城市軌道交通車輛構(gòu)造 車體

1、城市軌道交通車輛構(gòu)造主講主講 楊楊明明明明E-mail 項(xiàng)目二 車體任務(wù)一任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)車體的結(jié)構(gòu)任務(wù)二任務(wù)二 鋁合金車體鋁合金車體任務(wù)三任務(wù)三 不銹鋼車體不銹鋼車體重難點(diǎn)：1.車體的分類與結(jié)構(gòu)組成；2.車體的基本特征；3.鋁合金車體的優(yōu)點(diǎn)；4.鋁合金車體的架車作業(yè)；5.鋁合金車體的結(jié)構(gòu)；6.不銹鋼車體的優(yōu)點(diǎn)；7.不銹鋼車體的結(jié)構(gòu)；8.不銹鋼車體與鋁合金車體的優(yōu)缺點(diǎn)。項(xiàng)目二 車體1.按使用主要材料可分為普通碳素鋼車體、鋁合金車體和不銹鋼車體三種。2.按照車體結(jié)構(gòu)有無駕駛室，可分為帶駕駛室車體和無駕駛室車體兩種。3.按照車體尺寸可分為A型車車體、B型車車體和C型車車體。4.按照車體結(jié)構(gòu)工藝不

2、同可分為一體化結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)。一一、車體的類型、車體的類型任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)1.車體特征（1）城軌車輛一般為電動(dòng)車組。（2）車內(nèi)設(shè)置的座位數(shù)量少、車門數(shù)量多且開度大，服務(wù)于乘客的車內(nèi)設(shè)備簡單。（3）重量、軸重小。（4）車輛輕量化。（5）防火設(shè)計(jì)。（6）對車輛的隔音和降噪有嚴(yán)格要求。（7）用于城市內(nèi)交通，車輛外觀造型和色彩必須考慮城市文化、環(huán)境美化，與城市景觀相協(xié)調(diào)。二二、車體的基本特征與結(jié)構(gòu)、車體的基本特征與結(jié)構(gòu)任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)2.車體的結(jié)構(gòu)形式按照車體結(jié)構(gòu)承受載荷的方式不同，車體可分為底架承載結(jié)構(gòu)、側(cè)墻和底架共同承載結(jié)構(gòu)和整體承載結(jié)構(gòu)三類。任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)圖2-1 整體承載結(jié)構(gòu)車體任務(wù)

3、一 車體的結(jié)構(gòu)模塊化車體結(jié)構(gòu) 模塊化車體設(shè)計(jì)是將整個(gè)車體分為若干個(gè)模塊，如圖2-2所示，在每個(gè)模塊的制造過程中完成整車需要的內(nèi)裝、布管與布線的預(yù)組裝(見圖2-3)并解決相互之間的接口問題。各模塊完成后即可進(jìn)行整車組裝。每一模塊的結(jié)構(gòu)部分本身采用焊接，而各模塊之間的總成采用機(jī)械連接，如圖2-4所示。任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)圖2-2 車體模塊組成1-底架模塊；2-側(cè)墻模塊；3-端部模塊；4-車頂模塊；5-牽引梁模塊；6-枕梁模塊任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)圖2-3車頂模塊l-頂板吊架；2-頂板槽梁；3-空調(diào)風(fēng)道；4-隔音、隔熱材料；5-內(nèi)部裝飾；6-燈帶；7-出風(fēng)；8-頂板懸掛任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)

4、圖2-4模塊化車體組成1-車頂模塊；2-螺栓；3-側(cè)墻模塊；4-底架模塊模塊化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)容易保證整車質(zhì)量；有利于國產(chǎn)化的實(shí)施；可以改善勞動(dòng)條件，降低施工難度，可以減少工裝設(shè)備，簡化施工程序，提高勞動(dòng)效率，降低生產(chǎn)成本；維修方便。任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)模塊化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)容易保證整車質(zhì)量；有利于國產(chǎn)化的實(shí)施；可以改善勞動(dòng)條件，降低施工難度，可以減少工裝設(shè)備，簡化施工程序，提高勞動(dòng)效率，降低生產(chǎn)成本；維修方便。任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)模塊化結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)模塊化結(jié)構(gòu)的個(gè)別部件(如司機(jī)室框架)采用了部分鋼材制造，各部件之間又采用了鋼制螺栓連接，所以車體自重要比全焊結(jié)構(gòu)稍重；為保證隔熱、隔聲性能，組裝后，內(nèi)部需噴涂隔聲阻

