动车组车辆构造与设计第04章 车体结构与车内设备 -车体结构.ppt

,兰州交通大学机电学院机车车辆系商跃进,欢迎学习动车组构造,第四章车体结构与车内装备,第1节车体结构第2节典型的车体结构第3节车体附件第4节车内装备及总体布置第5节典型的动车组总体布置,第1节车体结构,一、概述二、车体组成三、车体相关技术,一、概述,车体的用途车体的重要性车体要求车体类型,1.车体用途,容纳之所：旅客乘坐、乘务员操纵、检修人员维修的场所。安装之基：主要用来安装各种机械、电气设备遮风挡雨（密封隔声）：除牵引电机外，几乎所有的大型电气设备都安装在车体内，避免了风沙雨雪的侵袭。承载传力：在运行中，车体除了将转向架产生的牵引力和制动力传递到车钩，对列车进行牵引和制动外，还要承受垂直载荷、水平方向的冲击载荷和侧向力的作用。,车体车架是机车的骨架，它既是各种设备，如柴油机、变压器等的安装基础，又要传递各个方向的力。即：,2.车体的重要性,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。,3.车体要求,有足够的强度和刚度。即在允许的设计结构速度内，保证车体骨架结构不发生破坏和较大变形，以确保运行安全和正常使用，以保证运行的安全和平稳性；(刚强足）为了提高速度，必须减轻车体的自重，而且要求在各个方向上做到重量匀称、重心低。(轻量化）车体结构必须提供足够的空间保证设备安装、检查、保养以及检修更换的便利。(空间够）车体必须纳人国家规定的机车车辆限界尺寸中。（限尺寸）完好的空气动力学外形：头尾部细长流线型，裙板平滑过渡，受电弓良好的空气动力学性能。（阻力低）严格的气密性要求：连续焊缝，气密性风挡。（密封好）严格的防火要求：耐火材料，防火设备。（防火严）在满足车体基本功能和空气动力学车体外形的基础上，应使车体外形设计美观、大方，富有时代气息。（外观美）,4.车体类型,（1）按材质分（2）按制造工艺分（3）按承载特点分（4）按结构形式分,（1）按材质分,钢木混合结构全钢结构普通碳素钢车体耐候钢车体不锈钢车体铝合金车体。,（2）按制造工艺分,钢结构车体按制造工艺上分铆接结构焊接结构（现代车辆车结构基本上采用全钢焊接结构。）,（3）按承载特点分,车体按照其承载特点可分为：底架承载结构（平车）底架侧墙共同承载结构（敞车）整体承载结构（客车、罐车、棚车）,（4）按结构形式分,骨架+蒙皮方式,挤压型材方式-动车组车体,二、车体组成,1.车体总体组成2.骨架+蒙皮车体组成3.挤压型材车体结构,1.车体总体组成,车体金属结构由底架、侧墙、车顶、前端墙（或车头）、后端墙以及波纹地板或空心型材加强的地板所构成的一个带门窗切口的薄壁筒形整体承载结构。考虑高速运行时的空气动力学影响，对现代中高速动车组的头部车体结构有两个基本要求：1.做成流线型外形，2.同时整列车的车体全部为密封型结构。,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,2.骨架+蒙皮车体组成,c70敞车虚拟装配,3.挤压型材车体结构,中间车车体模块组成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,根据模块化概念可以把整个车体分解成以下几个部分:1个底架模块、1个车顶模块、8个侧墙模块、2个端部模块(不带司机室车辆)或1个端部模块和1个司机室模块(带司机室车辆),1车顶模块2螺栓3侧墙模块4底架模块,车体断面组成,梁柱断面,枕梁,端部结构,（1）底架模块,底架:底架是车辆的重要承载部件,通常整个底架划分2个和1个。底架通常采用整体焊接结构。底架模块的牵引梁、枕梁、缓冲梁和各车下悬挂件安装梁构成整个框架,牵枕缓结构、地板与底架侧梁之间采用焊接方式连接组成。地板:地板采用5块纵向与车体等长的闭口薄壁挤压铝型材组焊而成,相邻地板型材两边设有插口,插口处的焊接坡口与型材同时挤压出来。由于地板承受的载荷较大,所以地板型材的厚度较大,一般为5070mm。地板型材的横断面为桁架式蜂窝结构.侧梁:底架侧梁采用与车体等长、多孔闭口挤压型材,壁厚一般为46mm。牵枕缓结构：牵枕缓结构为重要受力部件,采用7005-T6高强度铝合金材料。牵引梁上安装车钩缓冲装置,用厚铝板焊接成“工”形截面的鱼腹形结构；缓冲梁也为鱼腹形结构,中间开有车钩通过孔,外部安装扰流板。,中间模块,牵枕缓,封闭横断面，结束于驾驶室,封闭横断面，结束于走道,装配车身外侧纵梁/车架,底架断面,型材焊接接头,底架的横截面,车身外侧纵梁,地板,铆钉,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,（2）车顶模块,车顶模块通常采用整体焊接结构,车顶模块由连续的双面纵向铝型材与2个开口的车顶侧梁连续焊接而成。车顶侧梁延伸至与车辆端部的接口。车顶侧梁在整个长度上与侧墙模块进行机械连接,与端部模块的接口处进行机械连接,接口处用专用粘接密封剂进行处理。车顶模块的设计主要考虑车顶附属设备的安装位置和密封性能。车顶的T形槽结构为顶板、灯具和空调系统的送风道提供安装位置。车顶结构预留空调和受电弓设备的安装平台,并在相应部位进行必要的加固。