华东交通大学车辆工程专业经典课件火车车体.ppt

第5章 车体结构与车内装备,5.1 概述,车体是车辆结构的主体，是供旅客乘坐和司机驾驶的部分。 车体的强度、刚度，关系到运行安全可靠性和舒适性； 车体的防腐、耐腐能力、表面保护和装饰方法，关系到车辆的外观、寿命和检修制度； 车体的重量关系到能耗、加减速度、载客能力乃至列车编组形式（拖动比），所有这些都直接影响到运营质量和经济效益。,车体结构组成,车体由底架、侧墙、端墙、车顶、车门、车窗等部分组成。,车体的一般结构 1缓冲梁(端梁) 2枕梁 3小横梁 4大横梁 5中梁 6倒梁 7门柱 8侧立柱 9上侧梁 10角柱 11车顶弯梁 12顶端弯梁 13端立柱 14端斜撑,车体要求,车体的结构形式、性能和技术经济指标主要取决于车体材料。因此对车体构件和内部装饰所使用的材料应当注意考虑诸多因素，其主要因素如下： 应具有构件所要求的高强度和刚性； 重量轻； 耐老化、耐污染、耐磨、耐火、阻燃等特性； 施工容易、易于维修且价格便宜； 适合于环境的改进（隔热、隔音性能提高）； 适合于提高舒适度（减振等）,城市轨道车辆的车体与一般铁路客车车体有许多相同之处，但由于其特殊的用途，又具有其自身的特征： 在车内的平面布置上有其特征，如座位少、车门数量多且开度大，内部服务乘客的设备较为简单等； 重量的限制较为严格，要求轴重小，以降低线路的工程投资； 为使车体轻量化，对于车体承载结构一般采用大型中空截面挤压铝型材，或高强度复合材料，或不锈钢。对车体其它辅助设施也尽量采用轻型化材料； 对车体的防火性能要求高，在车体的结构及选材上均采用防火设计和阻燃处理； 车辆的隔音和减噪有严格要求，以最大限度地降低噪音对乘客和沿线居民的影响； 车辆外观造型和色彩具有美化和与城市景观相协调的要求。,车体结构类型,车体结构按使用的主要材料可以分为 普通碳素钢车体、 高耐候结构钢（耐候钢）车体 不锈钢车体 铝合金车体。,车体材料的选择不但影响车体的强度和刚度，直接关系车辆运行的安全性和乘客的舒适性，而且关系到车辆的载客能力和能耗大小，也关系到车辆检修工作费用和使用寿命，并影响车辆采购费和运营维修费的高低。 因此，选择地铁车辆车体材料时，不但要考虑车辆采购价格，还要考虑车辆长期运行时的运营和维修费用。,按承载方式分，可以分为 底架承载 侧墙承载：底架和侧墙共同承载 整体承载：底架、侧墙、车顶都参与承载，这样能充分发挥所有承载零部件的承载作用，有效地减轻车体重量。,按结构形式分 板梁组合结构 大型中空型材结构,从板与梁、梁与梁之间的结合方式来分，有 焊接 铆接 螺栓（钉）连结 混合连接结构。 我国和日本大多数采用焊接结构。焊接铆接或焊接、螺栓（钉）连接在欧洲应用较多。,按车体组合方式分，可以分为 一体化设计 模块化设计。 如广州地铁一号线车辆采用的是一体化设计，而二号线采用的则是模块化设计。,5.2 高耐候结构钢车体,低合金耐候钢板抗腐蚀性能高于普通低碳钢板23倍。上世纪80年代以后，低合金耐候钢得到了长足发展，在国内生产的铁道车辆上得到广泛应用。 长春客车厂在60年代中期的北京地铁一期工程的车辆上使用了09Mn2Cu低合金耐候钢制造车体。 随着钢板、型材预处理工艺的不断完善，底漆、面漆、中间涂层性能的提高，以及车体梁板搭接缝密封措施的加强，耐候钢车体的寿命在地面铁道客车上实现了7.5年不因锈蚀而挖补。而在首都地铁耐候钢车体的运用中，其腐蚀程度更轻于铁路客车。,北京13号线耐候钢车体,介绍一种城市轨道车辆耐候钢车体结构,底架,底架为无中梁焊接结构。 