一种地铁车辆模块化端墙结构及其制造方法与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，具体而言，涉及一种地铁车辆模块化端墙结构及其制造方法。


背景技术：

2.目前，轨道交通车辆朝着高速度、低能耗方向不断发展，对于车体轻量化设计提出了更高要求。
3.轨道交通车辆的车体外轮廓受到线路条件、车辆限界等因素的限制，往往存在一定差异。因此，结合目前标准地铁的发展趋势，需对端墙进行模块化设计，降低型材开模和设计制造成本，从而具备适应各类地铁车型的能力。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提出预先利用多个拼接在一起的端墙模块型材构成端墙模块，再利用多个端墙模块之间的组合焊接构成一个端墙面板平滑，使端墙面板在安装时可根据车厢形状进行快速切割，实现了端墙面板的模块化以及良好的隔音，降低了型材开模和与车厢安装时间。
5.为了实现上述目的，第一方面，本技术实施例提供了一种地铁车辆模块化端墙结构，包括：第一端墙模块、第二端墙模块和第三端墙模块；所述第一端墙模块、所述第二端墙模块和所述第三端墙模块均为中空结构；
6.所述第一端墙模块和所述第二端墙模块分别焊接在所述第三端墙模块的两侧；
7.所述第一端墙模块、所述第二端墙模块和所述第三端墙模块之间均采用双轴肩搅拌摩擦焊的方式焊接到一起。
8.第二方面，本技术实施例提供了一种地铁车辆端墙制造方法，用于制造上述第一方面所述的地铁车辆模块化端墙结构，所述方法包括：
9.将组成所述第一端墙模块的端墙模块型材之间通过双轴肩搅拌摩擦焊进行拼焊，得到内部中空的第一端墙模块，将组成所述第二端墙模块的端墙模块型材之间通过双轴肩搅拌摩擦焊进行拼焊，得到内部中空的第二端墙模块，并将组成所述第三端墙模块的端墙模块型材之间通过双轴肩搅拌摩擦焊进行拼焊，得到内部中空的第三端墙模块；
10.对拼焊后得到的所述第一端墙模块、所述第二端墙模块和所述第三端墙模块进行去筋处理；
11.对第一端墙模块、第二端墙模块和第三端墙模块通过双轴肩搅拌摩擦焊方式进行组焊，得到端墙面板；
12.根据地铁车辆的车体轮廓对端墙面板进行机加工，得到与地铁车辆的所述车体轮廓匹配的端墙面板。
13.本技术上述第一方面和第二方面提供的方案中，通过将第一端墙模块、第二端墙模块和第三端墙模块三个端墙模块进行组合，并通过双轴肩搅拌摩擦焊的方式将第一端墙
模块、第二端墙模块和第三端墙模块焊接到一起得到端墙面板，端墙面板与车体安装时根据车体内轮廓和外轮廓形状进行机加工，切掉多余型材；与相关技术中需逐个对端墙模块型材进行单独与车体焊接的方式相比，通过端墙模块型材的固定连接以及端墙模块之间的任意组合焊接，实现不同车厢内端墙面板的差异化，方便端墙面板的快速安装，降低端墙模块型材的开模与设计成本；采用双轴搅拌模块焊工艺进行焊接，接头处无需设计支撑筋，极大降低了端墙面板自身重量，同时焊后无需打磨即可实现较高的平面要求。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1示出了本发明实施例所提供的地铁车辆模块化端墙结构的端墙面板未切割示意图；
16.图2示出了本发明实施例所提供的地铁车辆模块化端墙结构的端墙面板切割后正面示意图；
17.图3示出了本发明实施例所提供的地铁车辆模块化端墙结构的端墙面板切割后反面示意图；
18.图4示出了本发明实施例所提供的地铁车辆模块化端墙制造方法的流程示意图；
19.图5示出了本发明实施例所提供的地铁车辆模块化端墙结构的端墙模块型材之间利用双轴肩搅拌摩擦焊拼接示意图；
20.图6示出了本发明实施例所提供的地铁车辆模块化端墙制造方法的端墙模块内部部分去筋处理后结构示意图；
21.图7示出了本发明实施例所提供的地铁车辆模块化端墙结构的引出板点焊位置示意图；
22.图8示出了本发明实施例所提供的地铁车辆模块化端墙结构的补强板位置示意图；
23.图9示出了本发明实施例所提供的地铁车辆模块化端墙结构的端墙面板与车顶连接位置示意图；
