第七章车体设计及其典型结构

1、北京交通大学海滨学院第七章 车体设计及其典型结构北京交通大学海滨学院1）运载功能2）结构安全功能3）良好的工艺性、可维修性、运行可靠性4）在确保结构安全的前提下降低车体自重5）美学功能o 车体的功能主要通过承载结构、车辆设施、内部装饰及其工 业设计技术予以实现。第一节第一节 车体的功能、结构承载形式及主要类型车体的功能、结构承载形式及主要类型一、车体的功能要求北京交通大学海滨学院（一）概述（一）概述o 从结构强度的角度看，车体结构分承载结构和非承载结构o 承载结构 车体中抵抗外力和变形功能部分，是车体的骨架和蒙板。o 非承载结构 指车门及操纵机构、风道和座椅及其它内装件等附属于车体结构但不参与

2、承载的部分。o 车体承载结构通常由质强比高、耐腐蚀性好的金属材料制成的板梁通过焊接或铆接等方法组成的结构，早期采用钢材制成。现还有多种复合材料，如玻璃钢、三明治复合板材等。o车体承受各种载荷的取值、作用方式以及作用位置，要复合设计与试车体承受各种载荷的取值、作用方式以及作用位置，要复合设计与试验规范规定的有关标准。验规范规定的有关标准。第一节第一节 车体的功能、结构承载形式及主要类型车体的功能、结构承载形式及主要类型二、车体结构的承载形式北京交通大学海滨学院（二）车体结构的承载形式（二）车体结构的承载形式 o 轨道车辆车体承载结构划分为底架、侧墙、端墙及车顶等。o 承载形式主要为整体承载型、侧

3、壁和底架共同承载型和底架 （车架）承载型三类。1. 整体承载型（图71）o 客车和货车中的棚车等车体结构 由底架、侧墙、端墙及车 顶经焊接或铆接使车体的这几大部分牢固地成为一个整体而 组成了箱型结构。 o 底架 由大梁（端梁、牵引梁、中梁及侧梁）与地板组成通 过盘心或旁承支承在转向架上。 第一节第一节 车体的功能、结构承载形式及主要类型车体的功能、结构承载形式及主要类型二、车体结构的承载形式北京交通大学海滨学院o 侧墙、端墙及车顶由许多纵向梁和横梁（柱）以及蒙皮 （薄钢板）或挤压型才组焊而成。o 特点：充分发挥所有结构材料的承载能力，易于达到强度 高、抗变形能力强和重量轻的设计目标。o 又分

4、开口箱型结构和闭口箱型结构两种。（图71） 第一节第一节 车体的功能、结构承载形式及主要类型车体的功能、结构承载形式及主要类型二、车体结构的承载形式开口箱型结构：底架没有金属地板，仅有镀锌铁皮与各梁件组成开口箱型结构。闭口箱型结构：底架地板横梁上面（或底架下面）设有金属波纹地板所组成的闭口箱型结构。北京交通大学海滨学院o 整体承载结构的客车车体的骨架是由很多轻巧的纵向杆件及横向杆件组成一个个结构环，再与金属包板组焊在一起后具有很大的强度和刚度。o 这种结构形式可以较侧壁承载结构更为轻巧，并有可能将底架中部的一段笨重中梁取消，从而制成无中梁的底架结构。图7-2.第一节第一节 车体的功能、结构承载

5、形式及主要类型车体的功能、结构承载形式及主要类型二、车体结构的承载形式北京交通大学海滨学院o 按侧壁结构的不同，整体承载式机车车体又分桁架式、框架式侧壁承载机车车体。1）桁架式侧壁承载机车车体（图74）o 构成 由桁架、侧壁、底架、车顶和司机室几部分组成。o 桁架的下弦杆就是底架的侧梁，上弦紧接车顶。o 上、下弦杆用立柱和斜杆连接成桁架，承受全部垂向载荷和纵向力。o 车顶由可拆卸的部分组成，车顶外壁焊接在骨架上。o 司机室由骨架和钢板制成，座落在牵引梁上与桁架相连接。o 特点 由于侧壁桁架的斜撑作用，使侧壁具有较好的稳定性第一节第一节 车体的功能、结构承载形式及主要类型车体的功能、结构承载形式

