JIS E7106-2006 中文版 铁路机车车辆客车结构体设计 一般要求

7106： 2006 1 7106：2006 铁路机车车辆客车车体设计一般要求 序   铁路机车车辆客车结构体的结构设计随载荷条件和使用材料的特性而变化。 本标准对客车结构体结构设计时应考虑的载荷条件、载荷组合以及与使用材料特性的关系的标准准则做出了规定。 1适用范围 本标准主要规定了电动车组、内燃动车组、客车等乘用车用结构体必须承受的载荷，同时对考虑结构体因这些载荷而产生的应力和使用材料的特性进行结构设计时的标准强度评价方法做出规定。 本标准中规定的载荷条件依据的是长期的实际业绩和实验数据，因载荷条件随车辆运用计划而变化，故应用于结构设计的载荷条件应按照当事方之间的协定。 备考：本标准不适用于使用橡胶轮等的无轨电车、独轨车辆、中运量轨道系统车辆、磁悬浮车辆等特种铁道车辆用结构体。但作用于这些车辆结构体的载荷的考虑方法以及结构体使用材料的容许应力，可适用本标准。 2引用标准 下列标准通过本标准的引用而成为本标准规定的一部分。这些引用标准的最新版适用于本标准。  4001  铁路机车车辆术语  4031  铁路机车车辆部件振动试验方法  4041  电动车组组装后的试验通则  4043  电动车组组装后的试验方法通则  4046  客车组装后的检验通则  4207  铁路机车车辆转向架构架设计一般要求  7105  铁路机车车辆客车结构体载荷试验方法  3101  一般结构用轧制钢材  3106  焊接结构用轧制钢材  3114  焊接结构用耐侯性热轧钢材  4305  冷轧不锈钢钢板及钢带  4000  铝和铝合金的板材与条材  7106： 2006 2 4100  铝和铝合金的挤压型材  4140  铝和铝合金锻件 3定义 本标准中使用的主要术语除按照 4041规定外，按下述定义。 a）结构体  构成由走行装置（转向架）支承的车体的主要结构部分。 备考  结构体在车辆运用中具有保证车体及旅客、乘务员安全的作用。它还包括安装在结构体上、直接影响结构体强度和刚度的结构件。 b）订货者及设计制造者 1）订货者  负责决定车辆技术条件、使车辆能够按照运用计划进行使用的组织。 2）设计制造者   负责设计制造满足订货者必要条件的车辆的组织。 c）车辆的种类  车辆种类按车体的结构条件分类。 在本标准中，将车辆按照其结构特征及用途，分为以下4种。 1）客车 2）新干线电动车组 3）电动车组 4）内燃动车组 d）车辆质量 1）运转整备状态下的车体质量（指包含所有安装部件的、完全组装后的车体的质量。 备考  、燃料等的最大装载量，不含乘务员质量。 参考   4041和 4043中规定的与“水、砂、燃料及乘务员” 相关的最小载荷条件及  4046 中规定的空车状态，与这里规定的运转整备状态不同。 2）最大装载量（  根据车辆结构和运用条件确定的乘务员的质量、坐席和站席乘车人员（1）的质量（2）、以及放在随身携带行李区域的随身携带行李质量（3）等的总和。 注（1）  最大站席乘车人员计算方法例 a）在除去沿座椅前沿宽 100地板面的客室地板面中，能够确保有效宽度300b）未设站席定员的车辆，（2） 乘务员及乘车人员的质量每人按 55算，指定与此不同的质量时，须 7106： 2006 3按当事方之间的协定执行。 （3） 放在随身携带行李区域的随身携带行李的质量， 有按300kg/备考  最大装载量的大小，需根据车辆运用条件，由当事方之间商定。 3）转向架质量（ 包括车体支承装置（二系悬挂）在内的所有下部结构件的质量。 备考  车体和转向架之间的连接部件（如中心销）的质量可分摊到e）气密载荷  车辆出入隧道或在隧道中走行时 ，基于车外空气变动引起的内外压力差而作用于结构体的内压（正压）或外压（负压）所产生的载荷。 4符合必要条件的证明 要  铁路机车车辆的结构体在针对该车辆而定的运用条件的最大载荷下， 必须能够满足正常的运转条件。 设计制造者必须通过计算或试验来证实，结构体在商定的最大载荷下不 发生永久变形及断裂。结构体的强度评价必须按照下述标准进行。 a）必须能够承受所规定的最大载荷，且承载后能够保持运转状态。 b）车体刚度应保持在使乘坐舒适度在整列车运用中不会因外力产生的共振等而发生明显下降的范围。 c）车辆在正常载荷或交变载荷条件下不发生疲劳断裂，且能够在规定期限内运用。 注（4） 这些要求条件按当事方之间的协定执行。 d）设计制造者必须证明其设计能够满足与订货者商定的载荷条件。