轨道交通车辆内顶板模块化设计与实现

姬连峰，孙晓晨，李 航，李晓君，刘冬雪

一、轨道车辆内顶板结构设计特点

轨道车辆内顶板是内装系统中的重要组成部分，其质量好坏将直接决定着旅客对车辆整体效果的评价。随着各个运营商个性化的需求增加，需要在内顶板上增加多种功能的电气元件，例如照明灯带、扬声器、摄像头、LCD显示屏、电子地图、统型灯、三合一天线等，增加了内顶板载荷需求。此外，内顶板的功能需求还增加了防火阻燃、减震降噪、轻量化、绿色环保等功能。内顶板在设计时应当合理选择材质和结构设计，保证其具有足够的刚度和强度，在保证安全的前提条件下保证个性化的设计[1]。

内顶板由中顶板、侧顶板和顶板骨架等三个部类组成，其重量大、重心高，在车辆运行的过程中，容易受到频繁的惯性冲击，内顶板固定结构间出现相对位移，产生不安全因素和噪音。因此，在内顶板设计的过程中要注意到以下几点：

1.内顶板部类尽可能的采用模块化结构设计，与顶板相关的部件尽可能的在车下完成组装。例如将电器件集成在侧顶板上，送风道预先组装在顶板骨架上，中顶板直接开设空调送风口等。

2.内顶板结构在安装时要方便操作，安装后牢固可靠，保证质量稳定，方便各个模块的检修维护，易于拆卸。

3.根据运营商客户的需求，合理选择材质，在保证各项性能稳定的前提条件下，尽可能的选择环保、阻燃、减震降噪、轻量化的材料，提升内顶板外观美观度。

二、轨道车辆内顶板结构模块化设计与实现

（一）25G软卧客车包间内顶板

1.25G软卧客车包间内顶板结构分析

25G型软卧车对内饰要求档次较高，客室通常是由间壁分割出来的多个包间，固定支撑点位置较多[2]。顶板材质大多采用4mm厚的聚酯玻璃钢，根据包间平面布置规则和顶板安装实现特点、可靠性要求，将顶板作为一个模块，其上布置扬声器、统型灯、空调支风道出风口等部件（见图1）。

为保证顶板模块的安装方便，预先在车下采用铆接方式将顶板安装梁组装成整体框架式模块后，利用螺栓连接的方式将骨架与钢结构、间壁等部位固定。

顶板选用聚酯玻璃钢材质，顶板可以根据运营商的需求设计不同结构的造型，装饰效果也得以保证。由于顶板表面平整、美观，材料强度和刚度满足载荷需求，安装方便，易于固定，并且在出现车体误差时方便现场加工验配安装。

图1 25G软卧车包间内顶板安装结构与布置示意图

2.模块化方案实现的难点及解决措施

该包间内顶板设计方案实现过程中的难点：

（1）从车体生根的吊座螺栓安装面不在同一平面，增加调平顶板骨架的难度，影响顶板模块安装的进度。

（2）左、右反风板之间的尺寸难以控制。

（3）顶板模块安装完成后易存在异响。

设计方案难点解决的主要方法：

（1）先将顶板骨架预紧固，将顶板骨架吊座下平面距下边梁上平面的高度尺寸严格控制在误差范围内后再紧固螺栓，同时利用不同厚度的垫板将顶板骨架调整至同一平面。

（2）顶板安装前一定要将两横向间壁垂直度确保在90°±0.2°范围内，同时控制好横向间壁的安装尺寸，必要时可根据现车情况对顶板进行样装，避免顶板与间壁之间存在较大安装偏差，造成左右反风板之间的尺寸不均，影响装饰效果[3]。

（3）各模块连接处，特别是顶板模块与顶板骨架模块连接位置、检查门锁位置、用角铁连接位置，增加毛毡条，调整微量缝隙不均，并确保内顶板各个模块安装牢固可靠，避免因松动出现噪音异响。

