城軌車輛車體的發展一直在追求輕量化、經濟性和安全舒適性.城軌車輛車體由最早的碳素鋼一體化結構車體發展成現在不銹鋼、鋁合金模塊化結構車體.不銹鋼車體和鋁合金車體都具有較好的耐腐蝕性和輕量化的優點,適應了城軌車輛發展的需要.我們從以上十個方面進行比較分析綜合考慮認為城軌車輛車輛最合適的材料為鋁合金車體.

 一、城軌車輛車體概述

    車體是車輛的主體結構,車體一方面是容納乘客和地鐵司機駕駛列車的場所,又是安裝其他車輛部件和系統的基礎.因而車輛車體的材料使用結構的選擇都關系到地鐵列車運行的安全性、可靠性、乘車舒適性.

    按照車體所使用材料分類,一般分為碳素鋼車體、不銹鋼車體、鋁合金車體三種,早期城軌車輛車體材料一般使用碳素鋼( 普通低碳鋼和耐候鋼) ,目前城軌車輛主要使用鋁合金,使用不銹鋼車體較少.

    二、碳素鋼、不銹鋼、鋁合金車體材料的比較

    1、車體輕量化

    采用普通碳素鋼制成的車體有眾多縱、橫型材構骨架和外包板結構,形成一個閉口的筒形薄殼整體承載結構,一般自重達 10 ~13t.為了減輕車體重量和解決車體腐蝕問題,采用了半不銹鋼( 包板為不銹鋼,骨架為普通碳素鋼) 或全不銹鋼車體,免除了車體內壁涂覆防腐蝕涂料和表面油漆.在保證強度、剛度的前提下,通過調質壓延而獲得高強度不銹鋼薄板,板厚減小,使的車體自重比普通碳素鋼車體減輕 l ~2t.

    鋁合金的比重僅為鋼的 1 /3,彈性模量也是鋼的 1 /3,在鋁制車體結構設計中,車體主要承載構件一般采用大型中空截面的擠壓鋁型材,達到最大限度地減輕車體自重.全車的底板、側墻、車頂均采用大型中空截面的擠壓鋁型材拼焊而成,與鋼制相比重量可減輕 3 ~ 5 t.

    為保證地鐵車輛不銹鋼和鋁合金車體的機械性能,結合國內外地鐵車輛車體采用不銹鋼和鋁合金車體的運營經驗,以碳素鋼車體自重為基準,不銹鋼車體可減自重 20% 上下,鋁合金車體可減自重 40% 左右.因此在輕量化上鋁合金車體效果比不銹鋼車體更好.

    2、車體腐蝕狀況

    碳素鋼車體的雨檐周圍,門口及車窗周圍的立柱、墻板、地板等處容易被腐蝕,6 年之后要進行局部修補,10 年后要進行部分改造,20 年后還要進行大的改造.如此反復修補、改造,30 年后的車輛基本上報廢.

    目前的城軌車輛鋁合金車體已經使用大型鋁合金擠壓型材.通過對運營后鋁合金車體腐蝕情況進行的調查表明: 雨檐、門口、窗口周圍及底架端部、車體側面的焊接熱影響區處發生了腐蝕.但和碳素鋼車體相比較,腐蝕程度很輕,對車體的強度不會產生影響,只需對車輛進行定期維護.

    不銹鋼車體具有耐腐蝕、免維修等特點.全部采用不銹鋼材料的車體是與鋁合金車體大致在同一時期開發出來的,事實證明不銹鋼車體比其他類型的車體有著更好的耐腐蝕性.通過對在線運營的不銹鋼車輛進行的檢查、發現不銹鋼車體幾乎不需要進行維護.早期制造的不銹鋼車體目前都還在正線上運營.

    3、制造成本

    (1) 材料成本:

    現在以確定了形式、大小的城市通勤車為例,因各種車的耐腐蝕性不同,分為碳素鋼涂裝車、鋁合金涂裝車、鋁合金不涂裝車( 但外表面要打磨加工) ,不銹鋼不涂裝車等幾種.

    不涂裝車由于近來對外觀的要求,也常貼上彩帶,因此不涂裝車的成本中還要包含彩帶及涂于搭接處的防水密封膠,所以用于車輛裝飾的材料費用大致相同.僅僅從材料來講,車體的成本: 碳素鋼車體 < 不銹鋼車< 鋁合金車.