每个车顶模块预装隔热/隔声材料、送风道、照明装置和内装饰板,然后与侧墙模块和端部模块联接。,侧墙设有车门、连续车窗带。侧墙采用厚3mm的中空挤压型材(总厚50mm)插接而成,纵向对接接头采用MIG自动焊接,组装之后切割侧门口、窗口。在型材的车内侧设有滑槽,以安装车门机构或其他车内设备。,（3）侧墙模块,动车车体侧墙型材，合金状态6005A-T6,端墙对于车体的抗扭滚能力起显著作用。端部模块具有三种功能:一是为车辆贯通道以及车端设备提供安装支持;二是将车顶、底架、侧墙模块有机地联结成一个整体;三是在车辆发生碰撞过程中,参与能量的吸收。因此,端部模块要求具有较高的强度和刚度,采用大型铝型材焊接结构,通过螺栓方式与车顶、底架、侧墙进行联结,构成封闭的整体承载结构。地铁车辆端部设有大断面的贯通道,端墙面积比较小,故采用闭口型材结构。中间体模块结构框架外部用玻璃钢罩板包裹,与整个车体形成风格一致的设计效果。,（4）端墙模块,（5）司机室模块,地铁车辆车速低，司机室模块一般采用小流线型造型。司机室模块为铝合金框架整体式螺栓联接结构，外部由玻璃钢罩板包裹，满足空气动力学的要求。,高速动车组司机室由六部分组成，即司机室前端、司机室后框、司机室左侧墙、司机室右侧墙、司机室车顶和司机室前窗玻璃安装框（见图5）。司机室采用较大截面的有压筋的墙顶板与梁柱组焊而成，梁柱多为开口型材。,（6）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。,二、车体相关技术,（一）车体轻量化（二）车辆防火与安全（三）车体的密封隔声技术,（一）车体轻量化,1、车辆轻量化的意义2、车辆轻量化的设计原则3、轻量化车辆的关键技术4、车体结构的轻量化技术5、车内设备的轻量化技术,1、车辆轻量化的意义,（1）可因减少材料消耗量而降低了制造成本；（2）可减少牵引动力的消耗同时也减少制动时产生的热能和粉尘，还减缓了洞内温度的上升；（3）可减少对轨道线路的压力，从而减轻线路的损耗，降低线路的维修费用；（4）可以提高运行速度，缩短乘客的旅行时间减小旅客的乘车疲劳。间接地提高人们的工作效率；（5）车辆轻量化，尤其是簧下质量的减轻，不仅减小轮轨间的作用力而且减小了洞内噪声，减小环境污染。,2、车辆轻量化的设计原则,(1)采用比强度高的材料作为车体结构的承载件。有效地利用材料的强度和刚度保证设计要求。(2)采用变截面的方法(改变结构截面形状)提高结构刚度。采用最少的材料获得最大的刚度和强度。(3)尽量减少独立部件的数量，使用长尺寸构件。这样可以减少焊缝数量，提高焊接自动化水平，保证焊接质量，提高车体结构的抗疲劳强度。(4)车辆轻量化设计必须满足技术条件的要求和使用性能。应减少制造和维修费用，降低生产成本。,3、轻量化车辆的关键技术,（1）车体材质的选择（2）车体结构轻量化（3）转向架轻量化（4）内部设备轻量化（5）车钩缓冲装装置轻量化,4、车体结构的轻量化技术,普通速度车体结构的自重在14t左右，而国外高速客车车体结构重量为10t左右。总体上看，实现结构轻量化的主要途径有两个：(1)、采用新材料，(2)、合理优化结构设计。,（1）车体材质的选择,首选铝台金因为铝合金的比重约为钢的1/3。另外，铝合金耐腐蚀能力强可以省去油漆工序，减轻车辆自重。而且其挤压性能好，可以制成筒型挤压型材整体焊接结构而使车体结构轻量化。与一般钢结构相比，人工费节省约40%，车辆重量减少约30%；其次是不锈钢由于不锈钢的耐腐性能好，可以不用考虑因为锈蚀而增加金属的厚度；第三种材料是耐候钢最差的材质是碳素钢其自重最大，价格最便宜，抗腐蚀性最差。,（2）车体结构的优化设计,日本100系动车组，采用耐候钢（SPA），车体钢结构自重仅为10.3t我国的“168”客车，也采用耐候钢制造，车体钢结构自重为13.113.2t,（3）铝合金车体四种形式,第一种，铝板和实心型材结构车体由铝板和实心型材通过铆钉、连续焊接进行连接。第二种，板条骨架结构车体由铝板和纵向加固件应用气体保护焊的溶焊而成。第三种，大型开口型材结构车体由板皮和纵向加固件组成高强度大型开口型材整体结构通过焊接。第四种，大型空心截面结构车体结构为与车体等长的大型中空型材通过自动连续焊接互相连接。,（4）动车组车体结构特点,（1）车体采用铝合金整体承载筒形结构（2）车体的断面形状可分为鼓形断面、梯形断面和矩形断面。（3）底架、侧墙和车顶采用大型空心截面的挤压铝型材拼焊而成。中空挤压型材，长度可达车体全长。（4）整体装配车体车体基本由6大部件即地板、车顶、两个端墙及两个侧墙装配而成。,铝合金车体经过了近50年的发展，先后经历了板梁结构铝合金车体、板梁和型材混合结构铝合金车体、完全闭式的大型中空型材结构铝合金车体3个发展过程。,（5）典型结构,(1)BAH板的特点：钎焊蜂窝（BHA板）具有质量小、耐高压、刚性好、噪声小的优良特性，是今后车辆比可不少的材料，但尚需解决成本高的问题。（2）BAH板的结构：BAH板的芯保持表里2片面板的一定间隔。芯是将薄板材进行弯曲加工而成的部件,大多制成有六角圆柱的空间,采用钎焊使两端与面板内部成T字形连接。