5、尼漿和安裝玻璃棉或其他隔熱、隔聲材料；車體結(jié)構(gòu)在使用中僅對表面涂裝進(jìn)行必要的維修，在正常工況下可以滿足使用壽命30年的要求。任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)圖2-5 車體的一般結(jié)構(gòu)形式1緩沖梁(端梁)；2枕梁；3小橫梁；4大橫梁；5中梁；6倒梁；7門柱；8側(cè)立柱；9上側(cè)梁；10角柱；11車頂彎梁；12頂端彎梁；13端立柱；14端斜撐任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu) 圖2-6 車體結(jié)構(gòu)三維圖任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)（1）底架 底架是車體中一個(gè)重要的部件。主要作用是承受車體上部載荷并傳遞給整個(gè)車體；承受因各種原因而引起的橫向力和走行部傳來的各種振動(dòng)和沖擊； 底架中部斷面較大并沿其縱向中心線貫通全車的梁稱為中梁，它是底架的骨干。底架

6、兩側(cè)邊沿的縱向梁稱為側(cè)梁，側(cè)墻固定其上。底架兩端部的橫向梁稱緩沖梁(或稱為端梁)，端墻固定其上。在轉(zhuǎn)向架的支承處設(shè)有枕梁，為橫向梁中斷面最大的梁。在兩枕梁之間設(shè)有兩根以上的大橫梁。為了吊掛設(shè)備，鋪設(shè)地板，底架上還設(shè)有若干小橫梁和縱向輔助梁，同時(shí)達(dá)到了增強(qiáng)底架強(qiáng)度和剛度的目的，其中，中梁和枕梁承擔(dān)載荷最大，因而最為重要。任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)（2）側(cè)墻和端墻 側(cè)墻與底架、車頂連接在一起，共同承受和傳遞來自車體的載荷。側(cè)墻由桿件、墻板和門窗組成。 端墻安裝在客室的兩端頭，起作用是連接客室車體和貫通道的聯(lián)結(jié)體。端墻結(jié)構(gòu)與側(cè)墻基本相同，除端梁外，還設(shè)有角柱、端立柱、上端梁和墻板等。（3）車頂 車頂結(jié)構(gòu)包括

7、車頂彎梁、車頂橫梁、車頂端彎梁及車頂板等。任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)三、基本參數(shù)三、基本參數(shù)分別以A型車和B型車舉例來說明車體的基本參數(shù)，具體參數(shù)見表2-1、表2-2所示。 基本參數(shù)基本參數(shù)長度長度兩端車鉤連接中心兩端車鉤連接中心線長度線長度有駕駛室24140 mm無駕駛室22800 mm車體最大寬度車體最大寬度3000 mm車頂中心線距軌面高度車頂中心線距軌面高度3800 mm客室地板面距軌面高度客室地板面距軌面高度1130 mm(1500 mm)車門高車門高1800mm(1860 mm)車門寬車門寬1300mm(1400 mm)兩轉(zhuǎn)向架中心距兩轉(zhuǎn)向架中心距(定距定距)15700

8、mm表2-1 上海地鐵1、2號線車輛車體規(guī)格基本參數(shù)基本參數(shù)長度長度兩端車鉤連接中兩端車鉤連接中心線長度心線長度有駕駛室(DK38)19000 mm無駕駛室(DK39)19500 mm車體最大寬度車體最大寬度2800 mm車輛高度車輛高度(軌面到車頂高度、新輪、不含受軌面到車頂高度、新輪、不含受電弓電弓)3800 mm轉(zhuǎn)向架中心距轉(zhuǎn)向架中心距12600 mm可承受縱向壓縮荷載為可承受縱向壓縮荷載為800 kN最大縱向拉伸荷載為最大縱向拉伸荷載為650 kN車門高車門高2012 mm車門寬車門寬1550 mm表2-2 天津?yàn)I海輕軌車輛車體規(guī)格任務(wù)一 車體的結(jié)構(gòu)任務(wù)二 鋁合金車體1.質(zhì)輕，更容易實(shí)

