,能保证门口宽度尺寸在(0,+2)mm之间,相邻两门口中心线间公差在±2 mm之间。

5.4 车体四角高度超差问题

车体四角高度超差会造成后续车辆组装后重心偏移。解决措施:①对车体附件胎各支撑进行测量并调平;②将车体吊运至调平附件胎位上,对车体四角进行检测,其结果为1位角7 mm;2位角1 mm;3位角0;4位角7.5 mm;③对该车体1、4位角进行火焰调修底架边梁与地板连接焊缝,调修按铝合金调修工艺规程执行;同时调修中对该处边梁进行下拉;2 h后卸下下拉装置进行测量,检测数值不符合要求再按上述方式进行调修直至合格。

5.5 车体断面尺寸控制解决措施

车体断面尺寸控制不好,会导致整个车体外轮廓尺寸超差,影响车体交出。解决措施:①通过电子检测尺精确测量,在合适位置设置足够的拉杆和撑杆进行控制,增加定位精度和强度;②严格保证大部件总体尺寸,并在车顶和侧墙高度方向上留出一定的焊接余量,减小总组成工序车体断面上内外侧8条焊缝横向收缩的影响;③焊接时合理安排焊接顺序,控制热输入量,减小焊接变形影响;④车体出胎后如果尺寸超差进行局部火焰调修。

5.6 车体焊接质量保证措施

EN 15085焊接体系标准对轨道车辆制造企业的焊接过程进行了全面的规范和要求。B型铝合金地铁车辆车体设计结构等级符合EN 15085标准 CL 1级,焊缝质量等级主要为CP C2级,牵枕缓结构中枕梁下盖板24V焊缝、钩缓组成16V焊缝、牵引梁与车钩板连接处18V焊缝的焊缝质量等级为CP C1级。按照EN 15085标准,CP C2级的焊缝,其焊缝检验等级要求CT3级,要求进行100%外观检测(VT)。CP C1级的焊缝,其焊缝检验等级要求CT2级,要求进行10%内部检测(RT或UT),10%表面检测(PT),100%外观检测(VT)。车体的焊缝检测就是按照上述标准要求执行控制的。

B型铝合金地铁车辆车体的焊接要求焊工不仅要具有ISO 9606-2国际焊工资格证书,还要求通过车体大线专机自动焊接工作试件和车体组焊手工焊接工作试件的考核,使焊工在实际焊接生产过程中具有足够的水平来保证整个车体的焊接质量。图2为焊接完成后交验合格的B型铝合金地铁车辆头车车体。

6 结束语

B型地铁车辆间电缆跨接线长设计 篇4

关键词：车辆跨接,电缆,定长

1概述

车辆间跨接电缆是实现列车车辆间供电、网络通信、列车控制功能的关键组成部分, 其重要性不言而喻。车辆间跨接形式具体为在车端两侧分别设置1个分线盒, 跨接连接器插座安装于车辆端部的分线盒上, 插头与跨接电缆组件通过电缆夹紧件安装于另外一辆车的分线盒上; 车辆连挂时将连接器插头对插到另一辆车的插座上 ( 见图1) 。传统的车钩带电钩箱式跨接电缆定长为在施工时通过摆动车钩模拟跨接电缆运动情况来确定跨接电缆长度, 此定长方法可操作性较强, 比较容易实现。车辆间直接跨接电缆在施工时无法将2辆车直接连挂模拟车辆运动来确定跨接电缆长度, 因而需要寻求一种方法, 在设计阶段就确定好跨接电缆长度, 方便现场施工。本文主要介绍基于数据分析及三维模型模拟的来确定电缆长度, 以解决车辆间跨接电缆定长困难问题。

2跨接电缆长度设计

车辆在地铁的线路上运行时要求车辆间跨接电缆有较好的曲线通过能力, 要求通过最小曲线半径时两相邻车端外侧距离最大时电缆不受拉力, 内侧距离最小时电缆最低点不超过车辆的最低限界要求, 因此两个因素决定跨接线缆长度, 即车辆在车端跨接电缆处的最低限界, 相邻车辆外侧距离最大时, 电缆在不受拉力情况下的最小值。

2. 1车辆车端处限界

依据车体竖向向下偏移量计算公式及典型B型车车体竖向向下位移量参数, 计算车辆在车端区域限界要求。典型B型车车体竖向向下位移量参数见表1。

车体竖向向下偏移量计算公式:

依据表1参数计算得出B型车车辆在车端区域限界值 △YBPd。该参数作为跨接电缆长度运动时最低限界要求基准, 跨接电缆运动时最低点不能超过该限值。

2. 2跨接电缆定长

跨接电缆长度主要由车辆运动状态, 车辆限界条件决定。 依据地铁车辆运动图, 分析相邻两辆车在车场线110 m曲线轨道入口位移、轨道位移、110 m - 3 m - 110 m的S曲线轨道三种车辆的运动状态。在三种车辆运动状态下对应的车钩无变化、 车钩压缩50 mm、车钩拉伸40 mm工况下车辆跨接直线距离 ( 具体参数见表2) 。通过这些数据得出平面图中相邻车端跨接电缆固定点间最大距离为车场线110 m曲线轨道位移时车钩拉伸40 mm工况; 相邻车端跨接电缆固定点间最小距离为车场线110 m曲线轨道位移时车钩压缩50 mm工况。对平面数据进行三维模拟分析, 以确定电缆的长度。

依据以上平面数据分析, 以最大拉伸状态下来确定波纹管所需最小长度, 最大拉伸状态为车场线110 m曲线轨道, 车钩拉伸40 mm。在三维建模中, 将连挂的车钩间距离增加40 mm, 以车钩转动轴点旋转车体, 以达到模拟车辆在110 m曲线轨道, 车钩拉伸40 mm的相邻车辆间的运动状态。最大拉伸状态下跨接线缆三维模拟图如图2、图3所示。

对拉伸状态下的三维模拟数据分析, 两个固定点间波纹管接近拉伸到极限程度, 此时波纹长度L1。基于此长度模拟相邻车端跨接电缆固定点间最小距离情况下电缆下表面距轨面高度。

基于平面数据分析, 相邻车端跨接电缆固定点间最小距离为车场线110 m曲线轨道位移时车钩压缩50 mm工况。在三维建模中, 将连挂的车钩间距离减少50 mm, 同时以车钩转动轴点旋转车体, 以达到模拟车辆在110 m曲线轨道, 车钩压缩50 mm的相邻车辆间的运动状态。最小压缩状态下跨接线缆三维模拟图如图4、图5所示。

通过三维分析, 车辆在110 m曲线轨道, 车钩压缩50 mm的相邻车辆间的运动状态, 跨接电缆最低点距轨面H1。依据车辆正常运行限界要求H1 > △YBPd。

考虑到现场生产工艺的制造误差等因素, 为方便检查施工完成后的跨接电缆长度是否满足设计要求, 有必要模拟出车辆在自然状态下跨接电缆距轨面高度, 以方便对施工结果的检验。

自然状态下, 相邻车辆无相对运动, 车钩无拉伸压缩; 在三维模拟中设置波纹管为L1长度。三维模拟图如图6、图7所示。

自然状态下波纹管最低点距轨面H2, 在车辆完成编组连挂后, 可依据此高度值对跨接电缆长度进行检验核对。

3结语

本文给出了车端跨接电缆长度确定的设计方法, 为后续跨接电缆的设计提供一定的参考。

参考文献

[1]EN50343-2003:铁路应用机车车辆布线规则[S].

A型地铁车辆 篇5

1. 材质的区别

(1) 承插型盘扣式钢管支架的主要构配件和材质

1) 承插型盘扣式钢管支架的构配件除有特殊要求外, 其材质应符合现行国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T1591、《碳素结构钢》GB/T700以及《一般工程用铸造碳钢件》GB/T11352的规定, 材质和允许偏差应符合表1、表2规定。

2) 连接盘、扣接头、插销以及可调螺母的调节手柄采用碳素铸钢制造时, 其材质机械性能不低于现行国家标准《一般工程用铸造碳钢件》GB/T11352中牌号为ZG230-450的屈服强度、拉伸强度、延伸率的要求。

(2) 扣件式钢管支架的主要构配件和材质

1) 1扣件式钢管支架的钢管材质应符合现行国家标准《直缝电焊钢管》GB/T13793或《低压流体输送用焊接钢管》GB/T3092中规定的3号普通钢管, 其质量应符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700中Q235-A级钢的规定 (如表3) 。

2) 扣件式钢管支架应采用可锻铸铁制作的扣件 (见表4) , 其材质应符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》GB15831的规定, 应用其它材质制作的扣件, 应经试验证明其质量符合该标准的规定后方可使用。钢管支架采用的扣件, 在螺栓拧紧扭力矩达65N∙m时, 不得发生破坏。

(3) 碗扣式钢管支架的主要构配件和材质

1) 碗扣式钢管支架的钢管材质应符合现行国家标准《直缝电焊钢管》GB/T13793-92或《低压流体输送用焊接钢管》GB/T3092中Q235A级普通钢管, 其质量应符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700规定 (如表5) 。