面板板厚为0.81.2mm,芯的板厚为0.2mm,芯的高度为3070mm,六角形的蜂窝内径为30mm左右。单体尺寸,最大宽度1200mm,最大长度3200mm。（3）BAH板的性质：刚性高,适合轻量结构。减振、隔音性能良好。,2、钎焊蜂窝板（BHA板),1、鼻部结构,5、车内设备的轻量化技术,车内设备材料，首先应满足功能要求和防火阻燃要求，装饰板应反映时代感，车内设备约占客车总重量的20，轻量化具有重要意义。1.车内设备如门、窗、行李架、座椅、供水设备、卫生设备等等，均可选用轻合金或高分子工程材料和复合材料，使设备重量大大减轻。仅座椅一项，日本采用铝钢合制或全铝制双人座椅，其重量由原钢制的56kg分别降为32kg和24kg，聚碳酸脂（PC）板材作为透明车窗材料，重量约为同厚度玻璃的1/15，而且透光、耐压、耐冲击均较普通玻璃好，能方便地制作车辆通长的车窗。2.车内装饰板材广泛采用薄膜铝合金墙板，工程塑料顶板等3.其它设备的轻量化如日本100系采用直流牵引电机，每台重量为825kg(功率为230kw)，而300系采用交流感应电机后，每台重量仅为390kg(功率增至300kw)。德国（ICE3）的主变压器铁芯采用优质铁铝合金，使导磁率提高45倍，又将铜编线改为铝编线，冷却使用硅油，这样其总重由11.5吨降为7吨等等。,（二）车辆防火与安全,1、轨道车辆火灾的特点2、轨道车辆发生火灾事故的原因3、防火系统设计原则4、轨道车辆防火措施,1、轨道车辆火灾的特点,（1）救护不及时车厢内发生火灾时，司机无法知道车厢内发生情况不能及时停车进行救护；（2）疏散慢列车运送的旅客多客流量大（尤其在春节前后，有的线路超员150，高峰时超员200以上，）列车内一旦发生火灾，旅客拥挤到车门时，车门不能迅速打开及时疏散旅客，加大了人员伤亡。（3）燃烧速度快当车厢被打开后由于列车运行时产生的风力不断地吹进车厢里使火源借助风力迅速蔓延形成一条运动着的火龙，20分钟内就能把一个车厢烧毁。（4）空间受限制救护由于列车运行线路复杂（有时在地面线路上运行，有时在高架线路上运行，有时在山洞或地下隧道内运行），救护人员和设备不能及时赶到现场进行抢救，错过了救火的最佳时机。（1969年11月，北京公主坟与万寿路之间的地铁区间，一辆地铁客车空车运行时，由于电器故障着火，因烟气中毒，造成3人死亡，多人受伤。）,2、轨道车辆发生火灾事故的原因,第一是电气故障（由于车辆或车站线路上的电气故障而产生的电气火源，如短路，接触点焊住、起弧、过热等。第二是采用内燃牵引专用列车时发动机排气管喷出的火星，机件过热等。第三是人为因素（包括乘客带入的易燃、易爆物品和吸烟烟头所产生的火源。）,3、防火系统设计原则,系统集成：防火措施按区域配套，通过列车网络构成防火系统的集成响应、信号传递和信息显示；预防为主：所有材料与器件的选用以防止不会发生火燃或防止火种蔓延为主体，将火情发生因素压到最小程度，达到预防火灾的要求；应急对策：一旦火灾发生，有严格的分级应急对策，将火灾限制在区域内，限制在低等级火警之下；以人为本：一切应急对策均以“以人为本”为出发点，防止措施的最终手段要以实现旅客的安全转移为目的。,高速列车防火系统设计原则：系统集成、预防为主、应急对策、以人为本。,4、轨道车辆防火措施,（6）车内应设有灭火相辅助照明设备：辅助照明灯由苦电池供电，在列车停运时能供给辅助照灯工作12小时。机器间要装有温度传感器式的火情遥控探测装置，能随时反映工作间的温度情况。每节车厢要没有有线电话或无线电话，当发生情况时能及时与司机通话。（7）加强车内的巡回检查，引导旅客安全疏散：做到火灾早期发现，早期扑救引导旅客安全疏散。当列车在隧道内发生火灾时，首先将着火车厢的旅客疏散到相邻车厢避难，再关闭车门、车窗等，列车可以连挂着着火车厢继续运行，拖出隧道灭火。当隧道内和列车有关设备损坏，列车难以继续运行停在隧道内时，应根据隧道中设备和地形情况，将旅客疏散到较安全的地方。,（1）结构抗火：除按常温条件核算车体的强度和刚度外，还要按350cC的条件核算强度和刚度，这样才能够保证在失火初期各结构不变形，为旅客的疏散提供保证。（2）车辆难燃化：车辆难燃化是列车防火、灭火及旅客能否来得及琉散的关键，在设计车辆时不同部位应采用不同等级的防火材料来提高列车的防火性能。（3）车门设计应有利于乘客的疏散：外端门应设计成手动、风动的横向拉门，侧门为自动外塞门。车上其它各种门在发生火灾时都能手动打开，车门和车窗上的玻璃要设计成活动的。（4）隔断火源：车上使用的电气拒要用金属制作，远离热源和油箱；电缆中间要没有分线接头并保留l0的备用线，经过热源处要加防护套。（5）防止火灾蔓延：车辆间壁板中间要加0.5mm金属板；动车机房和客室间要设防火门：电缆穿过隔墙处要加设热涨管；通风管道和暖气管罩内壁要用金属制作。,（1）防火结构设计,1.选用耐火材料车辆使用的耐火材料，主要指阻燃、低烟、低毒的高分子材料和耐火涂料。如英国和法国规定，通过海峡隧道区间列车的内装饰和包覆材料，必须采用阻燃无毒的酚醛纤维增强塑料（FRP）材料。国内目前也在大力开发车辆上使用的酚醛玻璃钢材料，用来制造车内设备、装饰板、通风管道等。