9、現(xiàn)車體的輕量化。2.強(qiáng)度好。純鋁的抗拉強(qiáng)度約為80 MN/m2，是低碳鋼的1/5。3.耐蝕性能好。鋁合金的特性之一是接觸空氣時(shí)表面會(huì)形成一層致密的氧化膜，這層膜能防止腐蝕，所以耐蝕性能好。4.加工性能好。車輛用型材擠壓性能好，二次機(jī)加工、彎曲加工也較容易。5.易于再生。鋁的熔點(diǎn)低(660C)，再生簡單。在廢棄處理時(shí)也無公害，有利于環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。目前，鋁合金車體主要使用5000系列、6000系列、7000系列的鋁合金。3個(gè)系列鋁合金材料的特性及用途見表。一一、鋁合金的材料特性、鋁合金的材料特性鋁合金種類鋁合金種類主要成分主要成分特性特性軌道車輛的主要用途軌道車輛的主要用途5000系列

10、系列Al Mg(0.2% 5.6%)耐腐蝕性、焊接性、成型性很好，強(qiáng)度較高，代表合金有5052、5083和5N01等。常在軌道車輛的板梁式結(jié)常在軌道車輛的板梁式結(jié)構(gòu)側(cè)板、骨架和頂板使用。構(gòu)側(cè)板、骨架和頂板使用。6000系列系列Al Mg(0.45%1.5%)Si(0.2%1.2%)耐腐蝕性和強(qiáng)度好，擠壓加工性能較好，代表合金有6005A、6061、6063和6N01等。鋁合金車體廣泛使用的一鋁合金車體廣泛使用的一種擠壓型材。種擠壓型材。7000系列系列Al Zn(0.5%6.1%)Mg(0.1%2.9%)Cu(0.1%2.0%)焊接性和耐腐蝕性差，強(qiáng)度最高。焊接性和耐腐蝕性差，強(qiáng)度最高。Al-

11、Zn-Mg合金的焊接接頭效率高，合金的焊接接頭效率高，代表合金有代表合金有7005A、7005、7178、7N01、7003等等應(yīng)用在承載載荷很大的牽應(yīng)用在承載載荷很大的牽枕緩部件。枕緩部件。表2-3 城市軌道交通車輛常用鋁合金材料的特性與用途任務(wù)二 鋁合金車體鋁合金車體具有如下優(yōu)點(diǎn)：1能大幅度降低車輛自重，在車輛長度相同的條件下，與碳素鋼車體相比，鋁合金車體的自重降低大約30%35%，強(qiáng)度重量比約為碳素鋼車體的2倍。碳素鋼車體、不銹鋼車體、鋁合金車體的重量之比約為10：8：6。2具有較小的密度及楊氏模量，所以鋁合金對沖擊載荷有較高能量吸收能力，可降低振動(dòng)，減少噪聲。3可運(yùn)用大型中空擠壓型材進(jìn)

12、行氣密性設(shè)計(jì)，提高車輛密封性能，提高乘坐舒適性。4采用大型中空擠壓型材制造的板塊式結(jié)構(gòu)，可減少連接件的數(shù)量和重量。5減少維修費(fèi)用，延長使用壽命。二二、鋁合金車體的特點(diǎn)、鋁合金車體的特點(diǎn)任務(wù)二 鋁合金車體按不同的修程規(guī)定其架車點(diǎn)，架車點(diǎn)如圖2-7所示。1.整車架起(帶轉(zhuǎn)向架)頂車點(diǎn)號為：3、4、5、62.無轉(zhuǎn)向架架車的頂車點(diǎn)號可為：1、2、7、8或1、2、5、6或3、4、7、8或3、4、5、6，亦可用三點(diǎn)架車，其頂點(diǎn)號為：l、2、10或3、4、10或7、8、9或5、6、9。三三、鋁合金車體架車作業(yè)、鋁合金車體架車作業(yè)任務(wù)二 鋁合金車體任務(wù)二 鋁合金車體圖2-7 上海地鐵車輛A型車架車點(diǎn)（尺寸單位