    (2) 加工成本:

    由于 SUS301L 不銹鋼材料須經過調質壓延加工,需要專用加工設備,所以使成本增加; 鋁合金由于采用合金元素及大型擠壓設備,也使得加工成本增加.另外加工中碳素鋼車體使用 CO2 氣體保護的弧焊和用焊條的弧焊.鋁合金車體使用 MIG 焊和 TIG 焊.不銹鋼車體使用點焊、MIG 焊和 TIG 焊.并且鋁合金車體跟碳素鋼車體一樣采用弧焊,為防止底架接頭處的角部產生應力集中,要增加打磨加工焊縫的工作.不銹鋼車體采用點焊,所用焊接材料少,焊接熱量少,不容易發生變形,所以基本上不需要修整及加工焊縫.

    在考慮到上述因素影響的前提下,可以看出車體的制造成本: 碳素鋼車體制造成本最低,不銹鋼車體次之,鋁合金車體制造成本最高.鋁合金車體要比碳素鋼車體高出 70% ,不銹鋼車體要比碳素鋼車體高出 14% .

    4、 維修管理

    車體采用不銹鋼和鋁合金材料,提高了車輛的耐腐蝕性和輕量化,使車輛的維修管理及運營更加合理化.采用耐候鋼的車輛,無法和不銹鋼相比,經過 10 年,局部就會被腐蝕,必須進行修補,這樣除了修理所需費用以外,由于車體更新會使運營率下降,還會影響備用車數量.在過去幾十年的運營實際已經驗證,不銹鋼車體和鋁合金車體基本是不用維修的,所以選用不銹鋼和鋁合金車體的車輛后期費用明顯減少.

    5、 運營總成本

    如將碳素鋼車體制造成本定為 l. 0,則不銹鋼車為1. 14,鋁合金車( 不涂漆) 為 l. 57,鋁合金( 涂漆) 為 1. 66.但是由于碳素鋼車體檢查維修量大,其總成本明顯增加,12 年廠修時其總成本大幅上升,超過不銹鋼車.20 年時,再次大幅躍升,超出鋁合金車.所以可以看出,最初的制造成本最低,但經過長年使用后,總成本變為最高.而不銹鋼車維修量很少,所以最終總成本最低.

    6、 外觀質量

    碳素鋼車體由于不耐腐蝕,車體需要經常維護保養.

    車體使用一段時間后腐蝕較為嚴重,折舊嚴重,影響美觀.

    不涂裝的不銹鋼車體,由于不刮膩子、不油漆,外表不做任何裝飾,給人一種缺點什么的感覺; 由于外墻板很薄( 中國使用 1. 5mm) 、很光,對不平度反映過敏,只要有 0. 2mm 的凹凸,經反光折射,肉眼就感到不舒服;尤其是薄板的點焊印子更是無法消除,這些密密麻麻的焊點是設計確定的、工藝保證的,焊點的排列、深度、大小的一致性都有嚴格的.

    7、 抵御磕碰、防劃傷能力

    碳素鋼車體極不容易修復.鋁合金占優,容易修復.不銹鋼,容易劃傷,出現劃痕又難以消除.

    8、對車下設備提供的安裝空間和布置方式

    碳素鋼車體各個部件質量重,占用空間比例大,車下空間十分狹小,不方便布置車輛設備,尤其是加裝或改裝設備.

    不銹鋼車體板薄,板梁點焊結構,車下空間小,設備布置分散,只能用傳統的預留線槽線道、現車穿線工藝,線路、管路布置零亂.

    鋁合金車體,車下空間較大,適合于大線槽布線和空氣管路預裝配,能夠做到整體安裝,實現模塊化車體的要求,在車輛維修過程中比較方便哪個模塊故障則可進行更換.

    9、能耗

    在車輛自重的排列中碳素鋼 > 不銹鋼 > 鋁合金,那么能耗則同為為碳素鋼 > 不銹鋼 > 鋁合金,在能源節能方面鋁合金占明顯的優勢.通過數據分析鋁合金車體的運營能耗成本明顯低于其他類型車體

責任編輯：周婭

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