3.2　車體結構與內裝

3.2.1　車體結構形式選擇

1.車體結構基本要求

城軌車輛的車體是車輛中尺寸最大、重量最重，集車輛所有部件于一體的結構性部件。車體也是提供乘客場地與空間以及實現運輸任務的主體部件（包括司機室及貫通道在內）。因此車體必須具有為乘客提供舒適、環保、安全性高的乘坐環境以及多種執行功能。因此，在車體設計中必須滿足下列基本要求。

（1）在符合《地鐵設計規范》（GB 50157—2003）和《地鐵車輛限界》（CJJ 96—2003）要求、以及滿足車載設備安裝空間的前提下，外觀美觀大方，內部有盡可能大的客室空間和舒適、明快的乘坐環境，外表面平整，車體外形應滿足洗車機洗車要求。

（2）車體結構設計應滿足EN 12663《鐵路車輛車體結構要求》標準中歸屬P-Ⅲ（地鐵和快速運輸車輛）類規定要求。車體結構在全壽命使用期內不應因被腐蝕而降低強度，在承受各種正常載荷時，30年內不產生永久變形與疲勞損傷。

（3）車體剛度應能滿足車輛修理和糾正脫軌時的要求，在最大垂直載荷（AW3）作用下，車體靜撓度不超過兩轉向架支承點之間距離的1‰，并確保在各種載荷下車門運動不受阻。

（4）車體在靜強度試驗時，在承受各種最大垂直和橫向載荷的同時，還應承受EN 12663或GB/T 7928—2003規定的沿車鉤中心線施加的縱向靜態作用力值。此時的車體各部位應力均不應超過許用應力。

（5）車體設計時應利用動態、靜態有限元分析法對車體的強度與剛度進行分析，并與車體動、靜強度試驗結果作比較，以驗證車體的強度與剛度符合車輛技術規格書的規定。

（6）車體結構應按碰撞安全理念進行設計，在每個帶司機室車輛的前端應設置防爬器，其兩側設能量吸收單元。車體結構應能充分滿足在正常調車掛鉤速度5km/h速度下時車體結構不受損，兩列車25km/h速度下碰撞時保證司乘人員安全的強度要求。

（7）車體內裝材料必須是環保的，有良好的防火性能（難燃的或不燃的，低煙的和無毒的）。

（8）車體結構應允許編入列車的各個車輛客室間自由通行。

（9）為方便乘客上下車、縮短列車停站時間，A型車車體兩側至少開5對門，B型車至少開4對門。

（10）車體應設有架車支座和車體吊裝座以便于車輛拆裝、起吊和救援。架車支座的設置應滿足成組地炕式架車機的架車要求。客室內允許設置電氣柜，車體底架下方應提供吊裝電氣與制動等設備的吊掛點，安裝在車體底下的箱柜應有良好的可接近性和必需的檢修空間。

2.車體結構形式選擇

車體結構有三種基本結構形式：底架承載結構、側墻承載結構和整體承載結構。

整體承載結構中車體每一結構件都發揮承受載荷的功能，是三種結構形式中車體結構自重最輕的一種，有利于減輕車輛自重。這種結構形式大多應用于軸重比較緊張的機車和啟停頻繁、加速性能要求高的動車組，城軌車輛的車體幾乎全部使用這種結構形式。

整體承載結構車體具有兩種結構形式，一種是帶司機室的車輛，另一種是帶動力裝置的動車。車體主結構應為整體承載的鋁合金或不銹鋼型材的輕量化模塊結構，各模塊間可采用焊接或鉚接結構。車體主要承載結構應由底架、兩個側墻、兩個端墻和車頂等六大部件組成，使用壽命應不低于30年。

3.2.2　車體材料選擇

1.車體主體結構材料

城軌車輛車體的材料大致有耐候鋼、不銹鋼和鋁合金三種。一般均采用鋁合金斷面組合式中空擠壓型材或不銹鋼擠壓型材。

（1）耐候鋼車體用材

耐候鋼屬于無鉻無鎳或低鉻低鎳鋼種，這種鋼較之普通碳鋼有較好的防腐蝕效果，《鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼訂貨技術條件》（TB/T 1979—2003）可供車體選材時使用。表3.9、表3.10和表3.11分別為耐候鋼的化學成分、力學性能和耐蝕性能。

表3.9　耐候鋼化學成分

注：引自TB/T 1979—2003。

表3.10　耐候鋼力學性能

注：引自TB/T 1979—2003。

表3.11　耐蝕性能

注：引自TB/T 1979—2003。

我國早期生產的地鐵車輛的車體由普通碳鋼制造，自重大，外表面需要防銹涂裝，在運用中由于淋雨、人工洗車等原因使積水處腐蝕較為嚴重，甚至車輛架修時就需要進行切補處理。北京地鐵13號線（前期車輛）和八通線的車輛改用耐候鋼車體，使用效果良好。由表3.11數據可以預期，使用耐候鋼作為車體材料使腐蝕速度減緩40％左右，可將腐蝕處切補處理延緩至車輛大修時進行。耐候鋼材料在鋁合金車體與輕量化不銹鋼車體上也有應用。

（2）鋁合金車體用材

常用于城軌道車輛車體的鋁合金材料有5000系列、6000系列和7000系列，表3.12為三種系列鋁合金材料的主要特性及用途。表3.13為幾種常用鋁合金材料強度設計值。出于強度考慮，鋁合金車體兩端承受縱向力的構件如：牽引梁、枕梁、車體兩端的斜撐以及端梁等仍使用耐候鋼材料。

表3.12　常用鋁合金材料主要特性及用途

表3.13　常用鋁合金材料強度設計值（N/mm2）

續上表

（3）不銹鋼車體用材

20世紀早期美國就有將不銹鋼材料用于制造軌道車輛車體的實踐，由于使用的是高鎳高鉻不銹鋼材料，防腐蝕性能較好，但車輛減重效果不明顯，制造工藝要求高，造價也高，在很長一段時間內只是在一些防腐能力要求高的一些特種車輛上使用。20世紀80年代，由于列車速度的提高和城市軌道交通的發展，減輕車輛自重的要求十分迫切，日本開發成功以SUS 301L為主要材料的輕量化不銹鋼車體結構。隨著不銹鋼焊接工藝的進步，不銹鋼車體的強度、剛度和板面平整性不斷提高，不銹鋼已成為地鐵車輛車體的主要用材。

輕量化地鐵車輛車體使用的SUS 301L不銹鋼屬于鉻鎳型奧氏體不銹鋼，具有良好的防腐能力、冷加工性能及低溫韌性。通過冷作硬化強化手段，不同的冷軋壓延率得到不同的強度。一般的SUS 301L不銹鋼分為5個強度級，即LT、DLT、ST、MT和HT，表3.14為輕量化不銹鋼車體主要材料的化學成分，表3.15為輕量化不銹鋼車體主要材料的機械性能。表3.15中還列出有我國兩種碳鋼的機械性能以作比較。

表3.14　輕量化不銹鋼車體主要材料的化學成分

表3.15　輕量化不銹鋼車體主要材料機械性能

續上表

由表3.15可知，除輕量化不銹鋼具有耐腐蝕性、加工性、機械強度等一系列優點外，SUS 301系不銹鋼還能通過冷軋加工后得到LT、DLT、ST、MT和HT五種不同等級的抗拉強度和延伸率。為了滿足制作車體不同部位桿件的需要，可有0.6～4.5mm多種不同厚度的板材供選擇，大大增加在車體結構配置上的靈活性和多樣性，使車體的強度、剛度分布更為合理。

（4）三種車體材料的選擇

通過對上述三種車體材料的綜合分析，鋁合金車體和不銹鋼車體各有優缺點，在南方城市潮濕多雨條件下，為滿足密封性和使用壽命要求，建議采用整體焊接鋁合金車體；而在北方城市干燥少雨條件下，宜采用輕量化不銹鋼車體。耐候鋼車體結構也有一定的輕量化能力，制造成本相對較低，在干旱地區的城軌車輛中有一定的使用優勢。