13、：mm） 圖2-8所示為深圳地鐵7號線車輛鋁合金的鼓形斷面，鼓形斷面可以使車輛在圓形隧道內(nèi)獲得最大截面積(或稱之為充塞比)，增大車內(nèi)空間，另一方面有利于提高車輛在圓形隧道內(nèi)的活塞效應(yīng)，加強(qiáng)隧道的自然通風(fēng)能力。車體由底架、側(cè)墻、車頂、端墻和司機(jī)室等預(yù)先裝配好的模塊組成，車體總裝配時(shí)，用螺栓將這些預(yù)裝配好的模塊按順序聯(lián)結(jié)在一起。四四、鋁合金車體結(jié)構(gòu)、鋁合金車體結(jié)構(gòu)任務(wù)二 鋁合金車體圖2-8 車體斷面圖任務(wù)二 鋁合金車體1.底架（1）組成底架是車體的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，底架結(jié)構(gòu)模塊采用大斷面鋁合金擠壓型材焊接結(jié)構(gòu)，由地板、邊梁、牽枕緩、端梁等組成。（2）作用承受車體上部載荷以及因各種原因而引起的橫向力和走行部

14、傳遞來的各種振動(dòng)和沖擊，并傳遞列車的牽引力和制動(dòng)力；底架上的主橫梁用于走行部的連接并傳遞其載荷；牽引梁用于安裝車輛的車鉤緩沖器，用來傳遞車輛間的牽引力和制動(dòng)力。任務(wù)二 鋁合金車體（3）防撞設(shè)計(jì)車體底架的前端設(shè)有能量耗散區(qū)，其上開有數(shù)排橢圓孔，當(dāng)車輛受到迎面意外撞擊時(shí)，它能產(chǎn)生較大的塑性變形，吸收縱向沖擊能量，起到保護(hù)司機(jī)、乘客和車體的作用。2.側(cè)墻（1）組成側(cè)墻鋁合金結(jié)構(gòu)采用分塊結(jié)構(gòu)。（2）作用側(cè)墻是決定車體高度的重要部件，側(cè)墻與底架、車頂連接在一起，共同承受和傳遞來自車體的載荷。任務(wù)二 鋁合金車體3.車頂車頂結(jié)構(gòu)由車頂側(cè)梁 (左和右)、車頂板 (3 塊) 和 空調(diào)機(jī)組安裝槽 (2 塊)組成。

15、4.端墻端墻采用的是鋁型材焊接結(jié)構(gòu)，端墻板采用攪拌摩擦焊接工藝和自動(dòng)焊工藝，鋁型材材料為6005A-T6。5.Tc車前端前端墻是由前端鋁結(jié)構(gòu)、玻璃鋼外罩組成的流線型前端。前端鋁結(jié)構(gòu)門立柱和門上橫梁為彎鋁型材焊接結(jié)構(gòu)，其它部分采用鋁板焊接結(jié)構(gòu)。任務(wù)二 鋁合金車體任務(wù)三 不銹鋼車體 用于不銹鋼車體的材料應(yīng)具有強(qiáng)應(yīng)力，焊接性、輥軋成形性、沖壓性等加工性能良好。符合上述條件的不銹鋼通常有兩種：奧氏體不銹鋼SUS301L、SUS304。 兩種不銹鋼的主要化學(xué)成分和機(jī)械性能如表2-4所示。一一、不銹鋼材料的特性、不銹鋼材料的特性不銹鋼不銹鋼材料材料C(max)Si(max)Mn(max)NiCrS(max

