城市軌道交通車輛發(fā)展及現(xiàn)狀國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u7858城市軌道交通車輛發(fā)展及現(xiàn)狀國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述 147281.1國外城市軌道交通車輛發(fā)展 153761.2國內(nèi)城市軌道交通車輛發(fā)展 2147991.3城市軌道交通車輛車技術(shù)方向 413407參考文獻(xiàn) 5城市軌道交通車體主要分為耐候鋼車體、不銹鋼車體及鋁合金車體三種。其中不銹鋼車體具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、不易腐蝕、無需涂裝等優(yōu)點(diǎn)，且其機(jī)械性能、剛度及安全性能都高于鋁合金車體，壽命周期費(fèi)用低于鋁合金車體，而且不銹鋼材料易于加工，其廢料具有高可回收價(jià)值，是一種不降低材料特性的可循環(huán)使用的材料，因而被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外的軌道車輛行業(yè)中。1.1國外城市軌道交通車輛發(fā)展從上世紀(jì)五十年代開始，世界各國都加入到了對(duì)不銹鋼車體的研究的行列當(dāng)中，經(jīng)過近七十年的研究，研究成果頗為顯著，如今軌道車輛當(dāng)中已經(jīng)遍布不銹鋼材料的身影。目前居世界領(lǐng)先水平的不銹鋼車體生產(chǎn)技術(shù)來自日本，其應(yīng)用也是最為廣泛，其不銹鋼車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)歷了半不銹鋼車體、全不銹鋼車體、輕型不銹鋼車體三個(gè)階段。東急電鐵7000系為第一代不銹鋼車輛的代表。該系列基于美國巴德公司的技術(shù)、外板采用波紋板。側(cè)墻結(jié)構(gòu)中窗下部的外板（腰板）和窗上部的外板（幕板）使用了波紋鋼板點(diǎn)焊工藝。這種波紋狀的側(cè)墻外板對(duì)熱應(yīng)變不太明顯，在縱向和橫向雖有剛性，但在剪切方向則較弱。因此，在需要傳遞剪切力的地方必須另設(shè)剪切板。東急電鐵8090系為第二代輕型不銹鋼車輛的代表。該系列是東急車輛自主研發(fā)的，其外板帶補(bǔ)強(qiáng)壓筋。為了實(shí)現(xiàn)輕量化，該系列車的外板焊道加工成平板，該結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度和質(zhì)量方面都強(qiáng)于波紋結(jié)構(gòu)，且便于清掃；列車廂內(nèi)采用單平行安裝的熒光燈和吊架座取代了雙列平行安裝的熒光燈和吊架座。到了上世紀(jì)九十年代，“質(zhì)量減半、價(jià)格減半、壽命減半”的開發(fā)新觀念由日本鐵路的（JR）東口本鐵路公司提出，東急車輛接受該觀念并開始設(shè)計(jì)，這樣第三代不銹鋼車體應(yīng)運(yùn)而生。JR東口本209系為第三代不銹鋼車輛的代表。該系列車體結(jié)構(gòu)制造采用自動(dòng)化，完全是平外板。該車型的車體結(jié)構(gòu)是為適合自動(dòng)點(diǎn)焊工藝設(shè)計(jì)的，至此開始了由歷來的手工制造轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǔ潭鹊臋C(jī)械化。該車體結(jié)構(gòu)中側(cè)墻和車頂只能采用自動(dòng)點(diǎn)焊工藝。輕量化不銹鋼車體的開發(fā)成功，標(biāo)志著真正進(jìn)入了不銹鋼車輛時(shí)代。其效果為將不銹鋼車體鋼結(jié)構(gòu)的重量降為耐候鋼車的1/2，其節(jié)能和維修費(fèi)用大大降低。而新開發(fā)車體結(jié)構(gòu)則是在2塊不銹鋼板之間嵌裝加強(qiáng)材料以組合成雙層板車體結(jié)構(gòu)，取代以往的將骨架和外板點(diǎn)焊組裝的車體結(jié)構(gòu)，三明治復(fù)合板結(jié)構(gòu)是該構(gòu)生動(dòng)形象的比喻。