姬連峰，孫曉晨，李 航，李曉君，劉冬雪

一、軌道車輛內(nèi)頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

軌道車輛內(nèi)頂板是內(nèi)裝系統(tǒng)中的重要組成部分，其質(zhì)量好壞將直接決定著旅客對(duì)車輛整體效果的評(píng)價(jià)。隨著各個(gè)運(yùn)營(yíng)商個(gè)性化的需求增加，需要在內(nèi)頂板上增加多種功能的電氣元件，例如照明燈帶、揚(yáng)聲器、攝像頭、LCD顯示屏、電子地圖、統(tǒng)型燈、三合一天線等，增加了內(nèi)頂板載荷需求。此外，內(nèi)頂板的功能需求還增加了防火阻燃、減震降噪、輕量化、綠色環(huán)保等功能。內(nèi)頂板在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)合理選擇材質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證其具有足夠的剛度和強(qiáng)度，在保證安全的前提條件下保證個(gè)性化的設(shè)計(jì)[1]。

內(nèi)頂板由中頂板、側(cè)頂板和頂板骨架等三個(gè)部類組成，其重量大、重心高，在車輛運(yùn)行的過程中，容易受到頻繁的慣性沖擊，內(nèi)頂板固定結(jié)構(gòu)間出現(xiàn)相對(duì)位移，產(chǎn)生不安全因素和噪音。因此，在內(nèi)頂板設(shè)計(jì)的過程中要注意到以下幾點(diǎn)：

1.內(nèi)頂板部類盡可能的采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與頂板相關(guān)的部件盡可能的在車下完成組裝。例如將電器件集成在側(cè)頂板上，送風(fēng)道預(yù)先組裝在頂板骨架上，中頂板直接開設(shè)空調(diào)送風(fēng)口等。

2.內(nèi)頂板結(jié)構(gòu)在安裝時(shí)要方便操作，安裝后牢固可靠，保證質(zhì)量穩(wěn)定，方便各個(gè)模塊的檢修維護(hù)，易于拆卸。

3.根據(jù)運(yùn)營(yíng)商客戶的需求，合理選擇材質(zhì)，在保證各項(xiàng)性能穩(wěn)定的前提條件下，盡可能的選擇環(huán)保、阻燃、減震降噪、輕量化的材料，提升內(nèi)頂板外觀美觀度。

二、軌道車輛內(nèi)頂板結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（一）25G軟臥客車包間內(nèi)頂板

1.25G軟臥客車包間內(nèi)頂板結(jié)構(gòu)分析

25G型軟臥車對(duì)內(nèi)飾要求檔次較高，客室通常是由間壁分割出來的多個(gè)包間，固定支撐點(diǎn)位置較多[2]。頂板材質(zhì)大多采用4mm厚的聚酯玻璃鋼，根據(jù)包間平面布置規(guī)則和頂板安裝實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)、可靠性要求，將頂板作為一個(gè)模塊，其上布置揚(yáng)聲器、統(tǒng)型燈、空調(diào)支風(fēng)道出風(fēng)口等部件（見圖1）。

為保證頂板模塊的安裝方便，預(yù)先在車下采用鉚接方式將頂板安裝梁組裝成整體框架式模塊后，利用螺栓連接的方式將骨架與鋼結(jié)構(gòu)、間壁等部位固定。

頂板選用聚酯玻璃鋼材質(zhì)，頂板可以根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的需求設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的造型，裝飾效果也得以保證。由于頂板表面平整、美觀，材料強(qiáng)度和剛度滿足載荷需求，安裝方便，易于固定，并且在出現(xiàn)車體誤差時(shí)方便現(xiàn)場(chǎng)加工驗(yàn)配安裝。