6、及主要类型二、车体结构的承载形式北京交通大学海滨学院北京交通大学海滨学院2）框架式侧壁承载机车车体（图75）o 组成 由立柱、中间杆和上、下弦杆构成框架。o 框架和覆盖在其外面的钢板所构成的侧壁承受全部的垂向 载荷和纵向力，车体具有较大的强度和刚度。侧壁开孔不受限制，能最大限度地减轻机车质量。第一节第一节 车体的功能、结构承载形式及主要类型车体的功能、结构承载形式及主要类型二、车体结构的承载形式北京交通大学海滨学院2.侧壁和底架共同承载型o 也称侧壁承载结构， 部分货车如敞车没有车顶，载荷由侧墙、端墙和底架共同承担，即属于这类承载结构。o 又分桁架式结构和板梁式结构。o 桁架式结构桁架式结构

7、侧、端墙的骨架为桁架式骨架和木墙板结构；侧、端墙的骨架为桁架式骨架和木墙板结构；o 板梁式结构板梁式结构 在侧、端墙的骨架上敷以金属板后就形成。在侧、端墙的骨架上敷以金属板后就形成。3. 底架承载型（图76，图77）o 设备或装载货物的重量及其它的载荷，均由底架（或称车架）予以承担。o 对底架结构强度要求很高，中梁及边梁都很强。o 图76为鱼腹型梁的底架承载结构；o 图77为一种底架承载型内燃机机车车架断面。第一节第一节 车体的功能、结构承载形式及主要类型车体的功能、结构承载形式及主要类型二、车体结构的承载形式北京交通大学海滨学院北京交通大学海滨学院o 对于高速磁悬浮列车，还是高速轮轨列车或城

8、市车辆，在 额定牵引功率下，尽可能降低能耗以实现运行的高运能和 低成本，是一个永恒的追求目标。o 轻量化对于客车来说就是节能增效。1）采用轻量化材料，以轻质高强度材料代替高密度材料；2）运用结构优化设计技术。在已有的材料和结构基础上，根 据设计要求，设置参数和约束，采用最优化技术得到最轻 量结构参数设计方案。第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计轻量化设计的途径轻量化设计的途径北京交通大学海滨学院o 表71列举了常用钢和铝合金材质的力学性能。o 铝的抗拉强度和屈服强度约为钢的1/22/3，密度为钢的1/3，纵向弹性模量为钢的1/3，屈服极限为钢的1/22/3。o 铝合金车体缺点：o 耐

9、腐蚀性能低于不锈钢。o 铝的熔点低。第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计一、轻金属材料的选择（一）几种金属材质的力学性能比较（一）几种金属材质的力学性能比较北京交通大学海滨学院o 在动态受力的情况下，用应力比值表示应力的类别，即o R = R = minmin/maxmax o 对于车体最不利的冲击因子，则可求的应力比为o o 图78表示了从静态到纯交变应力之间整个频谱的应力极限特征线。各种材料之间的应力极限特征曲线具有很大差异o 图79表示相同动态力水平下的不同材料的重量比， 比值决定于应力比R。 以动态上限应力maxmax 代替代替 静态的材料屈服应力静态的材料屈服应力0.20.

10、2。第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计一、轻金属材料的选择（二）在相同动态力水平下钢和铝结构材料的重量比（二）在相同动态力水平下钢和铝结构材料的重量比54. 03 . 013 . 0-1-冲击因子静载荷冲击因子静载荷R北京交通大学海滨学院o 在静态（R=1）与动态受力特征值1R0范围，铝结构比钢结构重量轻40%50%；o 对称循环时（R=1），重量减缩仅15%20%。o当考虑到制造工艺和焊接技术上的减缩因素，铝结构车体的重量比之筒形的钢结构车体可减缩30%第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计一、轻金属材料的选择（二）在相同动态力水平下钢和铝结构材料的重量比（二）在相同动态