作为车体设计基础而使用的载荷条件，荷条件的不确定性   作为结构体设计的基础而使用的载荷条件，针对其值中的不确定性，所有值必须留有必要的余量。度的证明   设计制造者必须通过计算或试验证明，构体的总体或各个部件不发生有害的永久变形及断裂。 a） 屈服点或屈服强度  仅通过计算确认设计强度时，必须得考虑安全系数（材料的屈服点或屈服强度/计算应力）。考虑了一般用于结构体的材料的安全系数的许用应力按第 如果 中规定的试验条件下的实测应力或复合应力未超过屈服点或屈服强度，则可判定为具有所需的强度。 b） 抗拉强度  在最大设计载荷与断裂载荷之间，需保有必要的安全余量。安全余量的大小，按当事方之间的协定要求。 度的确认  车体刚度的问题在于组装完成后的整个车体的状态。设计制造者应通过 7106： 2006 4计算算出其结构体所具有的刚度。用实测值评价结构体的刚度时，需根据  7105中规定的结构体垂直载荷试验和扭转载荷试验的加载载荷和结构体的最大变形，分别计算出等效抗弯刚度及等效抗扭刚度。这些刚度的计算方法见附件4。 另 外，要测定整个车体的弯曲及扭转自振频率时，其测定方法按当事方之间的协定。 劳强度的证明  铁路机车车辆的结构体在使用寿命期限中会承受到各种动态载荷，结构体的载荷条件采用 ）中的注（1）的站席最大载荷时，由于该最大载荷比通常运用时的载荷要大得多且发生频率较少，所以根据以往的实际成绩，一般认为确保了最大载荷条件下的静强度，就能够确保结构体所必须的疲劳强度。因此，需要对除气密载荷外的载荷进行疲劳强度评价时，载荷条件、作用频率、使用寿命期限以及疲劳强度的评价方法应由当事方之间商定。 要评价气密载荷引起的变动载荷下的疲劳强度时 ，订货者和设计制造者应事先商定气密载荷正压和负压的大小 及各值的重复次数、使用寿命期限及疲劳强度的评价方法。 5设计载荷 要  给出用于铁路机车车辆结构体设计的设计载荷。这些值为正常使用条件下表中值。因此，为确保自家公司铁路系统的安全运行，所需载荷值与此不同时，订货者必须指定其设计载荷值。 向载荷 a）车钩部的纵向载荷   作用于车钩的抗压载荷及抗拉载荷的大小分别如表1和表2所示。 表 1  作用于车钩部的抗压载荷 单位：车 新干线电动车组 电动车组 内燃动车组 980 980 345490 345490 表 2  作用于车钩部的抗拉载荷 客车 新干线电动车组 电动车组 内燃动车组 490 490 345 345 b）车端部的抗压载荷   要指定表 1 中未规定的载荷条件、如端墙底架处、裙板处、窗上（纵梁）部等所承受的抗压载荷时，需由当事方之间商定。 用于车体的垂向载荷  7106： 2006 5a）运行时的最大载荷  运行中加载于车体的垂向最大载 荷，应考虑因运行中的振动而增加的部分，通常采用表3所列的值。不按表3执行时，应由当事方之间商定。 表 3 运行中的垂向最大载荷 客车 新干线电动车组 电动车组 内燃动车组 枕簧为金属弹簧时：m 1+枕簧为空气弹簧时：m 1+b）扭转载荷  运行中的车体因轨道的扭转量而承受扭转载荷。作用于结构体的扭转载荷的加载方法包括试验方法，各车型都一样，采用“在一端枕梁固定支承的状态下，向另一端枕梁处加载40kN偶）。”的方法。 c）三点支承载荷  车辆新造及维护时，在用千斤顶顶住车体上的 4 处千斤顶座顶起车体的作业中，千斤顶的伸缩不同步时，车体就处于三点支承状态。由于进行这一作业时车体的载重质量处于零的状态（以下称空车） ，所以在结构体载荷试验中应设定加载载荷以重现该车的空车载荷状态。但采用的是以小扭转刚度为特点的结构体时，因三点支承状态将会伴随有悠久变形，千斤顶的高度不齐度（也有叫支承点补偿量的），由当事方之间商定。 体静载荷的叠加   为保证车体具有应有的静强度，设计制造者必须得考虑表4的静载荷的叠加。 表 3 车体静载荷的叠加（5） 载荷类型 载荷大小 纵向抗压载荷及垂向静载荷 表 1 的值+g（m 1+纵向抗压载荷及垂向静载荷的最小值 表 1 的值+gm 1） 纵向抗拉载荷及垂向静载荷 表 2 的值+g（m 1+纵向抗拉载荷及垂向静载荷的最小值 表 2 的值+gm 1 备安装部的载荷   作用于结构体设备安装部的，除作用于设备自身的重力加速度产生的载荷外，还有走行中伴随着车体振动的设备惯性力（设备质量与振动加速度的积）所产生的力。有走行中的振动加速度的实测值时，订货者可将其作为指定值；不能利用实测值时，应考虑 4031中规定的分类为“1C”的加速度，以单向振幅下约3m/）的加速度分别作用于纵向、横向和垂向三个方向。