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[摘 要]城市轨道交通的快速发展也带动了城市轨道交通车辆机械设计技术的飞跃发展。随着城市轨道交通事业的大力推进，地铁公司对车辆的可靠性、安全性、舒适性和可维护性提出了更高要求。轨道交通的大力发展是以对轨道车辆进行高质量的机械设计为前提的。基于此，文章就轨道车辆机械设计现状与展望进行简要的分析，希望可以提供一个借鉴。
[关键词]轨道车辆；机械设计；现状；展望
中图分类号：U266 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）05-0257-01
1.城市轨道交通车辆构成
1.1 车体
车体既是容纳驾驶员和乘客的地方，也是连接其他系统的基础，通常的组成部分有端墙、侧墙、底架、车顶、司机室、门窗等。城市轨道交通车辆的门通常指的是客室侧门，其关闭信号与牵引禁止令联锁，必须有可靠的开和关。门机构即可由气驱动，亦可由电驱动，到目前为止采用最多的是电动门。根据其安装情况和开关方式，又可分为塞拉门、外挂门以及内藏门。
1.2 转向架
该装置处于轨道和车体间，负责牵引并引导着车辆顺着轨道运行。作为保证车辆运行质量的关键部件，它的组成部位有构架、制动装置、弹簧悬挂装置和轮对轴箱装置等。
1.3 车辆电器系统
指的是车辆上各种电器设备与控制电路设备系统。
1.4 受流装置
将电流引入轨道车辆的装置，亦称作受流器。按其受流方式有五种：杆形受流器、轨道式受流器、弓形受流器、受电弓受流器、侧面受流器。
1.5 牵引缓冲连接装置
为了增强车辆纵向平衡能力，牵引缓冲连接装置一般设置在车钩后部。
1.6 牵引系统
牵引系统包括主电路系统、控制系统和辅助系统。鉴于设计理念以及遵循标准均不相同，因此各装备供应商在设备构成、控制性能，尤其是总线控制方式等方面必然存在差异。
1.7 制动装置
用来保证行驶中的轨道车辆在要求距离内停车或者按需求减速的装置。城市轨道交通车辆制动系统包括电制动系统和气制动系统。除此之外先进的电阻制动、磁轨制动和再生制动等装置也在研究开发中。
1.8 车辆设备
车辆设备分为服务于车辆运行的设备和供乘客使用的设备。前者往往不占用客室空间，安装于车顶的有受电弓和空调单元等，车下设备主要有：主控制箱、蓄电池箱、继电器箱、斩波器、接触器箱、逆变器、储风缸和空气压缩机组等。供乘客使用的设备有：空调、采暖、通风、照明、座椅、广播、扶手、吊环等等。
2.轨道车辆机械设计的现状
现代轨道车辆的设计集众多高新科学技术于一体，包括机械、电气（强电、弱电）、计算机技术、声学与光学技术领域。我国目前在轨道车辆的机械设计上面也投入极大的精力，希望将其机械设计技术不断优化，提高技术水平的同时，降低轨道车辆的建造成本。當前在轨道车辆的机械设计方面，我国也取得了不错的成就，如转向架、制动、缓冲、空调、车门等技术都处在世界前列。而如信号、制动、网络传输等等，许多方面上也在不断提高技术水平，实现技术的融合与创新。
3.以地铁车辆塞拉门门扇结构设计为例分析
3.1 门扇结构
图1为门扇结构。门扇是采用铝合金框架外加蒙皮的复合结构，厚度为32mm。框架用铝型材焊接而成，蒙皮为1mm厚的铝板，蒙皮之间填充铝蜂窝，铝蒙皮采用结构胶粘接在门页内外表面。
3.1.1 门窗
在每扇门上部设有双层中空安全玻璃的固定窗，门窗玻璃符合GB/T11944—2012中空玻璃、GB18045—2000铁道车辆用安全玻璃2个标准。内层玻璃涂有防晒保护膜，外侧玻璃与门扇外表面平齐，四周为直角。采用结构胶粘接在门页上，其承受的压力满足车辆在隧道中运行的要求。门窗玻璃设计成尽可能大的可视区域。
3.1.2 门扇强度
门扇强度满足以下要求：在门扇宽度方向距地板布面1300mm，施加一个200mm宽的1500N均匀载荷，门页的最大允许变形量不超过8mm；在车门关闭锁闭后，在门扇宽度方向距离地板布面高1300mm，施加宽度为200mm的垂直分布载荷3500N，持续作用5min，门扇无永久变形。
3.2 门扇的密封
通过门页四周的密封胶条和车体门框上安装密封框架相配合，实现车门门扇的密封。
3.2.1 密封胶条
