菲律宾马尼拉3号线增购车底架结构设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 菲律宾马尼拉 3 号线增购车底架结 构设计 【摘 要】主要介绍菲律宾马尼 拉 3 号线增购车辆车体底架结构设计。 该项目车辆间采用铰接转向架连接，在 设计中着重考虑底架零部件的材料选择， 铰接端底架等主要部件的结构设计及焊 接工艺。 中国论文网 /8/view-12933223.htm 【关键词】地铁车辆；不锈钢车 体；底架结构；铰接；端底架 中图分类号： U264 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）03- 0220-003 Manila Line 3， the Philippines increased car chassis structure design -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 HAN Xue-song QU Xiao-mei CAO Yan-yan （CNR Dalian Locomotive and Rolling Stock Co.， Ltd. （Urban Rail Technology Development Department） ， Dalian 116022， Liaoning， China） 【Abstract】This paper mainly introduces the structural design of car chassis added to Manila Line 3 in the Philippines. The project vehicles are connected by articulated bogies. In the design， the material selection of the chassis components， the structural design of the main components such as the hinge end chassis and the welding process are mainly considered. 【Key words】Subway vehicles； Stainless steel body； Chassis structure； articulation； End chassis 0 前言 菲律e 马尼拉 3 号线车辆为新 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 型铰接式地铁车辆，采用+A*B*C+编组 形式，其中 A、B、C 代表车辆， + 代表车钩， *代表转向架，编组如图 1 所示。列车共有四个转向架，其中两 个转向架设在车辆之间铰接处，车体结 构符合标准 EN12663：2010“铁道车辆 车体结构要求” 。 图 1 车辆编组图 1 车体底架材料 底架是车体结构的重要承载部分， 不仅承受底架上和车内所有设备及乘客 的重量，同时还要传递车辆的牵引力和 制动力并承受运行过程中的弯曲、扭转 等各种复杂载荷，因此其结构设计和材 料选择直接影响整车的强度以及行车安 全问题。本项目车辆车体底架材料主要 采用奥氏体冷轧不锈钢和优质低合金钢。 1.1 不锈钢材料的化学成分、机 械性能 车体底架材料除端底架部分结构 外均采用高强度奥氏体不锈钢，牌号为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 SUS301L 和 SUS304，其化学成分（见 表 1）和机械性能（见表 2）等质量级 均符合日本 JISG4305：1999 标准。 SUS301L 系列不锈钢材料按其抗 拉强度（或屈服强度）由大到小分为 HT 级、 MT 级、ST 级、DLT 级和 LT 级 5 个等级。其特点是综合性能好、强 度好、塑性好、硬度适中、具有较高的 电阻率，较大的膨胀系数和低的导热率。 1.2 优质低合金钢的选择 A 车底架结构中的 I 位端底架和 II 位端底架和 B 车的端底架大部分结构 承受的冲击力与压缩力较大，选用高强 度结构钢和耐候钢材料，其化学成分和 机械性能满足 EN10025：2004 或 GB/T4171-2008 耐候钢结构标准。低合 金钢具有优良的焊接性能和很好的抗疲 劳极限。 2 底架结构设计 车体结构为薄壁筒形整体承载焊 接结构，具有较高的强度和刚度。车体 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 车型分为 A、B、C 三种，均由顶棚、 侧墙、端墙、底架等部分焊接组成，能 够承受垂直、纵向、扭转等动、静载荷。 底架是车体的主要承载结构，与 端墙、左右侧墙相连接构成车体主体的 结构。