牵引梁由2根鱼腹形压形槽钢组成。 枕梁分别由8mm厚的上盖板及10mm厚的下盖板组焊成箱形结构。 端粱、侧梁均为高150mm的带斜度的不等边槽钢。 为了提高地板抗腐蚀性能，波纹地板采用1.2mm厚的0Cr18Ni9不锈钢板。 两端平地板为2mm的耐候钢板。,侧墙板厚2mm，每一侧设4组拉门门框。 门框分外门框及内门框。内外门框分别由两根槽形粱扣合而成。 侧墙上侧粱和一种侧墙横粱为压形角钢。 其余的侧墙横粱、窗立柱、窗口上下横粱均为帽形粱。,车顶,车顶板厚2mm，空调机组座处平顶为2mm厚的不锈钢板。 侧顶板为3 mm厚耐候钢板带角形车顶边粱的冷弯型材。 车顶弯粱、空调机组座处的纵梁、横粱均为帽形梁。,端墙,非驾驶端端墙为平面结构。 驾驶端为向上倾斜略显子弹头的曲面外形。端墙板厚2mm。 非驾驶端端墙立柱为帽形梁，门口立柱为压型槽钢，角立柱为W形压型材。 驾驶端端墙板分块成形，依靠58mm厚的曲线板粱构成曲面墙板内骨架。驾驶端端墙冲压成型。,5.3 不锈钢车体,20世纪50年代开始采用不锈钢和铝合金制造车体。 用作车体结构部件的不锈钢必须具有足够的强度和稳定性，以便能够长期、安全、可靠地使用。因此，要求它具有高耐蚀性、高强度，以及良好的切割、弯曲、冲压等加工性能和焊接性能，且价格须低廉。,由于国内目前还没有适合不锈钢轨道车辆生产的钢材，因此，用于制造车体的不锈钢材料主要采用日本的奥氏体不锈钢材料。 不锈钢车体常用的材料牌号为SUS 301和SUS 304奥氏体不锈钢。,SUS 304用于车厢内部的配件和不要求高强度的部件，对于车体框架和其它结构件，则采用较高强度的SUS 301不锈钢。 SUS 301系不锈钢冷轧加工后能提高抗拉强度，而且压制加工性好。其抗拉强度由低到高分为LT、DLT、ST 、MT、HT等5个等级。,目前不锈钢车体主要有5种类型。（见下表） 其中第4种是最常见的车体结构模式。在这种车体结构中，底架的枕梁、牵引梁、缓冲梁，以及悬挂重物的横梁等部件采用低合金高强度钢。这是由于低合金高强度钢有优良的焊接性能和很好的抗疲劳极限。其余的部件均为高抗拉强度不锈钢。,不锈钢车体典型断面及各部用材：,由于不锈钢导热系数低，热膨胀率大，为了减少变形，不降低板材强度，应尽量采用点焊、避免使用电弧焊。 由于不锈钢的纵向弹性模量只有钢的85，因而不锈钢车体要比同样结构的耐候钢车体刚度要低。因而在设计不锈钢车体时应注意提高其刚度。 由于不锈钢车一般不涂漆，但为了提高其装饰性，往往在板材上制出花纹。 为降低其制造成本，在不易腐蚀的部位，如牵引梁、枕梁、侧门立柱的下部等，可采用普通钢板代替。,一、铝合金材料特性 质轻且软：铝的密度为2.71g/cm2，约为钢密度的1/3，杨氏模量也约为钢的1/3。 强度较好：纯铝的抗拉强度约为80MPa，是低碳钢的1/5。但铝经轧制等加工后会产生加工硬化现象，强度可以大大增强。另外。如在铝中加入合金元素，例如锰、硅，铜、镁、锌等，又可大幅度提高强度。如7N01铝合金的抗拉强度为370 MPa，和低碳钢相同。 耐蚀性能好：铝合金接触空气时表面会形成一层致密的氧化膜，这层膜能防止腐蚀，所以耐蚀性能好。 加工性能好：车辆用型材挤压性能好，二次机加工、弯曲加工也较容易。利用铝材良好的塑性，制作空心型材，不仅刚度可以与钢制车一样，且重量可以大为减轻。,5.4 铝合金车体,车辆常用铝合金材料的特性及用途,二、铝合金材料车体的特点 能大幅度降低车辆自重，在车辆长度相同的条件下，与碳素钢车体相比，铝合金车体的自重降低大约3035，强度质量比约为碳素钢车体的2倍。 