2) 上碗扣、可调底座及可调托撑螺母应采用可锻铸铁或铸钢制造, 其材料机械性能应符合GB9440中KTH330-08及GB11352中ZG270-500的规定。

3) 下碗扣、横杆接头、斜杆街头应采用碳素钢铸造, 其材料机械性能应符合GB11352中ZG230-450的规定。

(4) 三种类型钢管支架的对比

1) 重量对比

均以3 m长为单位考虑综合杆件, 按1.5 m步距两道水平约束, 每步节点处均按“十”字水平约束进行计算, 扣件式每步增加2个直角扣件重量, 即G扣48=11.52+1.35×4=16.92 kg;碗扣式每步增加1个上碗扣, 即G碗48=16.48+0.5×2=17.48 kg;盘扣式3 m自重包括2个圆盘重量, 即G盘48=14.65 kg (G盘60=18.4 kg) , 结论为同规格:G盘﹤G扣﹤G碗;因此具有重量小易搬运特点。

2) 立杆受力分析

均不组合风荷载时, N≤ƒφА

根据λ1=l0/iQ345 (60) =1.5 m/2.01 cm=75;查φ=0.672值

注:因扣件式和碗扣式立杆钢管参数一致, 因此, 此处仅对扣件式钢管与盘扣式两种立杆形式进行对比。

根据以上对比分析, 当立杆外径相同时, 单根竖向承载力盘扣式略占优势, 而当盘扣立杆采用60系列时, 单根承载力效果明显增加 (见表6、表7) 。

3) 节点连接方式

(1) 盘扣式节点连接方式, 如图1所示。

(2) 扣件式节点连接方式, 如图2所示。

(3) 碗扣式节点连接方式, 如图3所示。

根据以上节点连接方式来看, 扣件式最为稳固, 但是考虑到要靠力矩扳手对螺母是否拧紧进行不小于40 N·m检验, 实际操作和检查难度大, 可操作性不强, 并且抗滑能力小于碗扣式和盘扣式;碗扣式节点连接形式克服了扣件式抗滑和目测不能检查连接稳固的缺点, 但是, 在上扣碗是否扣好, 限位销是否发挥作用验收时要逐一进行排查, 否则, 架体在受到施工荷载晃动时, 可能导致上碗扣脱离限位销而造成架体失稳;盘扣式节点连接方式选用连接圆盘不仅避免了上述抗滑和脱离扣碗的缺陷外, 而且采用了重力式承插型楔形插销, 既可以直观目测插销是否自锁, 并且在架体晃动时重力式插销会越扣越紧, 同时水平方向杆件可以360°连接和约束, 增加了支撑体系的整体稳定性。

(5) 稳定性及操作灵活性对比

1) 盘扣式稳定性试验及计算

参考《新华维盘销式钢管支架施工安全技术规程》表B7新华维盘销式钢管支撑架承载力试验结果。根据北京新华维盘销式钢管支撑架承载力试验报告显示:5层8 m承载力为752 KN, 单个按1/4并且取2.0倍的安全系数, 单根Rd=752 KN/4/2=94 KN。

2) 扣件式、碗扣式稳定性结果及参数

扣件式、碗扣式稳定性结果及参数分别来自中国建筑工业出版社出版的《施工手册第四版缩印版本》第241页表5-89普通钢管支架的稳定承载力Rd (KN) 和第242页表5-91碗扣式钢管支架设计和试验承载能力的比较。

由于三种形式模板支架荷载组合效应相同, 构造要求基本相同, 并且, 通过PKPM对扣件式、碗扣式进行类似体系模拟验算的逆运算也得出相同结论。因此, 根据对比整体稳定性结果为:Rd碗﹤Rd扣﹤Rd盘。

3) 操作性

根据2.1.4.2节各种支架的节点连接形式来看, 明显盘扣式施工便捷、高效, 同时, 减少了手动工具的使用, 降低了人为因素导致的不安全因素。立杆承载能力强、间距大, 操作人员便于操作搭设效率明显提高。

三、实现的效益

1. 技术先进

通过在上盖地铁车辆段工程中对盘扣式模板支架的应用, 以及和传统模板支架的对比, 盘扣式脚手架构件规格齐全, 可根据荷载及需求空间灵活选择立杆规格, 搭设模数满足不同空间需要, 受力结构简单, 能独成体系。并且配有可长度可拆接嵌木铝合金龙骨, 既满足了大跨度主龙骨承载力要求又节能环保可重复使用, 生产结构、生产技术、施工工艺均处于目前脚手架行业领先水平。