以板梁結(jié)構(gòu)為主的不銹鋼車輛車體結(jié)構(gòu)特別適合該三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。將該結(jié)構(gòu)應(yīng)用在軌道車輛中的方法已在德國，瑞士等眾多歐美國家中研究多年，并且已經(jīng)能在實(shí)際中應(yīng)用該結(jié)構(gòu)。無論在強(qiáng)度、隔熱性、隔噪性還是防火性等上，三明治復(fù)合板結(jié)構(gòu)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)車輛，而且輕量化方面更加突出。與以往的方式相比，雙層板結(jié)構(gòu)零件數(shù)減少、制造工時(shí)減少，若可以實(shí)用化那么第四代不銹鋼車輛將會(huì)誕生。1.2國內(nèi)城市軌道交通車輛發(fā)展上世紀(jì)八十年代，我國開始發(fā)展不銹鋼車體的工程，當(dāng)時(shí)的長春客車廠與北京鋼鐵研究總院、北方交通大學(xué)和太原鋼鐵公司聯(lián)合開展不銹鋼車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、外表面裝飾以及材料、薄板沖壓和焊接工藝開發(fā)等。我國第一代半不銹鋼車體經(jīng)過各方不懈的努力，終于得以問世。21世紀(jì)以來，我國的城市軌道交通發(fā)展很快。城市軌道投資規(guī)模有望達(dá)到8000億-10000億元。我國首批最大運(yùn)行速度1OOKm/h的B型地鐵列車，天津?yàn)I?？炀€，于2003年下線。這是標(biāo)志著我國城軌車輛技術(shù)實(shí)現(xiàn)了由碳鋼車體向不銹鋼車體的成功跨越。該車車體呈鼓形，采用整體承載結(jié)構(gòu)，首次采用SUS301L高強(qiáng)度不銹鋼材料，采用點(diǎn)焊工藝，金剛砂地板布直接粘接在鋁鋒窩地板上，頂板、圓頭及間壁做成一體，與貫通道連接。我國首個(gè)將激光焊接工藝應(yīng)用到不銹鋼車體側(cè)墻結(jié)構(gòu)中的車體，株洲電力機(jī)車，于2011年9月成功下線。這是激光焊接工藝在我國自主研發(fā)制造的輕量化不銹鋼車體制造中的應(yīng)用，在降低了車體結(jié)構(gòu)重量的同時(shí)減小了側(cè)墻變形，還使得免涂裝的車體更加美觀。我國首列輕量化不銹鋼型地鐵車輛，于2012年12月8口，在青島下線。為了提高其不銹鋼車體結(jié)構(gòu)的密閉性和整體剛度，其采用最新的激光焊接技術(shù)工藝，并進(jìn)一步提升了不銹鋼車體的內(nèi)在品質(zhì)和商品質(zhì)量。連續(xù)焊和密封焊，都可由激光焊接實(shí)現(xiàn)，不僅如此其熱量集中、焊接變形小，車體的平整度可以達(dá)到每米不大于1mm的誤差。目前，國內(nèi)外軌道交通裝備行業(yè)爭相研究和發(fā)展激光焊接技術(shù)。除了對(duì)不銹鋼車體焊接工藝的研究，在車體結(jié)構(gòu)方面也有一定的改進(jìn)。其采用內(nèi)層筋板取代側(cè)墻骨架結(jié)構(gòu)，不僅焊接工藝方法簡單易操作、焊接變形小、外形美觀，還避免了傳統(tǒng)板梁式結(jié)構(gòu)易造成強(qiáng)度、剛度分布不勻，焊接易變形等缺陷；不僅提高了側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)的整體承載能力、受力穩(wěn)定性以及側(cè)墻外表面平整度還還大大提高了生產(chǎn)效率。這種沖壓筋板結(jié)構(gòu)在不僅在側(cè)墻上得以應(yīng)用，在端墻上也得到了應(yīng)用。由青島四方機(jī)車車輛股份有限公司研制的端墻整體沖壓鼓筋外板已經(jīng)應(yīng)用于成都地鐵車體上。即使有以上種種優(yōu)勢，但用于沖壓的磨具費(fèi)用較高、沖壓筋板易增加車體自重、補(bǔ)強(qiáng)位置不夠靈活以及車輛后期維修較困難等因素，導(dǎo)致壓筋板尚沒有得到廣泛地應(yīng)用。沖壓筋板是否適合廣泛應(yīng)用還需要進(jìn)一步考察已使用這種結(jié)構(gòu)的車輛的綜合效益。業(yè)界也嘗試取消或是修改傳統(tǒng)車頂上的各種吊座，用通長的吊裝滑槽來替換，從而實(shí)現(xiàn)在車頂與車內(nèi)設(shè)備安裝結(jié)構(gòu)時(shí)的模塊化?