城市軌道交通車輛基礎中職PPT完整全套教學課件

城市軌道交通車輛基礎全套PPT課件目錄第一章城市軌道交通概述車體

第二章第一節(jié)城市軌道交通車輛基礎知識第二節(jié)城市軌道交通車輛發(fā)展概況第一節(jié)車體概述第二節(jié)不銹鋼車體第三節(jié)鋁合金車體第四節(jié)車體材料的選擇

目錄第三章車門轉向架第四章第一節(jié)轉向架概述第二節(jié)轉向架構架第三節(jié)輪對與軸箱裝置第四節(jié)彈簧減震裝置第五節(jié)牽引連接裝置與驅動裝置第六節(jié)常見城市軌道交通車輛轉向架第一節(jié)車門的類型及編號第二節(jié)車門的結構第三節(jié)車門的控制目錄第五章車輛連接裝置電力牽引系統(tǒng)第六章第一節(jié)車鉤第二節(jié)緩沖裝置第三節(jié)附屬裝置第四節(jié)貫通道裝置第一節(jié)電力牽引系統(tǒng)概述第二節(jié)電力牽引系統(tǒng)的結構和工作原理第三節(jié)輔助電源系統(tǒng)目錄第七章制動與供風系統(tǒng)空調系統(tǒng)第八章第一節(jié)制動系統(tǒng)概述第二節(jié)供風系統(tǒng)第三節(jié)制動控制系統(tǒng)第一節(jié)空調系統(tǒng)概述第二節(jié)空調系統(tǒng)結構及制冷原理第三節(jié)空調控制系統(tǒng)第四節(jié)空調附屬設備

第一章城市軌道交通車輛概述第二節(jié)城市軌道交通車輛發(fā)展概述

第一節(jié)城市軌道交通車輛基礎知識6掌握城市軌道交通車輛基本類型與組成。

熟悉城市軌道交通車輛技術參數(shù)。

掌握城市軌道交通車輛編組與基本標識。

了解城市軌道交通車輛限界計算。

了解國內外城市軌道交通車輛發(fā)展概況。7學習目標1863年，世界上第一條城市地下鐵路誕生于英國倫敦，起初車輛采用蒸汽機車牽引，而后由內燃機車所取代。1890年，電力機車在德國柏林被應用于地下鐵路領域，從此城市軌道交通正式進入快速發(fā)展階段。目前，城市軌道交通車輛產(chǎn)業(yè)已有100多年的發(fā)展歷史，隨著科學技術的不斷發(fā)展，城市軌道交通車輛設備也在不斷地進行技術革新，以滿足現(xiàn)代不同軌道交通系統(tǒng)的需求8城市軌道交通車輛基礎知識第一節(jié)9車輛是城市軌道交通系統(tǒng)中直接用于運載乘客的工具，不同城市軌道交通線路的技術要求不同，其所投入運營的車輛也應具備不同的車輛技術參數(shù)、車輛編組與標識等。隨著城市軌道交通的迅猛發(fā)展，越來越多不同類型的城市軌道交通車輛將投入運營，為廣大乘客提供運輸服務。10一、城市軌道交通車輛基本類型與組成111．城市軌道交通車輛基本類型城市軌道交通車輛選型應以線路條件、供電電壓等主要技術條件為依據(jù)，相關技術指標應滿足客運量及行車組織的要求。另外，選型時還需考慮車輛設備部件技術參數(shù)、當?shù)丨h(huán)境與氣候、外觀與色彩等相關因素。城市軌道交通車輛可按牽引動力配置、車體寬度與驅動方式以及其他條件進行分類。（1）按牽引動力配置分類1）動車。動車是指自身裝備有動力裝置，具有牽引與載客雙重功能的城市軌道交通車輛。動車又可分為帶受電弓動車與不帶受電弓動車兩類，帶受電弓動車可表示為Mp，不帶受電弓動車可表示為M。2）拖車。拖車是指自身不具有動力裝置，需要動車來牽引拖帶，僅具有載客功能的城市軌道交通車輛。拖車可設置司機室，表示為Tc；也可帶受電弓，表示為Tp。通常情況下，城市軌道交通車輛為動車與拖車的有機組合，亦可稱為動車組，一般用符號表示，例如“Tc=Mp※M=M※Mp=Tc”12（2）按車體寬度與驅動方式分類1）A型車、B型車、C型車。A型車、B型車、C型車均為鋼輪鋼軌系列車型，分類標準主要是車體寬度。其中，A型車車體寬度為3.0m，B型車車體寬度為2.8m，C型車車體寬度為2.6m。2）D型車。D型車亦為鋼輪鋼軌系列車型，一般是經(jīng)過結構改進的低地板輕軌車，可分為70%低地板車和100%低地板車兩類。3）L型車。L型車即為直線電動機系列車輛，直線電動機可將電能直接轉換成直線運動機械能，不需任何中間轉換機構。廣州地鐵直線電動機車輛如右圖所示。13廣州地鐵直線電動機車輛144）單軌型車。單軌型車為膠輪系列車型，可分為懸掛式單軌車輛與跨坐式單軌車輛。重慶軌道交通單軌車輛下圖所示。重慶軌道交通單軌車輛（3）按其他條件分類城市軌道交通車輛還可根據(jù)車體制造材料、電壓等級、受電方式和牽引控制系統(tǒng)等其他條件進行分類。1）按車體制造材料不同，可分為耐候鋼車、不銹鋼車和鋁合金車。