2.車體內裝材料防火要求

出于使用和美觀要求，車體結構內外均附著裝飾材料。用于車體上的裝飾材料需符合BS 6853或等同及以上的其他國際標準中有關難燃、阻燃、無毒或低毒材料的各項規定。

3.2.3　車體結構強度和剛度

1.車體強度和剛度基本要求

GB/T 7928—2003規定地鐵車輛車體強度和剛度應滿足下列基本要求。

（1）同型號的車輛應具有統一基本結構形式。

（2）車體結構使用壽命為30年。

（3）車體采用整體承載結構，在其使用期限內能承受正常載荷的作用而不產生永久變形和疲勞損傷，并有足夠的剛度，能滿足修理和糾正脫軌的要求。

（4）新設計車輛的車體不產生永久變形和斷裂的能力應通過計算和試驗證明。在車體底架承受相當于車輛整備狀態時的垂直載荷時，沿車鉤中心水平位置施加規定的縱向載荷，其試驗合成應力不應超過許用應力。試驗用縱向壓縮靜載荷為A型車不低于1.25kN，B型車不低于0.8kN。

（5）車體試驗用垂直載荷為1.1×（運轉整備狀態時的車體重量+最大載客重量）-（車體結構重量+試驗器材重量）。

其中，最大載客重量=乘務員+坐席定員+最大立席乘員的重量。最大立席（超員）人數按9人/m2計，人均體重按60kg計算，站立面積為除去座椅及前緣100mm外的客室面積。

2.車體強度和剛度計算

車體結構和載荷條件復雜，可利用有限元法進行計算分析。根據車體結構特點，合理簡化車體結構幾何模型，建立符合車體結構力學特性的有限元模型，進行靜力學和模態分析以驗證車體結構合理性和有限元模型的正確性。為此必須做好下列各項工作。

（1）準確描述車體結構特點

地鐵車輛車體一般由底架、車頂、兩個側墻和兩個端墻等六個大部件組成。每個大部件由梁（柱）板組焊而成，采用不同材料會產生不同的梁（柱）結構形式和焊接方式：采用鋁合金材料時，梁（柱）均為壁厚2～6mm的大型中空擠壓鋁型材組成，使用鉚焊連接方式；采用輕量化不銹鋼材料時，梁（柱）均為由壁厚0.8～4mm的板材軋制而成，使用點焊、激光焊或塞焊方式。為有效地減輕車體自重，地板和側墻等用0.8mm薄板軋壓成波紋狀加強筋與外板點焊連接形成空腔，抵抗剪切力引起的翹曲。

（2）有限元模型的建立

由于車體結構和載荷基本上為縱向對稱，因此可取車體的1/2進行分析。

①在建立鋁合金車體有限元模型時，由于重要結構零件均為大型中空擠壓鋁型材，屬于空間薄殼類零件，因此可選用薄殼類單元模擬鋁型材結構。

②在建立輕量化不銹鋼車體有限元模型時，可采用MSCPatran前處理軟件建立車體有限元模型。為避免開口梁單元應力失真，車頂、側墻、端墻、底架、司機室立柱可用高精度殼單元PSHELL，側門框架加強槽鐵可用實單元PSOLD。螺栓連接的地方可用剛性約束單元RBE2。

（3）載荷工況和邊界條件處理

有限元模型載荷位置、大小、方式需根據實際載荷情況并參照TB/T 1335—1996規定進行處理，載荷工況見表3.16。車體結構重量可通過施加慣性力得到體現，其他重量和超員重量取其一半以均布壓力的形式施加在地板上。空調機組重量均勻分布在空調機組安裝座上。縱向載荷為一個集中載荷，取其一半按表3.16所列值施加到牽引梁車鉤安裝座上。扭轉載荷按40kN·m施加到邊梁頂車位上。由于結構和載荷均是對稱的，除工況5外，均需在縱向中央截面上施加對稱約束。所有工況都要對彈簧施加垂向和橫向約束。由于縱向只需約束剛體位移，因此只需在車體一端任選兩點約束其縱向位移。

表3.16　有限元計算用載荷工況

注：（1）B/T 7928—2003規定值為A型車≥800kN；B型車為490kN。

（4）車體靜力學分析和模態分析

為了驗證車體結構簡化的合理性和有限元模型的正確性，需對計算結果作靜力學分析和模態分析。

①車體靜力學分析

a.強度分析

根據GB/T 7928—2003要求，計算垂向總載荷工況和合成載荷工況2下車體各部位應力分布，分析各部位的最大計算應力是否超過該部位材料許用應力。表3.17列出輕量化不銹鋼車體計算時各種材料在不同工況下的許用應力（MPa），相應的計算值均不應大于表中的值。

表3.17　輕量化不銹鋼車體計算時各種材料在不同工況下的許用應力　　單位：MPa

b.剛度分析

按GB/T 7928—2003規定，在最大垂直載荷作用下車體靜撓度不超過兩轉向架支撐點之間距離的1‰。以天津濱海線輕量化不銹鋼B型車體有限元計算為例，得到在垂直總載荷工況下側墻下邊梁相對兩轉向架支承距離（12.6m）間的最大撓度為9.9mm，小于規定值（12.6mm），換算車體彎曲剛度EJ=3.99×108N/m2，相對扭轉角Ψ=3.73×10-3rad，相當扭轉剛度GJp=1.35×108N·m2/rad。

②模態分析

為了防止車體與轉向架發生共振，在AW0條件下，車體固有頻率與轉向架頻譜之間的頻率之差的最小值應不小于2Hz。為此，在車體有限元計算中必須進行模態分析。在對車體進行模態分析計算時，不對車體施加任何約束，安裝在車體上的設備用質量單元施加在相應位置上，利用MSCNatran提供的運動自由度邊界條件，消除無約束剛度矩陣的奇異。表3.18為輕量化不銹鋼B型車體前6階振動頻率計算結果實例，表3.19為鋁合金A型車體在準備狀態和垂向超載下的一階扭轉和一階彎曲自振頻率計算結果實例。

表3.18　輕量化不銹鋼B型車體在準備狀態下自振頻率計算結果

表3.19　鋁合金A型車體在準備狀態和垂向超載下的一階扭轉和一階彎曲自振頻率計算結果

兩種材料車體的模態計算結果表明，準備狀態下城軌車體的一階彎曲自振頻率均超過11Hz，可以滿足使用要求。

3.2.4　車體結構部件要求

由車體車頂模塊、底架模塊、兩個側墻模塊和兩個端墻模塊等六大模塊組成。

1.車頂模塊

（1）車頂板在200cm2的面積上應能承受1000N的垂直載荷。

（2）車頂板能在間距500mm的兩個400cm2的面積上分別承受1000N的垂直載荷。

（3）車頂結構在承載空調單元的相應部位應分別加固，并保證空調排水通暢。

2.底架模塊

（1）底架應能同時承受AW3的乘客載荷和懸掛在底架上的所有設備載荷。

（2）提供所有安裝在底架上的設備支撐，設備支撐強度應滿足IEC 61373：1999規定的沖擊和振動加速度要求。

（3）設吊/架車支撐點：

①在底架側梁上靠近前后轉向架的位置處各設兩個支撐點。

②在底架兩端的車鉤橫梁中央分別設一個架車支承點，做復軌用（在車鉤橫梁下方架車應能抬起空載的整車的一半）。

③在車輛底架的四角處設4個起吊點，用于緊急情況下的架車。

④架車、吊車、復軌用的架車支撐點應滿足車輛拆卸、組裝、檢修、吊運和救援作業的需要。車體的垂向強度應滿足在使用任何一點架車時，不使車體結構的任何部位發生永久變形。每個架車支承點處設有定位點，并標志有明晰標記。