24.图10示出了本发明实施例所提供的地铁车辆模块化端墙结构的端墙面板与车体底架连接位置示意图；
25.图11示出了本发明实施例所提供的地铁车辆模块化端墙结构的端墙面板与车体侧墙连接位置示意图；
26.图12示出了本发明实施例所提供的地铁车辆模块化端墙结构的端墙整体与车厢之间的通道处连接结构示意图。
27.图标：110、第一端墙模块；111、第二端墙模块；112、第三端墙模块；113、端墙门角；114、补强板；115、引出板；116、车体；117、端墙模块型材；118、双轴肩搅拌头；119、固定筋；210、活动筋；211、切割轮廓；212、车顶；213、端墙面板；214、车体底架；215、车体侧墙；216、第一螺栓；217、第二螺栓；218、第一螺栓衬套；219、第二螺栓衬套。
具体实施方式
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.端墙是轨道交通车辆车体中结构较为简单的部件，与轨道交通车辆其他系统之间的接口较少，考虑车体其他大部件结构研发、验证周期较长，因此对端墙进行轻量化设计优化的成本较低。端墙在进行轻量化设计的同时，需兼顾整体强度和刚度，确保将端部压缩等纵向作用力均匀传递至底架、侧墙、车顶等部件，达到整体承载效果。
32.车厢连接处贯通道在端墙设置大量安装接口，因此对端墙整体平面度提出了更高要求。为满足前述轻量化设计原则，端墙型材内外筋板壁厚较小，采用传统电弧焊工艺进行组焊会产生较大热输入，导致焊后变形量大，难以保证端墙平面度要求。采用搅拌摩擦焊工艺，焊缝外观良好，部件变形极小，目前已被应用于轨道交通车辆端墙的制造中。然而，国内尚无完全采用搅拌摩擦焊方式进行端墙部件焊接的案例，采用“电弧焊”或“电弧焊+搅拌摩擦焊”方式均会影响焊后平面度，焊后局部需要打磨、调修。
33.为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种地铁车辆模块化端墙结构及其制造方法，参见图1所示的端墙面板的结构示意图，地铁车辆模块化端墙结构，包括：第一端墙模块110、第二端墙模块111和第三端墙模块112；第一端墙模块110、第二端墙模块111和第三端墙模块112均为中空结构；第一端墙模块110和第二端墙模块111分别焊接在第三端墙模块112的两侧；第一端墙模块110、第二端墙模块111和第三端墙模块112之间均采用双轴肩搅拌摩擦焊的方式焊接到一起。
34.具体地，为了得到模块化的第一端墙模块110、第二端墙模块111和第三端墙模块112，第一端墙模块110、第二端墙模块111和第三端墙模块112分别包括：多个拼焊在一起的端墙模块型材117。
35.进一步地，端墙模块型材117的材质优选为铝材。再进一步地，第一端墙模块110和第二端墙模块111的构成相同，可以包含三种不同类型的中空铝合金型材。
36.在本实施例提出的地铁车辆模块化端墙结构中，如图1所示，第一端墙模块110、第二端墙模块111和第三端墙模块112(以下统一称作端墙模块)均为板状结构，第一端墙模块110和第二端墙模块112之间预留有通道，以方便人或物从通道内通过。模块化设计的端墙
面板213，通过调整端墙模块型材117数量，可以组合形成不同尺寸的端墙模块，以适应不同地铁车型尺寸，提高端墙模块的通用性。
37.第一端墙模块、第二端墙模块和第三端墙模块分别由多个端墙模块型材117通过双轴肩搅拌摩擦焊的方式焊接到一起。第一端墙模块、第二端墙模块和第三端墙模块之间的连接也是采用同样的焊接方法实现连接。图1为第一端墙模块110、第二端墙模块111和第三端墙模块112三者之间组合焊接而成的端墙面板213示意图。
38.参见图2所示的端墙面板切割后正面示意图和图3所示的端墙面板切割后反面示意图，该端墙面板213焊接完成后，可根据地铁车体内轮廓和外轮廓形状进行机加工，切掉多余的端墙模块型材117。如图2和图3所示，第一端墙模块和第三端墙模块之间、以及第二端墙模块和第三端墙模块之间的拼焊处的接头均采用对接接头，对接接头在焊接前，无需手工开坡口，能够节省工作量。