具有较小的密度及杨氏模量，所以铝合金对冲击载荷有较高能量吸收能力，可降低振动，减少噪声。 采用大型中空挤压型材制造的板块式结构，可减少连接件的数量和质量。 运用大型中空挤压型材可进行减振、隔热、防火设计。,三、铝合金车体结构形式,5.5 车体的模块化结构,一、模块化结构的概念,车体模块组成 1底架模块 2侧墙模块 3端部模块 4车顶模块 5牵引梁模块 6枕梁模块,模块化车体组成 1车顶模块 2螺栓 3侧墙模块 4底架模块,车顶模块 1顶板吊架 2顶板槽梁 3空调风道 4隔音、隔热材料 5内部装饰 6灯带 7出风口 8顶板悬挂,二、模块化结构的优点 1)由于每个模块的制造可以独立进行，并解决了模块之间的接口问题，因此，各模块和部件可以由不同的工厂同时生产。 2)可以改善劳动条件、降低施工难度、提高劳动效率、保证整车质量。 3)可以减少工装设备、简化施工程序、降低生产成本。 4)在车辆检修中，可采用更换模块的方式进行，方便维修。,三、车体模块化结构的装配,依次将底架、侧墙、车顶、端部中间体、司机室(带司机室的车辆)各个模块吊入专用的总装胎具并依次进行定位和固定，检查车体长度、宽度和车体对角线尺寸。 确认各项尺寸符合要求后，再各个模块的结合面使用粘接密封剂，达到粘接和结合面密封的双重目的。 最后使用机械紧固件穿过预制安装孔将各个模块连接起来。,端部中间体、司机室模块与车体结构的联结采用标准的10.9级螺栓通过达到力矩要求并配备必要的防松措施来完成，螺栓直径一般选用16mm至20mm之间，其紧固值完全可以达到设计要求。,底架、侧墙、车顶模块之间的联结采用高等级的10.9级Huck螺栓实现联结。螺栓直径一般选用8mm至12mm之间。这种紧固方法的性能可以与焊接方法相媲美，紧固后可以保持较高的夹紧力不会因振动而产生松动。,车下悬挂的关键设备(如牵引辅助逆变器、空压机模块等)与底架各吊装横梁的联结采用12mm至18mm之间Huck螺栓实现联结，即具有焊接联结的效果，又可方便地实现设备的拆装作业，充分体现了模块化制造的特点。,5.6 车内装饰与设备,城轨车辆内部装饰包括客室内部墙板、顶板、地板安装及司机室布置。 城轨车辆车内设备主要有作为旅客乘降口的侧拉门、司机室侧门、客室隔门、端门、座椅、车窗、各种扶手及吊环、立柱等。 为了便于相邻车之间旅客能相互流通，调节客室旅客疏密不均，增加事故情况下旅客逃生的通道，近来制造的城轨客车相邻两端趋向于大开口的贯通道。 对车辆内部装饰及设备的要求应当是美观、适用、隔音、隔振、防火、安全可靠。特别是客室拉门系统更是如此。,1 车顶内部安装,对耐候钢、不锈钢车体，须在车内加装二次骨架，以便安装内饰板； 对铝合金车体则主要依靠T形槽固定二次骨架或直接安装内饰模块。在二次骨架与内装饰板之间安装PVC减振垫，顶板一般取材为吸塑板(ABS或PC合金板)、复合铝板、铝板、镀锌钢板和玻璃钢板等。,2 侧墙内部安装,侧墙内墙板采用整体玻璃钢结构或吸塑板、贴面胶合板及复合板材料等材质，坐垫下部为镀锌钢板，车体结构与内墙板之间粘有聚氯乙烯软垫。 车体结构与内墙板之间采用螺钉或拉铆钉固定连接。门口两侧采用铝压条固定墙板及装饰。整个侧墙内部安装采用无明钉结构。,3 地板内部安装,地板指敷设在波纹地板上面的以地板布为基础的复合地板。包括聚氨酯陶砂层、水泥层和地板布三部分。 地板布为PVC地板布。,4 司机室布置,司机室与客室用间壁隔开，设有间壁门使司机室和客室相通。 