2. 安全受控

通过上盖地铁车辆段工程三种模板支架的使用和对钢管支架行业的了解, 并结合目前市场各种钢管支架生产、销售、租赁的现状分析, 盘扣式钢管支架均由专业企业经营, 构件的材质、管径、壁厚均受控, 加工制作;构件下料精度、焊接质量、镀锌厚度均优于其它形式, 施工人员均由专业技术人员进行培训并持有特种作业的人员进行搭设, 从施工角度来讲, 具有搭设质量有保证, 施工安全受控的优点。

3. 施工效率高、节约成本

(1) 施工效率对比

通过在北京地铁上盖车辆段工程中对盘扣式、扣件式、碗扣式模板支架人工搭设效率的对比, 盘口式模板支架搭设高度9.5 m, 立杆间距1.5×1.5 m;碗扣式、扣件式搭设高度9.5 m, 立杆间距0.9×0.9~1.2×1.2 m, 搭设完成均要求验收合格具备下道工序施工条件。根据对比, 架体高度在3 m以内时, 三种模板支架搭设效率盘扣式略优于另外两种, 但是, 当架体搭设高度超过3 m后, 盘口式效率明显高于其它。根据统计, 在本地铁车辆段上盖工程中, 盘扣式人均每天可搭设完成150~180 m3、碗扣式70~100 m3、扣件式50~90 m3, 通过对比体现了盘扣式搭设效率优势明显。

(2) 成本情况对比

根据对上盖车辆段工程40万立方盘扣式模板支架和20万立方碗扣式模板支架所花费的租赁费、人工费、运输费、材料损耗费、管理费等进行测算分析, 三种架体费用基本在0.50~0.55元/m3∙天, 但是, 从节约工期方面来看, 类似单层上盖车辆段工程实际应用中, 盘扣式模板支架体系从搭设到拆除历时约50天, 而另外两种均超过75天。经综合成本对比分析, 盘扣式模板支架在高大模板支撑体系施工时能节约工期越1/3, 节约了管理成本投入。

四、承插型盘扣式模板支架优化建议

1. 标准化垫木

目前, 模板支架在搭设时, 要求必须进行基底处理和基座支垫, 垫板一般使用木跳板、组合模板方木、枕木等。由于垫板大多属于木质材料, 质量水平参差不齐。在使用过程中容易受到雨水浸泡、机械碾压等外因导致损坏, 常常令施工单位因损耗大而苦恼。因此, 建议采用成本低、强度高、不易腐蚀的塑料、橡胶或树脂产品作为垫板的新型材料, 从而使钢管支架的系列产品专业化、产品化。

2. 完善杆件系列

(1) 加固杆件

通过对盘扣式模板支架的使用发现, 在模板工程梁、板和柱子分开浇筑混凝土时, 在架体和柱子进行整体稳定性连接加固时, 没有此系列杆件, 仍需通过扣件式构件进行组合加固, 因此建议需增加考虑此部分的设计和完善。

(2) 龙骨多样化

目前, 市场上盘扣式模板支架的大跨度主龙骨基本类型有工字钢、槽钢、嵌木铝合金梁、大截面方木等, 通过施工发现工字钢、槽钢重量施工难度大, 还需借助起重设备等进行配合;嵌木铝合金梁轻便、灵活, 但成本高易损坏, 赔偿费用惊人;方木重量轻、操作方便、灵活, 但工人切割随意、浪费大, 不易管控。因此建议结合目前市场上其它行业采用的树脂龙骨、工字木龙骨等进行多样化设计和开发。

五、结语

经过在北京地铁上盖车辆段工程高大模工程对三种支撑体系的使用以及对目前市场模板支撑体系的了解, 结合多年的施工经验, 在此仅对三种支撑体系的材质、受力、稳定性、安全控制方面进行了简要的阐述。近些年来, 因模板支撑体系出现问题导致的坍塌事故时有发生, 目前国内整个钢管脚手架租赁行业行为不十分规范, 构件质量和现行规范要求相差甚远, 加之操作人员培训教育、操作水平参差不齐等因素都是导致事故发生的主要原因。笔者就上盖地铁车辆段工程这种可以用“胖柱肥梁”来形容主体结构截面尺寸之大的典型高大模板支撑体系, 作为工程实例进行对比分析, 阐述了盘扣式模板支撑体系比传统支撑体系的优势所在。但从力学分析、材质保障、功效提高、节约成本、操作水平、市场前景等方面, 笔者还需进一步的研究和探索。

参考文献

[1]JGJ162-2008, 建筑施工模板安全技术规范[S]

[2]JGJ231-2010, 建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程[S].

[3]JGJ130-2001, 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程[S].

[4]JGJ166-2008, 建筑施工碗扣式脚手架安全技术规程[S].