39.参见图7所示的引出板点焊位置示意图和图8所示的补强板位置示意图，该端墙结构，还包括：第一端墙模块110与第二端墙模块111相对的表面上与第三端墙模块112连接的位置、以及第二端墙模块111与第一端墙模块110相对的表面与第三端墙模块112连接的位置均为端墙门角113。
40.在一个实施方式中，端墙门角113为弧形，端墙门角113上固定有补强板114和引出板115。引出板115与第一端墙模块110、第二端墙模块111和第三端墙模块112之间采用点焊连接。进一步地，引出板115的厚度等于接头的厚度。
41.本实施例中，在第一端墙模块和第三端墙模块之间、以及第二端墙模块和第三端墙模块之间的焊缝处通过引出板115进行辅助加强，引出板115的设置保证了焊缝的焊接质量。引出板115采用点焊方式进行预固定，如图7所示，引出板115的尺寸可根据不同的使用场景自由调整，引出板115的作用是承载双轴肩搅拌摩擦焊工艺缺口，保证端墙面板213主体结构的完整性以及后道机加工工序的工艺性。
42.如图8所示，待机加工完毕后，对端墙门角113进行细化加工。端墙门角113为应力薄弱区，采用一体化加工可以使端墙门角113处理更加圆滑，与加工成直角结构再焊接补强角相比，弧形的端墙门角113可以有效减少焊缝的数量和应力的集中。进一步地，端墙门角113加工完毕后，采用点焊固定和打胶方式，安装补强板114，可以使端墙模块内中空的型腔得到良好的密封。
43.参见图4所示的地铁车辆模块化端墙制造方法的流程示意图，本发明实施例还提供了一种地铁车辆端墙制造方法，该方法包括以下步骤100至步骤104：
44.步骤100：将组成所述第一端墙模块的端墙模块型材进行拼焊，得到内部中空的第一端墙模块，将组成所述第二端墙模块的端墙模块型材进行拼焊，得到内部中空的第二端墙模块，并将组成所述第三端墙模块的端墙模块型材进行拼焊，得到内部中空的第三端墙模块。
45.步骤102：对拼焊后得到的所述第一端墙模块、所述第二端墙模块和所述第三端墙模块进行去筋处理。步骤103：对第一端墙模块、第二端墙模块和第三端墙模块通过双轴肩搅拌摩擦焊方式进行组焊，得到端墙面板。
46.步骤104：根据地铁车辆的车体轮廓对端墙面板进行机加工，得到与地铁车辆的所述车体轮廓匹配的端墙面板。
47.本发明实施例中，参见图5所示的端墙模块型材之间利用双轴肩搅拌摩擦焊拼接示意图，端墙模块均是通过多个端墙模块型材117通过双轴肩搅拌头118焊接而成，采用双轴肩搅拌摩擦焊工艺进行焊接，端墙模块之间焊缝的开始处与焊缝的收尾处均存在一定的结构缺口，因此焊接时需要预留一定长度的焊接余量。
48.进一步地，焊接完毕后接头处无需设计支撑结构，可降低端墙面板213自身的重量，同时，焊接完毕后也无需打磨即可实现较高的平面度。焊接完毕后需对端墙模块型材117进行去筋处理，方便后续端墙模块之间的组合焊接。更进一步地，本发明实施例中所使用的铝合金型材，其接头设计厚度为3mm，经过双轴肩搅拌摩擦焊工艺优化后，可使两端的结构缺口长度小于100mm。
49.参见图6所示的第一端墙模块、第二端墙模块和第三端墙模块的内部部分去筋处理后结构示意图，第一端墙模块110、第二端墙模块111和第三端墙模块112的内部为了支撑中空结构设置有多个固定筋119，为了便于使端墙模块型材117之间实现拼焊，端墙模块型材117之间的焊接处增设有多个支撑与稳定用的活动筋210。待端墙模块型材117焊接为第一端墙模块110、第二端墙模块111或者第三端墙模块112后，抽出活动筋210即可。此时连接为一整体的第一端墙模块110、第二端墙模块111或者第三端墙模112块内部依靠固定筋119即可足够的支撑，不需要增加活动筋210再进行辅助支撑。至此，第一端墙模块110、第二端墙模块111和第三端墙模块112加工完毕。
50.进一步地，第一端墙模块110、第二端墙模块111和第三端墙模块112是由多个端墙模块型材117拼接得来，端墙面板213是由第一端墙模块110、第二端墙模块111和第三端墙模块112拼接而来。端墙面板213可根据地铁车辆的车体116内外轮廓进行适配加工，端墙面板213通过机加工切掉多余的边角然后再通过螺栓与车体116进行安装。
