市域快軌車輛主要部件密封性措施的研究

鄧 長 海

(福州地鐵集團有限公司 機電管理中心，福建 福州 350004)

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的加快，各地打造1 h都市圈的需求日益增加，市域快速軌道(以下簡稱“市域快軌”)交通的建設(shè)可以緩解城市住房壓力，調(diào)整城市布局，滿足城市發(fā)展的需要。市域快軌列車(包含市域A型車、B型車、D型車)的運行速度范圍一般在120～160 km/h[1]。

國內(nèi)部分運行速度超過100 km/h的市域快軌線路曾出現(xiàn)因車廂內(nèi)壓力變化引起乘客產(chǎn)生耳鳴和其他身體不適的情況。若市域快軌車輛氣密性要求過高，則會增加列車采購成本；若市域快軌車輛氣密性要求過低，則不滿足乘客乘車要求。

國內(nèi)外學(xué)者對列車氣密性進行了一定的研究。徐威主要介紹了國外高速列車氣密性試驗方法及有關(guān)參數(shù)，建議我國盡早開展高速列車氣密性研究，制定合理的氣密性標準[2]。蘇曉峰等介紹了世界各國的氣密性研究現(xiàn)狀，給出了高速列車的氣密性要求、氣密性標準及氣密性試驗標準，對我國氣密性研究提出了建議[3]。李文夏等在論述空氣壓力波對列車的作用和對乘客影響的基礎(chǔ)上，介紹了日本、歐洲和我國對高速動車組和客車氣密性的要求，以及整車和部件氣密性試驗方法[4]。張寅河等通過對我國某型地鐵列車進行隧道空氣動力學(xué)實車線路試驗，得到地鐵列車實際運行過程中車內(nèi)外壓力變化規(guī)律[5]。上述對列車氣密性的研究主要集中在高鐵列車上，而對市域快軌列車氣密性的研究較少。為此，本文將在原有市域快軌快軌A型車的基礎(chǔ)上探討提高車輛氣密性的相應(yīng)措施。

1 市域快軌車輛通過隧道時車內(nèi)壓力波特征

以6輛編組市域快軌A型車為例，在隧道凈空斷面積為37 m2、隧道長度分別為2.1 km和5 km條件下，建立計算模型和計算區(qū)域。分別在頭車、中間車及尾車距軌面2.5 m處布置多處測點，同時在站臺門和隧道壁面一定距離布置測點。通過壁面函數(shù)法和RNGκ-ε湍流模型配合，對流項采用三階精度的修正的QUICK格式，擴散項采用經(jīng)典的二階中心差分格式，采用SIMPLE算法對模型進行仿真計算。車輛以160 km/h的速度通過2條長度不同的隧道時，車內(nèi)3 s內(nèi)的壓力變化值如表1所示,表中τ為整車密封性常數(shù)。車輛通過2條隧道時車內(nèi)壓力變化見圖1。

表1 車輛通過2條隧道時車內(nèi)3 s內(nèi)的壓力變化值 Pa

圖1 車輛通過2條隧道時車內(nèi)壓力變化圖

從表1、圖1可以看出，車輛通過2.1 km隧道時車內(nèi)壓力變化比通過5 km隧道時車內(nèi)壓力變化明顯。當(dāng)τ≤3時，車內(nèi)壓力變化均大于0.8 kPa/3 s；當(dāng)τ≥6時，車內(nèi)壓力變化均小于0.8 kPa/3 s。

參照《鐵路隧道設(shè)計施工有關(guān)標準補充規(guī)定》(鐵建設(shè)[2007]88號)第13條“當(dāng)線路中隧道所占比例大于25%或每小時通過隧道大于4座時，單線隧道允許的最大瞬變壓力宜為0.8 kPa/3 s”，建議市域快軌車輛密封性要求為τ≥6。

2 市域快軌車輛部件密封性設(shè)計及實現(xiàn)

2.1 市域快軌車輛部件密封性分析

由上述公式可知，要達到市域快軌車輛密封性τ≥6的要求，車輛各部件也需要進行密封性管理。

2.2 市域快軌A型車密封性分析

市域快軌A型車車體采用鋁合金和不銹鋼材料制成。為了便于乘客上下車，在車體側(cè)邊設(shè)有車門，車體內(nèi)設(shè)有座椅、窗戶、乘客顯示系統(tǒng)，車頂安裝空調(diào)機組，車體之間設(shè)有貫通道連接。

由于車門、空調(diào)直接連通車體與外部空氣，貫通道直接連接2節(jié)車體，因此車門、空調(diào)、貫通道等部件和車體結(jié)構(gòu)對整車密封性影響較大。

2.3 市域快軌A型車主要部件密封性措施

2.3.1 車體結(jié)構(gòu)密封性

鋁合金車體經(jīng)組焊后形成一個整體，但由于需要在車體上安裝車門、車窗、空調(diào)以及各種電氣和供風(fēng)管道等，在車體上預(yù)留了管道和電纜的穿線孔洞。如果這些孔洞在安裝相應(yīng)的設(shè)備管路后沒有采取相應(yīng)的密封措施則會漏氣，影響旅客的乘坐舒適性。

車體孔洞采用的密封工藝主要有焊縫全焊透、段焊加抹密封膠以及密封膠密封3種。針對長焊縫，采用全焊透方式以保證車體的密封性；針對局部區(qū)域，為了減少焊接變形，采用段焊加抹密封膠或直接采用密封膠連接，以保證連接強度和車體密封性。

2.3.2 車門密封性

市域快軌A型車車門與車體外表面采用一層密封膠條密封，當(dāng)左右兩門板關(guān)好后車門四周的橡膠結(jié)構(gòu)會緊壓在門框上。市域快軌A型車加強車門密封性的具體措施如下：

(1) 在門板中下部增加下?lián)蹁N或加鎖鉤增強密封性，可避免當(dāng)車門下部門板橡膠未徹底壓緊在門框上時出現(xiàn)嘯叫的情況。

(2) 改進密封膠條結(jié)構(gòu)。采用雙密封形式，內(nèi)部密封膠條負責(zé)密封性，外部密封膠條負責(zé)防塵、防雨雪及保護內(nèi)部密封膠條(圖2)。

2.3.3 貫通道密封性

市域快軌A型車加強貫通道密封性的具體措施如下：

(1) 在折棚與車體框連接處、車體框與端墻連接處均采用 EPDM 橡膠條密封(圖3)。

圖3 貫通道密封措施圖

(2) 采用雙層棚布結(jié)構(gòu)，整體厚度增加，對于內(nèi)部與外部的氣壓變化適應(yīng)性強。

2.3.4 空調(diào)密封性

車廂的密封除了車體結(jié)構(gòu)、車門及貫通道外，還包括與外界相通面積最大的空調(diào)廢排風(fēng)口與新風(fēng)進口。市域快軌A型車空調(diào)加強密封性應(yīng)增加壓力波保護系統(tǒng)。在列車高速通過隧道時，壓力波保護系統(tǒng)壓力控制裝置中的壓力傳感器接收外部壓力改變信號，通過控制單元快速關(guān)閉新風(fēng)進口和廢排風(fēng)口,關(guān)閉車廂與外部空氣之間的通路，保持車內(nèi)壓力穩(wěn)定，并在通過隧道后解除保護，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

3 結(jié)束語

市域快軌交通正逐步成為全國城市軌道交通建設(shè)的熱點，市域快軌列車的生產(chǎn)制造也將進入批量化時期。通過對市域快軌A型車密封性的研究，可為后續(xù)市域快軌列車的設(shè)計及生產(chǎn)制造提供參考。