圖1 25G軟臥車包間內(nèi)頂板安裝結(jié)構(gòu)與布置示意圖

2.模塊化方案實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)及解決措施

該包間內(nèi)頂板設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)過程中的難點(diǎn)：

（1）從車體生根的吊座螺栓安裝面不在同一平面，增加調(diào)平頂板骨架的難度，影響頂板模塊安裝的進(jìn)度。

（2）左、右反風(fēng)板之間的尺寸難以控制。

（3）頂板模塊安裝完成后易存在異響。

設(shè)計(jì)方案難點(diǎn)解決的主要方法：

（1）先將頂板骨架預(yù)緊固，將頂板骨架吊座下平面距下邊梁上平面的高度尺寸嚴(yán)格控制在誤差范圍內(nèi)后再緊固螺栓，同時(shí)利用不同厚度的墊板將頂板骨架調(diào)整至同一平面。

（2）頂板安裝前一定要將兩橫向間壁垂直度確保在90°±0.2°范圍內(nèi)，同時(shí)控制好橫向間壁的安裝尺寸，必要時(shí)可根據(jù)現(xiàn)車情況對(duì)頂板進(jìn)行樣裝，避免頂板與間壁之間存在較大安裝偏差，造成左右反風(fēng)板之間的尺寸不均，影響裝飾效果[3]。

（3）各模塊連接處，特別是頂板模塊與頂板骨架模塊連接位置、檢查門鎖位置、用角鐵連接位置，增加毛氈條，調(diào)整微量縫隙不均，并確保內(nèi)頂板各個(gè)模塊安裝牢固可靠，避免因松動(dòng)出現(xiàn)噪音異響。

（二）哈薩克電動(dòng)車組內(nèi)頂板

1.哈薩克電動(dòng)車組內(nèi)頂板結(jié)構(gòu)分析

哈薩克電動(dòng)車組內(nèi)頂板的模塊由中頂板模塊、側(cè)頂板模塊、格柵燈罩3個(gè)基本模塊組成（見圖2），其中空調(diào)通風(fēng)格柵集成在中頂板模塊上，這種結(jié)構(gòu)與當(dāng)前比較常見的地鐵車輛內(nèi)頂板模塊類似。各個(gè)模塊通過T型槽螺栓固定在與車體滑槽相連安裝件的縱向梁上。內(nèi)頂板總長(zhǎng)約17000mm，各個(gè)模塊在安裝過程中固定節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，關(guān)系復(fù)雜。

圖2 哈薩克電動(dòng)車組客室內(nèi)頂板安裝結(jié)構(gòu)示意圖

內(nèi)頂板安裝節(jié)點(diǎn)采用鋁型材T型槽連接固定方式，各個(gè)吊梁、橫梁、中頂板均在安裝節(jié)點(diǎn)處開橫向長(zhǎng)圓孔，可以與縱向T型槽配合可實(shí)現(xiàn)縱橫雙向的調(diào)節(jié)安裝誤差，方便將頂板各個(gè)模塊間的分縫寬度調(diào)整均勻，提升車輛整車內(nèi)飾的美觀度。

中頂板模塊采用焊接鋁蜂窩結(jié)構(gòu)，上表面2mm鋁板（6A02-0）+5mm 鋁蜂窩（3003-H14）+下面板1mm鋁板（6A02-0），在局部做了補(bǔ)強(qiáng)處理，提升了強(qiáng)度和剛度，裝飾面采用麻點(diǎn)噴漆工藝處理。中頂板模塊沿車體方向的固定采用T型槽螺栓固定，模塊之間采用常見的插接方式固定。在中頂板模塊上布置了風(fēng)道出風(fēng)口和回風(fēng)口開口，并在回風(fēng)口位置設(shè)置了便于拆卸的檢查門，用于定期更換風(fēng)道回風(fēng)口尼龍濾網(wǎng)。每塊中頂板的重量約為40Kg，不借助工裝時(shí)可由4人合作完成安裝，借助工裝可由單人安裝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模塊化安裝。

客室燈帶的燈體是利用T型槽螺栓將固定在中、側(cè)頂板縱向安裝梁上。燈罩一側(cè)利用螺栓固定在燈體型材上，另外一側(cè)則采用搭接彎曲結(jié)構(gòu)固定在燈座上。這種固定結(jié)構(gòu)在外漏面燈罩上的固定點(diǎn)位置間距布置均勻，整齊、有序，不會(huì)影響整車內(nèi)裝系統(tǒng)的整體美觀度。