2）按電壓等級不同，可分為直流750V和直流1500V兩類。

3）按受電方式不同，可分為受電弓受電和集電靴受電兩類。

4）按牽引控制系統(tǒng)不同，可分為直流變阻車、直流斬波調壓車、交流變壓變頻車和直流電動機變壓變頻車。15162．城市軌道交通車輛基本組成

城市軌道交通車輛一般由車體、車門、轉向架、制動系統(tǒng)、電力牽引系統(tǒng)、車輛連接裝置、通風采暖及空調系統(tǒng)等基本部件組成。172．城市軌道交通車輛基本組成（1）車體車體是城市軌道交通車輛最重要的組成部件之一，位于轉向架上，一般由底架、側墻、車頂、前端、后端等組成。除去載客功能外，車體還是裝載車輛機械、電氣、電子等幾乎所有設備的載體，列車司機室也設置在車體中。車體最初由普通碳素鋼制造，后來，耐候鋼車體由于具有耐腐蝕、使用壽命長等特點，得到了廣泛應用。為實現(xiàn)車體輕量化，現(xiàn)代城市軌道交通車輛多采用不銹鋼、鋁合金制造。另外，車體的個別部位（如前端等）也可采用有機合成材料制造。城市軌道交通車輛需具備隔音、減振、隔熱、防火等功能，以及在應急狀態(tài)下盡可能保證乘客安全的逃生門等設施。182．城市軌道交通車輛基本組成（2）車門根據(jù)安裝位置不同，城市軌道交通車輛車門可分為司機室門、司機室疏散門與客室車門。其中，司機室門一般采用折頁門或手動塞拉門；司機室疏散門一般采用折頁門，如后頁圖所示；客室車門一般采用雙開外掛式塞拉門或雙開內藏式拉門，開度約為1300mm，每輛車設置3-4對。雙開外掛式塞拉門如后頁圖所示，雙開內藏式拉門如后頁圖所示。車門數(shù)量多，操作頻繁，是城市軌道交通車輛至關重要的組成部件。19司機室疏散門雙開外掛式塞拉門雙開內藏式拉門202．城市軌道交通車輛基本組成（3）轉向架轉向架是城市軌道交通車輛最重要的組成部件之一，是支撐車體并擔負車輛沿軌道走行的支撐裝置。安裝在車輛底部的轉向架如圖所示。為了改善車輛運行品質與滿足運行要求，轉向架設置有構架、輪對、懸掛系統(tǒng)、減振裝置、基礎制動裝置和傳動裝置等，動車轉向架還安裝有牽引電動機、變速機構等裝置。另外，為了便于車輛通過曲線，在車體與轉向架之間設置有心盤或回轉軸，使得轉向架可以繞心盤或回轉軸相對于車體而轉動。21安裝在車輛底部的轉向架222．城市軌道交通車輛基本組成（4）制動系統(tǒng)制動系統(tǒng)是城市軌道交通車輛必須裝置的系統(tǒng)之一，其功能為根據(jù)列車實際運行需要使得車輛按規(guī)定減速、停車。在車輛運行過程中，制動系統(tǒng)是城市軌道交通車輛安全運行的保證，緊急情況下對減少事故與人員傷亡有著重要意義。城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)一般由制動控制系統(tǒng)與制動執(zhí)行系統(tǒng)兩部分組成。其中，制動執(zhí)行系統(tǒng)又可分為摩擦制動、電氣制動和磁軌制動等形式。232．城市軌道交通車輛基本組成（5）電力牽引系統(tǒng)城市軌道交通車輛多數(shù)以電能為牽引動力，電力牽引系統(tǒng)主要由牽引電動機、受流器、高壓線、牽引逆變器模塊（MCM）、過壓保護電阻、電抗器和輔助電源系統(tǒng)等組成。城市軌道交通車輛受電形式分為接觸網(wǎng)受電和第三軌受電兩類，因此，城市軌道交通車輛受流器可分為受電弓和集電靴兩類，受電弓如圖所示，位于轉向架上的集電靴如圖所示。24受電弓位于轉向架上的集電靴252．城市軌道交通車輛基本組成（6）車輛連接裝置由于城市軌道交通車輛為多輛編組，車輛之間通過連接裝置相互連接，從而實現(xiàn)相鄰車輛之間的動力傳遞與通道的連接。因此，車輛連接裝置主要包括車鉤緩沖裝置與貫通道裝置，一般由車鉤、緩沖裝置、電氣連接、風擋、渡板及貫通道等部分組成，全自動車鉤、半永久車鉤與電氣連接、風擋裝置、渡板與貫通道如圖所示。26全自動車鉤風擋裝置半永久車鉤與電氣連接渡板與貫通道272．城市軌道交通車輛基本組成（7）通風采暖及空調系統(tǒng)由于城市軌道交通車輛大多數(shù)運行于封閉或半封閉的地下空間，為改善乘客的舒適度，現(xiàn)代城市軌道交通車輛一般均設有通風空調系統(tǒng)，安裝在車頂?shù)目照{如圖所示。運行在寒冷地區(qū)的車輛則設置有電熱器，并由供電線路直接供電，具有電加熱功能的座椅如圖所示。28安裝在車頂?shù)目照{具有電加熱功能的座椅二、城市軌道交通車輛技術參數(shù)29城市軌道交通車輛技術參數(shù)可概括地介紹車輛的技術規(guī)格，從整體上表明車輛結構及性能，一般可分為車輛基本尺寸和車輛性能參數(shù)兩大類。301．車輛基本尺寸選擇城市軌道交通車輛時需要考慮車輛的基本尺寸，具體包括下列幾個方面：（1）車體的長度、寬度、高度（2）車輛最大寬度與最大高度（3）車鉤高度（4）地板面高度（5）車輛定距312．車輛性能參數(shù)城市軌道交通車輛的主要性能參數(shù)包括下列幾個方面：（1）自重、載質量及容積（2）構造速度（3）軸重（4）最小曲線半徑（5）加速度（6）軸配置或軸列數(shù)（7）供電電壓（8）最大網(wǎng)電流（9）制動形式（10）座位數(shù)及單位面積站立人數(shù)32不同類型城市軌道交通車輛技術等級。3334我國部分城市地鐵車輛技術參數(shù)見下表35三、城市軌道交通車輛編組及標識361．車輛編組城市軌道交通車輛運營時一般采用拖動結合、固定編組的方式，即動車組，由動車和拖車通過車鉤相互連接而成一個相對固定的編組，稱為一個單元，一列車可由一個或多個單元編組而成。根據(jù)具體運營情況，車輛編組形式可采用全動車形式或動拖車有機結合的固定編組形式，但每列車的首車和尾車必須帶有司機室。37（1）車輛編組三要素城市軌道交通車輛編組主要考慮車輛類型、編組輛數(shù)、編組車輛動車與拖車比例三個要素，簡稱車型、輛數(shù)、動拖比。38（2）車輛編組形式車輛編組形式應根據(jù)城市軌道交通具體運營情況進行設計與調整。以北京地鐵為例，早期的北京地鐵采用直流牽引電動機，按全動車設計，兩車為一個單元，使用時按2、4、6輛編組連成列車組。后來，北京地鐵車輛采用貫通式車廂，乘客能夠在車廂內任意走動，以一個動車與一個拖車為一個制動單元，使用時進行適當調整。當采用6節(jié)編組時，車輛排列為：-Tc=Mp※M=M※Mp=Tc-當采用8節(jié)編組時，車輛排列為：-Tc=Mp※M=Mp※M=Mp※M=Tc-392．車輛標識（1）車輛的車端、車側1）車端。城市軌道交通車輛兩端的車鉤一般都不為同一類型的車鉤，因此將車鉤自動化程度較高的車輛端定義為1位端，而車鉤自動化程度較低的車輛端定義為2位端。若乘客站立在城市軌道交通車輛的1位端，面向2位端時，則該名乘客的右側就稱為該車輛的右側，該名乘客的左側則稱為該車輛的左側。2）車側。車側的定義與車輛車側的定義是不同的，其是以司機坐在列車的駕駛端座位上駕駛列車的方位來確定的。因此，司機的右側即為列車的右側，司機的左側即為列車的左側。換言之，列車的車側是根據(jù)列車的行駛方向來定義的，與道路交通車輛按行駛方向定義左右側是相同的。40（2）車廂的編號1）車廂編號。車廂編號由6位數(shù)字組成，前兩位表示所屬線路，第三、第四、第五位表示該車廂在所屬線路中的車廂總編號，最后一位表示車輛類型，只由1、2或3來表示，其中“1”表示帶司機室的拖車（Tc），“2”表示帶受電弓的動車（Mp），“3”表示不帶受電弓的動車（M）。2）車廂應急編號。為讓乘客準確了解所在的車廂位置，在城市軌道交通車輛車廂端部與車廂車體外部粘貼或涂裝有車廂應急編號，該編號由5位數(shù)字組成，如圖所示。其中，前兩位表示所屬線路，第三、第四位表示該車廂為所屬線路的第幾列車，最后一位表示該車廂在所屬列車中的編號，由列車1端往2端編排。例如，“03035”即表示該車廂為軌道交通3號線第03號列車的第5號車廂。41車廂應急編號42（3）車門編號車輛的客室車門一般采用雙開外掛式塞拉門或雙開內藏式拉門，車輛每側設有相同數(shù)量的門扇，每扇門為兩片門葉。