国外车辆为了提高窗帘隔热和耐火程度，采用聚酯纤维上喷镀不锈钢或采用玻璃纤维做基底的纺织窗帘布。根据车型和部位不同选择不同等级的防火、防烟毒材料。例如，法国TGV高速列车车体材料的防火、防烟毒等级远高于速度200km/h的VTU、VU系列车；车顶部位高于侧墙和地板。卧车包间的隔墙全部采用防火板包上，隔墙里添加阻燃材料；采用阻燃风挡。在两头端门关闭时保证10min内不致火灾蔓延至邻车.2.车门有自动和手动开关功能，失火时能安全疏散旅客；车窗上设有应急手柄或备有应急手锤，平时手锤封在盒内，火警时操纵应急手柄打开车窗或用手锤把窗玻璃击碎。,（2）火灾预测和灭火装置设计,1.设置烟雾探测及失火警报装置。烟雾报警器在明火火灾发生前作出预警，并与地面防火系统联防；2.手动报警器。在每个拖车乘务室内设一个具有明显标志的失火警报按钮；3.灭火装置。在每个拖车、动车的明显处各设一个6L便携式喷雾灭火器和一个6kg干粉灭火器。,（3）火灾发生时的对策,失火警报信号可以由自动或手动发出，自动分预警、报警和紧急报警三级，通过网络传递；手动报警为一级，通过连线传递。,（三）车体的密封隔声技术,密封技术2.隔声降噪技术,1.车体的密封技术,（1）对车体密封性能的要求（2）车体的密封技术,（1）压力波对旅客舒适性的影响,国外高速列车的运用实践表明，没有交会列车时，头、尾车外面的气流压力变化为：头部受2.5KPa左右的正压、尾部为2.0KPa左右的负压；有交会列车时特别在隧道内会车时，车外气流压力会大幅度变化，对进入隧道列车的气流测定结果：速度200km/h时，头部正压为3.2KPa、尾部负压为4.9KPa；速度为280km/h时，头部正压为3.9KPa、尾部负压为5.5KPa。,车外压力的波动会反应到车厢内，使旅客感到不舒服，轻者压迫耳膜，重则头晕恶心，甚至造成耳膜破裂。许多国家先后在压力波对旅客舒适性的影响方面进行了研究。,（2）对车体密封性能的要求,日本高速列车密封试验，要求将车体所有开启部位堵塞，车内压力由4000Pa降至1000Pa的时间必须大于50s。欧洲高速列车曾采用压力从4000Pa降至1000Pa的时间大于50s(车辆通过台和空调设备关闭)。德国、意大利等国家采用压力从3600Pa降至1350Pa的时间大于18s。我国在200km/h及以上速度级列车密封设计及试验鉴定暂行规定中要求：整车落成后的密封性能试验，要求达到车内压力从3600Pa降至1350Pa的时间大于18s；车体结构的密封性能要求压力从3600Pa降至1350Pa的时间须大于36s；组成后的车窗、车门、风挡应能在4000Pa的气动载荷作用下保持良好的密封性,（3）车体的密封技术,列车的密封需要从车体结构和部件上给以考虑。当前世界各国在高速列车上采用的密封技术主要有：1.连续焊：车体结构采用连续焊缝以消除焊接气隙；对不能施焊的部位，必须用密封胶密封。2.固定窗：采用固定式车窗，车窗的组装工艺要保证密封的可靠性和耐久性，同时保证在压力波造成的气动载荷下(我国“高速列车密封技术暂行规定”确定组成后的车窗应能承受6000Pa的气动载荷，)不会造成变形和破坏。3.塞拉门：侧门采用密封性能良好的塞拉门；头、尾的端门要采用可充压缩空气的橡胶条；通过台风挡采用橡胶大风挡，并注意处理好渡板处的密封问题。4.进排控：空调环控设备设立压力控制：如在客室进排气风口安装压力保护阀，在排气风道中装设带节气阀的排风机，安装压力保护通风机等，主要目的是既保证正常的通风换气又保证车内压力变化在限值之内。5.集便器：厕所、洗脸室的水不能采用直排式，而要通过密封装置排到车外；对直通车下的管路和电缆孔应采取必要的密封措施。6.出厂验：车辆出厂前都要通过整车气密性、水密性试验。,2.隔声降噪技术,（1）车内噪声控制（2）列车运行噪声控制-车外（3）噪声控制技术,（1）车内噪声控制,车内噪声的标准极限值德国铁路规定，速度为250km/h时，一等车噪声不超过65dB(A)，二等车不超过68dB(A)。国际铁路联盟（UIC）规定：客车车内噪声应小于65dB(A)。在隧道里，噪声可宽限5dB(A)。在过道、厕所、其噪声水平不能超过75dB(A)。,（2）列车运行噪声控制-车外,德国在联邦铁路城间特快列车ICE技术任务书中，对高速列车运行噪声作了技术规定：距铁路中心线25m处，当列车运行速度为250km/h时，列车通过的最大声级不得高于88dB(A)；列车运行速度为280km/h时，通过的最大声级不得高于89dB(A)。,日本多年来投入了大量人力物力财力降低新干线铁路噪声，效果显著。目前日本新干线距铁路中心25m处列车通过最大声级为：高架桥、高路堤区段6575dB(A)，达到了新干线环境噪声标准限值。即：居民住宅室外的最大噪声级70dB(A)；工业，商业区或有少量居民居住混合区的室外75dB(A)。,（3）噪声控制技术,A、噪声源B、降噪措施C、隔声措施,控制措施：为了降低车内噪声，一方面要削弱噪声源发出噪声的强度，另一方面要提高车体的隔声性能。隔声降噪！,A、噪声源,高速列车的声源主要是：轮轨噪声（碰撞、摩擦声）；空气沿车体表面流动产生的摩擦声和受电弓与接触网导线的摩擦声；风挡等构件的撞击声。