门扇周边安装密封胶条。门扇中间装有软性防夹密封橡胶条，既能够满足车门密封要求，又能够满足障碍物检测功能的要求。所有胶条采用三元乙丙橡胶（Ethylene Propylene Diene Monomer，EPDM），能够适应气候条件的要求。胶条的使用寿命为6年，防火等级满足法国标准NFF16-101铁路车辆防火性能材料的选择的A1级或英国标准BS6853载客列车设计与构造防火通用规范[8]的Ia级。
3.2.2 密封框架
车门四周车体上安装有车门密封框架。密封框架由上部密封、左密封、右密封、门槛等部分组成，各部分配合在一起为车门密封胶条提供一个搭接面。各部分设计成可调节功能（安装位置设有调节垫片，安装孔为长圆孔），消除车体制造误差以及各部分的安装和加工误差，确保车门四周密封胶条有足够大的压缩量和搭接量，从而保证车门四周具有良好的密封性能。
3.3 EDCU模块
门控器模块和承载驱动机构分开安装到车体上，门控器模块上设有连接器，便于门控器模块和承载驱动机构接线。电子门控单元（Electronic Door Control Unit，EDCU）模块由电子门控器和端子排组成，是一个以微处理器为核心的用于控制和驱动门系统机械部分的电子门控制单元。电子门控器具有多重障碍物探测功能。端子排上插入槽贴有接线编号，能方便快捷地连接和故障检修。端子排上带有一个控制门区开关的电源开关，用于控制单个门系统的电源。
4.轨道车辆机械设计的展望
4.1 智能制造
在未来，轨道车辆的机械设计中，智能制造会占据主流。首先是（软件）信息化+（硬件）自动化=（信息物理系统）智能化。通过计算机网络技术，实现轨道车辆的自动化、智能化设计，使得车辆设计更加科学合理，安全高效。其次是虚拟现实技术的运用。通过三维建模，利用计算机的软件与硬件，实现轨道车辆机械设计的交互设计。
4.2 竞争机制
任何事物，都需要通过竞争进行优胜劣汰，从而不断促进其发展。轨道车辆的机械设计也不例外。为促进其尽快发展，应该引入竞争机制，让市场决定企业发展的方向。这样既可以促进各企业不断进行技术革新，还可以提高我国民族工业的发展与我国企业在世界范围内的竞争力。
4.3 提高零部件性能
一个桶能装多少水，不取决于最长的那块木板，而是取决于最短的木板。这在心理学中称之为木桶效应。轨道车辆的机械设计也是如此，其零部件的性能优劣直接影响到整个车辆的设计安全。这样一来，在未来使用的零件中，就必须要考察全球市场，选择最好的零件，同时学习其工艺技术，以提高自产零件的水平。在轨道车辆的机械设计上，才能做到万无一失。
参考文献
[1] 郭涛.全自动驾驶地铁车辆安全性需求分析[J].交通世界，2016，（31）：118-119.
[关键词]轨道车辆；机械设计；现状；展望
中图分类号：U266 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）05-0257-01
1.城市轨道交通车辆构成
1.1 车体
车体既是容纳驾驶员和乘客的地方，也是连接其他系统的基础，通常的组成部分有端墙、侧墙、底架、车顶、司机室、门窗等。城市轨道交通车辆的门通常指的是客室侧门，其关闭信号与牵引禁止令联锁，必须有可靠的开和关。门机构即可由气驱动，亦可由电驱动，到目前为止采用最多的是电动门。根据其安装情况和开关方式，又可分为塞拉门、外挂门以及内藏门。
1.2 转向架
该装置处于轨道和车体间，负责牵引并引导着车辆顺着轨道运行。作为保证车辆运行质量的关键部件，它的组成部位有构架、制动装置、弹簧悬挂装置和轮对轴箱装置等。
1.3 车辆电器系统
指的是车辆上各种电器设备与控制电路设备系统。
1.4 受流装置
将电流引入轨道车辆的装置，亦称作受流器。按其受流方式有五种：杆形受流器、轨道式受流器、弓形受流器、受电弓受流器、侧面受流器。
1.5 牵引缓冲连接装置
为了增强车辆纵向平衡能力，牵引缓冲连接装置一般设置在车钩后部。
1.6 牵引系统
牵引系统包括主电路系统、控制系统和辅助系统。鉴于设计理念以及遵循标准均不相同，因此各装备供应商在设备构成、控制性能，尤其是总线控制方式等方面必然存在差异。
1.7 制动装置
用来保证行驶中的轨道车辆在要求距离内停车或者按需求减速的装置。城市轨道交通车辆制动系统包括电制动系统和气制动系统。除此之外先进的电阻制动、磁轨制动和再生制动等装置也在研究开发中。
1.8 车辆设备
车辆设备分为服务于车辆运行的设备和供乘客使用的设备。前者往往不占用客室空间，安装于车顶的有受电弓和空调单元等，车下设备主要有：主控制箱、蓄电池箱、继电器箱、斩波器、接触器箱、逆变器、储风缸和空气压缩机组等。供乘客使用的设备有：空调、采暖、通风、照明、座椅、广播、扶手、吊环等等。