而当设备为回转设备或往复式设备时，还必须得考虑该设备所产生的交变载荷。 注（6）   4031 的“1C” 分类中规定的加速度大小为双向振幅下  7106： 2006 将此单向振幅的值取整为3 m/构体的疲劳载荷   一般情况下，不对结构体疲劳强度进行评价的。要进行评价时，最好能考虑下述载荷。但交变载荷的选定及其评价方法，应由当事方之间商定。 a）载重的变动  载重的变动，在通勤和近郊型车辆中有 变大的趋势。对于这样的变动，当变动幅度较大时，有时将其作为疲劳载荷评价。 b）由轨道加载的载荷  由于由轨道的垂向、横向及平面（扭转）承 载的载荷重复的次数较多，有时作为疲劳载荷评价。不能利用更正确的数据时，应采用的作用于车体及车体安装设备的横向及垂向振动加速度的经验值，分别见表5和表6。 表 5 横向振动加速度（5） 客车 新干线电动车组 电动车组 内燃动车组 5 垂向振动加速度（5） 客车 新干线电动车组 电动车组 内燃动车组 枕簧为金属弹簧时：簧为空气弹簧时：结构体所承受的来自轨道的扭转载荷按5.3 b）项的规定。 c）气密载荷  为了消除高速走行的车辆出入隧道及走行于隧道内时因车内压力变动而引起的耳朵的不适，车体一般采用气密结构。出入隧道及走行于隧道内时所承受的气密载荷有时会被作为疲劳载荷考虑。视作疲劳载荷时，载荷条件和重复次数以及使用材料的疲劳强度由当事方之间商定。 用于边界处的载荷 a）车体及转向架连接处  作用于车体枕梁与转向架连接处的载荷，其垂向、横向及纵向的最大载荷按  4207 的规定。这些载荷被视为车体的疲劳载荷时，其大小及使用材料的疲劳强度由当事方之间商定。 b）设备安装部  作用于设备安装部的载荷按 规定。研究安装设备的结构体结构件的疲劳强度时，最好将这些载荷视作重复作用载荷。但应力的合成方法及使用材料的疲劳强度、包括与以往的长期的实际成绩的对比方法，由当事方之间商定。 劳载荷的叠加  评价疲劳强度时，设计制造者应与订货者协商影响结构体疲劳强度的载荷条件的组合及使用材料的疲劳强度，并确认即使在应力重叠的情况下疲劳强度也能满足设计上的必要条件。  7106： 2006 76使用材料的许用应力 a）静强度  使用于结构体的材料一般有普通钢、不 锈钢及铝合金。件2和附件3。 b）疲劳强度  材料对疲劳强度的变化，如果有现行的日本工业标准、国际标准或其等同标准，按标准执行。设计者应收集可利用的适用于结构体材料的数据、包括疲劳强度的评价方法，与订货者进行协商。 7载荷试验 的  载荷试验是根据订货技术条件或与订货者的协定，于相同的结构，如果已有过去的试验验证数据且已确认了试验和计算的相关关系，可省去静载荷试验/疲劳试验。 对于要实施的静载荷试验项目和实施方法以及疲劳试验，是否实施需由订货者和设计制造者进行协商并达成一致。 试验目的如下。 a）确认承受最大载荷时的结构强度。 b）确认卸掉最大载荷后不发生永久变形。 c）确认是适合于运用条件的结构的强度和刚度。 d）确认疲劳强度。 载荷试验  静载荷试验的试验项目如下。试验方法按 7105的规定。 a）车端抗压载荷试验 b）垂向载荷试验 c）扭转载荷试验 d）三点支承试验 e）弯曲自振频率测定试验 f）扭转自振频率测定试验 g）气密强度试验 劳强度试验  结构体的疲劳强度试验，一般是不用实物大小进行试验的，因为这种试验不仅试验设备规模大，而且试验所需时间也长。但有应该确认疲劳强度的部分时，应制作代表该部分的局部模型，对模型进行疲劳试验。 实施疲劳试验时，供试体的大小及其试验方法、以及评价方法，由当事方之间商定。  7106： 2006 8附件 1（规定）普通钢的许用应力 承受无需考虑疲劳强度的载荷时，主要母材及接头的许用应力分别见附件1表1和附件1表2。附件1表1中给出的是安全系数为 时的许用应力，使用与此不同的安全系数时，应根据注（3）及（4）的算式计算出许用应力。 承受需要考虑疲劳强度的动载荷时，母材及接头的许用应力由当事方之间商定。 