（4）安裝在底架上的牽引中心銷座和中心銷應有足夠的強度與剛度，當中心銷牽引點處受到轉向架30m/s2的沖擊力時不會產生永久變形，當受到50m/s2的沖擊力時不被損壞。

（5）車體底架兩端縱中心線上設車鉤緩沖器牽引連接銷座。

（6）在每個帶司機室底架前端設防爬裝置和兩側設吸能元件安裝座或司機室端部設計吸能結構。

3.側墻模塊

（1）側墻可由鋁合金型材或輕量化不銹鋼材料制成。

（2）在每側側墻上開設4或5個等距離的客室車門孔，應能滿足安裝車門的要求，門孔四角應避免出現高應力集中和積水現象。

（3）在每側側墻上開設盡可能大的窗孔，應能從車體外側更換玻璃。

4.端墻模塊

（1）端墻模塊由鋁合金型材或輕量化不銹鋼材料制成。

（2）端墻表面應平整，應能方便地與貫通道密合，并固定住。

（3）端墻下方結構可支撐渡板，并將載荷從端墻結構傳遞到底架邊梁上。

3.2.5　車體總裝配

1.車體總裝配要求：

車體在總裝配后，應測量車體結構整體縱向、橫向和對角線尺寸，以確保其滿足設計要求。在所有裝配接口處需進行防腐處理。在端部、頂部等接口處應進行防水密封處理。在車體適當位置設置架車和吊車用支撐點。此支撐點應滿足車輛拆卸、組裝、檢修、吊運和救援、復軌等作業的要求。

2.車體總裝配形式：

車體應采用模塊化裝配工藝，將兩個側墻模塊、兩個端墻模塊、一個底架模塊和一個車頂模塊通過焊接或螺栓機械連接方法組成一個立體的整體承載結構。模塊組件一般在車間內專門的胎膜上組裝，實現流水線生產。車體裝配形式有以下三種。

（1）全焊接鋁合金車體組裝

鋁合金車體底架采用大型鋁合金中空組合式擠壓型材，由六大模塊組焊而成，沿車體長度方向可實現對接連續自動弧焊。這種組焊方式具有車體零件數量少，焊接工作量小，且容易實現自動化等優點。近期由于采用FSW摩擦攪拌接合法可得到更好的焊接質量。

（2）不銹鋼車體組裝

輕量化不銹鋼車體同樣可由六大模塊組焊而成，但是由于不銹鋼中的奧氏體組織是不穩定的，在大約600℃時鋼中鉻的碳化物會沿晶界析出，使晶界附近的含鉻量降低而發生晶界腐蝕，同時鋼的屈服強度、抗拉強度會急劇下降；此外，奧氏體不銹鋼熱膨脹系數是一般鋼的1.5倍，熱傳導率僅為一般鋼的三分之一。由于這些特點，不銹鋼車體的焊接原則上不能用電弧焊，一般只能使用在兩電極間通有大電流、高壓力以及熱影響區小的點焊方式。對于在結構上難以點焊不得已需使用電弧焊時，也只能采用塞焊方式。在塞焊時，為減少熱量的輸入、避免晶界腐蝕及熱變形，需用水在2min內冷卻至室溫。

（3）采用焊接與螺栓連接的鋁合金車體組裝

深圳地鐵1號線、南京1號線和2號線的A型車，采用MOVIA模塊化鋁合金車體結構。車體的六大模塊部件分別用焊接組成，而六大模塊部件間采用霍克（HOOKER）式機械螺栓冷拉鉚接技術拼裝而成。其優點是：由于取消了焊接工序，避免了車體組裝時的焊接變形；車體內裝由立體生產轉化為平面生產，降低了工藝難度，改善了施工條件，提高了生產效率，加快了生產速度，節省了占用臺位時間；由于可在使用單位現場組裝，車體整車運輸轉變為六大部件運輸，縮小了運輸空間，提高了運輸效率，節約了運輸成本。

3.車體設計壽命：

在正常運用條件下，預期壽命至少30年，30年內對車體結構件無需重修或加固。

4.車體撓度要求：

在各種載荷下其撓度值須滿足GB/T 7928—2003規定，所有客室和司機室門應操作自如。

5.設備布置：

車輛電氣設備安裝在車體底架的設備箱或客室的電氣柜中，電氣設備的位置根據其電氣要求選定。設備箱的布置和設計應考慮設備的尺寸、重心位置及車重的分配來確定，應作重量及重心計算。車下布置方案應充分考慮設備、部件的可維修性，吊掛點強度和剛度應滿足GB/T 21563—2008要求。所有安裝在車體上和吊裝在車體底架的設備，在受到上述標準允許的沖擊力時[縱向：3g；橫向：1g；垂向：（1+C）×g（車端C=2，中部C=0.5）]，設備任何部分不應發生脫落，車體也不應發生永久變形。

6.防爬裝置及能量吸收：

在首尾車底架應設有防爬裝置，以防止兩列車發生沖撞時產生爬疊。在防爬裝置尾端的底架端部結構應具有能量吸收的功能，防爬裝置及能量吸收裝置應符合EN 15227—2007（E）要求。一旦發生撞車事故，底架端部結構可以將沖撞產生的超出車鉤緩沖器所能吸收以外的能量由車體變形來吸收，從而使乘客受傷的危險降至最低程度。

7.架車支撐：

車體設計時應考慮吊車和架車用支撐點。架車、吊車、復軌用的架車支撐點可滿足車輛拆卸、組裝、檢修、吊運和救援作業的需要。每個架車支撐點處設有定位點。架/吊車點處應有標記以指導作業。應設計救援情況下的三點支撐。

8.車體平整度及制造公差：

由車輛制造廠提供車體平整度及制造公差。

9.車體焊接：

（1）車輛及其部件焊接的設計、生產、試驗和質量認證應滿足EN 15085標準或等同的國際標準相關要求。

（2）制造商應提供首列車和后續列車的焊縫檢查措施方案及參考標準。

（3）關鍵焊縫/關鍵部位：

①車體的關鍵焊縫和關鍵結構部位應由車體設計師/車輛制造商在首輛車生產時確定，應提供車體關鍵焊縫分布圖。

②根據應力分析、有限元分析和/或車體強度試驗的結果，確定關鍵焊縫或局部焊縫，通過計算驗證高應力的疲勞區域和焊縫。

③確定的關鍵焊縫和關鍵部位考慮的參數應能滿足應力的最低限度要求。

10.車體的外部造型、裝飾和車輛前端設計須提供3～5套效果圖和相應的動畫效果方案。

11.投標方應對車體結構方案進行詳細的描述。

12.車體內裝與車體結構間空隙除預留風道處外，應合理設置防火阻擋層，防火阻擋層材料須符合DIN 5510或BS 6853標準相應等級要求。

13.車體外部設計應充分考慮洗車機工作的要求。

3.2.6　車體內裝與布置

1.總體要求

車體內裝設計時，應考慮以下要點：

（1）總體布局及裝飾應具有現代美學特點；

（2）適合于乘客群體的人機工程學設計；

（3）完全協調一致的顏色和質地；

（4）良好的密閉性以防塵、防水和隔聲；

（5）使用不顯眼的緊固件/裝配件；

（6）在易磨損部位采用較高耐久性的表面噴漆；

（7）材料、安裝方法、密封和地板布等應符合安全、環保要求并不受氣候條件影響等；

（8）安裝牢固可靠，材料經久耐用并易于保養清潔；

（9）良好的客室照明；

（10）良好的通風條件。

2.內頂板和內墻板防火要求

所使用的材料和制品必須符合BS 6853或DIN 5510標準相應等級規定的防火和安全要求。

3.內頂板設計

（1）內頂板由全型模塊組成。

（2）可采用復合鋁板，背面應裝有吸聲材料以提高吸聲性或采用更優材料。如采用表面有吸聲孔的材料時，表面需美觀且易于清潔。

（3）每個模塊應裝有鉸接面板。客室中央區域設通風出口格柵。格柵與主面板垂直鉸接，以便于通風風道出口的定期清潔。

（4）車頂板兩邊的活動蓋板由鋁合金板或更優材料制造，采用鉸鏈連接，以便接觸到門操縱機構和電纜槽。所有蓋板都有鎖閂住。活動蓋板的鉸接設計應靈活、堅固、耐用。在運用中不得發生意外損壞情況。