11、力水平下钢和铝结构材料的重量比北京交通大学海滨学院北京交通大学海滨学院o 20世纪60年代以来，德国近郊电动车、城市轨道车辆和普通 铁路客车，采用铝合金车体，欧洲铁路用铝质车体最多。o 铝质车体迅速发展的原因：1）车体自重轻； 比钢质车体可减轻1/41/3左右。2）简化了结构；在足够刚度下，采用中空断面挤压型材，减少车体 上众多的横向杆件。3）新型铝合金的开发，大大地改善了加工性和可焊性。o 以含铜钢制造的车体钢结构作为参照（系数为1），对三种 材料制造车体钢结构总体费用比较。 挤压型材的铝合金车体与钢制车体相当，不锈钢车体稍贵为 1.05。第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计一、轻

12、金属材料的选择（三）钢制和铝制车体的经济性比较（三）钢制和铝制车体的经济性比较北京交通大学海滨学院o 钢材和铝材的材料特性有较大差异。第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计二、铝合金车体的结构特征及其设计与制造工艺（一）铝合金车体与钢车体的结构比较（一）铝合金车体与钢车体的结构比较o 弹性模量o 在塑性范围的工作能力o 熔点温度o 单位重量价格1/3/ALstEE1/2/ALstWW1/5 . 2/ALstTT3/1/ALstMPMPo 由它们制成的车体筒形结构的横截面各自具有特有的特性。o 为弥补铝合金刚度不足，铝结构车多采用挤压型材。北京交通大学海滨学院o 图710为钢制与铝制车体

13、结构比较图o 钢结构车体一般采用Z形、L形或U形组焊件或压型件作为车体的横杆件，外敷薄钢板，地板用薄钢板压制的波纹地板。车顶用其它材料制成，载荷由底架梁承担。第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计二、铝合金车体的结构特征及其设计与制造工艺（一）铝合金车体与钢车体的结构比较（一）铝合金车体与钢车体的结构比较北京交通大学海滨学院o 全钢结构的主体电气设备安装位置（图711）。o 全铝结构车体采用断面形状较复杂的挤压型材，形成整体的复合地板（712）。第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计二、铝合金车体的结构特征及其设计与制造工艺（一）铝合金车体与钢车体的结构比较（一）铝合金车体与钢

14、车体的结构比较北京交通大学海滨学院o 用铝合金代替钢作为承载车体的结构材料，在选择铝合金的种类和车体的结构形式上都应作相应的改变。o 为了弥补铝合金弹性模量低，车体采用大型中空断面的挤压铝合金型材。o 根据车体不同部位的强度要求选用铝合金型材的材质。o 在车体结构设计中要注意车体的动态特性，特别对于高速车辆的车体要考虑结构的疲劳强度。o 对于焊缝的布置和选型，要注意焊接的变形和焊接造成可能对母材强度的降低，以及焊接缺陷的影响。o 在制作车体时，要合理选择材质和焊条从而达到更合理的匹配。第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计二、铝合金车体的结构特征及其设计与制造工艺（二）铝合金车体的设计

15、与工艺特点（二）铝合金车体的设计与工艺特点北京交通大学海滨学院o 图713和714所示分别为德国和英国两种全铝结构车体断面，车底架地板均采用由宽度达400600mm的中间带斜筋板的几块中空挤压型材并接而成。侧纵梁、侧墙板、车顶小圆弧部及车顶板均采用大型中空截面挤压型材。第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计二、铝合金车体的结构特征及其设计与制造工艺（二）铝合金车体的设计与工艺特点（二）铝合金车体的设计与工艺特点北京交通大学海滨学院北京交通大学海滨学院o 图715为日本东京市郊10系新车所采用的大型中空断面的挤压铝合金型材。特点：1）刚性高，降噪效果好，乘车舒适性较好。2）质量比钢制车体