附件 1 表 1  主要母材的许用应力 单位：） 材种类 板厚 （抗拉强度 （ B） 屈服点或屈服强度（ S） 标准值 （F） （2）许用抗拉应力 许用抗压应力 （ 3） 许用剪应力 （ 4） 16以下 245 245 165 95  3101 6以上40以下 400 235 235 155 90 16以下 245 245 165 95  3106 6以上40以下 400 235 235 155 90  7106： 2006 916以下 365 365 245 140  3114 6以上40以下 490 355 355 235 135 注（1）1 1 N/）F = S （3）  （4）  式中，S：安全系数 附件 1 表 2  接头的许用应力 接头种类 相对于接头喉部断面的许用应力 角接接头 塞焊接头 槽焊接头 喇叭形坡口焊接头 局部熔焊接头 钢管双通接头 母材的许用剪应力（ 坡口焊接头 母材的许用应力（ 异质母材的坡口焊接头 异质母材许用应力中的较小值（  7106： 2006 10附件 2（规定）不锈钢的许用应力 承受无需考虑疲劳强度的载荷时，主要母材及接头的许用应力分别见附件2表1和附件2表2。附件2表1中给出的是安全系数为 时的许用应力，使用与此不同的安全系数时，应根据注（4）及（5）的算式计算出许用应力。 承受需要考虑疲劳强度的动载荷时，母材及接头的许用应力由当事方之间商定。 附件 2 表 1  主要母材的许用应力（1） 单位：） 材种类 调质符号 抗拉强度 （ B） 屈服强度（ S） 标准强度 （F） （3） 许用抗拉应力 许用抗压应力 （ 4） 许用剪应力 （ 5） - 550 215 215 145 80 1/4H 690 345 345 230 130 1/2H 760 410 410 275 160 3/4H 820 480 480 320 185  930 685 685 435 250  4305  520 205 205 135 80  7106： 2006 11注（1）适用于厚度为6（2）1 1 N/）F = S （4）  （5）  式中，S：安全系数 附件 2 表 2  电弧焊接头的许用应力 母材 质符号 电弧焊接头的种类 （ H 母材的许用应力（ 非坡口焊接头 母材的许用剪应力（ H 母材的许用剪应力（  7106： 2006 12附件 3（规定）铝合金的许用应力 承受无需考虑疲劳强度的载荷时，主要母材及接头的许用应力分别见附件3表1和附件1表2。附件3表1中给出的是安全系数为 时的许用应力，使用与此不同的安全系数时，应根据注（3）及（4）的算式计算出许用应力。 承受需要考虑疲劳强度的动载荷时，母材及接头的许用应力由当事方之间商定。 附件 3 表 1  主要母材的许用应力 单位：） 材的种类质别 质别板厚（t） （抗拉强度（ B） 屈服强度（ S） 标准值（2）（F） 许用抗拉应力（3） 许用抗压应力（3） （ 许用剪应力（4） （ O 0.8t75 110 35 35 23 13 32 0.8t12 120 85 84 56 32 5005P .8t12 135 110 95 63 37  4000 112 4t13 195 110 110 73 42  7106： 2006 13O 0.8t75 175 65 65 43 25 .8t12 215 155 151 101 58 34 0.8t12 235 175 165 110 64 4t85 125 t40 275 125 O 0.8t40 275 125 125 83 48 0.8t15 235 221 147 85 32 2.9t12 305 215 214 143 82 4 1.5t75 315 195 195 130 75 112O - 175 70 70 47 27 112 t130 275 110 110 73 42 T1 t12 120 60 60 40 23 5 t12 155 110 109 73 42 t6 245 205 172 115 66 5 6t12 225 175 158 105 61 5 t12 285 245 200 133 77  4100 5 - 325 245 228 152 88 O - 275 120 120 80 46 t100 275 125 125 83 48 112t100（5） 275 110 110 73 42  4140 6 t100 335 275 235 157 90 注（1）1 1 N/）F = S （3）  （4）  （5）与锻造形成的金属流动不平行的情况下。 式中，S：安全系数  7106： 2006 14附件 3 表 2  电弧焊接头的许用应力 单位：） 材的种类质别 质别板厚（t） （接头效率 （） 标准值（6）（F ）  许用抗拉应力（3） 许用抗压应力（3） （ 许用剪应力（4） （ O 0.8t75 5 23 13 32 0.8t12