列车进出隧道产生的压缩波和反射波所产生的噪声等。,车内噪声一般由以下几部分组成：车体外部传入车内的噪声，一般称之为空气声；由于各种原因导致的车体内表面结构振动，特别是薄壁结构振动产生的辐射声，一般称之为结构振动噪声；各种车内设备、系统(如空调通风系统，各类管道等)，作为振源、声源所产生的噪声；上述各类噪声在车厢内部传播与反射所形成的混响声等组成。,B、降噪措施,在车轮上安装消音器和开发弹性车轮，可有效地降低轮轨噪声；车体外形设计成流线形，车体表面平整、光滑都有利于减小空气与车体的摩擦声；采用橡胶风挡，可减小撞击声；在空调系统上安装消音器，降低牵引电机风扇的噪声、驱动装置等设备的振动噪声。,C、隔声措施,采用双层墙结构，可增加隔声量45dB(A)。所谓双层墙，就是指地板、侧墙、车顶等多层结构，在层间采用橡胶垫隔开，一方面起隔振作用，同时使声波不能通过金属螺钉（声桥）传递，有效地提高了车体的隔声性能；在车体金属（如地板）表面涂刷防振阻尼层，使钢结构的声频振动转化为热能消散，减少了声波的辐射和声波振动的传递，从而减少车内噪声；采用双层车窗，减少从侧面传入车内的噪声；车内选用吸声效果好的高分子聚合材料；提高车体气密性的措施，同样可以起隔声作用。法国TGVA高速列车，通过各种隔声措施，速度达300km/h时客室内噪声值为66dB(A)。,第2节典型的车体结构,一、日本车辆车体二、欧洲车辆车体三、中国车辆车体四、城市轨道车辆车体,一、日本车体,1、发展2、300系3、TheproductionprocessesofaSeries700Shinkansentrain,1、发展,200系开始就采用铝合金结构的车体，板梁式结构。300系高速动车组的车体铝合金结构底架边梁采用大型中空挤压型材，地板采用大塑开口型材。500系高速电动车组的车体大部分使用大型挤压铝型材，采用通长的纵向焊缝连接，但侧墙外板和地板在日本乃至全世界首次使用了30mm厚的钎焊铝合金蜂窝板。700系高速电动车组的车体采用大型开口或闭口挤压型材，采用通长的纵向焊缝连接，彻底取消了钢制车体的横梁和立柱等。,2、300系,3、TheproductionprocessesofaSeries700Shinkansentrain,Developmentnosestructureendstructureunder-framestructuresidestructuresroofstructure,二、欧洲车体,1、德国ICE高速动车组车体2、法国TGV高速动车组车体,1、德国ICE高速动车组车体,德国的ICE系列高速列车均采用铝合金车体。铝合金车体已发展为由大型中空挤压铝型材组焊而成的新结构型式。ICE3型动车组车体结构（图3-17）是在ICE2拖车车体（图3-18）的基础上改进的，它完全是无骨架和没有薄墙板的铝合金复合式结构型材。由于要在地板下方安装牵引传动装置，因此车体要有足够的静力学强度。8辆车编组ICE3型动车组长度200m(国际联运要求)，每辆车的长度为24.775m，头车长度稍长，为25.675m。车体全部由大型挤压铝合金型材焊接而成，没有支柱、横梁内部通过台和通道尺寸与ICE2相同，特别注意降低车体质量，减少车体结构辐射噪声水平。,图3-17ICE3型车体图3-18ICE2型车体,2、法国TGV高速动车组车体,法国第一代和第二代高速动车组的车体均采用钢制型材，第三代和第四代高速动车组车体改用铝合金型材。第三代是指TGV-2N型拖车。减重是TGV-2N型动车组设计的着力点，车体材料采用铝合金型本代替了钢制材料，使得载客量增加了45，而车体结构质量只有8190kg，比单层的TGV-A拖车的钢制车体结构质量还轻12。从总质量分配来看，车体结构占24，转向架总成占19，设备占38.5，旅客占18.5。TGV-2N型拖车车体结构的分解图如图3-15所示。车体结构主要由一个车体底架、两个侧墙、两个端埔、一个车顶、一个中层地板和两个内部结构组成。,三、中国车体,（一）我国干线客车的发展（二）25型客车车体结构（三）动车组车体,(一）我国干线客车的发展,21型客车是中国自行设计第一代主型客车，1953年开始生产，1961年停止生产。车长219745m，车宽30045m，构造速度80100km/h，车辆自重48/45t。YZ21硬座车原设计为二、二人座，定员为88名。,22型客车是中国铁路第二代主型客车，1959年生产1994年停止生产。车体长236m，车宽3105m，构造速度120kmh。,25型客车第三代主型客车,动车组,(二)25型客车车体结构,25型客车车体钢结构为全钢焊接结构，由底架、侧墙、车顶和端墙等四部分焊接而成薄壁筒形车体结构。壳体内面或外面用纵向梁和横向梁、柱加强，形成整体承载的合理结构。,c70敞车虚拟装配,1、底架,底架由牵引梁、枕梁、缓冲梁、下围梁（或称下侧梁）、枕梁间的纵向金属波纹地板及枕外金属平地板等组成,图3.5YZ25G型硬座车底架1缓冲梁；2牵引梁；3端梁；4枕梁；5侧梁（下边梁）；6枕外横梁；7横梁；8纵向加强梁；9纵梁；10加强板,2、侧墙,侧墙外表面为平板无压筋，在平整的外墙板内侧焊有垂直立柱和水平纵向梁，形成板梁式平面承载结构。