51.在本发明实施例中提出的地铁车辆端墙制造方法中，在对第一端墙模块110、第二端墙模块111和第三端墙模块112通过双轴肩搅拌摩擦焊方式进行组焊，得到端墙面板213步骤之后，还包括：对第一端墙模块110与第二端墙模块111相对的表面上与第三端墙模块112连接的位置、以及第二端墙模块111与第一端墙模块110相对的表面与第三端墙模块112连接的位置分别进行一体化加工，得到在第一端墙模块110与第二端墙模块111相对的表面上与第三端墙模块112连接的位置、以及在第二端墙模块111与第一端墙模块110相对的表面与第三端墙模块112连接的位置的端墙门角113。
52.在得到在所述第一端墙模块110与所述第二端墙模块111相对的表面上与所述第三端墙模块112连接的位置、以及在所述第二端墙模块111与所述第一端墙模块110相对的表面与所述第三端墙模块112连接的位置的端墙门角113的步骤之后，本发明实施例中提出的地铁车辆端墙制造方法还包括：在加工后得到的端墙门角113上安装有引出板115，保证后续机加工的工艺性。
53.参见图9所示的端墙面板与车顶连接位置示意图、图10所示的端墙面板与车体底架连接位置示意图和图11所示的端墙面板与车体侧墙连接位置示意图，端墙面板213与地铁车辆的车顶212、车体底架214和车体侧墙215的连接结构，能够使端墙面板213不能在承受较大纵向力的同时，承受一定的横向力和垂直力，且具备小范围的摆动校直能力，以满足车体116组焊过程中端墙面板213垂直度的要求。车体116周圈焊缝的焊接厚度均匀一致，保证焊接过程中不会产生过量变形，从而提高车体116的气密性水平，同时能够将纵向力均匀
传递至车顶212、车体底架214和车体侧墙215等车体116大部件，实现整体的承载。
54.参见图12所示的端墙整体与车厢之间的连接处安装结构示意图，车厢之间的连接处又称贯通道，贯通道的安装，通过使用第一螺栓216与第一螺栓衬套218和第二螺栓217与第二螺栓衬套219配合来实现，可以有效解决第一螺栓216和第二螺栓217的等不同种材料之间的接触和安装问题。进一步地，第一螺栓216与第二螺栓217的材质包括但不限于钢和铝。再进一步地，第一螺栓216型号为m6，第二螺栓217型号为m10。
55.如图12所示，局部加厚区域的端墙模块型材厚度为10mm(分别对应第一螺栓216和第二螺栓217)，可同时兼容各种地铁车型的贯通道安装要求，兼顾轻量化和可靠性。进一步地，端墙模块型材可根据贯通道的安装位置自由调整外壁的厚度，并配合第一螺栓衬套218和第二螺栓衬套219解决端墙模块型材117与螺栓之间材质不同混连的问题。再进一步地，端墙面板213与地铁车辆其他系统接口均可以集成在中空的端墙模块型材内部，除端墙面板213本身焊缝以外，端墙面板213再无其他焊接结构，进一步提升了端墙面板213整体的平整度，减少了生产程序。
56.综上所述，本发明实施例提出的一种地铁车辆模块化端墙结构及其制造方法，通过将第一端墙模块110、第二端墙模块111和第三端墙模块112三个端墙模块进行组合，并通过双轴肩搅拌摩擦焊的方式将第一端墙模块110、第二端墙模块111和第三端墙模块112焊接到一起得到端墙面板213，端墙面板213与车体116安装时根据车体116内轮廓和外轮廓形状进行机加工，切掉多余端墙模块型材；本发明实施例除了在端墙门角113与引出板115和端墙门角113与补强板114之间采用点焊固定外，端墙面板213整体均采用双轴肩搅拌摩擦焊工艺制造，极大保证了端墙面板213整体的平整度；与相关技术中需逐个对端墙模块型材进行单独与车体焊接的方式相比，通过端墙模块型材的固定连接以及端墙模块之间的任意组合焊接，实现不同车厢内端墙面板的差异化，方便端墙面板213的快速安装，降低端墙模块型材的开模与设计成本；采用双轴搅拌模块焊工艺进行焊接，接头处无需设计支撑筋，极大降低了端墙面板213自身重量，同时焊后无需打磨即可实现较高的平面要求。