（5）照明在客室的整個長度內沿內頂板兩側分布，可通過鉸接格柵清潔或更換燈具。

4.內墻設計

（1）內墻板包括側墻內板、端墻內板、窗框、司機室隔墻等。墻板材料采用復合鋁板，背面應裝有吸聲材料以提高吸聲性或采用更優材料。

（2）側墻和端墻內板等所使用的材料和制品須符合標準規定的防火和安全要求。制造商提供有關材料質量方面的資料，并提交型式試驗報告和合格證書。

（3）用于固定側墻內板的緊固件應藏在可封閉的鉸接內頂板后面。側墻內板通過平齊的支承型材來定位，最大限度地減少緊固件的數量。

（4）帶窗周板的側墻內墻板安裝在型材中，側墻骨架結構板和內墻板之間設有隔熱、隔聲層。

（5）車內應設置車內廣播，到站顯示，閉路電視，車內緊急報警，滅火器等裝置。如有必要可設適當的廣告框架。

（6）在車內適當位置設置列車運行中需要接近的電氣設備（柜），但設備（柜）應設有可鎖定的門，位置、形狀、材質及顏色應與車輛內部裝飾協調一致。

（7）車體外部兩側宜設置“制動不緩解”、“車門未關好”指示燈。“制動不緩解”為紅色LED，“客室車門開”為黃色LED。

（8）列車兩端、車體兩側和客室內部應設有車輛編號。

5.門檻及門框

（1）應采用嵌入式防滑型門檻，材料為耐磨鋁合金或不銹鋼。

（2）門框必須嚴格控制其尺寸公差及形位公差，確保車門關閉時與車體密貼。

6.座椅

（1）客室座椅

①客室座椅一般沿客室縱向布置，采用懸臂結構。座位要經久耐用，便于清潔，不易破損，結構堅固可靠。

②客室內適當位置設輪椅區和老、幼、病、殘、孕專席座椅，并設相應的標識。

③座椅采用表面防滑的材料制成，座椅材料應滿足標準規定的相應等級防火要求。

④座椅廓形應符合人機工程學要求，應具有良好的可清洗性和防滑性。

⑤座椅可采用鋁合金或不銹鋼骨架。每個座位應能承受150kg載荷。

⑥與車體連接的緊固件要有防松措施。

（2）司機室座椅

①司機座椅應為固定式軟椅。

②座椅骨架為鋼制件，其設計應符合人機工程學，采用彈簧懸掛防沖擊安裝方式。

③座椅墊和面罩應滿足標準規定的防火和安全要求。

④所提供的旋轉裝置固定到地板上，并能旋轉120°、前后方向可調節。

⑤司機室內另附設可折疊固定式乘務人員座椅一把，高度與前后位置可調整。

7.立柱和扶手

（1）在客室內頂板與地板面之間根據總體布置要求和人機工程學的各種規定，合理地設置數量充足、美觀適用的水平扶手桿和立柱。水平扶手桿中心與車輛中心線的距離應充分考慮到站立乘客與座位乘客間的相對距離。立柱與扶手可采用復合不銹鋼管。水平扶手桿中心距地板面高度應為1800mm左右，如有需要可設吊環。

（2）設置的立柱與扶手，顏色應與客室內的顏色匹配。

（3）立柱與扶手要求安裝牢固，并不得有能導致乘客傷害的任何瑕疵，保證列車在包括緊急制動在內的任何操作狀態下，均能承受乘客作用于立柱與扶手上的力。

（4）客室門口區座椅兩側可設置擋風玻璃。擋風玻璃強度符合UIC 651或者TB 1451標準。

8.地板與地板布

（1）地板：

①地板結構采用鋁合金中空結構，應起地板隔音層的作用，并在底板下設隔音層。

②地板采用在波紋鋼板上鋪設陶粒砂或鋁蜂窩地板和粘貼地板布的木結構形式。

③地板支撐材料在車下發生火災時能夠有效地隔斷火焰。地板應使用難燃性材料，具有良好的隔音、隔熱性能。

④對車下設備（如空壓機組、轉向架等）主要噪聲源區域，地板隔音應作特殊處理。

⑤地板支撐材料和插在其中的絕緣材料的壽命至少為15年。

（2）地板布：

①地板布為PVC材料或橡膠材料，覆蓋在地板結構上，采用粘接安裝。盡量采用寬幅地板布以減少接縫。地板布的厚度不小于3mm，地板布應安裝平整，任意1m范圍內的兩點高度差不超過1mm；需具有耐磨、防火、壽命長、不開裂、防滑的特性，而且具有美觀、易于清潔的特點。

②應能保證地板布在長期運營中保證良好的外觀，同時地板布應具有良好的防火、防滑和可清洗性，在門區處應采用壓板蓋住接縫并做特殊的防滑處理。

③地板布應具有良好的抗拉強度、耐磨性、阻燃性和防化學腐蝕性能：

a.抗拉強度經向：≥1000N/50mm

b.抗拉強度緯向：≥850N/50mm

c.剝離強度：≥200N/20mm

d.磨耗性：≤0.004g/cm2

e.氧指數：≥28％

f.45°角燃燒：難燃級

g.耐藥性：酒精90％無變化

氫氧化鈉2％無變化

鹽酸5％無變化

（3）每平方米應能承受5kN的垂直載荷，300mm2面積上應可承受2kN的垂直載荷。此時不允許有永久變形或壓痕。

9.客室車門

（1）客室車門采用雙扇電動對開門或塞拉門。最高運行速度80km/h時宜采用雙扇電動對開門，最高運行速度100km/h及以上時宜采用雙扇電動塞拉門。

（2）每輛車的相鄰車門中心距離應相等。

（3）整列車中任何相鄰兩個客室車門之間的中心距應相等。

（4）客室車門技術要求見3.11節。

10.車窗

（1）客室窗戶采用整體密封式設計，必須嚴密、不滲水，使用雙層中空安全玻璃（對無線信號的衰減不得超過6dB），技術要求應按GB/T 9963—1998和GB/T 11944—2002規定。

所有安全玻璃上均應有安全合格標記，并能從車內看到標記內容。

（2）每輛車根據客室座位布置設置一定數量的窗戶，在保證車體強度和剛度前提下，客室窗戶應盡量寬大。

（3）車窗的安裝設計應能承受最惡劣條件下的室內和室外壓力差，包括會車和通過隧道。

（4）車窗沿車體外表縱向形成裝飾帶，即不透光的部分采用反光金屬型或盲玻璃型。

（5）窗戶組件應能從車體外側更換。

（6）窗戶安裝設計應能承受所有內部和外部的壓力差，包括高速會車、通過隧道以及遭遇臺風等。

（7）客室內設置內藏式安全錘。

11.客室照明

（1）光源：40W熒光燈或LED燈。

（2）電源：單相AC 220V，50Hz。

（3）照度：在距地板面高800mm處，高于200lx。

（4）客室內照明燈具平行縱向布置于車輛頂部兩側。燈具的選型應充分考慮到在車輛上的工作環境和方便維修，應耐振動、耐沖擊和防潮、防塵，并應符合相關噪聲標準。

（5）照明燈具應采用透光性好的燈罩，照明燈具應具有下列特性：

①燈具及燈罩的結構設計應與客室環境相匹配；

②燈管裝入燈座后就立即可以正常工作；

③照明固定設備應通過車體接地；

④燈具及燈罩結構應便于清洗和維護，打開燈管外罩即可容易地在客室內更換燈管；

⑤燈管應能可靠地固定在燈座上，以免意外墜落；

⑥每一個門區（相對的兩個側門為一個門區）設一個使用DC 110V的故障照明燈，故障照明燈可與門區正常照明燈使用同一光源，當車內正常照明失效時故障照明燈立即投入使用，維持基本照明需求。