根据车辆的编组及各节车辆间铰 接的特别连接形式，车体底架结构设计 有 A 车底架、B 车底架和 C 车底架三 种。底架中的 I、II 位端底架采用模块 化设计，C 车底架除 II 位端底架采用 B 车 I 位端底架外，其他结构与 A 车基本 相同。 2.1 A 车底架 A 车底架主要由 I 位端底架、II 位端底架、边梁、横梁组成、纵梁、波 纹地板等组成，其中 I 位端底架、II 位 端底架采用模块化设计。 2.1.1 I 位端底架 I 位端底架主要由吸能组成、牵 缓组成、枕梁组成、碳钢边梁、小横梁 组成、纵梁、主横梁等组成。因耐候钢 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 具有较好的焊接性能和强度，在端底架 结构中除小横梁组成和主横梁外，其它 零部件均采用耐候钢材质，牌号为 09CuPCrNi-A。小横梁和主横梁采用不 锈钢材质，等级采用 SUS301L 的 DLT 级。 吸能组成设有防爬和吸能结构， 满足车辆碰撞后的能量吸收要求；牵缓 结构设计有车钩安装座，列车行驶过程 中的牵引、制动力通过牵缓结构均匀的 传递到底架结构以至整个车体；枕梁组 成设计有车体与转向架的连接结构，力 通过牵引销轴传递到走行部位；小横梁 组成及主横梁根据车下设备的布置和安 装需要，开有不同大小的安装孔。 2.1.2 II 位端底架 由于车辆间采用铰接转向架连接， 车端铰接区域受力情况复杂，载荷大， 因此 II 位端底架结构除考虑强度要求外 还要考虑与转向的连接结构设计。II 端 底架主要由碳钢边梁、主横梁、纵梁、 小横梁组成、端梁组成、连接组成、加 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 强梁等结构组成。除小横梁采用不锈钢 材质外，其他结构零部件均采用耐候钢 材质。连接结构组成设计有与转向架连 接的销轴。 2.2 B 车底架装配 B 车底架结构，无吸能结构、牵 枕缓组成，主要由 I 位端底架组成、II 位端底架组成、边梁、横梁组成、纵梁 等组成。 2.2.1 B 车 I 位端底架 B I 位端底架结构与 A 车 II 位 端底架结构为成对匹配结构，共同连接 于相同的铰接转向架。B 车 I 位端底架 结构是无销轴衬套结构设计，除连接结 构不同外其他主体结构与 A 车 II 位端 底架基本相同。 2.3 底架组焊 不锈钢材质焊接时产生的热量不 能很快散失， 大量的热量积聚于焊缝 区域，容易产生焊接变形。为减小焊接 变形和防止高温下不锈钢材料机械性能 的下降， 地铁不锈钢车体结构的连接 多采用电阻点焊方式。根据底架结构及 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 材料的特点，横梁组成与边梁的焊接及 波纹地板的焊接采用点焊的焊接方式， 底架其他各零部件的组焊主要采用弧焊 的焊接方式。首先完成 A 车 I 位端底架 （牵枕缓模块） 、II 位端底架、B 车 I 位 端底架及其他部件的组焊。然后，根据 设计图纸将各模块及零部件进行组焊， 完成底架骨架结构。最后铺设波纹地板， 将波纹地板点焊到底架骨架结构上，完 成整个底架装配。 3 车体结构静强度计算 在底架钢结构设计完成后，为检 验底架设计结构的合理性，校核底架强 度、刚度是否满足设计要求。需对整个 车体结构进行静强度计算，在保证结构 强度的基础上进行优化设计，使车体的 结构完全满足设计要求。计算采用了大 型通用有限元分析及处理软件 HYPERMESH 及 ANSYS，建立 A、B、C 三辆车编组后的有限元模型， 进行垂直载荷、纵向压缩、纵向拉伸、 刚度、吊车等工况下的静强度计算，从 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 而得到车体结构在各工况下的结构应力、 应力分布、刚度等。有限元模型构成以 任意四节点为等参变化的薄壳单元为主， 由于结合考虑了结构单元中间面上的平 面刚度、弯曲刚度及曲率效应，因此具 有更高的计算精度。 通过静强度计算，各工况下的应 力云图显示，车体在垂直载荷、纵向压 缩、纵向拉伸、刚度、吊车等工况作用 下，所有部位应力均不超出其所选材料 的许用应力值。因此，该车强度满足设 计要求，底架结构满足设计要求。 4 车体静强度试验 车体钢结构总组焊完成后，为验 证车体的强度和刚度是否满足设计要求， 由青岛四方车辆研究所有限公司依据 EN12663-1： 2010铁路应用轨道车 辆车体结构要求进行静强度试验。先 后进行了垂向载荷试验、车端 400kN 压 缩载荷试验、车端 400kN 拉伸载荷试验 等试验。试验结果表明，车体结构强度 完全满足车辆设计要求，试验结果与计 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感