為了方便維護檢修，則需為車門編號，車門編號的規(guī)則為：自1位端到2位端，右側為由小到大的連續(xù)奇數(shù)，即1/3、5/7、9/11、13/15、17/19；左側為由小到大的連續(xù)偶數(shù)，即2/4、6/8、10/12、14/16、18/20。車門編號如圖所示。（4）座椅編號城市軌道交通車輛座椅編號方式與車門類似。43車門編號四、城市軌道交通車輛限界44限界是指城市軌道交通列車沿固定的軌道安全運行所需要的空間尺寸，系統(tǒng)內各種建筑物及設備均不能侵入限界范圍內。根據(jù)城市軌道交通系統(tǒng)的基本組成與設備運營要求，限界可分為車輛限界、設備限界、建筑限界和接觸網(wǎng)（軌）限界四類，此處僅介紹車輛限界。451．車輛限界的基本概念車輛限界是指城市軌道交通車輛在正常行駛過程中形成的最大動態(tài)包絡線。其中，直線段車輛限界分為隧道內車輛限界和高架或地面線車輛限界。高架或地面線車輛限界應在隧道內車輛限界的基礎之上，另外再加上當?shù)刈畲箫L荷載所引起的橫向或豎向偏移量。車輛限界規(guī)定了城市軌道交通車輛和隧道斷面的形狀與凈空尺寸，以及高架與地面建筑物的凈空尺寸，同時還規(guī)定了設備安裝位置及預留空間，是城市軌道交通系統(tǒng)安全運營的基本保證之一，也是設計城市軌道交通系統(tǒng)的基礎。特別是地下線路，由于設備均需緊湊安裝于橫斷面直徑、平曲面半徑較小的隧道內，對城市軌道交通車輛限界與設備限界提出了更高的要求。462．車輛限界的計算城市軌道交通車輛在隧道內行駛，隧道結構內部要有足夠的空間，限界越大，安全度越高，但工程量與工程建設資金也隨之增加。因此，合理限界的確定既要考慮保證列車運行安全，又要考慮工程建設成本。（1）車輛限界計算原則1）限界是確定行車軌道周圍構筑物凈空的大小，以及管線和設備安裝相互位置的依據(jù)，為行業(yè)間共同遵守的技術規(guī)定，應經(jīng)濟、合理、安全、可靠。2）限界應依據(jù)城市軌道交通車輛的輪廓尺寸、技術參數(shù)、軌道特性、受電方式、施工方法與設備安裝等綜合因素進行分析計算后確定。3）限界的計算是以平直線上混凝土整體道床和碎石道床的線路為基本條件，根據(jù)隧道內及地面運行環(huán)境不同，分為地下線車輛限界與高架線（含地面線）車輛限界兩種基本類型。475）限界的計算要素可分為隨機因素與非隨機因素。6）所有側傾角度引起的偏移量合成后，其大小受限于車輛結構上的豎向止擋。橫向位移量和豎向位移量大小受限于車輛結構上的橫向止擋及豎向止擋。7）計算隧道內平直線、高架線（含地面線）兩類車輛限界時均采用統(tǒng)一的計算公式，操作時應根據(jù)不同類別情況合理選用不同的計算參數(shù)。8）計算限界偏移量時，對車體、轉向架、受電弓（集電靴）三部分分別進行計算。9）車輛運行時，必須根據(jù)計算結果確定車輛動態(tài)包絡線是否超越車輛限界。10）計算中涉及的計算車輛輪廓線及計算參數(shù)僅供制定限界時使用，并非對車輛規(guī)格和參數(shù)作強制性規(guī)定。實際制造的車輛應以實際參數(shù)按基本規(guī)定驗算是否符合車輛限界要求。48（2）車輛限界計算要素城市軌道交通車輛限界應按照車輛的輪廓尺寸和技術參數(shù)，并考慮其靜態(tài)和動態(tài)情形下所能達到的橫向或豎向偏移，根據(jù)可能發(fā)生的最不利情況進行組合計算確定。車輛限界計算要素如下：1）車輛制造誤差。2）車輛維修限度。3）轉向架輪對處于軌道上的最不利運行位置。4）輪對相對于構架的橫向振動量。5）轉向架構架相對于車體的橫向位移量。6）車輛的空車、重車撓度差及垂向位移量。7）軌道線路的幾何偏差（含維修限度）。8）一系懸掛側滾位移量。9）二系懸掛側滾位移量。10）由車輛制造過程中設備安裝不對稱、運行中乘客分布不對稱、軌道不平順等因素引起的偏斜。城市軌道交通車輛發(fā)展概況第二節(jié)49一、國外城市軌道交通車輛發(fā)展概況50國外城市軌道交通按技術特征分類，主要有地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、有軌電車、磁浮系統(tǒng)、自動導向軌道系統(tǒng)和市域快速軌道系統(tǒng)。這里將對國外城市軌道交通車輛中的地鐵車輛、輕軌車輛和單軌車輛進行詳細介紹。511．地鐵車輛總體來說，國外地鐵車輛發(fā)展方向主要包括運行速度、傳動方式、結構材料、空調設備、模塊化制造、計算機控制與通信網(wǎng)絡、制動系統(tǒng)等。（1）提升最高運行速度隨著城市軌道交通車輛技術的不斷發(fā)展，地鐵車輛的最高運行速度不斷提高。例如，法國巴黎地鐵車輛初期最高運行速度為80km/h，平均運行速度為23.7km/h，近年來已將地面線路地鐵車輛的最高運行速度提高到100km/h，平均運行速度已達到50km/h等等。52（2）發(fā)展交流傳動車輛城市軌道交通發(fā)展初期，地下鐵路車輛為蒸汽機車牽引，1890年電力機車牽引開始應用于軌道交通領域。起初電力機車采用直流電動機牽引，控制方式為凸輪變阻調速方式，后來控制方式發(fā)展為斬波器調速控制。20世紀90年代，由于電工電子技術與計算機控制技術的高速發(fā)展，大功率自關斷元器件實現(xiàn)產(chǎn)品化與實用化，電力機車的控制方式迅速發(fā)展成變頻變壓調速控制（VVVF）技術，從此交流傳動車輛廣泛應用于城市軌道交通系統(tǒng)中。53（3）革新車體結構材料最初地鐵車廂為木制，后來為減少火災隱患而改為鋼制結構材料。美國最早由巴德公司制造了不銹鋼車體，紐約地鐵大部分軌道交通車輛采用了不銹鋼車體。20世紀60年代初，日本引進不銹鋼車體技術，自1962年開始生產(chǎn)了南海電鐵6000系、京王電鐵3000系與東急電鐵7000系不銹鋼地鐵車輛，后來，加拿大、韓國等國家的地鐵也均開始采用不銹鋼車輛。54（4）發(fā)展空調地鐵車輛根據(jù)地鐵系統(tǒng)建筑物結構特點，其車站與區(qū)間隧道均為密閉性較好的地下建筑，地鐵車輛內的空氣質量會受到較大影響。為了提供舒適的乘車環(huán)境，地鐵車輛需裝配大功率的空調設備。地鐵車輛空調設備不僅關系到乘客的舒適性與安全性，還直接影響投資與運營成本。因此，城市軌道交通系統(tǒng)應合理發(fā)展節(jié)能環(huán)保又有很好的換氣效果的空調地鐵列車。目前，城市軌道交通系統(tǒng)新投入運營的地鐵車輛均以空調車輛作為首要選擇。55（5）車輛模塊化設計與生產(chǎn)世界上地鐵與輕軌車輛的主要制造商有西門子公司、阿爾斯通公司、龐巴迪公司和日本東急公司等。20世紀90年代，地鐵車輛車體結構的模塊化設計與生產(chǎn)開始逐步發(fā)展，這是一種新型的車輛制造技術。地鐵車輛模塊化設計與生產(chǎn)技術的應用大大地簡化了車輛制造工藝流程，并可依照用戶的不同要求對車輛結構進行優(yōu)化組合，縮短了車輛設計與制造周期，具有顯著的經(jīng)濟效益。56（6）采用計算機控制與診斷和通信網(wǎng)絡技術20世紀80年代，機車計算機的雛形誕生，但僅應用于列車傳動控制裝置。隨著控制服務對象的增多，列車通信網(wǎng)絡在初期的串行通信總線的基礎上產(chǎn)生，并推出國際標準。自20世紀90年代以來，各國生產(chǎn)與制造城市軌道交通車輛時，在牽引與制動控制中均采用了計算機控制與診斷技術，并由單計算機控制發(fā)展為多計算機控制。同時，各國也在積極發(fā)展和應用通信網(wǎng)絡控制技術，實現(xiàn)城市軌道交通列車設備運行控制與故障診斷、乘客信息的傳遞和服務。57（7）發(fā)展模擬式電氣控制制動系統(tǒng)目前，世界各國地鐵與輕軌車輛的生產(chǎn)與制造均應用了模擬式電氣控制制動系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用一條列車線貫通整列車并形成連續(xù)的回路，其電氣指令采用脈沖寬度調劑，并能夠進行無級控制，滿足城市軌道交通列車制動頻繁、制動距離短、停車精度高等相關要求。581．輕軌車輛