；叟c內(nèi)裝的骨架相連接，實(shí)現(xiàn)了車頂內(nèi)裝和設(shè)備的模塊化安裝。這樣一來在提高生產(chǎn)效率和車內(nèi)設(shè)備的組裝質(zhì)量的同時(shí)，還避免了車頂?shù)拇罅亢附雍秃附幼冃?，但在安全性方面還需要進(jìn)一步論證。若可以保證安全性，這種滑槽滑塊吊裝結(jié)構(gòu)將很有可能大規(guī)模應(yīng)用于不銹鋼車體內(nèi)裝方面。目前我們通過測量車體中央位置某些特殊點(diǎn)的撓度值，來對(duì)車體剛度進(jìn)行測量，為車體結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)提供改進(jìn)依據(jù)，以達(dá)到車體剛度的的合理分布。但是該方法的測量結(jié)果與實(shí)際應(yīng)用效果相差較大，并不十分理想。因此我們對(duì)國外先進(jìn)的研究方法進(jìn)行了學(xué)習(xí)，基于靈敏度的車體剛度分析應(yīng)運(yùn)而生?；陟`敏度的車體剛度分析方法通過對(duì)車體若干個(gè)有效橫截面進(jìn)行分析，根據(jù)得到的固有屬性，對(duì)這些截面在一定載荷下的撓度進(jìn)行求解。從而對(duì)車體的整體剛度情況進(jìn)行全面掌握。通過改變有效截面尺寸或者增加單位質(zhì)量等方法，改善車體剛度薄弱的環(huán)節(jié)，使得所設(shè)計(jì)車體的結(jié)構(gòu)剛度更加合理?；陟`敏度縫車體剛度分析方法必須和有限元法相結(jié)合，通過有限元計(jì)算找到車體結(jié)構(gòu)剛度較薄弱的位置，再應(yīng)用基于靈敏度的車體剛度分析方法來改善車體剛度的分布情況。盡管國內(nèi)各大軌道車輛公司相繼投入到不銹鋼車體的研發(fā)工作，但是我國地鐵車輛車體結(jié)構(gòu)的發(fā)展仍比較緩慢。其根本原因是目前的研發(fā)主要是仿制和模擬國外技術(shù)。為了更好地消化、吸收國外技術(shù)，要求國內(nèi)的設(shè)計(jì)研究人員深入的研究和分析國內(nèi)現(xiàn)有的地鐵車輛設(shè)計(jì)、制造等方面出現(xiàn)的問題。1.3城市軌道交通車輛車技術(shù)方向2015年，國務(wù)院發(fā)布《中國制造2025》，明確大力推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域突破發(fā)展，提出圍繞先進(jìn)軌道交通裝備等10大領(lǐng)域建設(shè)制造業(yè)創(chuàng)新中心。2019年，國務(wù)院發(fā)布《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》，明確強(qiáng)化前沿關(guān)鍵科技研發(fā)；大力發(fā)展智慧交通，推動(dòng)大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合；完善科技創(chuàng)新機(jī)制。2020年三月軌道交通協(xié)會(huì)牽頭發(fā)布了《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》，定義了：中車城市軌道車輛的發(fā)展方向是智慧列車，并定量的規(guī)定了建設(shè)智慧列車的目標(biāo)和計(jì)劃。伴隨著科技的飛速發(fā)展，城市軌道交通系統(tǒng)形式選擇展現(xiàn)出愈加多樣化的趨勢。基于車輛全壽命周期內(nèi)的安全舒適、智能先進(jìn)、節(jié)能環(huán)保提出以下幾個(gè)重點(diǎn)研究的目標(biāo)：1.安全舒適：被動(dòng)防撞、主動(dòng)防撞、雷達(dá)防護(hù)、在途監(jiān)測預(yù)警、舒適性指標(biāo)；2.智能先進(jìn)：智能行車、智能監(jiān)控、智能運(yùn)維、智能服務(wù)；3.節(jié)能環(huán)保：輕量化技術(shù)、永磁牽引技術(shù)、節(jié)能型空調(diào)技術(shù)、低消耗制動(dòng)盤。下一代地鐵是科技部項(xiàng)目，國家"十二五”交通運(yùn)輸領(lǐng)域國家科技支撐項(xiàng)目，城市軌道交通的發(fā)展將會(huì)：1.