城軌車輛車體的發(fā)展一直在追求輕量化、經(jīng)濟(jì)性和安全舒適性.城軌車輛車體由最早的碳素鋼一體化結(jié)構(gòu)車體發(fā)展成現(xiàn)在不銹鋼、鋁合金模塊化結(jié)構(gòu)車體.不銹鋼車體和鋁合金車體都具有較好的耐腐蝕性和輕量化的優(yōu)點(diǎn),適應(yīng)了城軌車輛發(fā)展的需要.我們從以上十個方面進(jìn)行比較分析綜合考慮認(rèn)為城軌車輛車輛最合適的材料為鋁合金車體.

 一、城軌車輛車體概述

    車體是車輛的主體結(jié)構(gòu),車體一方面是容納乘客和地鐵司機(jī)駕駛列車的場所,又是安裝其他車輛部件和系統(tǒng)的基礎(chǔ).因而車輛車體的材料使用結(jié)構(gòu)的選擇都關(guān)系到地鐵列車運(yùn)行的安全性、可靠性、乘車舒適性.

    按照車體所使用材料分類,一般分為碳素鋼車體、不銹鋼車體、鋁合金車體三種,早期城軌車輛車體材料一般使用碳素鋼( 普通低碳鋼和耐候鋼) ,目前城軌車輛主要使用鋁合金,使用不銹鋼車體較少.

    二、碳素鋼、不銹鋼、鋁合金車體材料的比較

    1、車體輕量化

    采用普通碳素鋼制成的車體有眾多縱、橫型材構(gòu)骨架和外包板結(jié)構(gòu),形成一個閉口的筒形薄殼整體承載結(jié)構(gòu),一般自重達(dá) 10 ~13t.為了減輕車體重量和解決車體腐蝕問題,采用了半不銹鋼( 包板為不銹鋼,骨架為普通碳素鋼) 或全不銹鋼車體,免除了車體內(nèi)壁涂覆防腐蝕涂料和表面油漆.在保證強(qiáng)度、剛度的前提下,通過調(diào)質(zhì)壓延而獲得高強(qiáng)度不銹鋼薄板,板厚減小,使的車體自重比普通碳素鋼車體減輕 l ~2t.

    鋁合金的比重僅為鋼的 1 /3,彈性模量也是鋼的 1 /3,在鋁制車體結(jié)構(gòu)設(shè)計中,車體主要承載構(gòu)件一般采用大型中空截面的擠壓鋁型材,達(dá)到最大限度地減輕車體自重.全車的底板、側(cè)墻、車頂均采用大型中空截面的擠壓鋁型材拼焊而成,與鋼制相比重量可減輕 3 ~ 5 t.

    為保證地鐵車輛不銹鋼和鋁合金車體的機(jī)械性能,結(jié)合國內(nèi)外地鐵車輛車體采用不銹鋼和鋁合金車體的運(yùn)營經(jīng)驗,以碳素鋼車體自重為基準(zhǔn),不銹鋼車體可減自重 20% 上下,鋁合金車體可減自重 40% 左右.因此在輕量化上鋁合金車體效果比不銹鋼車體更好.

    2、車體腐蝕狀況

    碳素鋼車體的雨檐周圍,門口及車窗周圍的立柱、墻板、地板等處容易被腐蝕,6 年之后要進(jìn)行局部修補(bǔ),10 年后要進(jìn)行部分改造,20 年后還要進(jìn)行大的改造.如此反復(fù)修補(bǔ)、改造,30 年后的車輛基本上報廢.

    目前的城軌車輛鋁合金車體已經(jīng)使用大型鋁合金擠壓型材.通過對運(yùn)營后鋁合金車體腐蝕情況進(jìn)行的調(diào)查表明: 雨檐、門口、窗口周圍及底架端部、車體側(cè)面的焊接熱影響區(qū)處發(fā)生了腐蝕.但和碳素鋼車體相比較,腐蝕程度很輕,對車體的強(qiáng)度不會產(chǎn)生影響,只需對車輛進(jìn)行定期維護(hù).

    不銹鋼車體具有耐腐蝕、免維修等特點(diǎn).全部采用不銹鋼材料的車體是與鋁合金車體大致在同一時期開發(fā)出來的,事實證明不銹鋼車體比其他類型的車體有著更好的耐腐蝕性.通過對在線運(yùn)營的不銹鋼車輛進(jìn)行的檢查、發(fā)現(xiàn)不銹鋼車體幾乎不需要進(jìn)行維護(hù).早期制造的不銹鋼車體目前都還在正線上運(yùn)營.

    3、制造成本

    (1) 材料成本:

    現(xiàn)在以確定了形式、大小的城市通勤車為例,因各種車的耐腐蝕性不同,分為碳素鋼涂裝車、鋁合金涂裝車、鋁合金不涂裝車( 但外表面要打磨加工) ,不銹鋼不涂裝車等幾種.