在城市軌道交通發(fā)展中，由于舊式有軌電車運行速度慢、正點率低、噪聲污染大、加速性能低、乘客舒適度差，在汽車工業(yè)發(fā)展的沖擊下，有軌電車的發(fā)展停滯不前，甚至被拆除。直到20世紀80年代至90年代，人們意識到地鐵系統(tǒng)建設投入高、運行能耗大、噪聲振動大等問題，在建設地鐵的同時同步發(fā)展了新型輕軌交通。據(jù)統(tǒng)計，已有50多個國家建設了360多條輕軌交通線路，運營車輛中大部分為100%低地板輕軌車輛或70%低地板輕軌車輛。59（1）低地板輕軌交通的發(fā)展優(yōu)勢

與其他城市公共交通方式相比較，低地板輕軌交通車輛具有環(huán)境污染小、節(jié)約能源、投入資金少、舒適性好與外形美觀等優(yōu)勢，能夠滿足中型客運量的城市公共客運交通需求。1）環(huán)境污染小。2）節(jié)約能源。3）投入資金少。4）舒適性好。5）外形美觀。60（1）低地板輕軌車輛的主要類型目前，按技術的復雜程度不同，輕軌車輛發(fā)展主要可劃分為三個階段。

1）第一代低地板輕軌車輛。車輛的中間部分設置有一個低地板進口，低地板區(qū)域長度約占地板總長度的10%~15%，通過改進車輛結構，低地板區(qū)域長度可達到地板總長度的50%左右?？傮w來說，第一代低地板輕軌車輛仍采用常規(guī)轉向架，設計為分段式低地板，并且車內需要臺階過渡，如右圖所示。第一代低地板輕軌車輛61（1）低地板輕軌車輛的主要類型2）第二代低地板輕軌車輛。與第一代低地板輕軌車輛相比，第二代低地板輕軌車輛具有較長的低地板區(qū)域，低地板區(qū)域長度約占地板總長度的60%~70%，但車輛內部仍需設置臺階向高地板區(qū)域過渡，如右圖所示。第二代低地板輕軌車輛的中間走行部采用了一種全新的安裝方式，主要有小車輪拖車走行部、獨立車輪走行部與獨立旋轉車輪走行部三種方式。第二代低地板輕軌車輛62（1）低地板輕軌車輛的主要類型3）第三代低地板輕軌車輛。第三代低地板輕軌車輛即為100%全低地板式輕軌車輛，如右圖所示。與第二代低地板輕軌車輛相比，100%全低地板式輕軌車輛動力轉向架也采用了獨立車輪，取消了車軸，使得動力轉向架上方的中間通道也可做成低地板區(qū)域，而兩側車輪突起部分可設置座椅，從而實現(xiàn)了100%低地板，且低地板面距軌面通常僅350mm。第三代低地板輕軌車輛631．單軌車輛單軌交通系統(tǒng)主要架設在城市道路交通擁擠區(qū)域，是由架空的單根鋼筋混凝土制或鋼制軌道梁構成的城市軌道交通線路。單軌車輛沿架空的軌道運行，具有線路占地少、構造簡單、建設工程造價低、施工工期較短、運行速度高、爬坡能力強、轉彎曲線半徑小、噪聲振動低、乘客舒適度高、視野寬廣等優(yōu)勢，受到各國中小城市的歡迎。641．單軌車輛目前，單軌車輛可分為懸掛式單軌車輛與跨坐式單軌車輛。（1）懸掛式單軌車輛懸掛式單軌交通系統(tǒng)的軌道梁由一定跨距的鋼支柱或鋼筋混凝土支柱架設在空中，而車輛則懸掛在軌道梁下運行。懸掛式單軌車輛可分為非對稱式與對稱式兩種。1）非對稱式懸掛式單軌車輛。這種車輛設置有吊鉤，吊鉤上設計有鋼制車輪，車輪在鋪設于軌道梁上的單根鋼軌上運行。如右圖所示。非對稱陳式懸掛式單軌車輛651．單軌車輛2）對稱式懸掛式單軌車輛。這種車輛以一對橡膠車輪在軌道梁上的走行板上運行，軌道梁為箱形，懸吊于支柱的伸臂板下方。對稱式懸掛單軌車輛以SAFEGE型為代表，日本單軌鐵道協(xié)會已將SAFEGE型單軌線路作為懸掛式城市單軌交通系統(tǒng)的設計標準。對稱式懸掛式單軌車輛如右圖所示。對稱式懸掛式單軌車輛661．單軌車輛目前，單軌車輛可分為懸掛式單軌車輛與跨坐式單軌車輛。（2）跨坐式單軌車輛跨坐式單軌交通系統(tǒng)的軌道梁一般為預應力混凝土箱形梁，而車輛跨坐在軌道梁上運行，并且車輛設置有動輪與導輪。車輛動輪以軌道梁頂面為走行面，車輛導輪以軌道梁的兩側面為走行面。車輛動輪用于承載車體，而車輛導輪用于保持車體穩(wěn)定和導向?？缱絾诬壾囕v如右圖所示?？缱絾诬壾囕v67一、我國城市軌道交通車輛發(fā)展概況1．我國城市軌道交通車輛發(fā)展歷程為了解決城市交通擁擠問題，早在20世紀50年代，我國就決定在北京修建地鐵系統(tǒng)。由于當時與國外技術交流甚少，我國僅能以極為有限的國外資料作為參考，自力更生，自主研發(fā)，并于1967年完全利用國產(chǎn)材料和配件生產(chǎn)出兩輛DK1型地鐵樣車，填補了國內地鐵車輛制造空白，如右圖所示。北京DK1型地鐵車輛681．我國城市軌道交通車輛發(fā)展歷程隨著我國城市軌道交通建設的迅猛發(fā)展，各企業(yè)相繼成功開發(fā)了北京不銹鋼地鐵車輛、天津津濱不銹鋼城市軌道交通車輛、武漢鋁合金城市軌道交通車輛、高檔次70%低地板輕軌車輛、大連城市快速軌道車輛、DL6W型現(xiàn)代輕軌電車、DL4W型仿古輕軌電車等新型城市軌道交通電客車。這些車輛在設計制造中采用了多項自主創(chuàng)新技術，填補了多項國內空白，整車技術屬國內領先水平，多項技術指標達到國際先進水平。69（1）北京不銹鋼地鐵車輛北京不銹鋼地鐵車輛的車體鋼結構在國內首次采用輕量化無涂裝不銹鋼鼓形車體，側墻窗采用視野開闊的1.6m大窗，車頂內裝鋁型材結構。車輛采用先進的VVVF交流傳動系統(tǒng)、模擬式電空制動系統(tǒng)、列車自動防護車載設備、車載無線通信設備和列車監(jiān)控系統(tǒng)等；無搖枕轉向架的牽引裝置采用無間隙的“Z”拉桿結構；基礎制動采用維修工作量少的單元制動；采用降噪車輪，顯著地降低了輪軌噪聲。北京不銹鋼地鐵車輛70（2）天津津濱不銹鋼城市軌道交通車輛天津津濱不銹鋼城市軌道交通車輛是中車長春軌道客車股份有限公司為天津津濱輕軌（現(xiàn)天津地鐵9號線）研制的一種輕量化車輛，如圖所示。天津津濱不銹鋼城市軌道交通車輛為我國首批不銹鋼城市軌道交通客車，它創(chuàng)造了多項全國第一，填補了多項城市軌道交通領域的技術空白。天津津濱不銹鋼城市軌道交通車輛71（3）武漢鋁合金城市軌道交通車輛武漢鋁合金城市軌道交通車輛是我國首次自主研發(fā)設計的B型鋁合金車體結構城市軌道交通車輛，如圖所示。該車采用了輕量化鋁合金車體，具有集預制冷、制冷、通風、緊急通風功能于一體的大功率空調系統(tǒng)，大容量無預壓力沖擊新型車鉤裝置及車端吸能結構，新穎、實用的內裝與低噪聲設計，密封性好的電動塞拉門側門。最高運行速度為80km/h，其綜合技術性能在目前國內設計的城市軌道交通車輛中處于領先水平，自動控制性能達到了國際水平。武漢鋁合金城市軌道交通車輛72（4）DLW系列輕軌電車DLW系列輕軌電車包括DL6W型現(xiàn)代輕軌電車和DL4W型仿古輕軌電車，是大連市城市軌道交通線路改造配套的輕軌電車，DL6W型現(xiàn)代輕軌電車如左圖所示，DL4W型仿古輕軌電車如右圖所示。DL6W型現(xiàn)代輕軌電車DL4W型仿古輕軌電車73（5）高檔次70%低地板輕軌車輛由中車唐山機車車輛有限公司研制，該車是目前國內首輛與發(fā)達國家具有同等檔次和水平的70%低地板輕軌車輛，如圖1-29所示。該車構造速度為70km/h，額定載客量達246人，采用了鋁質蜂窩狀地板，實現(xiàn)了車體輕量化。車輛走行部采用自主設計的全新動力轉向架，中間部位則采用了新型獨立輪轉向架。彈性車輪裝置起到了降低噪聲、減少振動的作用。高檔次70%低地板輕軌車輛74（6）大連城市快速軌道交通車輛該車采用大量國內外最新技術，牽引傳動系統(tǒng)采用VVVF交流傳動系統(tǒng)。車上安設GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、信息顯示系統(tǒng)、車內監(jiān)控系統(tǒng)和多項自動保護裝置，實現(xiàn)對各部件的實時監(jiān)控。車窗為密封式結構，選用的是高檔轎車使用的淺綠色中空玻璃，能有效隔離紫外線。車門選用目前國際流行的電動塞拉門并采取多項安全保護裝置。車廂內部安有空調及良好的通風裝置，裝飾采用國內外流行的PC合金板或耐力板等環(huán)保材料，全部無釘、自然接縫，并具有良好的阻燃性。如圖所示。大連城市快速軌道交通車輛75（7）各大城市其他新型國產(chǎn)城市軌道交通車輛1）北京地鐵1號線新型車輛。與之前的北京地鐵1號線車輛相比，在安全性能和人性化設計方面均有較大突破和改觀。為確保乘客的安全，新型地鐵車輛內設有閉路電視監(jiān)控、煙霧預警等系統(tǒng)，其防火標準達到了英國BS6853標準，防火性能大大提高。新型地鐵車輛的人性化設計也極為細致周到，為方便殘疾人上下車，新車首次增設了自動伸縮的輪椅渡板。此外，新型地鐵車輛還配有LED電子顯示系統(tǒng)、液晶電視、電子地圖、空調、即時廣播等系統(tǒng)。如圖所示。北京地鐵1號線新型車輛762）深圳地鐵1號線車輛。該車輛的下線標志著我國成功實現(xiàn)了世界最高端地鐵車輛的自主化生產(chǎn)。由于采用最先進的鋁合金全焊接技術，該車車體自重不到52t，比同類型地鐵車輛輕2t以上，由此每輛列車每年可減少運營耗電12萬kW·h以上。車體呈鼓形，車身線條更為流暢美觀，寬達3.1m，大大增加了乘客乘坐的舒適度，最大載客量可達2502人。該車具有完備的乘客信息系統(tǒng)，具備自動報站、電子地圖、媒體播放功能，具有先進的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、火災探測系統(tǒng)、緊急疏散門系統(tǒng)。如圖所示。深圳地鐵1號線車輛773）上海軌道交通3號線新型車輛。