側(cè)頂板模塊采用鉸鏈結(jié)構(gòu)方式固定在與車頂相連的側(cè)頂縱向安裝梁上，另外一側(cè)利用三角壓緊鎖固定在側(cè)墻上的安裝梁上，檢修側(cè)頂板內(nèi)的車門、電氣件等設(shè)備時(shí)，側(cè)頂板模塊打開更加自由方便（見圖3）。側(cè)頂板模塊采用3mm厚的折彎鋁板，表面做噴塑處理。側(cè)頂板模塊在借助工裝時(shí)，可由多人同時(shí)完成頂板組裝任務(wù)，大大縮減了組裝時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

圖3 哈薩克電動(dòng)車組側(cè)頂板模塊安裝結(jié)構(gòu)示意圖

（二）模塊化方案實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)及解決措施

內(nèi)頂板在安裝的過程中由于頂板高度相對(duì)較低，頂板安裝施工空間余量較小，且內(nèi)頂板上集中布置了較多的電器元件，要達(dá)到安裝可靠、布置整齊的裝飾效果確實(shí)存在一定困難。因此，為保證組裝質(zhì)量，完成生產(chǎn)安裝的過程中應(yīng)當(dāng)采取以下措施：

1.中頂板縱向定位以車體中心線為定位基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)是中頂板模塊及中頂板骨架梁的安裝基礎(chǔ)，后序側(cè)頂板模塊、客室燈帶模塊的安裝也都使用這個(gè)唯一基準(zhǔn)。

2.中頂板和頂板骨架的橫向定位基準(zhǔn)都使用的橫向定位基準(zhǔn)。安裝時(shí)從中間一個(gè)門口中心線開始，分別向兩端安裝，把積累誤差放在兩端。

3.門口立罩板與側(cè)頂板的閃縫、各側(cè)頂板之間的閃縫、燈帶燈罩和中頂板之間的閃縫以及燈帶燈罩和側(cè)頂板之間的閃縫是一對(duì)矛盾關(guān)系，受車體制造的影響，保證其中一個(gè)閃縫尺寸，另外幾個(gè)閃縫尺寸可能就難以得到保證。目前采取的措施是要求全車側(cè)頂板間的縫隙在視覺范圍之內(nèi)均勻一致。

（三）膠輪導(dǎo)軌電車頂板

1.膠輪導(dǎo)軌電車頂板結(jié)構(gòu)分析

與哈薩克電動(dòng)車組頂板模塊化相比，膠輪導(dǎo)軌電車頂板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)（見圖4）最突出的特點(diǎn)是將空調(diào)風(fēng)道集成在中頂板骨架梁上，在車下實(shí)現(xiàn)預(yù)組裝后再完成上車組裝，接口關(guān)系明確，模塊化程度更高，安裝更方便、提高了安裝精度，保證了頂板高度尺寸要求。

圖4 膠輪導(dǎo)軌電車客室頂板結(jié)構(gòu)示意圖

膠輪導(dǎo)軌電車中頂板模塊安裝結(jié)構(gòu)同哈薩克電動(dòng)車組類似，都是采用T型槽螺栓連接方式將中頂板模塊固定在鋁合金骨架安裝梁上，相鄰兩塊頂板之間采用插接方式固定。中頂板模塊設(shè)置了空調(diào)風(fēng)道回風(fēng)口格柵，確?？照{(diào)對(duì)回風(fēng)量的需求和方便空調(diào)的檢修、維護(hù)、保養(yǎng)。中頂板縱向翻邊預(yù)留了通風(fēng)格柵搭接位置，方便通風(fēng)格柵的安裝固定。中頂板采用8mm厚的輕質(zhì)復(fù)合材料，在滿足強(qiáng)度、隔音、防火等要求的前提下，顯著降低了頂板的重量。表面采用麻點(diǎn)噴漆工藝處理，此外還可以采用水轉(zhuǎn)印處理處理方式。