,3、车顶,车顶由上边梁、车顶弯梁、车顶纵向梁、空调机组安装座平台、水箱盖等组成钢骨架。在骨架的外面焊有车顶板，共同组成车顶钢结构。,图3.8YZ25G型硬座车车顶1侧板；2中顶板；3纵梁；4车顶弯梁；5水箱盖；6防寒材；7车顶横梁；8平顶结构,4、端墙,客车车体钢结构的两外端，通常称外端墙。外端墙有2根强大的折棚立柱、2根角柱、2根位于端门两侧的门边立柱，还有位于端门立柱和角柱之间的乙形立柱。,（三）动车组车体结构,1、CRH1车体2、CRH2车体3、CRH3车体4、CRH5车体,1、CRH1车体,（1）CRH1车体特点（2）CRH1车体横断面图（3）组件特点（4）车下设备舱（5）头车前部结构,（1）CRH1车体特点,CRH1动车组有Mc、Tp、M和Tb4种类型的车体，但一般为1种头（尾）车型和1种中间车型。在车头结构中使用碳钢建造得以吸收撞击能量驾驶室为变形区,设计自身支持的钢材设计,内部构架提供硬度.材料不锈钢,除了冲击座,车体摇枕,车头是由碳钢做成的钢结构分为:车体为不锈钢筒状壳体，包括：底架侧墙车顶端墙前部结构二级结构(安装部分),头车车体结构,中间车车体结构,（2）CRH1车体横断面图,（3）组件特点,底架结构侧墙内部结构端墙结构车顶结构前部结构抗撞击结构头车前部结构车下设备舱,78,包括两个纵向的边梁及与其相连的横梁、缓冲梁（与车钩相连接）和枕梁，其下部适于安装底架设备。在车体枕梁之间的中间位置，底架和一些横向的Z形梁相连。波纹底板通过点焊焊接在横梁的下缘上。每个车体枕梁包括两个加固的表面以便和二系悬挂配合，二系悬挂安装在横向的箱形梁上，箱形梁上还装有不同的支座，以安装车体和转向架之间的连接和减振装置。车体枕梁主要由低合金高抗拉强度钢制成，再通过电弧焊焊接在底梁上。在车体的入口处可以安装一个固定踏板，活动踏板的支座置于底梁下面。,底架结构,整个侧墙由不锈钢制成，由冷拉侧柱和滚压成型的纵向梁通过电焊形成框架，再通过点焊在外面包上平板。侧墙盖住底梁使外表面状态较好。侧墙上开有开口，用于固定车窗。车门柱、车门安装托架等也是侧墙的一部分。,侧墙内部结构,80,由不锈钢制成，它由车内过道每侧都有的两个车端立柱、角柱、横梁、车顶弯梁和外部平面覆层组成。车端立柱焊接在缓冲梁上。车端立柱与底架连接牢固以防撞击变形。,端墙结构,81,不锈钢车顶由纵向的支撑、外面盖上波纹覆板组成。Tp型车上一端转向架部位的车顶上面部分有一个凹槽，用于安装高压设备和受电弓。所有车辆的车顶中央都有空调设备的部件。Mc型车车顶一端的转向架的上面另有一个较小的位置，用于安装司机室用的紧凑型空调设备。车顶组装成一个单元，在安装了大型车内设备如地板后，再和其他构件焊在一起。车顶弯梁和侧立柱之间通过点焊连接，焊接通过一个纵向的槽完成，槽在随后被盖住。车顶接缝部分形成上侧梁，在结构上非常重要。为了提高外表面的状况，整个接缝藏在一个非结构性的盖板后面。,车顶结构,1.缓冲器盒2.底架前部3.前面上部结构4.车体安装板,前部结构,计算机模拟撞击后车体图形,抗撞击结构,一个车组和一个15吨重的货车以110km/h行驶时交叉相撞,将会导致司机室变形到后墙上.乘客区在撞击后保持不变.,头车前部结构,CRH1车头前部结构主要包括导流结构、开闭机构、排障器。,车下设备舱,车下设备舱（图3-25和图3-26）的主要功能就是根据车体总体设计要求，合理布置和安装主变压器箱、逆变器箱、蓄电池箱、蓄电池充电器箱、空调单元、制动单元或制动模块、主压缩机模块、110V和400V分线箱、污物箱、过滤器箱、信号线槽、电力线槽、管路布置及下部脚蹬等设备。,2、CRH2车体组成,CRH2动车组车体采用大型中空宽幅铝合金挤压型材（双壳）结构，它由底架、车顶、侧墙和端墙四大部分组成，它们首先各自采用不同形状的双面中空铝合金挤压型材焊接成部件，然后将各部分组焊成完整的车体结构。,（1）底架（2）地板（3）车顶（4）侧墙（5）外端墙（6）头车的车体（7）前头排障装置（8）头部开闭装置结构,（1）底架,底架组成包括：支持车体重量和转向架相接的枕梁；传达前后方向力的侧梁、端梁、中梁；支持客室设备和乘客等并吊装地板下机器的横梁。,中梁(牵引梁)：由端梁和枕梁联结，并安装车钩、缓冲器。(2)枕梁：在转向架中心上，和侧梁联结，安装转向架的结构。枕梁对应于无摇枕转向架，采用厚壁中空型材构成宽800mm、高200mm的箱形，具有抗扭和抗弯曲的高度刚性。,(3)侧梁：侧梁是左右外侧面的纵向部件，能足够支承车体负荷、地板下设备负荷的结构。并有侧裙一体式结构或侧裙组装式结构。在转向架附近有安装抗摇头减振器的结构，还设有千斤顶支承座。(4)横梁：横梁上面作为气密地板，使用由带加强肋的铝板整体成型的大型型材，在前后位转向架之间作为地板托和风道托有向上的加强肋结构，在车端部为确保风道断面积用向下的加强肋结构，地板托和风道道均用焊接。此外在厕所和洗面室下部考虑配管为无加强肋的气密地板。(5)地板承板：地板承板是在车体纵向延长的型材，支承地板结构。,（2）地板,地板要对客室内的负荷有足够的强度，并从地板下、地板中间考虑有足够隔声的结构。