摘要:车体是车辆的主要结构部件之一,主要由底架、侧墙、顶盖、司机室、端墙等大部件组成。其主要功能有:承载乘客,传递牵引和制动力,隔离气候环境及噪声影响,提供各种设备的安装基础,以及抵抗车辆运营过程和发生意外碰撞的冲击力和横向力等。公司城轨车辆产品平台的车体采用的是整体承载全焊接铝合金结构,是不可拆卸的整体产品。
关键词:模块化设计;轨道车辆;车体:应用
1引言
车体的断面设计考虑了不同的车型平台(A/B型)、车辆整体外形(直/鼓型)和客室车门类型(塞拉门/内藏门)的影响,根据转向架、空调、贯通道、座椅、窗户、内饰地板等主要安装接口要求以及车体自身结构强度,确定了车体断面的大体参数,型材筋板的板厚及分布,型材自带的C型材位置等。通过底架边梁、顶盖边梁等个别型材的调整,把底架地板、侧墙板、空调底板等大型拼焊组件的轮廓尺寸统,减少了型材种类。在车体型材设计的通用性方面,基本实现了最大程度地借用率。
2模块化设计目的和优点
模块化设计的目的是以尽可能少的品种、规格的.模块组合成尽可能多的各种规格的产品,以满足用户的个性化需求凹。轨道车辆的模块化设计的最终目的是将车辆划分为相对独立的、能单独进行完整预组装的模块,然后将这些模块组装成一辆完整的车辆川。对车辆进行模块化设计具有以下优点:
2.1 易于优化组合。可以通过模块的组合使车辆适应不同地域、不同档次的要求。
2.2 车辆装配过程简单,生产效率大大提高。
2.3 车辆的后续维保工作简单,对车辆的技术改造和模块升级容易实现。
2.4 各模块可以进行世界范围内的精细分工,有利于各模块系统的快速升级换代。
3车体模块化设计的实施
模块化是通过分解、集合手段,把复杂系统分解为相对独立的具有特定功能的模块,再通过标准的接口把各独立的模块联结为一个完整系统的过程。车体模块化设计的核心工作是对车体产品进行科学合理的模块划分并建立结构树;然后对车体子部件间的连接方式、设备安装接口进行简统化和标准化设计,进而固化车体子部件结构和接口界面,获得一系列车体子模块,并生成模块化图纸。为提高工程应用价值,车体模块化应同时面向设计和制造,做到设计、工艺一体化。
3.1“五化”一体设计
模块化产品特性主要有互换性、组合性、独立性和通用性,这决定了模块化设计与平台化、标准化、简统化、系列化是相互关联、相互渗透的。车体的模块化设计是以成熟的平台化车型为依托,最终又以标准化的平台车体为设计目标,通过简统化设计减少车体子模块的规格品种,通过标准化设计规范车体的结构尺寸.强度性能参数,并固化子模块间的连接界面。车体的系列化设计是城轨车辆产品适应客户定制化的潜在要求,即把功能相同而接口参数不同的车体子模块适当谱系化,形成一系列同族产品来适应市场需求。模块化作为标准化发展的高级形式,是“五化”设计在工程应用中发挥作用的关键环节。
3.2面向智能制造
智能制造技术是世界制造业未来发展的重要方向之一,产品生命周期管理系统(PLM)是公司的智能化制造框架五大平台系统之一。目前PLM最大的问题之一是缺乏面向制造的设计,它需要自顶向下的设计以及实现设计、工艺BOM的一体化。因此,车体的模块化设计要面向制造,根据其产线的加工产品、生产节拍、产线柔性等功能要求进行模块划分和管理。
4模块化设计在轨道车辆车体设计中的应用