12.客室空調、通風及采暖（詳見3.13節）

3.2.7　司機室

1.司機室應為全寬流線型設計。司機室內所有單元均為模塊化結構，以便于安裝、更換和維修保養。

2.司機室外罩可采用整體玻璃鋼組件。

3.司機室結構及其配件所用的材料應符合BS 6853或DIN 5510等同及以上國際標準中規定的防火性能要求。

4.駕駛臺布置：

（1）司機室駕駛臺布置應符合人機工程學要求，并應符合身材范圍從5％女性到95％男性的分布率或有關對駕駛人員規定的中國標準。

（2）駕駛臺置于司機室中部，司機的視野應滿足UIC 651標準中提出的要求，當司機坐在座位上操縱列車時，能方便而清楚地觀察到前方信號、供電接觸網、軌道設備、前方線路和車站等。

（3）在陽光直射下司機能清楚地看到駕駛臺上儀表、顯示燈、診斷顯示器等所顯示的各種信息和駕駛臺上所有的操縱控制裝置的位置及狀態，確保司機正確地操縱列車，而又不使司機產生疲勞感。

5.駕駛臺功能：

（1）司機室駕駛臺及其控制設備：

①啟動駕駛；

②選擇駕駛模式；

③選擇運行方向；

④操縱主控制手柄，實施牽引或制動；

⑤制動和停車；

⑥緊急制動；

⑦鳴笛；

⑧操作擋風前窗刮雨器等。

（2）駕駛臺應具有列車駕駛與顯示設備（位于中央部位），列車通信與顯示設備（位于左側儀表板內）和客室側門按鈕（相應地位于右側和左側儀表板內）。

（3）駕駛臺外表組件應耐磨、耐用，以清潔材料制成，所有組件由一個鋁合金構架支承，不得有可能傷害操作人員的棱角、毛刺、銳口等缺陷存在。

（4）在司機室內合適的地方放置一個滅火器。

（5）為提高安全性與使用效率，控制和信號以及頻繁使用的設備應安裝于方便操作、使用與容易看到的地方。控制設備應采取聯鎖方式，在任何時刻只有一個司機室被激活，提高駕駛安全性。

6.機室后墻門：

（1）司機室與客室間設一隔墻。隔墻中央部開向客室后墻門一扇，供司機出入客室，通常在司機室側進行鎖閉，在門板上加裝單向玻璃，便于司機觀察，但從客室看不到司機室。

（2）后墻門宜采用鋁合金型材和板材構成的復合結構或蜂窩結構，中間充填符合防火、防煙和防毒要求的隔熱、隔聲材料。

7.機室前窗：

（1）司機室前端裝有層壓式高抗沖擊性的擋風玻璃車窗，前玻璃應采用在任何部位受到敲擊或被擊穿時不會崩散的電加熱安全玻璃，前窗玻璃的抗穿透性、抗沖擊性應符合UIC 651規定，加熱性能應符合TB/T 1451規定。

（2）司機室前窗設一套電動刮雨器。

（3）駕駛臺前方設一個帶有垂直導軌的耐用且便于維修的手動遮陽板。

8.司機室扶手與腳蹬：

（1）在每個司機室兩側設腳蹬和扶手（每側兩個）。

（2）腳蹬和扶手應滿足限界和UIC 651規定的要求。

9.司機室門鎖及鑰匙：

（1）側門門鎖要求在內、外側均能用鑰匙方便地鎖閉或打開。

（2）門鎖應具有足夠強度，并能耐受一定的沖擊力。

10.司機室附屬件：

要求設有下列司機室附屬件：

（1）茶杯托；

（2）急救箱；

（3）時刻表架；

（4）檢查卡架；

（5）小儲物柜等。

11.司機室前頂部設電笛。

12.司機室照明：

（1）光源：20W熒光燈。

（2）電源：DC 110V。

（3）燈具的選型應充分考慮使用的工作環境和方便維修，應耐振動、耐沖擊和防潮、防塵，并應符合相關噪聲標準。

（4）司機室前端設2個前照燈，光源為白熾燈，使用DC 110V電源，前照燈的照度在列車前端的緊急停車距離處不低于2lx。

（5）司機室前端設2個防護燈，紅色LED光源，DC 24V電源。

（6）司機室前端設終站點顯示裝置，顯示列車種類（普通、試驗、調試、回庫等）及終點站等，光源為高亮度紅色LED或黃色LED，使用DC 110V電源。

13.在線路未設置緊急疏散通道時，在司機室前端前進方向應設“緊急疏散門”。

緊急疏散門的設計應能保證在緊急情況時，不同年齡的健康乘客可從列車內方便、安全地撤離。緊急疏散門的設計原則是：

（1）緊急疏散門處于打開狀態時，每一側應均有扶手；

（2）在司機室內通過一個控制手柄就可以實現解鎖、打開、關閉、鎖住；

（3）折疊后的扶手或用作扶手的支承帶應具有保護裝置，防止傾倒；

（4）在緊急疏散門安全關閉并鎖住后，列車方可啟動；

（5）緊急疏散門應有足夠的強度與剛度，在滿載情況下疏散門的最低點距軌頂面大約150mm左右；

（6）緊急疏散門走行面應防滑。

14.列車兩端設鉤緩裝置：

車體兩端使用的鉤緩裝置詳見3.5節。

3.2.8　貫通道

1.貫通道技術要求

（1）連接兩節車輛之間的貫通道寬度：A型車≥1500mm，B型車≥1300mm；凈高不小于1900mm。貫通通道不得有凸出件影響暢通。

（2）貫通道由車鉤或半永久牽引桿支承，并能與車鉤和半永久牽引桿上的滑動支承相匹配，連接方便，轉動靈活自如。制造商應提供貫通道的可靠性和壽命指標數據。

（3）貫通道可采用帶內飾板的單體式或兩體式結構，在兩輛車連掛和解鉤時可快速解鎖、分離與連掛、接合和鎖定。緊靠貫通道的車體端墻上應設置扶手。貫通通道采用鑲嵌式防滑型渡板，并應能滿足9人/m2載荷要求。

（4）貫通道四周需封閉，應能良好地防止雨水和塵埃侵入。按IEC 61133的規定進行水密性檢查。

（5）貫通道應具有良好的隔聲和隔熱性能。隔聲性能應能達到降低噪聲30dB（A）或以上。

（6）貫通道選用的材料應符合BS 6853或等同及以上國際標準防火要求，結構件應符合UIC 564防腐蝕要求。

（7）貫通道位移量應與車輛在各種運行條件下通過曲線的位移量相適應，能順利地通過各種豎向曲線、水平曲線、線路條件以及各種車速的最不利條件的組合。按IEC 61133的規定進行曲線通過檢查時，不得有零件損壞、異常聲響和運動受到限制。當車輛一側空氣彈簧發生故障時，運營結束后貫通道不損壞。應提供貫通道通過曲線計算報告。

（8）貫通道外表面顏色應與列車外表面顏色相匹配，內側蓋板和內頂板顏色應分別與車體的內墻板、內頂板一致。

2.貫通道基本結構

貫通道應由折棚、連接框、渡板裝置、側護板以及頂板等主部件組成，如圖3.10所示。

圖3.10　貫通道示意圖

（1）折棚組成

折棚由多折環狀篷布縫制而成，每折環的下部設有2個排水孔，折棚體選用采用雙層夾心結構，篷布用經過防火性能檢驗、高強度、耐老化人造革制作，以提高風擋的隔音、隔熱性能。折棚體各折縫合邊用鋁合金型材鑲嵌，折棚體的一端連接在車體端部，另一端與連接框連接固定。