中頂板骨架模塊采用鋁型材組焊而成，保證了對(duì)強(qiáng)度的要求。車頂設(shè)有兩段風(fēng)道，分別固定于相應(yīng)的中頂板骨架上。設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)時(shí)先將其中一頂板骨架與相應(yīng)風(fēng)道作為一個(gè)模塊在車下組裝固定，然后整體上車預(yù)先固定中頂板骨架，待確定好安裝基準(zhǔn)后再依次固定風(fēng)道和頂板骨架，然后再安裝中頂板（見圖 5）。

圖5 膠輪導(dǎo)軌電車內(nèi)頂板模塊化安裝實(shí)現(xiàn)示意圖

空調(diào)通風(fēng)格柵由鋁型材加工而成，并在相應(yīng)位置均勻布置了橫向長(zhǎng)圓孔，型材表面進(jìn)行了水轉(zhuǎn)印處理。通風(fēng)格柵一端插接到中頂板上，另一端利用T型槽螺栓固定在頂板骨架模塊上。

通風(fēng)格柵側(cè)面是客室燈帶，客室燈帶一側(cè)利用T型槽螺栓固定在頂板骨架模塊上，另外一側(cè)用同樣的連接方式固定在側(cè)頂板縱向梁上，螺栓固定在燈帶燈罩里面，保證了燈帶燈罩美觀性的需要。

2.模塊化方案實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)及解決措施

膠輪導(dǎo)軌電車模塊化頂板設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)過程中也存在頂板和其他組件之間閃縫不均勻的問題，受車體制造影響，在保證中、側(cè)頂板之間閃縫要求尺寸時(shí)，側(cè)頂板模塊與門口立罩板之間的閃縫尺寸難以保證。當(dāng)前采取的措施是嚴(yán)格控制車體制造尺寸，將誤差尺寸控制在合理的范圍之內(nèi)，同時(shí)進(jìn)一步明確以門口中心線為定位的頂板模塊安裝基準(zhǔn)，將誤差控制在兩端。

空調(diào)風(fēng)道模塊中支風(fēng)道采用鉚接方式固定在風(fēng)道模塊上，待風(fēng)道集成在頂板骨架上裝車后，由于支風(fēng)道材質(zhì)原因，支風(fēng)道活動(dòng)范圍不夠，頂板安裝空間不足，以至于頂板難以安裝。當(dāng)前通過改進(jìn)支風(fēng)道結(jié)構(gòu)和安裝順序的方式優(yōu)化了頂板模塊化方案，將支風(fēng)道鉚接方式改為螺栓連接方式，待集成頂板模塊和中頂板模塊裝車之后再依次安裝支風(fēng)道，保證了中頂板安裝空間。

三、結(jié) 語

通過以上對(duì)軌道車輛內(nèi)頂板結(jié)構(gòu)模塊化的分析可知，在保證軌道車輛安全性能設(shè)計(jì)的前提下，內(nèi)頂板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)逐步趨于模塊化，設(shè)計(jì)接口關(guān)系越來越清晰，安裝方式也越來越簡(jiǎn)便。隨著對(duì)新結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新和摸索，在內(nèi)頂板上集成的功能模塊會(huì)越來越多，基于內(nèi)裝系統(tǒng)的特點(diǎn)，在完成內(nèi)頂板模塊化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循以下原則：

（1）在保證頂板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)安全性及車輛整體功能的前提下，要根據(jù)客戶的需求，合理選擇材質(zhì)，且盡可能多的集成一些包含元素，進(jìn)而提升組裝工作效率。而對(duì)與車內(nèi)相關(guān)的其他模塊，則采用合理的連接結(jié)構(gòu)保證安裝質(zhì)量。

（2）內(nèi)頂板各個(gè)模塊時(shí)間的連接點(diǎn)以及與車體相連接的連接節(jié)點(diǎn)，應(yīng)獨(dú)立設(shè)計(jì)，方便后續(xù)組裝及檢修維護(hù)。

（3）內(nèi)頂板各模塊要組裝合理，在組裝時(shí)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格確定安裝定位基準(zhǔn)，不允許派生出其他定位基準(zhǔn)，避免誤差累積。此外還應(yīng)當(dāng)充分考慮如何消除整體組裝后的誤差，實(shí)現(xiàn)牢固、安全、美觀、舒適的整體效果。