16、轻，大幅度降低轴重，从而降低运营成本。3）车体使用铝合金材料，可回收，对环境损害低，寿命周期成本低。4）防腐性好，可实现无涂装设计。5）采用不燃性材料，防火性能好。6）能扩大自动化焊接范围，提高生产率，降低成本 提高质量。第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计二、铝合金车体的结构特征及其设计与制造工艺（二）铝合金车体的设计与工艺特点（二）铝合金车体的设计与工艺特点北京交通大学海滨学院o 图716表示金属及非金属各种材料的刚度指标，钢材的刚度指标在金属材料中属于最高的，此外还可通过结构设计采取措施提高刚度指标。第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计三、新型轻质结构材料及其在车体结

17、构的应用（一）钎焊铝蜂窝板（一）钎焊铝蜂窝板（BHP）结构）结构北京交通大学海滨学院o BHP板结构面外弯曲刚度可用 表示， 要使弹性模量小的轻型材料获得与弹性模量大、密度大同等的弯曲刚度，必须加大厚度。o 图717表示BHP的结构，面板采用0.21,.2mm的平板，蜂窝芯材采用0.2mm的折曲薄铝板，组合成正六边形结构。这种结构的BHP密度虽小但面外弯曲刚度却很大。 第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计三、新型轻质结构材料及其在车体结构的应用（一）钎焊铝蜂窝板（一）钎焊铝蜂窝板（BHP）结构）结构12/3tE 北京交通大学海滨学院o BHP的制作方法：在以A6951为基材的硬钎焊薄

18、板（JIS3263）上面滚压一层占板总厚度仅百分之几的A4045包层金属，制成面板和芯材。在真空中加热到约600C时，包层金属A4045被熔化，由于分子力的作用，进入面板与芯材、芯材与芯材的接触面，形成焊脚。冷却后，焊脚被固定，于是面板与芯材及芯材与芯材就被牢固地结合在一起。o 真空整体钎焊技术，利用填充金属材料进行焊接。第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计三、新型轻质结构材料及其在车体结构的应用（一）钎焊铝蜂窝板（一）钎焊铝蜂窝板（BHP）结构）结构北京交通大学海滨学院o 德国TR08高速磁浮列车在车体结构中广泛采用铝合金三明治夹层板，从而使车体结构达到了高度轻量化的目标。o 图7

19、19为一种典型三明治板结构。o 轨道车辆结构，以铝合金或玻璃纤维塑料为面板、泡沫塑料为中间层的三明治结构。第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计三、新型轻质结构材料及其在车体结构的应用（二）三明治夹层板（二）三明治夹层板（Sandwich Panel）结构）结构北京交通大学海滨学院o三明治夹层板的重要参数与特性：1.材料参数o轨道车辆结构中 使用铝合金或玻璃纤维塑料为面板，泡沫材料为中间层的三明治结构。o泡沫塑料 PVC、PEI、PMI等。PMI具有良好的强度特性，耐火性，在高温下具有稳定的机械性能。 第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计三、新型轻质结构材料及其在车体结构的应

20、用（二）三明治夹层板（二）三明治夹层板（Sandwich Panel）结构）结构北京交通大学海滨学院o三明治夹层板的重要参数与特性：2.刚度特性o图7-20，如果单一材质结构在横断面处一分为二，并在中间加入轻质量的中间层，其抗弯刚度变大，且随着中间层厚度的增加愈加显著，被称为“三明治效应”，主要优点之一。第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计三、新型轻质结构材料及其在车体结构的应用（二）三明治夹层板（二）三明治夹层板（Sandwich Panel）结构）结构北京交通大学海滨学院第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计3. 强度特性o 三明治板结构厚度增加，抗弯模量有较大增加，总体

21、强度性能有较大加强。o 分析三明治板结构的强度特性。采用普通钢结构和铝三明治结构的高速车辆车顶结构。o 计算取车顶承受最大载荷的气动载荷工况，比较在最大变形相近的情况下进行。比较结果表7-3.三、新型轻质结构材料及其在车体结构的应用（二）三明治夹层板（二）三明治夹层板（Sandwich Panel）结构）结构车顶结构最大应力饱和度变形与应力分布质量三明治结构车顶0.20（中间层）0.23（铝合金）较均匀，最大变形在车顶中部969kg钢结构车顶0.60较集中，最大变形呈点状密布2373kg北京交通大学海滨学院4. 隔噪特性o 图7-21显示三明治结构的声波传导情况o 一束能量波（声波）Pi撞击了

