摘要：本文主要介绍了广州市轨道交通十三号线车辆顶棚结构设计理念、特点，选材依据，并通过静强度试验验证了车辆结构设计的合理性。
关键词：顶棚结构；静强度；铝型材
1 前言
广州市轨道交通十三号线车辆是国内第一条8编组A型铝合金车辆，载客量达到每列车3456人，也是中车大连公司第一次设计生产A型铝合金地铁车辆。
1.1 车型及编组
车型 Tc车—带司机室拖车
Mp车—带受电弓动车
M 车—不带受电弓动车
列车编组 八节编组，六动两拖
八节编组设有三台受电弓
编组形式 -Tc＋Mp＋M＋Mp = M＋M＋Mp＋Tc-
（-：全自动车钩，=：半自动车钩，+：半永久牵引杆）
1.2 车辆基本参数
1.2.1 车辆长度（车钩连接面之间长度）
Tc车 约24400mm
Mp、M车 约22800mm
八节编组（包括车钩） 约185.6m
车体外部最大宽度/地板面处宽度 3000mm
1.2.2 运行速度 100km/h
1.2.3 载客量
座席载客量AW1 56座/辆， 448人/列
定员载客量AW2（6人/m2） 310人/辆，2480人/列
超员载客量AW3（9人/m2） 432人/辆，3456人/列
2 顶棚铝结构材料选择
顶棚铝结构主要由中顶，侧顶，空调平台，废排安装座，天线安装座，司机室安装梁组成。
2.1 材料选择
顶棚整体由6系铝型材和5系板材构成，6000系列主要含有镁和硅两种元素，故集中了4000系列和5000系列的优点，适用于对抗腐蚀性、抗氧化性要求高的应用环境。可使用性好，接口特点优良，容易涂层，加工性好。同样机械加工用铝合金板5系列的铝、镁合金，是一种中等强度，耐腐蚀性好、焊接性良好的铝合金产品，从薄板到厚板被广泛使用。
中顶、侧顶、空调平台及司机室安装梁均采用6005A-T6铝合金，具有中等强度，良好的塑性、抗腐蚀性、焊接性及加工成形性，综合性能优良，主要用于制造焊接结构件。废排安装座、天线安装座采用5083-H111板材制成，具体参数见表1。
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图1
1-司机室安装梁 2-天线安装座 3-中顶组成（一） 4-废排安装座 5-空调平台组成 6-侧顶组成 7-中顶组成（二） 8-中顶组成（三）
3 顶棚铝结构部件组成
顶棚是车辆的吊装结构，除了要承受空调机组和受电弓等部件的重量，还要承载整个车顶内部吊挂、安装设备的重量，包括中顶，扶手，电器柜等都需要从顶棚上出小件连接。因此顶棚结构设计的合理性将直接影响内部设备的吊装安全性。
同时，顶棚还需要具备良好的排水能力，保证雨水不会存留在顶棚上，导致车辆运行过程中积水流至窗户上。
3.1 空调平台组成
空调平台的主要作用是安装空调系统，并且保证风能顺利的从车顶空调系统吹入风道内，焊接空调排水槽时，保证空调冷凝水和雨水的顺利排出。具体结构如图2所示。
空调平台主体由五块平台型材拼焊而成，平台上焊有空调安装座，安全吊座，回风口组成，排水槽。由于广州地铁十三号线车辆空调机组整机的重量设计在850kg左右，为了保证重量的分配均匀及重心的位置合理，在空调平台上设计8个安装座对应空调机组上的8个减震器，用以减轻运行过程中空调振动产生的影响。
空调平台上设置了4个安全吊座，检修人员在检修空调机组时，可将安全带固定在安全吊座上，以保证检修人员登顶作业的安全；另外安全吊座采用对称布置的设计，保证在顶棚合成作业时吊装空调平台。
广州地铁十三号线车辆空调机组的制冷量为42kw，因此冷凝水的排放量较大，为防止出现冷凝水在车顶积聚现象，在空调平台上设置4个排水槽，充分满足冷凝水的排放需求，保证空调机组的正常运行。
广州地铁十三号线车辆空调机组采用端送风端回风的方式，因此回风口的压接不同于以往在平台上直接开孔，通过密封槽密封的形式，而是采用了全新的斜向风口压接形式。此种压接可减少通过转接件将空调风口和空调平台连接时配合不好的风险，空调的风口将直接压接在回风口组成上，如图3所示。同时，为了保证机组压接时的强度，回风口组成设计成框架结构。
由于空调平台为下凹式设计，在车辆顶棚合成时，空调平台和中顶组成存在高度差，所以在空调平台的两侧设计了2个随弧顶形状的堵板，合成时，堵板和中顶组成焊接在一起（如图4），保证整个顶棚的密封性。
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图2
1-空调安装座 2-安全吊座 3-排水槽 4-平台型材（一） 5-平台型材（二） 6-平台型材（三） 7-回风口组成 8-堵板
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图3
1-压接胶条 2-空调机组 3-回风口组成
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图4
1-中顶组成 2-空调机组堵板
3.2 中顶组成
每块中顶都是由5块中顶型材拼焊而成，中顶型材上带有滑槽，因此在中顶组成上，每个滑槽将铣出不定数量的工艺口，便于后期小件安装时使用。
同样的，为了便于安装天线安装座和废排安装座，保证上述两种结构和车内的连通，在中顶上将相应的开出匹配大小的安装孔。
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图5
1-中顶型材（一） 2-中顶型材（二） 3-中顶型材（三） 4-工艺豁口 5-废排安装座豁口 6-天线安装座豁口
3.3 废排安装座
废排安装座采用翻边式设计，保证安装废排时，操作人员方便固定螺栓。下部的箱体通过中顶上的开口深入至车顶内部，保证废气的顺利排出。
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图6
1-废排装置 2-废排安装座
3.4 天线安装座
根据天线厂家的要求，此项目的天线安装座设计为圆筒形安装座，不同于以往项目天线安装板+天线安装筒的型式，广州地铁十三号线车辆顶棚上安装的天线安装座设计成2个天线安装板+密封胶条+天线安装筒形式，以上零件通过螺栓连接，这种设计的好处在于维修天线时，无需再从车顶内部操作，在外部即可卸下螺栓，抬起天线进行维修。
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图7
1-天线安装筒 2-天线安装板（一） 3-密封胶条 4-天线安装板（二） 5-沉头螺母 6-盘头螺钉
3.5 侧顶组成
侧顶组成由2块侧顶型材和1个侧悬梁组焊而成，侧顶型材上带有雨檐结构，雨水落到顶棚上，滑入雨檐内，雨檐端部设置排水管，保证不会发生雨水飞溅的现象。
侧悬梁的设计则是为了支撑空调平台，在空调平台安装时，需安装在侧悬梁上，保证空调平台的平稳可靠。
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图8
1-侧顶型材（一） 2-侧顶型材（二） 3-侧悬梁 4-雨檐
4 静强度试验
首列车生产结束后，对广州地铁十三号线车辆的铝车体进行了静强度试验，试验表明，车体结构满足设计要求，符合EN12663标准。
5 结论和建议
广州市轨道交通十三号线车辆的顶棚结构设计合理，作为公司第一个A型铝合金车体结构，此设计借鉴了以往项目的诸多经验，并对很多问题作出改正，此项目也对后续车辆的设计起到了良好的借鉴作用。
参考文献:
[1]贺小龙等.基于轻量化及刚度的铝合金车体承载结构参数选择研究[M].铁道学报，2006
[2]雷成.地铁铝合金车体的结构设计和强度分析[M].机车电传动，2016