在地板中有空调装置用风道等的结构。,（3）车顶,车顶是车体上部构件、受电弓、受电弓罩及特高压联通电缆、有可能安装电缆罩的结构，并在车端部有高压母线连接装置及安装连接装置罩的结构。,车顶结构由大型中空压制型材所组成，以省略客车内的弯梁。相同型材在车体长度方向连续焊接，和侧墙的结合在车内侧采用点固焊；在车外侧为连续焊。为安装低噪音绝缘子、直接头等，车端部部分为低车顶。此外由于在4-5号车间设置有倾斜5的电缆头，因此车顶结构的端部成倾斜状。,（4）侧墙,侧墙是联结车顶和底架，构成车体的两侧面。侧墙为安装侧拉门、侧窗、到站显示器、座席号码显示器、车内侧灯等设备，有相当的开口部分，但要保证车体有足够强度的结构。侧墙外板要极力作平滑的加工。在侧板内面为绝热铺衬有一定厚度的绝热材料。,（5）外端墙,(1)头部的端墙包括司机室的侧墙、车顶，为了安装司机室窗户、前头部车钩盖、天线及其它司机室内外设备，有相当的开口部分，但要保证有足够车体强度的结构。前头部端墙形状要考虑其气动力学特性及确保司机视野开阔、运行操作性的形状。(2)中间车联结部分的端墙，在中间设有贯通的通道、外折棚、内折棚、车端减振器、特高压电缆配线(仅Tp系)，安装换气用新鲜空气取入口等设备的结构。,（6）头车的车体,头车结构沿头部形状构成纵向骨架（T6mm铝板）的环状，以横骨相连，再贴上T2.5mm的外板。司机室窗户结构为加工铝板形成的曲面形状。,（7）前头排障装置,前头排障装置由排障器、橡胶排障器、缓冲装置构成，安装在前头底架的下面。前头排障装置能排除运行中线路上障碍物和与障碍物冲撞时缓和车辆承受的冲击力及能防止车辆踏上障碍物的结构。(1)缓冲装置在轨距内由于和障碍物的冲撞、排除，为缓和车辆所承受的冲击力，在排障器后方有适当的间隙设有缓冲装置。(2)橡胶排障装置橡胶排障装置设在排障器下方左右轨道位置，能排除运行中钢轨顶面上的小障碍物的结构。,（8）头部开闭装置结构,通常情况下该动车组的鼻部是闭合的，这时它与整个头车外形吻合，共同形成良好的符合空气动力学要求的流线型外形。但当动车组出现故障需要救援时，或需要与其它列车或动车组连挂运行时，均必须将车头鼻部打开，以便露出头部车钩。,3、CRH3车体,包括EC01，TC02，IC03，BC04，FC05，IC06，TC07，EC08八辆车，其中EC01=EC08，TC02=TC07，IC03=IC06，所以该车组有五种车型。该动车组的车体是用车体全长的大型中空铝合金型材整体承载结构。,（1）主要技术参数（2）车体结构,CRH3概述.flv,车辆长度（包括车钩）24825mm(中间车)25860mm(头车)车辆定距17375mm车体宽度3257mm车顶距轨面高度3915mm运行站台高度1100mm、1200mm、1250mm轨道中心距站台边缘距离：1750mm钩高（Scharfenberg型10号钩头）1000mm（半永久车钩）895mm,（1）主要技术参数及材料,车体重量（包括所有焊缝和焊接件）：EC01大约10,935kgTC02大约11,035kgIC03大约11,085kgBC04大约10,885kgFC05大约10,885kgIC06大约11,085kgTC07大约11,035kgEC08大约10,935kg,铝合金车体所用材料车体上共用17种铝铸件，材料EN1706AC-AlSi7Mg0,3T6。铸件大部分采用与车体粘接的结构，少部分是与车体焊接。机械性能：抗拉强度Rm230N/mm2屈服强度Rp0,2190N/mm2延伸率A52%布氏硬度约75HB5/250,本动车组包括EC01，TC02，IC03，BC04，FC05，IC06，TC07，EC08八辆车，其中EC01=EC08，TC02=TC07，IC03=IC06，所以该车组有五种车型。该动车组的车体是用车体全长的大型中空铝合金型材组焊而成，为筒型整体承载结构。车体承载结构是由底架、侧墙、车顶、端墙以及设备舱组成为一个整体，对于头车还设有司机室。,（2）车体的结构组成,底架是由约80mm厚的连续中空挤压地板型材机械焊接而成，没有横梁，横向两侧装有边梁。底架上悬挂设备的支撑及导轨（C型）都集中在下面两侧。司机室及观光区使用板梁结构。侧墙及窗立柱大部分为带有加强筋的双层中空挤压型材。这样大大地消除了侧墙隔热的不足对整车传热系数的影响，并提高了靠窗座席的舒适性。根据EN12663,侧墙结构部件设计成X方向可承受3g的冲击力，转向架上的部件及转向架与车体连接部件可承受5g的冲击力。端墙在半永久车钩端的端墙由板材及挤压型材组成。这种设计能够作为抗挤压立柱的安装板，适合安装折棚。车顶由铝合金中空型材组成，在车体的一端有新风口用于空调供新风。端部结构一旦撞车端车的车体结构设计能够提供司机一个安全空间。它能够确保车体在挡风玻璃以上的区域能够承受300KN的力。,头车车体结构图,中间车车体结构图,图2-5底架前端结构,A、底架,底架主要由两大部分组成，底架前端和地板。它们通过连接梁、连接板相连，连接梁为型材，连接板可以调整宽度，保证车体长度。（见图2-5）,B、侧墙,在型材内侧有T型槽或L型导轨，用来安装内装件或设备。附件的生根方式有粘接、铆焊和焊接等。