22、三明治结构，一部分被反射回来Pr，一部分激发了三明治框架内的波动，波动过程中，一部分能量在材料中耗散Pd，其余能量Pt穿过三明治结构。o 声音激励辐射系统起主导作用的是弯曲波。声音衰减指数R第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计三、新型轻质结构材料及其在车体结构的应用（二）三明治夹层板（二）三明治夹层板（Sandwich Panel）结构）结构tiPPRlog10北京交通大学海滨学院o 重金属材料、低刚度和高结构阻尼的板才能产生较大的声音衰减指数。o 薄金属板中，平面曲波传播速度C与频率、刚度D及面密度与泊松比等材料常数关系：第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计三、新型轻质结

23、构材料及其在车体结构的应用（二）三明治夹层板（二）三明治夹层板（Sandwich Panel）结构）结构42-1）（DC o可以看出，如果速度C降低，则刚度D也随之降低，而面密度则需增大。o刚度降低而同时面密度增大是互相矛盾的。o对单层金属板结构车辆，降低刚度提高隔声效果不可取，而提高面密度来提高隔声效果又与车辆轻量化设计原则矛盾。4. 隔噪特性北京交通大学海滨学院o 三明治结构，其夹层结构和中间较厚的芯材增大了衰减指数，使声波的辐射得以减弱，选择合适的两种材料作为面板和芯材可以达到良好的隔声效果。o 三明治板材结构还具有隔热阻燃等优点。第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计三、新型轻

24、质结构材料及其在车体结构的应用（二）三明治夹层板（二）三明治夹层板（Sandwich Panel）结构）结构4. 隔噪特性北京交通大学海滨学院o 为了适应空气动力性能的要求，高速列车外形设计在头部、车身截面外形、列车编组方式、车体表面情况等方面有其自身的鲜明特色。o 满足空气动力性能的列车外形，其头部和尾部外形均为流线形，车身应为鼓形断面，车体表面应非常光滑平整，门、窗需严格密封，不允许有凸出外表面的玻璃压条、扶手等物件，车体底部除转向架外全部封闭。o 将工业造型和艺术设计与空气动力学的理论结合起来。第三节第三节 高速列车车体设计高速列车车体设计二、高速列车外形设计北京交通大学海滨学院（1）从

25、头形对列车空气阻力、列车风、会车压力波等特性的综合影响，以及通过明线区间时对环境影响的考虑，在头形相同的情况下，流线形的头形长细比越大，气动性能越好。o 在头形长细比相同的情况下，列车头形以采用气流主要从上方逃逸的流线形的二维形状为最佳。（2）列车流线形头部长度一定时，横截面外轮廓线的形状对阻力有较大影响。o 在无横风的情况下，从整列车考虑，头车为椭球形而尾车为扁梭形的总阻力最小；在有横风作用的情况下，扁宽形头车阻力较小，椭球形头车阻力较大。第三节第三节 高速列车车体设计高速列车车体设计二、高速列车外形设计（一）头部形状与列车气动性能的关系（一）头部形状与列车气动性能的关系北京交通大学海滨学院

26、（3）对列车交会压力波而言，车头以扁宽形的为最小，椭球形的为最大，扁梭形和宽鼓形的介于中间。o 改变前窗部位过渡曲线，对列车交会压力波幅值影响较小；o 减小鼻尖部位过渡曲线的曲率半径（即扁形鼻尖），可以有效地降低列车交会压力波。o 减小列车空气阻力和降低列车交会压力波，既矛盾又统一。o （P256，李强 动车组设计）第三节第三节 高速列车车体设计高速列车车体设计二、高速列车外形设计（一）头部形状与列车气动性能的关系（一）头部形状与列车气动性能的关系北京交通大学海滨学院o 列车高速运行时，除空气阻力外，还包括升力、侧向力、侧滚力矩、偏转力矩和附仰力矩等。o 侧向力和侧滚力矩对列车的运行平稳性和稳