2.轨道车辆机械设计的现状
现代轨道车辆的设计集众多高新科学技术于一体，包括机械、电气（强电、弱电）、计算机技术、声学与光学技术领域。我国目前在轨道车辆的机械设计上面也投入极大的精力，希望将其机械设计技术不断优化，提高技术水平的同时，降低轨道车辆的建造成本。當前在轨道车辆的机械设计方面，我国也取得了不错的成就，如转向架、制动、缓冲、空调、车门等技术都处在世界前列。而如信号、制动、网络传输等等，许多方面上也在不断提高技术水平，实现技术的融合与创新。
3.以地铁车辆塞拉门门扇结构设计为例分析
3.1 门扇结构
图1为门扇结构。门扇是采用铝合金框架外加蒙皮的复合结构，厚度为32mm。框架用铝型材焊接而成，蒙皮为1mm厚的铝板，蒙皮之间填充铝蜂窝，铝蒙皮采用结构胶粘接在门页内外表面。
3.1.1 门窗
在每扇门上部设有双层中空安全玻璃的固定窗，门窗玻璃符合GB/T11944—2012中空玻璃、GB18045—2000铁道车辆用安全玻璃2个标准。内层玻璃涂有防晒保护膜，外侧玻璃与门扇外表面平齐，四周为直角。采用结构胶粘接在门页上，其承受的压力满足车辆在隧道中运行的要求。门窗玻璃设计成尽可能大的可视区域。
3.1.2 门扇强度
门扇强度满足以下要求：在门扇宽度方向距地板布面1300mm，施加一个200mm宽的1500N均匀载荷，门页的最大允许变形量不超过8mm；在车门关闭锁闭后，在门扇宽度方向距离地板布面高1300mm，施加宽度为200mm的垂直分布载荷3500N，持续作用5min，门扇无永久变形。
3.2 门扇的密封
通过门页四周的密封胶条和车体门框上安装密封框架相配合，实现车门门扇的密封。
3.2.1 密封胶条
门扇周边安装密封胶条。门扇中间装有软性防夹密封橡胶条，既能够满足车门密封要求，又能够满足障碍物检测功能的要求。所有胶条采用三元乙丙橡胶（Ethylene Propylene Diene Monomer，EPDM），能够适应气候条件的要求。胶条的使用寿命为6年，防火等级满足法国标准NFF16-101铁路车辆防火性能材料的选择的A1级或英国标准BS6853载客列车设计与构造防火通用规范[8]的Ia级。
3.2.2 密封框架
车门四周车体上安装有车门密封框架。密封框架由上部密封、左密封、右密封、门槛等部分组成，各部分配合在一起为车门密封胶条提供一个搭接面。各部分设计成可调节功能（安装位置设有调节垫片，安装孔为长圆孔），消除车体制造误差以及各部分的安装和加工误差，确保车门四周密封胶条有足够大的压缩量和搭接量，从而保证车门四周具有良好的密封性能。
3.3 EDCU模块
门控器模块和承载驱动机构分开安装到车体上，门控器模块上设有连接器，便于门控器模块和承载驱动机构接线。电子门控单元（Electronic Door Control Unit，EDCU）模块由电子门控器和端子排组成，是一个以微处理器为核心的用于控制和驱动门系统机械部分的电子门控制单元。电子门控器具有多重障碍物探测功能。端子排上插入槽贴有接线编号，能方便快捷地连接和故障检修。端子排上带有一个控制门区开关的电源开关，用于控制单个门系统的电源。
4.轨道车辆机械设计的展望
4.1 智能制造
在未来，轨道车辆的机械设计中，智能制造会占据主流。首先是（软件）信息化+（硬件）自动化=（信息物理系统）智能化。通过计算机网络技术，实现轨道车辆的自动化、智能化设计，使得车辆设计更加科学合理，安全高效。其次是虚拟现实技术的运用。通过三维建模，利用计算机的软件与硬件，实现轨道车辆机械设计的交互设计。
4.2 竞争机制
任何事物，都需要通过竞争进行优胜劣汰，从而不断促进其发展。轨道车辆的机械设计也不例外。为促进其尽快发展，应该引入竞争机制，让市场决定企业发展的方向。这样既可以促进各企业不断进行技术革新，还可以提高我国民族工业的发展与我国企业在世界范围内的竞争力。
4.3 提高零部件性能
一个桶能装多少水，不取决于最长的那块木板，而是取决于最短的木板。这在心理学中称之为木桶效应。轨道车辆的机械设计也是如此，其零部件的性能优劣直接影响到整个车辆的设计安全。这样一来，在未来使用的零件中，就必须要考察全球市场，选择最好的零件，同时学习其工艺技术，以提高自产零件的水平。在轨道车辆的机械设计上，才能做到万无一失。
参考文献
[1] 郭涛.全自动驾驶地铁车辆安全性需求分析[J].交通世界，2016，（31）：118-119.