其铆接的吊码与侧墙之间有塑料垫板，具有减振的功能。通长的型材在端部都留有小孔用以排净空腔内部的冷凝水。,高顶结构图,平顶结构图,动车组各车体车顶的共同结构，都是由5块大型中空铝型材拼焊而成，如图2-7所示。由于平顶型材整体的截面厚度比较小，并且平顶轮廓不是便于承载的拱形结构，所以型材上下面及中间筋的材料厚度均比其它部位型材厚很多，如图2-8所示。,C、车顶,D、端墙,图2-9端墙结构图,CRH3动车组端墙分为3种。端墙主要由四部分组成：门框、角柱、端墙板和端墙附件组成。靠近车体中心的一面如图2-9所示。,图2-11司机室结构图,司机室主要由前墙、侧墙、顶板、端部环形框组成。如图2-11所示，侧柱与车顶弯梁对应，受力情况最好。司机室车顶的前部为了安装球面玻璃开了一个很大的开口，在开口中间加了一个矩形型材来补强，球面玻璃安装在环形安装框上，此环形框在肩带、侧墙处都有对应的立柱，从而增加了司机室球面玻璃框附近的强度。,E、司机室,图2-15设备舱安装图,F、车下设备舱,设备舱属于非承载结构形式。封闭的设备舱的作用是为了减小列车运行中的空气阻力和加强对车下悬挂装置的保护，增加车体外形美观效果。在进行设备舱的设计时，保证了车下悬挂装置安装检修方便、运用可靠。CRH3动车组的设备舱由裙板，裙板锁闭机构及其安全吊钩，底板，吊装机构，底板纵梁组成。裙板及底板纵梁的材料是铝型材，底板是铝蜂窝。封闭的设备舱如图2-15所示。,探访时速350公里动车组制造基地（上）车体生产.flv,4、CRH5动车组车体,（1）结构组成（2）主要结构特点（3）中间车车体结构（4）头车车体结构（5）组件特点,（1）结构组成,CRH5动车组车体主要包括中间车和带司机室的头车两种车型。中间车是基础车，主要由底架、侧墙、车顶、外端墙、内端墙几大部件组成。头车由中间车演变而来，包括底架、侧墙、车顶、外端墙、内端墙、走廊墙和空气动力学端部结构几部分。,109,CRH5铝合金车体具有如下主要结构特点：特殊牵枕缓装置：底架上采用枕梁座代替了传统的贯通式枕梁，并设计了全新的牵引梁结构，不再通过焊接工艺进行枕梁与牵引梁的组装连接。该种结构形式既能有效的传递纵向力，保证了车体结构强度的需要，又能有效消除因制造工艺的原因而造成的质量问题而引发的安全隐患。采用承载内端墙：在车体侧门内侧设置焊接内端墙，其与端部车顶、底架通过台部分形成整体承载框架结构，以提高车体整体结构强度，该设计增加了内端墙结构看似略微增加了车体重量，实际上，由于内端墙的存在增加了车体的整体强度、刚度尤其是纵向和抗扭刚度，简化了底架、侧墙和车顶的结构和制造工艺，反而更有利于整车的减重，从而使整车的重量控制在一定范围内。车体头部防撞击设计：车体结构的耐撞击吸能结构设计是CRH5车体承载结构的特色技术之一，CRH5动车组的动力头车的前端预留了安装耐撞击吸能结构支架，在需要时可以加装吸能元件。强大的底架边梁：利用强大的底架边梁来悬挂自重较大和能产生强烈振动的底架悬挂部件，避免地板型材刚度不足容易发生振颤、传递振动噪声和产生疲劳等问题。有利于优化底架承载结构，减轻地板型材重量。,（2）主要结构特点,110,（3）中间车车体结构,中间车是基础车，由底架、侧墙、车顶、外端墙、内端墙几大部件组成,111,头车由中间车演变而来，包括底架、侧墙、车顶、外端墙、内端墙、走廊墙和空气动力学端部结构几部分。,（4）头车车体结构,（5）组件特点,底架结构侧墙车顶内端墙头车前部结构车下设备舱,底架结构,底架：底架由端部缓冲梁组成、枕梁和刚性支座、脚蹬组成、焊接构架、底架焊接件等组成。底架焊接件主要有牵引电机止挡、废排箱架、接地螺母等。,枕梁：枕梁由焊在底架边梁上的8个枕梁座组成，枕梁座由型材机加工而成。转向架摇枕用螺栓固定于枕梁座底平面的螺套孔，安装简单、方便。,8个车的侧墙共有4种，它们分别是：头车侧墙、中间车侧墙、餐车侧墙和残疾人车侧墙。头车侧墙有1个司机室门和1个塞拉门，中间车侧墙有2个塞拉门，餐车侧墙有1个上货门和1个塞拉门，残疾人车侧墙仅比中间车侧墙少了1个窗口。头车侧墙焊接件有区间显示屏座、紧急制动装置座、压力传感器套管、门上部加强板等，中间车侧墙焊接件有区间显示屏座、紧急制动装置座,侧墙,侧墙断面由纵向放置的4种挤压铝型材组成。型材材质6005A-T6，厚度为50mm，蒙皮厚度为2.5mm，内筋厚度为2.5mm。为了解决焊接收缩问题，每块型材的公差为（-1，+3），侧墙组成后公差控制在（0，+6）。型材由上到下开有3排T型槽，用来安装防寒及内饰件。,8个车的车顶共分6种，MH车和M2S车相同，2个头车的相同。除了头车车顶在车头端和中间车有明显区别外，中间车车顶的变化仅在于车顶焊接件的区别。,车顶型材：由纵向放置的4种、共7块挤压型材对称排列、组焊而成。型材材质为6005A-T6，厚度为50mm,蒙皮厚度为3mm，内筋厚度为2.5mm。车顶外部开了4排T型槽，内部开了4排滑槽，用于内装及设备的安装。,车顶,116,为满足EN12663要求的车体强度，车顶端部设加强结构，它由横梁、纵梁、盖板等构成，材料为6082-T6。在横梁下焊接内端墙，增加整车刚度。,内端墙：内端墙由门柱、墙板、