其中，301號與302號列車從法國進口，其余26列在中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司完成生產(chǎn)。該車速度為80km/h，6節(jié)編組，鋁合金貫通式廂體，整列車最大載客量為2460人，國產(chǎn)化率大于70%。如右圖所示。上海軌道交通3號線新型車輛784）成都地鐵1號線車輛。成都地鐵1號線車輛突出了先進、成熟、環(huán)保、人性化等設計理念，列車采用國際先進的交流傳動牽引系統(tǒng)，車體采用先進的輕量化不銹鋼車體，耐腐蝕性強、耐高溫、壽命長。車體外表面涂漆處理，既綠色環(huán)保，又降低了對車體外表面的維護成本。車頂內裝結構采用模塊化結構，使車輛更趨輕量化，節(jié)能環(huán)保性能更加突出。成都地鐵1號線車輛792．我國城市軌道交通車輛發(fā)展存在的問題目前，我國城市軌道交通車輛發(fā)展現(xiàn)狀與我國各城市軌道交通發(fā)展規(guī)劃的要求和世界城市軌道交通車輛的發(fā)展水平仍有差距，主要問題體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）車輛類型多樣化有待提高（2）交流傳動車輛有待發(fā)展（3）鋁合金與不銹鋼車輛有待發(fā)展（4）車輛技術未完全實現(xiàn)國產(chǎn)化（5）制造質量與技術水平有待提高80思考與練習：1．簡述城市軌道交通車輛的類型和組成。2．城市軌道交通車輛基本尺寸有哪些？3．城市軌道交通車輛性能參數(shù)有哪些？4．車輛限界的計算原則與計算要素有哪些？5．簡述國內外城市軌道交通車輛發(fā)展概況。第二章車體第一節(jié)車體概述81第二節(jié)不銹鋼車體第三節(jié)鋁合金車體第四節(jié)車體材料的選擇掌握車體的作用與分類。了解車體的特征與結構。掌握不銹鋼車體和鋁合金車體的結構與特點。了解車體模塊化生產(chǎn)的優(yōu)缺點。82學習目標車體是車輛結構的主體，既是用來容納乘客和司機（對于有司機室的車輛）的部分，又是安裝和連接其他設備及組件的基礎。隨著時代的發(fā)展，城市軌道交通逐漸體現(xiàn)出容量大、安全、快速、舒適、美觀、節(jié)能的特性。車體的組成、構造、分類、材料及各類型車體的優(yōu)缺點是運營管理、駕駛、檢修崗位的工作人員必須學習和掌握的基礎知識。83車體概述第一節(jié)84車體是由底架、側墻、端墻及車頂構成的一個長方體，長期處于劇烈振動、承載量大而又不穩(wěn)定等較為苛刻條件下，其總體結構形式、性能和技術經(jīng)濟指標取決于車體材料。車輛車體結構由最初的全木結構逐漸演變?yōu)殇撝频准芘c木制車體的組合結構、鉚接全鋼結構或全焊接單殼結構。結構材料由普通碳鋼材質迅速發(fā)展為輕量化耐腐蝕鋁合金或輕型不銹鋼材質。車體結構也由骨架與外板構成的單殼結構演變?yōu)橐圆讳P鋼雙薄板結構或鋁合金大型中空擠壓型材結構為主體的全雙殼結構。85一、車體的基本特征城市軌道交通車輛是城市或近郊客運的專用交通工具，其車體具有以下一些特征。1．城市軌道交通車輛一般為電動車組，有單節(jié)式、雙節(jié)式、三節(jié)式等，有頭車（帶有司機室的車輛）和中間車，以及動車與拖車之分，車體結構具有多樣性。2．由于城市軌道交通車輛服務于城市內的公共交通，乘客數(shù)量多，旅行時間短，上下車頻繁，因此車內設置的座位數(shù)量少，車門數(shù)量多而且開度大，服務于乘客的車內設備簡單。3．城市軌道交通系統(tǒng)對車輛的質量要求較高，特別是高架輕軌，要求列車質量輕、軸重小，以降低線路設施的工程投資。86874．為減輕列車自重，車輛必須輕量化，車體承載結構一般采用大型中空截面擠壓鋁型材、高強度復合材料或不銹鋼等，采用整體承載筒形車體結構，車輛的其他輔助設施也盡量采用輕型材料和輕量化結構。5．城市軌道交通車輛一般運營于城市人口稠密地區(qū)，并用于運送乘客，所以對車輛特別是地鐵車輛的防火要求嚴格。通常車體的結構采用防火設計，材料必須經(jīng)過阻燃處理。6．對車體的隔音和降噪功能有嚴格要求，以最大限度降低噪聲對乘客和沿線居民的影響。7．城市軌道交通車輛主要用于城市內交通，所以車輛外觀造型和色彩必須考慮城市文化、環(huán)境美化要求，與城市景觀相協(xié)調。88二、車體的分類1．按照使用的主要材料分類車體按使用的主要材料不同，可分為碳素鋼車體、鋁合金車體和不銹鋼車體三種。早期的城市軌道交通車輛車體材料以碳素鋼（包括普通低碳鋼和耐候鋼）為主，目前主要使用鋁合金和不銹鋼。892．按照有無司機室分類按照有無司機室，車體可分為帶司機室車體和無司機室車體兩種。3．按照尺寸分類按照尺寸不同，車體可分為A型車車體、B型車車體和C型車車體，分類標準主要取決于車體寬度。其中，A型車車體寬度為3m，B型車車體寬度為2.8m，C型車車體寬度為2.6m。例如，廣州地鐵1、2號線和深圳地鐵車輛采用了A型車，廣州地鐵3、4號線采用了B型車。904．按照承載方式分類按照車體結構承受載荷的方式不同，車體可分為底架承載結構、側墻和底架共同承載結構及整體承載結構三類。全部載荷由底架承擔的車體結構稱為底架承載結構或自由承載結構。全部載荷由側、端墻與底架共同承擔的車體結構稱為側墻和底架共同承載結構或側墻承載結構。其側、端墻與底架等通過固接形成一個整體，具有較高的強度和剛度。在板梁式側、端墻上固接由金屬板梁焊接而成的車頂，使車體的底架側墻、端墻、車頂連接成一個整體，形成開口或閉口的箱形結構，稱為整體承載結構。91整體承載結構925．按照結構形式分類車體結構按結構形式不同，可分為板梁組合結構、開口型材料與大型中空型材組合結構、大型中空型材結構三種形式。這些結構形式都屬于整體承載結構。6．按照連接方式分類按照板與梁（柱）、梁（柱）與梁（柱）之間的連接方式不同，車體可分為焊接、鉚接或混合連接結構。我國和日本大多數(shù)車體采用焊接結構。焊接-鉚接（或焊接）、螺栓（釘）連接在歐洲應用較多。937．按照結構工藝分類按照結構工藝不同，車體可分為一體化結構和模塊化結構。例如，廣州地鐵1號線車輛車體采用的是一體化結構，而2號線車輛車體采用的則是模塊化結構。一體化結構也稱整體焊接結構，即將底架、側墻、車頂和端墻采用焊接工藝焊接而成，是常見的一種車體結構。一體化結構車體是先制造車體結構的車頂、側墻、底架端墻、司機室等部件，然后將部件進行整個車體總成焊接，車體總成后再進行內裝、布管與布線。94隨著技術的發(fā)展，近幾年出現(xiàn)了模塊化結構的車體，我國深圳和廣州地鐵2號線車輛的車體也采用了模塊化結構。模塊化結構車體與一體化結構車體相比，最大區(qū)別是將模塊化的概念引入到車體設計制造與生產(chǎn)管理的各個環(huán)節(jié)之中。模塊化車體設計是將整個車體分為若干個模塊，如后兩頁圖所示，在每個模塊的制造過程中需完成整車所需內裝、布管與布線的預組裝并解決相互之間的接口問題。各模塊完成后即可進行整車組裝。95車體模塊1——底架模塊：2——側墻模塊；3——端部模塊；4——車頂模塊；5——牽引梁模塊；6——整梁模塊96車頂模塊1——頂板吊架：2——頂板槽梁；3——空調風道；4——隔音隔熱材料；5——內部裝飾；6——燈帶；7——出風口；8——頂板懸掛97每一模塊的結構本身采用焊接，而各模塊之間的總裝采用機械連接，如圖所示。模塊化車體總裝1——車頂模塊：2——螺栓；3——側墻模塊；4——底架模塊；98三、車體的基本結構及參數(shù)