（二）哈萨克电动车组内顶板

1.哈萨克电动车组内顶板结构分析

哈萨克电动车组内顶板的模块由中顶板模块、侧顶板模块、格栅灯罩3个基本模块组成（见图2），其中空调通风格栅集成在中顶板模块上，这种结构与当前比较常见的地铁车辆内顶板模块类似。各个模块通过T型槽螺栓固定在与车体滑槽相连安装件的纵向梁上。内顶板总长约17000mm，各个模块在安装过程中固定节点数量较多，关系复杂。

图2 哈萨克电动车组客室内顶板安装结构示意图

内顶板安装节点采用铝型材T型槽连接固定方式，各个吊梁、横梁、中顶板均在安装节点处开横向长圆孔，可以与纵向T型槽配合可实现纵横双向的调节安装误差，方便将顶板各个模块间的分缝宽度调整均匀，提升车辆整车内饰的美观度。

中顶板模块采用焊接铝蜂窝结构，上表面2mm铝板（6A02-0）+5mm 铝蜂窝（3003-H14）+下面板1mm铝板（6A02-0），在局部做了补强处理，提升了强度和刚度，装饰面采用麻点喷漆工艺处理。中顶板模块沿车体方向的固定采用T型槽螺栓固定，模块之间采用常见的插接方式固定。在中顶板模块上布置了风道出风口和回风口开口，并在回风口位置设置了便于拆卸的检查门，用于定期更换风道回风口尼龙滤网。每块中顶板的重量约为40Kg，不借助工装时可由4人合作完成安装，借助工装可由单人安装，进而实现模块化安装。

客室灯带的灯体是利用T型槽螺栓将固定在中、侧顶板纵向安装梁上。灯罩一侧利用螺栓固定在灯体型材上，另外一侧则采用搭接弯曲结构固定在灯座上。这种固定结构在外漏面灯罩上的固定点位置间距布置均匀，整齐、有序，不会影响整车内装系统的整体美观度。

侧顶板模块采用铰链结构方式固定在与车顶相连的侧顶纵向安装梁上，另外一侧利用三角压紧锁固定在侧墙上的安装梁上，检修侧顶板内的车门、电气件等设备时，侧顶板模块打开更加自由方便（见图3）。侧顶板模块采用3mm厚的折弯铝板，表面做喷塑处理。侧顶板模块在借助工装时，可由多人同时完成顶板组装任务，大大缩减了组装时间，提高了生产效率。

图3 哈萨克电动车组侧顶板模块安装结构示意图

（二）模块化方案实现的难点及解决措施

内顶板在安装的过程中由于顶板高度相对较低，顶板安装施工空间余量较小，且内顶板上集中布置了较多的电器元件，要达到安装可靠、布置整齐的装饰效果确实存在一定困难。因此，为保证组装质量，完成生产安装的过程中应当采取以下措施：

1.中顶板纵向定位以车体中心线为定位基准，该基准是中顶板模块及中顶板骨架梁的安装基础，后序侧顶板模块、客室灯带模块的安装也都使用这个唯一基准。

2.中顶板和顶板骨架的横向定位基准都使用的横向定位基准。安装时从中间一个门口中心线开始，分别向两端安装，把积累误差放在两端。

3.门口立罩板与侧顶板的闪缝、各侧顶板之间的闪缝、灯带灯罩和中顶板之间的闪缝以及灯带灯罩和侧顶板之间的闪缝是一对矛盾关系，受车体制造的影响，保证其中一个闪缝尺寸，另外几个闪缝尺寸可能就难以得到保证。目前采取的措施是要求全车侧顶板间的缝隙在视觉范围之内均匀一致。

（三）胶轮导轨电车顶板

1.胶轮导轨电车顶板结构分析

与哈萨克电动车组顶板模块化相比，胶轮导轨电车顶板设计结构（见图4）最突出的特点是将空调风道集成在中顶板骨架梁上，在车下实现预组装后再完成上车组装，接口关系明确，模块化程度更高，安装更方便、提高了安装精度，保证了顶板高度尺寸要求。