27、定性有较大影响。第三节第三节 高速列车车体设计高速列车车体设计二、高速列车外形设计（二）列车断面形状与列车气动性能的关系（二）列车断面形状与列车气动性能的关系北京交通大学海滨学院o 车身气动外形设计主要在于断面形状设计。o 影响列车空气动力性能的断面形状参数，包括R1、R2、R3、R4、以及车体宽度和高度。第三节第三节 高速列车车体设计高速列车车体设计二、高速列车外形设计（二）列车断面形状与列车气动性能的关系（二）列车断面形状与列车气动性能的关系北京交通大学海滨学院o 设计车体断面形状需考虑因素（1）鼓形车体比直壁车体交会压力波幅值减少10%以上。o 整个车体断面成腰鼓形有利于交会压力波、气动

28、侧向力及侧滚力矩作用的缓解。（2）车辆底部形状对空气阻力影响很大。（3）车辆地面离地面距离越近，空气阻力越小。第三节第三节 高速列车车体设计高速列车车体设计二、高速列车外形设计（二）列车断面形状与列车气动性能的关系（二）列车断面形状与列车气动性能的关系北京交通大学海滨学院o 列车附属零部件安装位置的选取、进排气口的设置等，也应从空气动力学角度加以考虑。如，受电弓导流罩，车体表面光滑，车辆间连接等。第三节第三节 高速列车车体设计高速列车车体设计二、高速列车外形设计（三）车体设计中的其它空气动力学（三）车体设计中的其它空气动力学北京交通大学海滨学院o 影响旅客舒适度的压力有两个指标：o 一是压力变

29、化的最大值；o 二是压力变化率的最大值。o 表7-5和7-6第三节第三节 高速列车车体设计高速列车车体设计三、高速列车的气密性（一）压力波对旅客的影响（一）压力波对旅客的影响北京交通大学海滨学院第三节第三节 高速列车车体设计高速列车车体设计o 密封试验要求三、高速列车的气密性（二）对车辆压力密封性的要求（二）对车辆压力密封性的要求区分车内压力降至压力时间大于日本4000Pa1000Pa50s欧洲4000Pa1000Pa50s德国、意大利3600Pa1350Pa18s中国3600Pa1350Pa18s北京交通大学海滨学院（1）车体结构取消排水孔（2）车窗的组装工艺要保证密封的可靠性和耐久性（3）

30、侧门采用密封性能良好的塞拉门（4）空调环控设备设立压力控制（5）采用密封式集便厕所。第三节第三节 高速列车车体设计高速列车车体设计三、高速列车的气密性（三）提高高速旅客列车密封性的主要措施（三）提高高速旅客列车密封性的主要措施北京交通大学海滨学院o 高速列车的噪声源：o 一是轮轨噪声；o 例如，车轮通过钢轨轨缝、道岔以及车轮擦伤后在钢轨上所产生的冲击声。o 二是空气沿高速列车车体表面流动产生的摩擦声及集电系统的噪声。o 例如，受电弓与接触网导线的摩擦声和受电弓离线时产生的电弧放电噪声。第三节第三节 高速列车车体设计高速列车车体设计四、车体隔声降噪（一）列车噪声源（一）列车噪声源北京交通大学海滨

31、学院（1）车体外部传入车内的噪声，一般称为空气声。（2）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，一般称为结构振动噪声。（3）各种车体内设备、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。（4）上述各类噪声在车厢内部传播与反射所形成的混响等。第三节第三节 高速列车车体设计高速列车车体设计四、车体隔声降噪（二）列车车内噪声的组成（二）列车车内噪声的组成北京交通大学海滨学院（1）平整、光滑表面的流线形车体，将有利于减小空气与车体的摩擦声。（2）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。（3）采用橡胶风挡，可减小撞击声。（4）在空调系统上安装