57.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种地铁车辆模块化端墙结构，其特征在于，包括：第一端墙模块、第二端墙模块和第三端墙模块；所述第一端墙模块、所述第二端墙模块和所述第三端墙模块均为中空结构；所述第一端墙模块和所述第二端墙模块分别焊接在所述第三端墙模块的两侧；所述第一端墙模块、所述第二端墙模块和所述第三端墙模块之间均采用双轴肩搅拌摩擦焊的方式焊接到一起。2.根据权利要求1所述的地铁车辆模块化端墙结构，其特征在于，所述第一端墙模块、所述第二端墙模块和所述第三端墙模块，分别包括：多个拼焊在一起的端墙模块型材。3.根据权利要求1所述的地铁车辆模块化端墙结构，其特征在于，所述第一端墙模块、所述第二端墙模块和所述第三端墙模块之间的拼焊处的接头均采用对接接头。4.根据权利要求1所述的地铁车辆模块化端墙结构，其特征在于，所述第一端墙模块与所述第二端墙模块相对的表面上与所述第三端墙模块连接的位置、以及所述第二端墙模块与所述第一端墙模块相对的表面与所述第三端墙模块连接的位置均为端墙门角。5.根据权利要求4所述的地铁车辆模块化端墙结构，其特征在于，所述端墙门角为弧形，所述端墙门角上固定有补强板。6.一种地铁车辆端墙制造方法，用于制造上述权利要求1-5任一项所述的地铁车辆模块化端墙结构，其特征在于，所述方法包括：将组成所述第一端墙模块的端墙模块型材之间通过双轴肩搅拌摩擦焊进行拼焊，得到内部中空的第一端墙模块，将组成所述第二端墙模块的端墙模块型材之间通过双轴肩搅拌摩擦焊进行拼焊，得到内部中空的第二端墙模块，并将组成所述第三端墙模块的端墙模块型材之间通过双轴肩搅拌摩擦焊进行拼焊，得到内部中空的第三端墙模块；对拼焊后得到的所述第一端墙模块、所述第二端墙模块和所述第三端墙模块进行去筋处理；对第一端墙模块、第二端墙模块和第三端墙模块通过双轴肩搅拌摩擦焊方式进行组焊，得到端墙面板；根据地铁车辆的车体轮廓对端墙面板进行机加工，得到与地铁车辆的所述车体轮廓匹配的端墙面板。7.根据权利要求6所述的地铁车辆端墙制造方法，其特征在于，在对第一端墙模块、第二端墙模块和第三端墙模块通过双轴肩搅拌摩擦焊方式进行组焊，得到端墙面板步骤之后，还包括：对所述第一端墙模块与所述第二端墙模块相对的表面上与所述第三端墙模块连接的位置、以及所述第二端墙模块与所述第一端墙模块相对的表面与所述第三端墙模块连接的位置分别进行一体化加工，得到在所述第一端墙模块与所述第二端墙模块相对的表面上与所述第三端墙模块连接的位置、以及在所述第二端墙模块与所述第一端墙模块相对的表面与所述第三端墙模块连接的位置的端墙门角。8.根据权利要求6所述的地铁车辆端墙制造方法，其特征在于，在得到在所述第一端墙模块与所述第二端墙模块相对的表面上与所述第三端墙模块连接的位置、以及在所述第二端墙模块与所述第一端墙模块相对的表面与所述第三端墙模块连接的位置的端墙门角的步骤之后，所述方法还包括：在加工后得到的端墙门角上安装有引出板，保证后续机加工的工艺性。
9.根据权利要求6所述的地铁车辆端墙制造方法，其特征在于，采用点焊的方式将所述引出板与所述第一端墙模块、所述第二端墙模块和所述第三端墙模块之间连接。

技术总结
一种地铁车辆模块化端墙结构，包括：第一端墙模块、第二端墙模块和第三端墙模块；所述第一端墙模块、所述第二端墙模块和所述第三端墙模块均为中空结构；所述第一端墙模块和所述第二端墙模块分别焊接在所述第三端墙模块的两侧；所述第一端墙模块、所述第二端墙模块和所述第三端墙模块之间均采用双轴肩搅拌摩擦焊的方式焊接到一起。本申请提出预先利用多个拼接在一起的端墙模块型材构成端墙模块，再利用多个端墙模块之间的组合焊接构成一个端墙面板平滑，使端墙面板在安装时可根据车厢形状进行快速切割，实现了端墙面板的模块化以及良好的隔音，降低了型材开模和与车厢安装时间。降低了型材开模和与车厢安装时间。降低了型材开模和与车厢安装时间。


技术研发人员：邢松龄 李充 穆文雄 周海鹏 王宏伟 计梦男 沈旭奎
受保护的技术使用者：北京市基础设施投资有限公司
技术研发日：2022.10.20
技术公布日：2023/1/3