图4 胶轮导轨电车客室顶板结构示意图

胶轮导轨电车中顶板模块安装结构同哈萨克电动车组类似，都是采用T型槽螺栓连接方式将中顶板模块固定在铝合金骨架安装梁上，相邻两块顶板之间采用插接方式固定。中顶板模块设置了空调风道回风口格栅，确保空调对回风量的需求和方便空调的检修、维护、保养。中顶板纵向翻边预留了通风格栅搭接位置，方便通风格栅的安装固定。中顶板采用8mm厚的轻质复合材料，在满足强度、隔音、防火等要求的前提下，显著降低了顶板的重量。表面采用麻点喷漆工艺处理，此外还可以采用水转印处理处理方式。

中顶板骨架模块采用铝型材组焊而成，保证了对强度的要求。车顶设有两段风道，分别固定于相应的中顶板骨架上。设计方案实现时先将其中一顶板骨架与相应风道作为一个模块在车下组装固定，然后整体上车预先固定中顶板骨架，待确定好安装基准后再依次固定风道和顶板骨架，然后再安装中顶板（见图 5）。

图5 胶轮导轨电车内顶板模块化安装实现示意图

空调通风格栅由铝型材加工而成，并在相应位置均匀布置了横向长圆孔，型材表面进行了水转印处理。通风格栅一端插接到中顶板上，另一端利用T型槽螺栓固定在顶板骨架模块上。

通风格栅侧面是客室灯带，客室灯带一侧利用T型槽螺栓固定在顶板骨架模块上，另外一侧用同样的连接方式固定在侧顶板纵向梁上，螺栓固定在灯带灯罩里面，保证了灯带灯罩美观性的需要。

2.模块化方案实现的难点及解决措施

胶轮导轨电车模块化顶板设计方案实现过程中也存在顶板和其他组件之间闪缝不均匀的问题，受车体制造影响，在保证中、侧顶板之间闪缝要求尺寸时，侧顶板模块与门口立罩板之间的闪缝尺寸难以保证。当前采取的措施是严格控制车体制造尺寸，将误差尺寸控制在合理的范围之内，同时进一步明确以门口中心线为定位的顶板模块安装基准，将误差控制在两端。

空调风道模块中支风道采用铆接方式固定在风道模块上，待风道集成在顶板骨架上装车后，由于支风道材质原因，支风道活动范围不够，顶板安装空间不足，以至于顶板难以安装。当前通过改进支风道结构和安装顺序的方式优化了顶板模块化方案，将支风道铆接方式改为螺栓连接方式，待集成顶板模块和中顶板模块装车之后再依次安装支风道，保证了中顶板安装空间。

三、结 语

通过以上对轨道车辆内顶板结构模块化的分析可知，在保证轨道车辆安全性能设计的前提下，内顶板结构的设计逐步趋于模块化，设计接口关系越来越清晰，安装方式也越来越简便。随着对新结构的不断创新和摸索，在内顶板上集成的功能模块会越来越多，基于内装系统的特点，在完成内顶板模块化设计时应当遵循以下原则：

（1）在保证顶板设计结构安全性及车辆整体功能的前提下，要根据客户的需求，合理选择材质，且尽可能多的集成一些包含元素，进而提升组装工作效率。而对与车内相关的其他模块，则采用合理的连接结构保证安装质量。

（2）内顶板各个模块时间的连接点以及与车体相连接的连接节点，应独立设计，方便后续组装及检修维护。

（3）内顶板各模块要组装合理，在组装时应当严格确定安装定位基准，不允许派生出其他定位基准，避免误差累积。此外还应当充分考虑如何消除整体组装后的误差，实现牢固、安全、美观、舒适的整体效果。