16、)P(max)N(max)SUS301L0.031.002.006.008.0016.0018.000.0300.0450.20SUS3040.081.002.006.0010.50 16.0020.000.0300.045-表2-4 不銹鋼材料的主要化學(xué)成分（不包括鐵）（單位：%）任務(wù)三 不銹鋼車體任務(wù)三 不銹鋼車體 奧氏體不銹鋼SUS301L在進(jìn)行冷壓延加工時(shí)，如將加工量（也稱壓延率）的范圍控制在5%20%，可以得到不同等級的材料，SUS301L一般分為五個(gè)強(qiáng)度等級：1.SUS301L-LT2.SUS301L-DLT(1/4H)3.SUS301L-ST(1/2H)4.SUS301L-MT(

17、3/4H)5.SUS301L-HT(H)任務(wù)三 不銹鋼車體1車頂 車頂由波紋頂板、車頂彎梁、車頂邊梁、側(cè)頂板、空調(diào)機(jī)組平臺等幾部分組成，車頂骨架幾何模型如圖2-9所示。二二、不銹鋼車體的結(jié)構(gòu)、不銹鋼車體的結(jié)構(gòu)圖2-9 車頂骨架幾何模型 任務(wù)三 不銹鋼車體2側(cè)墻側(cè)墻骨架幾何模型如圖2-10所示。 圖2-10 側(cè)墻骨架幾何模型圖任務(wù)三 不銹鋼車體3端墻 端墻分端頂板，板材為SUS301L-DLT，門上立柱和補(bǔ)強(qiáng)梁材料均為強(qiáng)度等級最高的SUS301L-HT，門角處采用SUS301L-DLT，端墻的板、梁均采用點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，骨架幾何模型如圖2-11所示。 圖2-11 端墻骨架幾何模型任務(wù)三 不銹鋼車體4底

18、架底架采用碳素鋼端底架與不銹鋼底架塞焊連接，主橫梁與邊梁利用過渡連接板實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊連接，底架邊梁采用4 mm SUS301L-HT材料，以提高底架的整體強(qiáng)度和剛度，底架鋼結(jié)構(gòu)模型如圖2-12所示。圖2-12 底架鋼結(jié)構(gòu)模型任務(wù)三 不銹鋼車體目前，城市軌道交通車輛中車體結(jié)構(gòu)使用的材料主要為不銹鋼和鋁合金，其機(jī)械性能、質(zhì)量、價(jià)格、工藝等方面對比如表2-5所示。三三、鋁合金車體與不銹鋼車體、鋁合金車體與不銹鋼車體對比對比任務(wù)三 不銹鋼車體表2-5 鋁合金車體與不銹鋼車體對比對比項(xiàng)目對比項(xiàng)目鋁合金鋁合金不銹鋼不銹鋼材料與結(jié)構(gòu)材料與結(jié)構(gòu)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率及彈性模量為不銹鋼車體的1/3左右；需采用加大

19、板厚和盡量加大車體斷面來提高車體抗彎剛度不銹鋼車體比鋁合金車體的整體機(jī)械性能優(yōu)良價(jià)格與質(zhì)量價(jià)格與質(zhì)量價(jià)格較不銹鋼車體便宜；車體重量45噸價(jià)格較高，主要原因是生產(chǎn)工藝極其復(fù)雜，費(fèi)工費(fèi)料；車體重量67噸制造工藝制造工藝鋁合金車體目前普遍采用大型中空型材組焊式，中空鋁型材是制造廠一次軋制而成，車輛制造廠只需下料、拼裝、氬弧焊接，工藝簡單，省工省料不銹鋼車體采用板梁組合整體式承載全焊結(jié)構(gòu)，盡量采用點(diǎn)焊；采用接觸焊代替弧焊是不銹鋼車一大特征和技術(shù)關(guān)鍵，因此造成需大量工裝、模具、夾具、樣板和中間檢查手段，生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，費(fèi)工費(fèi)料外觀質(zhì)量外觀質(zhì)量鋁合金車體耐腐蝕性能比不銹鋼要差，但中空鋁型材平整、挺拔，又可根據(jù)用戶要求選擇不同的裝飾和顏色，因此給人的感覺是莊重、