（2）連接框組成

連接框由框架、導向座、連接板等組成，其一端固定在車端，另一端與折棚組成通過鎖閉機構連接。鎖閉機構操作簡單，快速解鎖、分離或連掛結合、鎖定。各接合面周邊設有密封膠條，風擋連接后膠條密封，使風擋有良好的密封性，不漏雨、不滲水。

（3）渡板裝置組成

渡板裝置由2個踏板、渡板及渡板支架組成。渡板支承架為連桿機構，分別固定在兩車端，渡板置于其上，連桿機構上設渡板對中裝置，在車輛運行時渡板不會偏移。渡板為不銹鋼板，踏板為花紋不銹鋼板，各相對滑動面間設有磨耗板，渡板承載能力為9人/m2。

（4）側護板組成

護板的通道表面由鋁型材與弧面橡膠條鑲嵌而成，可實現拉伸和壓縮。護板內表面設有連桿支承機構，使護板有足夠的剛度，可使乘客依靠護板。護板的兩端與車體端部連接，可用專用鑰匙快速打開，拆卸護板。

（5）頂板組成

每個頂板由兩個端梁、兩個邊護板、兩個連桿架及中間護板組成，頂板通過兩個端梁與兩個車體的端面連接。由于頂板連接架為菱形鉸接連桿機構，可適應車輛運行中車端的各種變化。

3.貫通道試驗

（1）型式試驗

①曲線通過能力試驗

a.S形曲線通過能力試驗[R150m（左曲線半徑）-5m（直線）-R150m（右曲線半徑）]；

b.曲線通過試驗（R110m，線路超高100mm及R300mm，線路超高120mm）。

②組件、部件和原材料疲勞試驗

試驗項目包括：

a.拉伸試驗；

b.撓曲試驗（人造革巴利試驗）；

c.摩擦試驗。

③貫通道整體疲勞試驗

a.貫通道安裝在疲勞試驗臺上模擬最不利運行工況條件進行疲勞試驗（應考慮在正線上的側向位移）。確保使用壽命達到30年。

b.當貫通道的生產地點發生變化時，應重新進行型式試驗，并提供試驗報告。

（2）例行試驗

①目檢。

包括記錄制造序號，按照圖樣檢驗組成件是否完整和正確。檢驗各橡膠墊和內外折棚。

②尺寸檢驗。

③淋雨試驗。

④機械性能檢查：

a.連接裝置的對接接合檢查；

b.分離及鎖定裝置的功能檢驗；

c.車鉤滑動支承功能檢查等。

3.2.9　車下設備外罩箱

1.VVVF逆變器、輔助逆變器等設備箱應采用不銹鋼或鋁合金材料，并做表面處理。支承及其金屬附件、緊固件和扣件等應采用不銹鋼制作。

2.按使用要求，應盡可能地將設備箱支承在底架側梁或車體下框架上，支承與車體結構件的連接應采用機械連接方法，不允許焊接。支承的緊固件要使操作人員容易接近和方便地裝拆，盡可能地不使用螺栓軸向承力方式連接。

3.對需要分解、拆卸或更換的設備，在相連接的部位盡量不采用不同金屬材料。如不得不采用，則應采取有效的防電腐蝕措施。彈性安裝的設備及其他指定的設備應有防松安全卡帶。不得采用直接在底架上攻螺紋的螺栓連接方法。

4.外側設備箱盡量與車輛的側面接近，正常運行時，所有底架設備、外罩箱及電子設備都應滿足車輛限界要求。

5.所有設備都是通過箱蓋（門）來接近，開度要足夠大，并能拆下，以便拆卸和更換箱內的任何部件（制動電阻器箱內的制動電阻除外）。箱蓋應裝配良好、嚴密，應能防止雨雪、塵埃侵入。箱蓋的密封應符合水密性要求，置于車下的電器設備箱的防護等級為IP 54。對于清潔度要求較高的電器箱，應采取措施使箱內保持正壓。設備箱的鎖及扣件堅固耐用，設備箱的強度應按EN 12663或VDV 152標準的要求設計，并應滿足鐵路運輸要求。

6.設備箱需按DIN標準或相應的歐洲、國際標準接地。在電壓等于或超過380V的設備箱上應作永久性的標記并表明電壓級別，并注明“危險/注意”。

7.電線、電纜：

（1）在車體上鋪設的所有電線、電纜均應是難燃性或阻燃性的，不允許使用燃燒后會散發出有毒氣體的電線、電纜，并應符合DIN 5510或等同的國際標準要求。

（2）在車體上使用的電線、電纜應有良好的絕緣性能。

（3）車體上所使用的電線、電纜應能滿足使用要求，并留有適當的余量。在配線方式、布線以及綁扎時應充分考慮散熱和電磁兼容問題。

（4）電氣設備的外部配線的防火性能應符合鐵路電纜訂貨技術條件標準（TB/T 1484.1—2001）以及國家相關標準。

（5）車體上所有電線、電纜的接線端頭部均應帶有清晰、正確、不易消損的線號。在接線端子（排）上同一線號出現兩根以上的接線時，應在線號前標明此線的去向。

（6）車上使用的電線、電纜應盡量減少其種類和規格型號，對于同一種類的電線、電纜應統一型號和統一生產廠家。

3.2.10　車內告示

設計車輛時，應整體考慮客室內廣告牌、旅客須知以及地鐵線路圖等內容的設置。

3.2.11　緊急設備

1.緊急開門裝置

應在每個車門上設置緊急開門裝置，當出現緊急情況時乘客能在車內用手動操作機構打開車門。

2.滅火器

（1）每個客室的明顯位置至少設置兩臺滅火器，每個司機室設置一臺滅火器。

（2）應采用干式滅火器，其性能與容量應符合相關國家標準。

3.緊急備用工具

在司機室內設置緊急備用工具，制造商應提出所配置的工具明細表。

3.2.12　車體內裝材料防火標準

我國各城市地鐵建設中也十分重視車輛內裝材料的防火性能，對內裝材料提出嚴格的防火要求。目前，主要采用國外的防火標準，如英國BS 6853、德國DIN 5510、法國NFF 16-101、美國NFPA 130、日本鐵運第85號和第245號以及韓國KSF 2844等標準。

1.國外防火標準的比較

美英法等國車體內裝材料防火標準測試方法和規定數據列于表3.20。

表3.20　美英法等國車體內裝材料防火標準測試方法和規定數據

注：IS——火焰傳播指數；DS——濃煙光學密度；NFPA——美國國家防火協會；A0—通過1m3立方體各表面產生的光學強度；R—毒性指數，即燃燒時氣體濃度與標準規定值間的比較指數。

由表3.20可知：

①美國防火標準NFPA 130

本標準包括了表面傳播速度試驗項目，但沒有包括燃燒性試驗項目，沒有包括對毒性氣體控制的測試項目，對于車輛類別使用規范沒有分類。

②法國防火標準NFF 16-101

本標準火焰測試中包括了制品的燃燒性測試項目，但沒有表面傳播速度的測試項目。毒氣控制是對7種毒性氣體，在人體臨床測試15min后，控制無害的含量。

③英國防火災標準BS 6853

本標準包括了針對防火應考慮的各方面，如火焰、濃煙、毒性測試項目。毒性控制的無害含量的人體臨床測試時間，也由NFF 16-101的15min提高到30min，因此對人體安全保障更高，更有利于保障乘客安全。