轨道车辆车体由底架、车顶、侧墙、端墙和司机室(仅头车有)五大部分构成,由于材料不同,大致可分为铝合金车辆和不锈钢车辆．在模块化设计过程中．模块越大,经济效果越显著,但工作的难度也就越大。在模块化设计的初级阶段,建议模块的划分不要太大,但一定要有实用价值,可以选取局部的、典型的、规范的结构进行模块化。下面介绍几个模块在不锈钢车体上的应用。
4.1车顶内装吊装模块
在车顶结构设计时,按照模块化设计理论,将钢结构及附属于其上的设备统筹考虑,设计出适合各种断面、不同内装风格的结构模块。滑槽、吊座和骨架构成了一个车顶内装吊装模块.骨架又包含了顶板、风道、扶手、线管等子模块。在弯梁下设置与之焊接或螺栓连接的车长方向的滑槽,骨架在预组装顶板、风道、扶手、线管等设备后通过数个吊座固定在滑槽.上。考虑强度原因,吊座的位置一般与扶手位置对应。在原来的车顶设计中,扶手通过吊座焊接在弯梁上,扶手位置的改动必然导致车顶弯梁的位置改动,因此工装需要重新调整,浪费时间。车顶设置通长滑槽后,吊座可以在滑槽任意位置固定而不改变弯梁的位置。设置通长滑槽后,车体长度方向上的累积误差对骨架安装不产生影响,而吊座设置长圆孔可以抵消车体宽度方向.上的误差,以此来简化装配,提高效率。骨架在车下与顶板、风道、扶手、线管等进行预组装,不占用车辆总装台位,劳动强度也大幅降低。骨架由铝滑道焊接成框架,安装在其上的设备配置变化、位置变动只需要通过变换安装滑道就可实现。
4.2侧墙立柱模块
侧墙单元由立柱、墙板、窗上横梁、窗下横梁、内层.筋板等构成。墙板、窗上横梁、窗下横梁和内层筋板直接受窗户、门的大小影响,无法模块化,立柱则可形成固定模块,标准断面的车型均可使用。在立柱.上预先开好一系列六角孔和圆孔,侧墙设备安装时,根据需要选择立柱上相应位置的六角孔,通过铆螺母进行连接,圆孔则用来固定线管。这样可以取消焊接连接件.简化结构。
4.3端墙模块
端墙模块由鼓筋板、门立柱、角立柱、横梁和弯梁组成。与端墙相关的安装接口相对简单,主要有贯通道和墙板接口。整个端墙可以作为一个模块,标准断面的车型均可使用预先在立柱上开好一系列的六角孔,安装墙板时,根据需要选择相应位置的六角孔,通过铆螺母进行连.接。端墙预组装完成后,根据贯通道安装所需,在合适位置焊接垫板并比对模板攻丝,保证贯通道的安装。
4.4防爬器模块
防爬器模块由安装板、吸能梁、防爬齿以及填充于其中的吸能材料等子模块构成,吸能材料般为蜂窝铝等重量较轻、吸能较大的复合材料。安装板和防爬齿适用于各种车辆,根据用户要求的不同可以设计不同形式、不同材质的吸能梁和不同材料、不同数量的吸能材料,由此可以形成一系列的模块
5总结
城轨车辆平台车体模块化设计已积累了较好的技术基础,接下来要实现模块化设计在车体产品平台的实际应用,必须科学合理地规划并继续推进设备安装接口的简统化设计,进而完成车体子模块的标准化、系列化设计,建立车体产品的模块库。车体模块化设计对后续实现车辆总体的模块化设计具有十分重要的示范意义,将极大提高城轨车辆产品的设计和制造效率,控制企业成本,增强市场竞争力。
参考文献:
[1]吴萤。阎笑鸣。模块化设计在整车设计制造中的应用[J].铁道技术监督,2012,40(8):41-43.
[2]张永华.模块化技术在动车组的运用J.中国铁路,2014(1):74--78.
[3]官秀敏,张国芹.我国高速动车组标准化系列化探讨[0].铁道技术监督。2015.43(6):1-4.