1．車體的基本結構近代城市軌道交通車輛車體均采用整體承載的鋼結構或輕金屬結構，以達到滿足強度和剛度要求的同時降低車輛自重的目的。我國地鐵車輛的車體從20世紀80年代就開始采用耐候鋼無中梁整體承載結構，車體側墻、車頂?shù)牧褐c蒙皮結合后與底架構成封閉斷面，增強車體的強度和剛度。到20世紀90年代，我國又生產(chǎn)了斷面為鼓形的地鐵車輛，使其能更好地利用限界。國家標準《地鐵車輛通用技術條件》（GB/T7928—2003）規(guī)定我國地鐵車輛車體采用整體承載結構。99車體的底架是車體結構和設施的安裝基礎，承受主要的動、靜載荷，因此底架必須具有足夠的強度和剛度，是檢修作業(yè)的重點。在底架中部橫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。底架兩側邊沿的縱向梁稱為側梁，側墻固定于其上。底架兩端部的橫向梁稱為緩沖梁（端梁），端墻固定于其上。在轉向架的支撐處設有枕梁，為橫向梁中斷面最大的梁。在兩枕梁之間設有兩根以上的大橫梁。為了吊掛設備、鋪設地板，底架上還設有若干小橫梁和縱向輔助梁，以保證底架強度和剛度，其中，中梁和枕梁承擔載荷最大，因而最為重要。100車體一般結構形式1——緩沖梁（端梁）；2——枕梁；3——小橫梁；5——中梁；6——側梁；7——門柱；8——側立柱；9——上側柱；10——角柱；11——車頂彎梁；12——車頂端彎梁；13——端立柱；14——端斜撐；101側墻由桿件、墻板和門窗組成。桿件包括立柱、上弦梁、橫梁和其他輔助桿件，它們與底架的側梁連接成一體。墻板有蒙皮和內飾板，蒙皮用鋼板、不銹鋼板和鋁合金板制成，內飾板具有車內裝飾的功能，經(jīng)過阻燃處理。端墻結構與側墻基本相同，除端梁外，還設有角柱、端立柱、上端梁和墻板等。車頂結構包括車頂彎梁、車頂橫梁、車頂端彎梁及車頂板等。1022．車體結構的基本參數(shù)城市軌道交通車輛選型應以線路條件、供電電壓等主要技術條件為依據(jù)，相關技術指標應滿足客運量及行車組織的要求，另外，還應考慮車輛設備部件技術參數(shù)、當?shù)丨h(huán)境與氣候、外觀與色彩等相關因素103（1）上海軌道交通1、2號線車輛車體規(guī)格見下表104（2）天津津濱輕軌車輛車體規(guī)格見表不銹鋼車體第二節(jié)105106一、不銹鋼車體結構天津津濱輕軌車輛的車體幾何模型見右圖，除底架端部采用碳素鋼材料外，其余部分均采用SUS301L高強度不銹鋼材料。梁、柱間通過連接板連接，各部件間采用點焊連接，形成不銹鋼骨架結構。該車體采用整體玻璃鋼車頭，金剛砂地板布直接粘貼在鋁蜂窩地板上，頭車的頂板、圓頭、間壁做成一體，與貫通道連接，達到整體美觀的效果。車體1/4三維幾何模型1071．車頂車頂由波紋頂板、車頂彎梁、車頂邊梁、側頂板、空調機組平臺等幾部分組成。車頂采用波紋頂板無縱向梁結構，頂板與車頂彎梁點焊在一起，空調機組平頂由縱梁、彎梁、頂板點焊組成部件，再與車頂通過點焊及塞焊組成一體。由于車頂是無縱梁結構，波紋頂板要傳遞車體縱向力，所以選擇強度較高的SUS301L-MT材料，厚度為0.6mm。車頂波紋板采用與波紋地板相同的滾焊焊接，既能夠滿足車體密封性要求，又能夠增加車頂?shù)膭偠取?082．側墻車輛橫截面為鼓形，主要由立柱、橫梁、墻板和門窗等結構件組成。鼓形斷面能夠增加車體橫向抗彎剛度，也能合理利用限界條件增大車體內部空間。側墻需選用塞拉門、連續(xù)窗結構。為適應該要求，側墻鋼結構部分采取了比較特殊的方法，一扇連續(xù)窗全長4070mm，在此范圍內，鋼結構必須便于車窗的安裝、固定，不得有任何與車窗相干涉的結構，同時工藝性要好，結構上必須可實現(xiàn)點焊。設計時，將窗間有玻璃通過的側立柱壓出凹形，再通過窗帶過渡與窗框相連接。為便于加工，壓出凹形的立柱采用了強度較低的SUS301L-ST材料，同時為保證該處強度，在其背面加了一根補強梁。為保證窗口及側墻的平面度，窗口周圍所有梁柱、補強部分均為點焊結構。1093．端墻端墻可以防止列車相撞時出現(xiàn)套車，并與底架、側墻和車頂共同作用，防止客室受損，保證乘客安全。端墻由端墻板、門口框架、下邊梁、門上立柱、補強梁、端角柱、端頂彎梁及其他梁柱組成。連接端墻時，除門口框架外均采用電弧焊，其余板梁均采用點焊。1104．底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現(xiàn)點焊連接，底架邊梁采用4mm厚的SUS301L-HT材料，以提高底架的整體強度和剛度。為有效降低自重，大小橫梁腹板處均設有減重孔。111二、不銹鋼材料在使用過程中應注意的問題不銹鋼車體具有耐腐蝕性較好、不用修補、使用壽命長等優(yōu)點，因此，使用不銹鋼材料作車體在保證強度、剛度的條件下，板厚可以大大減少，從而實現(xiàn)車體的輕量化。但是，不銹鋼車體在設計、制造中需注意許多問題，如不銹鋼選材、不銹鋼制造技術、不銹鋼結構焊接工藝的研究、不銹鋼材料疲勞特性和壽命的試驗、結構優(yōu)化設計、剛度問題、防腐蝕問題等。1121．不銹鋼材料的合理選擇根據(jù)城市軌道交通車輛的結構特點、制造工藝和使用環(huán)境，同時考慮制造成本，要求車體所使用的不銹鋼材料必須具有如下性能：（1）價格便宜，通用性高，容易購買。（2）耐腐蝕性好。（3）具有足夠的強度。（4）加工性好，在對其進行剪切、彎曲、拉延、焊接等加工時，不會產(chǎn)生缺陷。能滿足以上條件的不銹鋼材料有30多種，其中具有代表性的是SUS304（S30400）和SUS301。1983年開發(fā)出的低碳不銹鋼SUS301L（L表示低碳），其碳的質量分數(shù)在0.03%以下，目前的城市軌道交通車輛都在使用這種強度高、耐腐蝕性好的不銹鋼材料。1132．不銹鋼材料的焊接碳素鋼車體采用弧焊組裝鋼結構，靠電弧產(chǎn)生的熱量熔化填充金屬，使兩個構件熔敷接合?；『杆a(chǎn)生的熱量很大，對構件的熱輸入量也很大，這種焊接方法對于焊接不銹鋼材料是很不利的。1142．不銹鋼材料的焊接不銹鋼導熱系數(shù)只有碳素鋼的1/3，而熱膨脹系數(shù)是碳素鋼的1.5倍，熱量輸入后散熱慢而變形大，不利于對構件尺寸及形狀的控制，但由于不銹鋼材料的電阻較大，所以不銹鋼材料的焊接一般都采用電阻焊，也稱點焊。點焊就是將兩個或兩個以上相疊加的金屬用電極加壓，通過電流，利用金屬的電阻產(chǎn)生高熱，使疊加的金屬在加壓區(qū)熔合，進而連接到一起。點焊的特點是對構件的熱輸入量小，容易實現(xiàn)自動控制，焊接時不需要技能很高、很熟練的操作者，較易保證焊接質量。1152．不銹鋼材料的焊接不銹鋼車體采用點焊結構，這就決定了不銹鋼車體必須采用很多與以往碳素鋼車體不同的特殊結構，以實現(xiàn)點焊連接的目的。不銹鋼車體在組合外板、梁、柱時為了減少熱量的輸入，采用點焊代替弧焊，梁、柱的接合部位采用連接板傳遞載荷，但由于受到設備、工裝、工序等各方面的限制，有些部位無法實現(xiàn)點焊，可以采用塞焊來減小熱影響區(qū)。輕量化不銹鋼車體中幾乎所有的零部件都是通過點焊連接的，所以焊點的質量將直接影響車體鋼結構的質量和強度。為保證車體質量，在日常生產(chǎn)中，必須控制焊點質量。現(xiàn)在采取的方法是在每次作業(yè)前進行點焊拉伸試驗和切片試驗，檢驗合格后再按照試驗的焊接規(guī)范進行作業(yè)。鋁合金車體第三節(jié)116117一、鋁合金材料性能特點1．質軟且輕柔2．強度好3．耐腐蝕性能好4．加工性能好5．易于再生118根據(jù)鋁合金車體結構及制造、運用情況，選擇材料時應遵循以下原則：（1）從輕量化方面考慮，要求強度高、剛度高、質量輕。（2）從壽命方面考慮，要求耐蝕性、表面處理性、維護保養(yǎng)性好。（3）從制造工藝方面考慮，要求焊接性、擠壓加工性、成型加工性好。根據(jù)以上原則，鋁合金車體主要使用5000系列、6000系列、7000系列的鋁合金。119120二、鋁合金材料車體結構右圖所示為上海地鐵車輛鋁合金車體鼓形斷面，鼓形斷面既能使車輛在隧道內獲得最大截面積，增大車內空間，又能提高車輛在圓形隧道內的活塞效應，加強隧道自然通風能力。它是由底板、側墻、車頂、端墻等組成的整體承載薄殼形結構。上海地鐵車輛鋁合金車體鼓形斷面1211．車頂車外頂板兩側小圓弧部分采用形狀復雜的中空截面擠壓鋁型材，中部大圓弧部分為帶有縱向加強桿件的壓型車頂板，其長度與車頂?shù)乳L，車頂組裝時僅留下幾條與車頂?shù)乳L的縱向長焊縫。客室內頂板由三部分組成，中間為平板，平板兩側為多孔的通風口平板，最外側為客室照明燈的燈箱。平板安裝在懸掛的車頂?shù)跫苌稀?222．側墻、端墻由于車體左、右側各有5扇車門和4扇車窗，所以每面?zhèn)葔Ρ环指舫?塊帶窗框、窗下間壁、左右窗間壁或門間壁的分部件，全車共12塊，在組裝時分別與底板、車頂拼接，各塊分部件骨架材料為整體的中空截面擠壓鋁型材?？褪覂鹊膫葔?、端墻都采用阻燃的密胺樹脂膠合板制成。由于側墻、端墻的鋁合金材料內側都涂抹了阻尼漿并敷貼了保溫材料，所以側墻、端墻都具有隔熱保溫的功能。1233．地板直流傳動車與交流傳動車的客室地板結構不同。直流傳動車地板是先在底板上縱向布置4mm厚的橡膠條，再鋪設16mm厚的多層夾板，用螺釘將多層夾板固定在底架上，然后在多層夾板上粘貼2.5mm厚的灰色PVC材料地板。這是一種耐磨、阻燃和防滑的地板面材料，但粘貼塑料地板的黏合劑在潮濕的環(huán)境中很容易喪失黏性，多層夾板一旦受潮，塑料地板就很容易起泡，甚至脫落。因此，制造商在生產(chǎn)交流傳動車時進行了改進，將多層夾板改換成表面很平坦的鋁合金輕型型材，并在鋁型材表面直接粘貼PVC塑料地板，有效地解決了塑料地板起泡和脫落的問題。124三、鋁合金車體形式1．純鋁合金車體純鋁合金車體有四個特點：（1）車體由鋁板和實心型材制成，鋁板和實心型材通過鋁制鉚釘、連續(xù)焊接等進行連接。（2）車體的生產(chǎn)和連接運用了電阻焊的方法。所采用的車體結構是板條骨架結構，連接方法應用了氣體保護下的熔焊。（3）整體結構在車體結構中得到了應用。其板皮和縱向加固構成了高強度大型開口型材的組成部分。（4）車體結構由于采用空心截面的大型型材而變得更加簡單。1252．混合結構鋁合金車體除了上述純鋁合金車體外，還有鋼底架的混合結構鋁合金車體。這種車體側墻與底架的連接主要采用鉚接或螺栓連接的方式。其作用有兩點：一是可避免熱脹冷縮帶來的問題，二是取消了成本很高的車體校正工序。126四、鋁合金材料的合理選擇

