司机室碳纤维外罩结构设计

石守东 王沫 李俐

摘要：以某地铁车辆为研究对象，采用碳纤维的符合材料，进行了司机室外罩的结构设计及内部接口分析。新型复合材料在地铁车辆中的应用，能达到较好的轻量化效果。

关键词：地铁车辆；司机室；碳纤维

随着城市轨道交通的快速发展，地铁车辆的速度等级不断提升，车体轻量化设计已经成为当前车辆设计的主要技术指标项点。司机室作为车辆的重要组成部分，由于其自身的复杂结构及曲面造型等特点，迫切需要新的工艺材料来制造设计。碳纤维复合材料具有强度高、质量轻，以及便于成型的良好工艺性。将碳纤维材料用于司机室的外罩设计，对地铁车辆的设计具有良好的效果。本文以某地铁车辆为研究对象，对司机室外罩碳纤维结构进行了分析研究。

1 司机室外罩结构

司机室外罩采用整体碳纤维泡沫夹芯结构，与车体通过螺栓连接，然后在车体衔接处打胶密封的连接方式。头罩上预留有前窗玻璃、车灯、刮雨器等部件安装接口。

司机室前端结构是前端碳纤维头罩结构，如图1所示。由于泡沫起到填充高度的作用，使得整个头罩结构刚度增加，碳纤维本身强度是铝的屈服强度的2倍多，尽管碳纤维弹性模量低于铝的弹性模量，但可以通过增加厚度的方式提高截面尺寸，弥补碳纤维模量的不足。外将碳纤维罩（含前端玻璃等设备）的重量及运行中的风力动载通过车体的连接节点传递到车体上。碳纤维头罩本身虽然不参与车体承载，但由于自重、运行载荷及设备、特别是大开口前端窗的影响，因此要求具有足够的强度和刚度。

图1碳纤维车头罩三维示意图

图2碳纤维车头罩实物图

2 连接结构设计

碳纤维外罩与车体连接结构通过以下方式进行连接：碳纤维中预埋C型滑槽，通过角铁、螺栓与骨架连接。

图3碳纤维车头罩后端墙连接形式

图4碳纤维车头罩与车体底架连接形式

泡沫夹芯结构+碳纤维内嵌式骨架可以一次成型，省略铝骨架焊接及装配，能达到较好的轻量化效果。

3. 结论

碳纤维司机室外罩加工工艺方便，容易成型，装配简单。能够很好的满足地铁车辆司机室外观的各种曲面造型，具有良好的美观性，后期保养维修也很方便。碳纤维材料结构的司机室，在满足结构强度和刚度性能指标的条件下，能够有效的达到轻量化的设计效果，在地铁车辆的设计中应用前景广阔。

参考文献

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