在司机室两侧侧墙上设有司机室侧门，司机室前端装有电热前窗玻璃。在司机室前部装有司机台、副司机台，后部两侧装有左、右侧屏，前部的上方装有终点站显示器、遮阳帘，后部装有控制屏柜、综合柜，在司机室顶部装有司机室通风机，司机室照明灯。 另外，司机室内还设有司机座椅、电加热器、刮雨器等各种设备。,5. 车门,对城市轨道客车而言，司机室侧门一般采用折页门或手动塞拉门。客室端门采用折页门或拉门，侧门采用双开外露塞拉门或双开内藏式拉门，开度为1300 mm左右。车门门体均为铝合金蜂窝结构。 塞拉门具有良好的隔声、隔热性能，关闭后其外表面与车辆侧墙平齐。 双开内藏式拉门结构简单，安装方便。 无论是塞拉门还是双开内藏式拉门，按其驱动机构来分，有电控气动式和电控电动式。,1）塞拉门,塞拉门区分为内塞拉门和外塞拉门。城轨客车一般采用外塞拉门，即车门由外塞入车门口处，使之关门密封。 该门开启时离开车体侧面一定距离后，沿车体外侧滑动。 塞拉门由门体、门框、驱动机构、承重机构、传动装置、导向装置、门锁、闭锁装置、车内和车外操作装置、密封设施、防压装置、活动脚蹬、气动元件及电控系统等组成,门体为铝合金夹层结构。驱动装置为气缸机构，一般开门时间单程3-6s，门的运动速度由气缸两端的节流阀调整。 门的导向由上、下导轨实现。闭锁装置产生的机械锁锁力能保证在电器、压缩空气发生故障时车门不会自动开启。 防挤压装置是防止列车关门时挤夹乘客而设置的，其防挤压动作压力不大于150N。防挤压功能在关门全行程的98范围内具有拉门遇障碍物时可自动返回功能，10s再自动关闭。 车门内、外操纵装置用于车门的开关操作。塞拉门可实现列车集中控制和本车控制。紧急情况下，亦可手动。,2) 双开内藏式侧拉门系统,双开内藏式侧拉门传动型式有下列几种： 齿轮齿条传动结构：体积大，噪声大，但传动平稳。 链轮链条传动结构：体积大，噪声小，但传动不平稳。 绳轮传动结构：体积小，噪声小，比较好调整门的行程，但传动不平稳。 左右丝杠传动。 对地铁电动客车而言，目前国内外均趋向于用无声链条传动。,6.车窗,城市轨道客车采用固定式和活动式两种车窗。 固定窗一般为铝窗，用于前端窗和客窗。定窗结构简单，视线效果好，密封性能好。 活动窗为组合式铝窗，活动窗的上半截可向内翻约30。,7.座椅及扶手,1）座椅 城市轨道客车的座椅一般为玻璃钢制品或不锈钢制品。或在钢材制成框架加上人造革制品，或者玻璃钢制品加上人造革、纺织制品的座垫。 座椅有纵向布置和横向布置两种方案，横向布置的客室座椅为两人座椅(2+2排列)，两端为三人或四人座椅。,2）扶手杆,扶手杆沿车体纵向布置，除门区外贯穿客室内部。 扶手杆的安装方式有两种。一种是一端由管座与端墙、侧墙或间壁周定，另一端由三通与立柱连接。第二种是两端均由三通与侧立柱连接。 扶手杆的材质多为复合不锈钢钢管。,3）立柱,车内立柱包括中立柱和侧立柱，其材质一般为复合不锈钢钢管。 中立柱沿纵向布置于车体中心线上。上、下端分别通过管座与车顶及底架固定。 侧立柱固定方式同上。,视频,客室的组成.avi 车门结构.avi 车门系统机械部件组成.avi 门页“V”形调整.avi,5.7 广州地铁二号线车辆车体结构,广州地铁二号线车辆，其车体结构设计上是整体承载的轻量化结构，采用大断面铝合金挤压型材、模块化设计制造而成。 铝合金挤压型材是由两块铝板通过中间夹层连接，且中间没有基板，因此也被称作为“中空型材”。 各模块化部件之间通过螺栓、垫圈、螺母连接成一体构成车体合件。