使用鋁合金材料的車體多為焊接結構，且在大氣條件下工作，因此要求鋁合金材料不僅應具有適當?shù)膹姸群蛣偠龋乙辛己玫暮附有阅埽ń咏覆男阅芩剑?，最好在焊后的自然時效狀態(tài)即能達到固熔處理加人工時效狀態(tài)的性能水平。此外，還要求材料的抗腐能力和抗應力腐蝕能力強、應力集中敏感性低、焊接接頭處的抗脆斷能力和抗疲勞能力高。車體基本由六大部件（地板、車頂、兩個側墻及兩個端墻）裝配而成，而鋁型材的邊緣設有通長的成型槽，可供組合整個車體用。當型材沿邊緣連接時，能自動形成適宜的焊接坡。127端墻完全采用板材，梁采用焊接結構，四角立柱及端頂彎梁采用彎曲型材，端頂橫梁采用矩形鋁合金型材，外端板選用厚5mm的鋁合金，并考慮大小風擋結構的需要。底架各梁應設置座椅安裝滑槽、側門滑槽及底架吊掛滑槽，滑槽為T形。底架與轉向架的連接件、鋁合金車鉤安裝座使用鋁合金鍛件，鍛件與底架型材開坡口焊接。車頂邊梁擬采用大型擠壓型材，中間部分采用兩種開口鋁合金擠壓型材，車頂上邊梁與側墻共用，并考慮邊梁自帶雨檐。組焊時，邊梁焊在側墻上，并由矩形橫梁將兩邊梁連接，保證車頂有足夠的剛度。車頂開口型材在總裝時，電阻焊即可。車體材料的選擇第四節(jié)128129一、車體材料選擇的基本要求1．車體輕量化一般車輛的車體大多采用普通碳素鋼制成，這種車體由眾多縱、橫型材骨架和外包板結構，形成一個閉口的筒形薄殼整體承載結構，一般自重達10~13t。為了提高車體的耐腐蝕性，延長車體的使用壽命，現(xiàn)在較多應用的是含銅或含鎳、鉻等合金元素的耐腐蝕低合金鋼材料（或稱耐候鋼），可使車體鋼結構自重減輕10%~15%。1301．車體輕量化采用半不銹鋼（包板為不銹鋼，骨架為普通碳素鋼）或全不銹鋼車體，免除了車體內壁涂覆防腐蝕涂料和表面油漆。在保證強度、剛度的前提下，通過調質壓延而獲得高強度不銹鋼薄板，同時也提高了使用壽命。一般不銹鋼車體自重比普通碳素鋼可減輕10%~20%。在鋁制車體結構設計中，車體主要承載構件一般采用大型中空截面的擠壓鋁型材，以提高構件的剛度，充分發(fā)揮材料的承載能力，最大限度地減輕車體自重。全車的底板、側墻、車頂均采用大型中空截面的擠壓鋁型材拼焊而成，與鋼制車體相比，焊接工作量減少40%，制造工藝大為簡化，車體質量可減輕3~5t。1312．車體腐蝕狀況風雨侵蝕、溫度和濕度的變化，以及空調造成的結霜等，都可能對車體結構產(chǎn)生腐蝕。（1）碳素鋼車體碳素鋼車體的雨檐周圍、門口及車窗周圍的立柱、墻板、地板等處容易被腐蝕，6年后要進行局部修補，10年后要進行部分改造，20年后還要進行大的改造。如此反復修補、改造，30年后車輛基本上就要報廢了。1322．車體腐蝕狀況（2）鋁合金車體鋁合金車體除了車鉤部分及車體內的螺釘座使用碳素鋼外，其他部位均為鋁合金。對運營后鋁合金車體腐蝕情況進行的調查表明：雨檐、門口、窗口周圍及底架端部、車體側面的焊接熱影響區(qū)處發(fā)生了腐蝕，但與碳素鋼車體相比較，腐蝕程度很輕，對車體的強度不會產(chǎn)生影響，只需對車輛進行定期維護。（3）不銹鋼車體不銹鋼車體具有耐腐蝕、免維修等特點。對運營車輛進行定期檢查，發(fā)現(xiàn)沒有必要對外板進行修補、涂裝，也沒有必要對梁柱進行修補。因此，除了不需要車體維修費用外，還可減少由于維修而產(chǎn)生的煙霧、有機溶劑等在作業(yè)場所的散布，從而減少對相關電氣設備的檢查、維修等其他作業(yè)量。1333．制造成本（1）材料成本在分析碳素鋼車體、鋁合金車體、不銹鋼車體的經(jīng)濟性時，必須先確定各種車體的樣式。現(xiàn)在以確定好樣式、大小的城市通勤車為例，考慮到各種車體的耐腐蝕性，分為碳素鋼涂裝車體、鋁合金涂裝車體、鋁合金不涂裝車體（但外表面要打磨加工）、不銹鋼不涂裝車體等幾種。不涂裝車體由于近來對外觀的要求，也常貼上彩帶，因此不涂裝車的成本中還要包含彩帶及涂于搭接處的防水密封膠的費用。134（2）加工成本在制造成本中，還要考慮加工因素的影響。由于SUS301L不銹鋼材料必須經(jīng)過調質壓延加工，需要專用加工設備，所以使成本增加。鋁合金材料由于采用合金元素及大型擠壓設備，加工成本也會增加。另外，加工中還要考慮車體的焊接成本，每種車體所需的焊接方式是各不相同的。1）碳素鋼車體：二氧化碳氣體保護電弧焊和焊條電弧焊。2）鋁合金車體：MIG焊和TIC焊。3）不銹鋼車體：點焊、MIG焊和TIG焊。在考慮到上述影響因素的前提下，車體的制造成本排序為：碳素鋼車體<不銹鋼車體<鋁合金車體。鋁合金車體制造成本要比碳素鋼車體高出70%，不銹鋼車體制造成本要比碳素鋼車體高出14%。1354．維修管理車體采用不銹鋼和鋁合金材料，主要是為了提高車輛的耐腐蝕性和輕量化水平，使車輛的維修管理及運營更加合理化。以前的車輛雖然也采用耐候鋼，但是無法和不銹鋼相比，經(jīng)過10年使用，車體局部就會被腐蝕，必須進行修補。這樣除了修理所需費用以外，由于車體更新會使運營率下降，還會影響備用車數(shù)量。過去30年的運營實踐已經(jīng)驗證，不銹鋼車體和鋁合金車體基本不用維修，所以選用不銹鋼車體和鋁合金車體的車輛后期費用明顯減少。1365．運營總成本如果將碳素鋼車體制造成本定為1.0，則不銹鋼車體為1.14，鋁合金車體（不涂漆）為1.57，鋁合金車體（涂漆）為1.66。但是，由于碳素鋼車體檢查維修量大，其總成本明顯增加，12年廠修時其總成本大幅上升，超過不銹鋼車體。20年時，其總成本再次大幅躍升，超過鋁合金車體。所以，雖然碳素鋼車體最初的制造成本最低，但經(jīng)過長年使用后，總成本變?yōu)樽罡?，而不銹鋼車體維修量很少，所以最終運營總成本最低。137二、鋁合金車體與不銹鋼車體的對比目前，城市軌道交通車輛中車體結構使用的材料主要為不銹鋼和鋁合金，其力學性能、質量、制造工藝等方面對比見下表。138139思考與練習：1．車體由哪些基本結構組成？2．簡述鋁合金車體的結構組成和各組成部分的結構特點。3．什么是整體承載結構？4．車體模塊化結構的優(yōu)缺點有哪些？第三章車門第二節(jié)車門的結構