2.國外車輛防火安全標準適用范圍

現將美國、英國、法國和日本等國有關內裝材料防火安全標準適用范圍列在表3.21。

表3.21　車輛內裝材料防火安全標準適用范圍

注：○——整體使用；△——部分使用；———不適用。

3.對我國城市軌道交通車輛（內裝板和座椅）防火標準的建議

（1）盡可能地采用國際上最嚴格和最完整的地鐵車輛防火安全標準；

（2）內裝板、地板、絕熱材料、座椅等可依據英國防火規范BS標準和ISO標準；

（3）座椅往往是火災危險最高的燃燒材料，應使用BS 6853中的I（a）標準；

（4）濃煙密度除需滿足美國有關規范外，還需同時滿足要求更嚴格的英國規范；

（5）質檢部門裝備相應質檢設備，實施嚴格抽檢；

（6）表3.22為韓國軌道車輛防火安全標準值，可供參考用。

表3.22　韓國軌道車輛防火安全標準值

注：LOI——氧氣指數；DS——濃煙密度；A0—通過1m3立方體各表面產生的光學強度；R—毒性指數，即燃燒時氣體濃度與標準規定值間的比較指數。

3.2.13　耐撞車體結構設計

1.車體結構設計新理念

以往，車輛的安全性主要考慮的是車體結構安全性，要求車體結構設計得強度、剛度越大越好，一旦發生碰撞事故時車體不變形、不損壞，保證給司乘人員提供生存空間的結構完整性。但是一旦發生碰撞事故，巨大的撞擊能量通過車體傳給人體，造成人員的“二次傷害”。現在，出于對乘客安全性的考慮，車體結構設計除大量設置吸能元件外，還應允許部分車體結構在碰撞中產生變形以吸收碰撞中發生的能量，減少沖擊能量對乘客身體的二次傷害，將乘客的傷亡降到最小。

2.地鐵車輛車體安全設計基本要求

根據地鐵及市郊車輛車體安全性設計要求以及prEN 15227—2007有關規定，地鐵車輛車體安全設計基本要求可以歸納如下。

（1）列車碰撞發生在相同或相似類型列車的頭部或尾部。

（2）防撞車體結構設計要求的重點為在車輛端部設置碰撞變形能量吸收區，實施多級能量吸收。

（3）最大碰撞沖擊力極限值的設定應確保發生列車碰撞時的減速度保持在一個適度的水平，降低二次傷害烈度以保護乘務人員及乘客的安全，并力求避免設備、內裝及轉向架等裝置脫落或損壞。

（4）客室區域車體結構的承載能力必須大于碰撞變形能量吸收區的承載能力。

（5）碰撞變形能量吸收區的設計通常需要在給定的碰撞條件下進行，包括列車編組、碰撞速度及車鉤緩沖裝置布置等。

（6）增設防爬裝置，降低車輛爬起的危險。

為了避免發生一輛車爬升沖入另一輛車的不利情況，必須在列車端部設置防爬裝置，即限制在車輛碰撞界面處升起的垂直距離和阻擋由此產生的垂直力，使碰撞載荷直接作用于能量吸收裝置。

3.碰撞能量系統吸能設計原理

（1）碰撞能量系統吸能設計原理

圖3.11為地鐵車輛碰撞變形能量吸收系統設計原理圖。第一級為鉤緩裝置中的緩沖器壓縮吸能；第二級為鉤緩裝置中的壓潰管壓潰吸能；第三級為鉤緩裝置中的過載保護元件作用（通常為連接銷剪斷）時吸能；第四級為頭車前端底架碰撞吸能區（包括底架緩沖器和底架變形）吸能。

（2）四級能量吸收分配比

通過對車輛運用中承受的載荷、碰撞動能，人對沖擊力即對加速度的忍受程度，車輛折曲變形行程和能量吸收等因素綜合考慮，將鐵路列車縱向設計載荷與其變形的關系分為四個等級。

①調車沖擊，沖擊速度為2.0～2.8m/s（7.2～10.0km/h），碰撞動能的耗散主要靠車鉤緩沖器。

②輕度碰撞，沖擊速度為5m/s（18.0km/h），沖擊力為600～800kN，碰撞動能除由車鉤緩沖器吸收外，還可由壓潰管吸收。

圖3.11　地鐵車輛碰撞變形系統吸能設計原理

③中等碰撞，沖擊速度為5.0～10m/s（18.0～36.0km/h），碰撞動能除由車鉤緩沖器、壓潰管吸收外還須由車輛端部兩側的能量吸收元件塑性變形以及車輛端部設置的局部結構折曲變形吸收，此時車端防爬裝置起作用，車體發生的變形對客室應無損傷。

④嚴重碰撞，沖擊速度大于10m/s（>36.0km/h），此時碰撞動能的耗散除由以上所述的能量吸收之外，還由車輛端部交界面處車體結構的折曲變形吸收，但折曲阻力應比客室的折曲阻力低50％～100％，以保持客室結構的穩定。

對于地鐵及市郊列車，通常情況下碰撞變形能量吸收區需考慮的碰撞速度應該達到20～25km/h，過高的碰撞速度會使車體設計難度和制造成本過高。

4.碰撞結構設計

（1）車鉤緩沖器

車鉤緩沖器是第一級吸能主要元件，目前在地鐵車輛上常用的有橡膠緩沖器、膠泥緩沖器和氣液緩沖器等，表3.23為以上三種緩沖器的性能參數比較表。

表3.23　三種車鉤緩沖器性能參數比較

由表3.23可知，膠泥緩沖器具有能量吸收較大、能量吸收率較高以及結構簡單等特點，較為適用于第一級吸能區吸能元件。圖3.12為膠泥緩沖器結構示意圖。圖3.13為膠泥緩沖器吸能特性曲線。

圖3.12　膠泥緩沖器結構示意圖

1—連接座；2—缸體；3—前端蓋；4—后端蓋；5—前導向密封；6—后導向密封；7—牽引桿；8—阻尼活塞；9—彈性膠泥

圖3.13　膠泥緩沖器吸能特性曲線

（2）壓潰元件

壓潰元件通常稱為壓潰管，如圖3.14所示。壓潰管是通過可壓潰的筒體的變形來吸能，是第二級吸能的主要吸能元件。圖3.15是壓潰管吸能特性曲線。

圖3.14　壓潰管

（3）過載保護元件

過載保護裝置主要用作第三級吸能區，有兩種保護方式：拉斷式和剪切式。圖3.16為拉斷式過載保護裝置結構，過載保護元件為連接從板座與枕梁間的過載保護螺栓。過載保護螺栓中部有一個縮頸，車鉤壓縮時受拉，當沖擊力超過拉伸極限時螺栓在頸部被拉斷，從板座與枕梁脫離，車鉤前移，使底架兩側的碰撞變形能量吸收元件受力。

圖3.15　壓潰管吸能特性曲線

圖3.17為剪切式過載保護裝置結構，過載保護元件為車鉤裝置與從板座間的連接銷。當車鉤受到超過規定值的縱向壓縮力時，連接銷被剪斷，剩余的沖擊能量轉由底架兩側的碰撞變形能量吸收元件吸收。

圖3.16　拉斷式過載保護裝置

圖3.17　剪切式過載保護裝置

1—從板座；2—緩沖裝置；3—車鉤裝置；4—可剪斷螺栓；5—過載保護螺栓；6—連接螺栓；7—固定連接座

（4）底架用筒形碰撞變形能量吸收元件

圖3.18為矩形斷面的碰撞變形能量吸收元件及其軸向壓縮試驗結果曲線。筒形斷面可以是正方形、矩形和六邊形的，也可以是多單元組合式的。這種吸能元件在縱向沖擊力作用下發生逐步漸進式的塑性屈曲變形，其特性曲線呈振蕩波形式，但在碰撞沖擊變形的很長距離內沖擊力水平基本保持一致。