,车体组成,底架 底架是车体中一个重要的部件。主要作用是承受车体上部载荷并传递给整个车体，承受因各种原因而引起的横向力和走行部传来的各种振动和冲击，牵引梁连挂组成列车，并在车辆间传递牵引力和制动力。车辆的大部分设备都是安装在车底架上， 车底架是用大型铝合金蜂窝状挤压型材焊接而成由侧梁、端梁、牵引梁、枕梁和横梁组成。在A车前端还设有一撞击能量耗散区，在车辆受撞击时用以吸收传至地板水平方向和能量。,侧墙 侧墙也是由多个空腔结构按纵向分布组成，由中空截面的铝合金挤压型材铆接而成 侧墙内安装有： 安装在橡胶构架中的4块窗玻璃 照明灯 5对外挂式对开门 乘务员锁开关 此外，A车侧墙还装有单开的司机室侧门,车顶 车顶由几个空腔部分按照纵向排列组成，包括拱形顶梁。 每节车顶主要装有： 8个静通风口 2个空调设备及其换气连接、电力供应、排水装置 A车车顶装有车辆无线电天线,端墙 车辆端部为简单铆接结构，过渡设备用框架固定。 端墙主要用于以下连接： 贯通通道 空调单元 A车1位端还用于连接： 用于安装两个无构架的挡风玻璃 位于挡风玻璃下方的两个头灯和两个尾灯 两个能独立工作的空气控制刮雨器 此外，防爬装置和扰流器也安装在A车1位端。扰流器安装在司机室下面，当列车脱轨时，便于拆卸。,司机室 仅A车设置了全宽的司机室。由于延长了A车以设置司机室，因此不会减少客室的可利用空间。司机室模块为框架结构，外部由玻璃钢罩板包裹。从运行方向来看，司机操纵台在右边，设备柜在司机座椅后部墙上，电子柜则在左边。副司机位置在司机位置左边。司机室按照人机工程学原理来设计，司机在操纵时候对所操纵的仪器、指令灯以及显示器都能够看得一清二楚。 在司机室前端墙中央设有紧急逃生装置。当一旦发生列车不能到达下一站的情况，它就可以给乘客提供下车的通道。紧急出口在两个司机台之间，用于列车的疏散，它由弹簧载荷组成，窗的折页在上部，且有一活动梯存储在盖后。,客室 每节车厢每一侧都有4张长凳。满座时候可以容纳48名乘客，设备柜和电子柜位于B、C车1位端（A车电子柜、设备柜在司机室内）。 车体结构为整体承载铝合金模块化鼓形结构，由底架、侧墙、端墙及车顶多个单独模块构成。 总装前分别对其内部部件进行预组装，在每个模块上预装隔热、隔音材料、玻璃和内侧墙，最后机械紧固在一起组成一个轻量化的一体化车体。,车门和车窗 每辆车每侧装有五个外挂式对开门。两扇门页通过丝杆螺母传动实现同步开闭。设有机械门锁使两扇门页在全关闭位置时锁闭。 司机室设有两个滑动式侧门分别位于左侧和右侧，司机从车外可通过侧门进入司机室。从车内和车外均可将车门锁住或开锁。车门上部装有滑动式窗。该窗镶有厚5mm，无涂层，不着色的单层玻璃，并有阳极氧化铝合金窗框。上部窗为外滑型、垂向降落式，在关闭位置可以牢固的闩住。 每个司机室设有两块电热式前窗玻璃，采用强化安全玻璃制造。 前窗可以通过控制旋钮（接通位或关断位）开关进行加热。,5.8 广州地铁一号线车辆空调,一号线车辆的每节车配有两台独立的车顶一体式空调机组，用于客室、司机室的通风和空调。带司机室的A车还配有独立的司机室通风机。 正常情况下，由空调机组提供给每节车的总风量为8500m3/h，在列车交流供电失效的情况下，提供客室和司机室紧急通风约45分钟，全部为新风。 在自动模式下，每节车的控制板根据环境气候条件来决定机组的工作方式，并自动调节机组的制冷量，保证客室的温度不高于27，相对湿度不大于65%。 空调机组的出风口与车内主风道通过软风道连接，空调机组处理后