實(shí)現(xiàn)列車節(jié)能15.38%；2.實(shí)現(xiàn)列車減重14.85%；3.實(shí)現(xiàn)降噪4dB；4.全碳纖維車體填補(bǔ)國內(nèi)外空白；5.車輛實(shí)現(xiàn)28項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新和性能突破。參考文獻(xiàn)[1]陳文紅，嚴(yán)曉明，周紅，等.CATIA在城市軌道交通車輛三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].智能制造，2011（7）：48-52.[2]王夢菊，吳小龍，周玥瑞.城市軌道交通一體化銜接規(guī)劃與設(shè)計(jì)探討[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2018（2）.[3]董建寧.城市軌道交通樞紐站內(nèi)外空間的高效能設(shè)計(jì)研究[D].天津大學(xué)，2004.[4]劉國漪，劉志鵬.基于ANSYS的汽車儀表板骨架有限元分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2018，47（7）.[5]張貝.GCY300-YG型城市軌道交通工程車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架設(shè)計(jì)研究[D].湖北工業(yè)大學(xué)，2019.[6]ThefiniteelementanalysisoftheautomobiledashboardframeworkbasedonANSYS[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2018，047（007）：21-24.[7]尤泰文，周勁松，任利惠，等.Optimaldesignofmodalfrequenciesforrailwayvehiclecar-bodies[J].振動(dòng)與沖擊，2017，036（008）：86-91，131.[8]王艷秋，鄭宇飛，王雷，等.軌道交通車輛轉(zhuǎn)向架模塊化配置設(shè)計(jì)方法[J].城市軌道交通研究，2020，023（004）：9-14.[9]吳勁松，范家洪，李兵，等.6850客車車體骨架及底橫梁支撐設(shè)計(jì)[C]//四川省第十二屆汽車學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2015.[10]李偉湛，楊先英，杜子學(xué).輕軌車輛車體外觀質(zhì)量設(shè)計(jì)流程優(yōu)化方法[J].城市軌道交通研究，2012（09）：112-115.[11]尤泰文，周勁松，任利惠，等.車輛整備狀態(tài)車體垂彎頻率優(yōu)化方法研究[J].振動(dòng)與沖擊，2017，08（v.36；No.292）：91-96+136.[12]全波，伍速鋒.交通系統(tǒng)的空間組織思維——改進(jìn)城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方法的思考[J].城市交通，2017，v.15；No.81（06）：1-5.[13]張小浠.客車車體骨架合裝設(shè)備分析及展望[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017，000（019）：5088-5088.[14]王怡.汽車車體骨架設(shè)計(jì)分析——以某運(yùn)動(dòng)型為例[J].工程技術(shù)（文摘版）·建筑，2016（8）：00228-00228.[15]陳文紅，嚴(yán)曉明，周紅，等.CATIA在城市軌道交通車輛三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2011，07（7）：48-48.[16]石琴，張代勝，谷葉水，等.大客車車體骨架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及其改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].汽車工程，2007（01）