第一節(jié)車門的類型及編號140第三節(jié)車門的控制掌握車門的類型和結構。了解車體的特點及編號。了解客室車門的控制原理。141學習目標城市軌道交通車門系統(tǒng)在城市軌道交通車輛中扮演著極其重要的角色，既是與行車安全密切相關的關鍵系統(tǒng)，也是與乘客安全緊密關聯(lián)的關鍵部件。提升車門系統(tǒng)的可靠性對于保障城市軌道交通運輸安全和乘客生命安全都有重要意義，對協(xié)調列車的整體造型也起著重要的作用。142車門的類型及編號第一節(jié)143一、車門應具備的基本要求世界各國城市軌道交通車輛的車門結構和類型多種多樣，但無論結構形式如何變化，客室車門都應滿足城市軌道交通的基本要求：1．有足夠的有效寬度（一般為1300-1400mm）。2．均勻對稱布置，以便站臺乘客均勻分配，上、下車方便迅速。3．要有足夠數(shù)量的車門（一般A型車5對，B型車3對或4對）。4．車門附近有足夠的空間，緩和上、下車的擁擠。5．能確保車輛運行安全和乘客安全。1441451．按功能分類車門按功能不同，可分為客室側門、司機室側門、司機室后端門和緊急疏散門四類。各類車門位置如圖所示。二、車門的類型各類車門位置146（1）客室側門以南京地鐵1號線車輛為例，其客室側門為雙葉式電動塞拉門，其中門葉由鋁框架、鋁板、層壓板、雙層玻璃等組成，門葉邊用橡膠條壓嵌而成。門葉上方設有一套電動驅動機構，由電子門控單元、絲桿、制動單元、壓輪、導軌、驅動電動機、滾輪擺臂等組成。開關門的速度及壓力可以通過調節(jié)車門控制單元來改變。每扇客室車門設有一套機械解鎖機構（每節(jié)車的5A和1B門設有兩套機械解鎖機構）和一套門切除機構，以便在緊急情況下，能從客室內或外直接打開或切除車門。客室側門由于使用頻率高以及安全可靠性要求高，一直是城市軌道交通車輛的重要研究領域。147（2）司機室側門司機室側門多采用一扇單頁車門，在司機室兩側墻上分別設置。一般有內藏門、塞拉門及折頁門三種類型。司機室側門由人工控制，沒有氣動或電動驅動裝置，供乘務人員上、下車之用。148（3）司機室后端門司機室后端門是設在司機室后端墻中間的一個與客室相通的通道門，司機可以由司機室后端門進入客室車廂，并通過客室車廂、司機室后端門進入另一端司機室。司機室后端門在客室側沒有開門把手，但設置了緊急開門裝置，正常情況下不允許乘客開啟。當乘客發(fā)現(xiàn)危險性事故等特殊情況時，可以使用緊急拉手開啟司機室后端門。149（4）緊急疏散門緊急疏散門設置在帶司機室車廂的前端墻上，如圖所示。列車在隧道內運行時，一旦發(fā)生火災等危險事故，司機可打開緊急疏散門，釋放緊急疏散梯，引導乘客通過緊急疏散梯走向路基中央，然后向兩端的車站疏散。緊急疏散門150二、車門的類型2．按車門運動軌跡及安裝方式分類按照車門運動軌跡及安裝方式不同，客室車門可分為內藏嵌入式滑動移門、外掛式滑動移門和塞拉門。151（1）內藏嵌入式滑動移門內藏嵌入式滑動移門簡稱內藏門，車輛開關時，門頁在車輛側墻的外墻板與內飾板之間的夾層內移動，如圖所示。傳動機構設于車廂內側車門的頂部，裝有導輪的門頁可在導軌上移動，傳動機構的鋼絲繩或齒形帶與門頁連接，氣缸或電動機驅動傳動機構，從而使鋼絲繩或齒形帶帶動門頁移動。內藏嵌入式滑動移門152（2）外掛式滑動移門外掛式滑動移門簡稱外掛門，與上述內藏嵌入式滑動移門的驅動結構和工作原理相同，主要區(qū)別在于開關門時，門頁和懸掛機構始終位于側墻的外側，如圖所示。外掛式滑動移門153（3）塞拉門塞拉門借助車門上端的傳動機構和導軌，啟動狀態(tài)時，門頁貼靠在側墻外側，關閉狀態(tài)時，門頁外表面與車體外墻成一平面，如圖所示。這不僅使車輛外觀美觀，而且有利于在列車高速行駛時減小空氣阻力，車門不會因空氣旋流產(chǎn)生噪聲，也便于自動洗車裝置對車體進行清洗。塞拉門154（3）塞拉門塞拉門的機械工作原理分為三個步驟：1）平移移動。電動機軸轉動驅動齒輪轉動，齒輪帶動齒帶運動，齒帶的運動通過連接齒帶和門葉的連接件驅動門葉作平移運動。2）塞拉運動。傳動系統(tǒng)裝在伸縮導軌兩端，由電動機驅動車門門葉作塞拉運動。3）門的鎖閉?？刂茥U件塞拉運動達到驅動機構的死點，桿件鎖定，使門鎖閉。155車門的形式、種類雖然各不相同，但實現(xiàn)功能卻大同小異。三種類型車門的性能對比見下表。156157158三、車門編號的確認為便于識別、車門定位、檢修、客室車廂設備定位及乘客遺落物品的找尋，城市軌道交通車輛的每個客室側門均有編號，雖然不同地鐵線路車輛車門編號具有差異性，但均按照相應的規(guī)則進行編號。1．客室車門編號的規(guī)則門頁的編號：自1位端到2位端，沿著每輛車的左側為由小到大的連續(xù)奇數(shù)；右側為由小到大的連續(xù)偶數(shù)。車門的編號則由該車門兩個門頁的號碼合并而成：自1位端到2位端，左側車門的編號由兩門頁的連續(xù)奇數(shù)組成，右側車門的編號由兩門頁的連續(xù)偶數(shù)組成。159一組列車的車門編號1602．識別客室車門編號的方法當車門出現(xiàn)故障，站務人員需要協(xié)助司機處理時，首先必須準確找到并確認故障門的位置。（1）登上列車前（車外）在滑動門右側立柱上方貼有車門、安全門編號，或者通過車身外部印刷的編號進行確認。（2）登上列車后（車內）1）乘客報警器下方印刷有車廂編號和車門編號。2）每個門旁扶手上方印刷有車門編號。3）車廂內連接處印刷有車廂編號。車門的結構第二節(jié)161162一、車門的基本組成不同類型的車門，其組成略有不同，但都包括車門懸掛導向裝置、車門驅動裝置、左右門葉、內部緊急解鎖裝置、乘務員鑰匙開關（或稱為外部緊急解鎖開關、緊急入口裝置）、一套安裝在車體上的密封型材（上、左和右）等機械部件，以及電子門控單元、電氣連接部件、各類行程開關、指示燈等電氣或氣動部件。163客室車門的組成164二、車門的子系統(tǒng)部件

1．車門懸掛導向裝置車門懸掛導向裝置主要由橫向導柱、縱向導柱及攜門架組成，導向裝置由上滑道和下滑道組成。車門懸掛導向裝置1652．驅動裝置門的運動由一個帶減速器的電動機驅動絲桿（對于雙頁門，絲桿一半是右旋的，一半是左旋的）來實現(xiàn)。螺母與門扇相