    不涂裝車由于近來對外觀的要求,也常貼上彩帶,因此不涂裝車的成本中還要包含彩帶及涂于搭接處的防水密封膠,所以用于車輛裝飾的材料費(fèi)用大致相同.僅僅從材料來講,車體的成本: 碳素鋼車體 < 不銹鋼車< 鋁合金車.

    (2) 加工成本:

    由于 SUS301L 不銹鋼材料須經(jīng)過調(diào)質(zhì)壓延加工,需要專用加工設(shè)備,所以使成本增加; 鋁合金由于采用合金元素及大型擠壓設(shè)備,也使得加工成本增加.另外加工中碳素鋼車體使用 CO2 氣體保護(hù)的弧焊和用焊條的弧焊.鋁合金車體使用 MIG 焊和 TIG 焊.不銹鋼車體使用點(diǎn)焊、MIG 焊和 TIG 焊.并且鋁合金車體跟碳素鋼車體一樣采用弧焊,為防止底架接頭處的角部產(chǎn)生應(yīng)力集中,要增加打磨加工焊縫的工作.不銹鋼車體采用點(diǎn)焊,所用焊接材料少,焊接熱量少,不容易發(fā)生變形,所以基本上不需要修整及加工焊縫.

    在考慮到上述因素影響的前提下,可以看出車體的制造成本: 碳素鋼車體制造成本最低,不銹鋼車體次之,鋁合金車體制造成本最高.鋁合金車體要比碳素鋼車體高出 70% ,不銹鋼車體要比碳素鋼車體高出 14% .

    4、 維修管理

    車體采用不銹鋼和鋁合金材料,提高了車輛的耐腐蝕性和輕量化,使車輛的維修管理及運(yùn)營更加合理化.采用耐候鋼的車輛,無法和不銹鋼相比,經(jīng)過 10 年,局部就會被腐蝕,必須進(jìn)行修補(bǔ),這樣除了修理所需費(fèi)用以外,由于車體更新會使運(yùn)營率下降,還會影響備用車數(shù)量.在過去幾十年的運(yùn)營實際已經(jīng)驗證,不銹鋼車體和鋁合金車體基本是不用維修的,所以選用不銹鋼和鋁合金車體的車輛后期費(fèi)用明顯減少.

    5、 運(yùn)營總成本

    如將碳素鋼車體制造成本定為 l. 0,則不銹鋼車為1. 14,鋁合金車( 不涂漆) 為 l. 57,鋁合金( 涂漆) 為 1. 66.但是由于碳素鋼車體檢查維修量大,其總成本明顯增加,12 年廠修時其總成本大幅上升,超過不銹鋼車.20 年時,再次大幅躍升,超出鋁合金車.所以可以看出,最初的制造成本最低,但經(jīng)過長年使用后,總成本變?yōu)樽罡?而不銹鋼車維修量很少,所以最終總成本最低.

    6、 外觀質(zhì)量

    碳素鋼車體由于不耐腐蝕,車體需要經(jīng)常維護(hù)保養(yǎng).

    車體使用一段時間后腐蝕較為嚴(yán)重,折舊嚴(yán)重,影響美觀.

    不涂裝的不銹鋼車體,由于不刮膩子、不油漆,外表不做任何裝飾,給人一種缺點(diǎn)什么的感覺; 由于外墻板很薄( 中國使用 1. 5mm) 、很光,對不平度反映過敏,只要有 0. 2mm 的凹凸,經(jīng)反光折射,肉眼就感到不舒服;尤其是薄板的點(diǎn)焊印子更是無法消除,這些密密麻麻的焊點(diǎn)是設(shè)計確定的、工藝保證的,焊點(diǎn)的排列、深度、大小的一致性都有嚴(yán)格的.

    7、 抵御磕碰、防劃傷能力

    碳素鋼車體極不容易修復(fù).鋁合金占優(yōu),容易修復(fù).不銹鋼,容易劃傷,出現(xiàn)劃痕又難以消除.

    8、對車下設(shè)備提供的安裝空間和布置方式

    碳素鋼車體各個部件質(zhì)量重,占用空間比例大,車下空間十分狹小,不方便布置車輛設(shè)備,尤其是加裝或改裝設(shè)備.

    不銹鋼車體板薄,板梁點(diǎn)焊結(jié)構(gòu),車下空間小,設(shè)備布置分散,只能用傳統(tǒng)的預(yù)留線槽線道、現(xiàn)車穿線工藝,線路、管路布置零亂.

    鋁合金車體,車下空間較大,適合于大線槽布線和空氣管路預(yù)裝配,能夠做到整體安裝,實現(xiàn)模塊化車體的要求,在車輛維修過程中比較方便哪個模塊故障則可進(jìn)行更換.

    9、能耗

    在車輛自重的排列中碳素鋼 > 不銹鋼 > 鋁合金,那么能耗則同為為碳素鋼 > 不銹鋼 > 鋁合金,在能源節(jié)能方面鋁合金占明顯的優(yōu)勢.通過數(shù)據(jù)分析鋁合金車體的運(yùn)營能耗成本明顯低于其他類型車體

責(zé)任編輯：周婭

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