圖3.18　筒形斷面碰撞變形能量吸收元件及其特性曲線

（5）與車體結構完全集成在一起的碰撞變形能量吸收區設計

①底架端部結構碰撞變形能量吸收區

底架端部結構通常包括一個前方安裝有防爬器的端梁。碰撞變形能量吸收區布置在端梁的正后方，并通過車鉤從板座、底架枕梁與車體主結構連接成一體。端墻結構通常由梁柱組成的框架結構（端角柱、抗撞擊立柱、窗橫梁）以及外面覆蓋的蒙皮殼組成。抗撞擊立柱的主要作用是保證端墻有足夠承載能力，以防止一旦發生碰撞時障礙物擠入司機室結構中。另一值得注意的點是端墻結構與車頂結構的連接必須恰當，以保證其與碰撞變形能量吸收區協調，如圖3.19所示。

圖3.19　底架端部結構碰撞變形能量吸收區設計

②吸能單元并列布置在端梁與車鉤橫梁之間的碰撞變形能量吸收區

碰撞變形能量吸收區的設計采用了多個相同的吸能單元并列布置在端梁與車鉤橫梁之間。為了給碰撞變形能量吸收區提供足夠的垂直方向的支承作用，又不影響碰撞變形過程的動力特性，在抗撞立柱的上端采用一種特殊的觸發機構——塑性鉸鏈。整個車輛端部結構包括端梁及碰撞變形能量吸收元件一起作為一個整體，通過螺栓連接到車體主結構上，以便一旦發生車輛碰撞受損時，能夠容易地更換整個端部模塊。圖3.20是碰撞變形能量吸收區與車體底架端部結構完全集成的不銹鋼車體設計方案。圖3.20上部為車體端部結構，圖3.20下部左側為底架仿真計算模型，圖3.20下部右側為能量吸收構件

圖3.20　不銹鋼車端結構吸能區設計

③車體端部集成的綜合吸能區

車體端部集成的綜合吸能區包括底架吸能結構、端梁吸能結構及端墻立柱等。端梁中間部分為一個剛性的部件，前方帶有防爬器筋板，通過特殊設計的端梁兩側部分與邊梁連接。吸能元件布置在端梁正后方，一旦發生碰撞，端梁中間部分向后擠壓變形，吸能元件同時發生漸進式的屈曲變形。在變形過程中，底架結構發生屈曲變形，端梁兩側發展成塑性鉸鏈。變形過程中能量吸收區垂直方向的支承及動力導向作用仍然是經過特殊設計的端墻結構與車頂結構的連接方式來實現。如圖3.21所示，上部為車輛端部設計，下部為底架結構屈服變形過程原理圖。

圖3.21　車體端部集成的綜合吸能區

（6）碰撞變形能量吸收元件與防爬裝置組合模塊

將碰撞變形能量吸收元件與防爬裝置組成一個模塊，然后組裝到車輛端部結構上，而不是與車體結構設計集成在一起。其優點是：減少來自車體結構靜強度設計要求的限制，允許僅從碰撞安全性的角度來優化吸能元件的設計；與車體集成設計方案相比，可以獲得較低的碰撞擠壓力和減速度水平；附加組裝到車輛端部結構上的能量吸收裝置易于修理與更換。在中低速發生碰撞時，僅限于能量吸收元件的損壞，并容易更換，降低維修成本。如圖3.22和圖3.23所示。

圖3.22　吸能元件與防爬裝置組合模塊設計方案

圖3.23　吸能元件與防爬裝置組合模塊的穩定變形過程

3.2.14　車體試驗

1.車體、車內部件及材料型式試驗

根據GB/T 14894—2005，GB/T 7928—2003以及EN 12663等相關標準進行車體、車內部件及材料型式試驗，并制定相應的試驗大綱和試驗計劃。所有試驗大綱、試驗計劃及試驗結果等均應提交業主認可后方可投入生產。如生產地發生變化時，應重新進行型式試驗，并提交型式試驗報告。

（1）車體尺寸檢查及輪廓限界檢查

①檢查首輛生產車的車體尺寸。

②檢查車體的制造輪廓限界。

（2）車體結構試驗

車體結構應進行合格鑒定試驗，包括強度分析、靜強度試驗、動強度試驗、車體剛度試驗和疲勞試驗。車體結構試驗按EN 12663規定進行。車體結構型式試驗項目如下。

①模擬運行條件的垂向加載靜強度試驗。

②在AW3垂向載荷作用下的縱向載荷聯合試驗。

③沖擊試驗。可通過計算機模擬在不同車輛重量下以5km/h、15km/h、25km/h速度的沖擊力來完成試驗。

④動態試驗和疲勞試驗。可通過計算機模擬在不同車輛下的動態試驗和疲勞試驗，設計方案通過計算得出的疲勞壽命應相當于30年的工作壽命。

⑤架車/吊車試驗：

a.垂向架車試驗

在主橫梁附近4個架車位處頂起一輛AW0的車（不包括轉向架），測定底架應力。

b.對角架車試驗

在主橫梁附近4個架車位處頂起一輛AW0的車（不包括轉向架）后，下降其中的一個支承點，直至該點處的垂向載荷為零，測定底架應力、變形量和另外3個支承點上的支承力。此時測得的車體結構各部位的應力不得超過許用應力和產生永久變形。

c.復軌試驗

AW0載荷的車體一端支承在轉向架上（轉向架固定在軌道上），車體的另一端支承在車鉤橫梁中間的頂車座處，連同轉向架一起提升車體。該試驗也可由計算機模擬來完成。

⑥撓度試驗：

a.在進行車體結構試驗的①和②項試驗時測量車體各部位撓度，在車長方向中央部位的最大撓度不得超過兩轉向架檢中心距的1/1000。

b.車體需進行撓曲特性頻率型式試驗，確認車體的固有頻率。在AW0載荷條件下的車體固有頻率與轉向架固有頻率之差不小于2Hz。

2.車內部件及材料型式試驗

（1）內頂板和內側墻板應按BS 6853或等同及以上國際標準要求做防火性能試驗，證明具有高阻燃性和低煙、低毒性。如采用經過其他地鐵運用驗證的材料可不必再做此項型式試驗，制造商必須提交有關長期運用期限、合格鑒定和試驗的證明以及報告。

（2）地板隔熱層和覆蓋層材料按照BS 6853或等同及以上國際標準要求做防火性能試驗，著火屏障時間應達到45min。

（3）隔熱、隔聲材料型式試驗：

按BS 6853或等同及以上國際標準要求進行防火性能試驗，并進行隔聲性能和隔熱性能測定。

（4）窗戶型式試驗：

①按UIC 651進行玻璃耐撞擊試驗。

②耐候性能試驗（包括水密性試驗）。

（5）客室座椅型式試驗需進行座椅強度和剛度試驗。

（6）司機室座椅型式試驗：

①按DIN 5510或BS 6853標準進行防火性能試驗。

②座椅功能試驗（前后、上下、橫動及旋轉等性能）。

（7）水密性型式試驗：

按GB/T 14894—2005的5.11節進行。

（8）司機室司機瞭望條件型式試驗：

按UIC 651規定進行。

（9）通道型式試驗：

先進行試驗臺試驗，再作線路試驗。主要測試項目：

①曲線通過能力試驗；

②連掛和分解試驗；

③疲勞試驗（只對其零部件在疲勞試驗臺上進行，主要試驗項目有撓曲試驗、拉伸試驗和摩擦試驗）。

3.例行試驗

（1）檢查主要尺寸。

（2）用專用測量裝置檢驗車輛外形，確認符合車輛制造輪廓線要求。

（3）檢查焊縫質量和使用材料。

（4）貫通道檢查：

①目視檢查

按圖對組裝的準確性和完整性進行檢查（包括記錄序列號），檢查所有橡膠墊片和內、外遮篷。

②尺寸檢查

包括檢查涂層厚度和總尺寸。

③性能檢查

包括連掛和鎖定裝置的功能檢查。

（5）車體和外部設備箱體密封試驗按GB/T 14894—2005的5.11節進行。