32、消音器，以降低牵引电机风扇、驱动装置等设备的振动噪声。（5）采用双层墙结构，可增加隔声量45dB。（6）在车体金属（如地板）表面涂刷防振阻尼层，使钢结构的声波振动转在车体金属（如地板）表面涂刷防振阻尼层，使钢结构的声波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，减少车内的噪声。化为热能消散，减少了声波的辐射和声波振动的传递，减少车内的噪声。第三节第三节 高速列车车体设计高速列车车体设计四、车体隔声降噪（三）车内隔声降噪技术措施（三）车内隔声降噪技术措施北京交通大学海滨学院（7）采用双层车窗，减少从侧面传入车内的噪声。（8）车内选用吸声效果好的高分子聚合材料。（9）提高车体的气密性，同

33、样可以起到隔声作用。第三节第三节 高速列车车体设计高速列车车体设计四、车体隔声降噪（三）车内隔声降噪技术措施（三）车内隔声降噪技术措施北京交通大学海滨学院o 车钩中心线距轨面高度 880mm，允差10mmo 机车前后车钩中心距 22 216mmo 机车车底底架长度 21 300mmo 机车车底宽度 3 105mmo 机车车体最高点距轨面高度 4 754mmo 机车全轴距 15 870mmo 受电弓工作高度距轨面高度 5 100mm6 500mmo 机车转向架固定轴距 2 150mm+2 150mmo 机车排障器距轨面高度 110mm，允差10mm第四节第四节 典型车体结构典型车体结构一、韶山型

34、SS9电力机车（一）主要技术参数（一）主要技术参数北京交通大学海滨学院1.车体结构概况 如图732所示。o车体为箱形壳体，由板、梁组焊而成。除走行部外的所有机械、电机设备和电子电器装置等都安装在车体上。o在运行过程中，车体要把牵引力和制动力传递给车钩。承受垂向载荷，还承受水平方向的冲击载荷和侧向力的作用。o车体为整体承载的框架式侧壁承载结构，由高强度低合金钢Q345A、16MnL、耐候钢Q345GNHL及普通碳素结构钢Q235A等钢板或钢板压型件组焊而成。司机室蒙皮采用冷轧钢板08AL。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构一、韶山型SS9电力机车（二）车体结构（二）车体结构北京交通大学海滨学

35、院o 车体主要承载结构 车体底架、司机室、侧构、台架和大顶盖装置。o 车体结构以横向中心线对称布置，使车体重量分配易于均衡。o 底架 位于车体下部，车体基础，主要的承载构架。o 车体两侧是侧墙结构，简称侧构；o 两端是司机室；o 台架 底架上面焊有设备安装骨架，车内设备安装和电缆布线等的基础；o车体通过车体通过3根活动的车顶连接横梁根活动的车顶连接横梁将两边侧构连接成箱型壳体。将两边侧构连接成箱型壳体。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构一、韶山型SS9电力机车（二）车体结构（二）车体结构北京交通大学海滨学院o 车体顶部安装3根可拆卸的大顶盖。o 司机室两侧设有升降式活动侧窗，视野开阔，便于

36、瞭望。o 牵引缓冲装置设置在机车两端的标准高度上。o 机车两端下部安装有排障器，用来排出线路上的障碍物。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构一、韶山型SS9电力机车（二）车体结构（二）车体结构北京交通大学海滨学院2. 底架结构o 如图733所示，底架全长21 300mm，宽3 105mm。o 为适应光滑流畅的司机室头形的需要，底架两端横截面制成R10 000mm的圆弧，在纵截面以13.3的斜度向横向中心线收拢，端部与两侧R300mm的圆弧相切。o 底架结构 由两端牵引梁、两侧侧梁、4根枕梁、2根变压器安装梁、2根隔墙梁、4个牵引座和一些辅助梁等组焊而成。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构

37、一、韶山型SS9电力机车（二）车体结构（二）车体结构北京交通大学海滨学院北京交通大学海滨学院1）侧梁 位于底架两侧，主要的承载和传力部件。o 由8mm钢板压成的槽形梁和8mm的立板组焊成的箱型梁，具有较高的抗弯和抗扭强度。o 侧梁上焊有吊销套装置。o机车采用机车采用低拉杆牵引结构低拉杆牵引结构，机车的牵引力和制动力由转向架的拉杆传递，机车的牵引力和制动力由转向架的拉杆传递到车体底架的牵引座装置上，然后通过侧梁传递到两侧的车钩。到车体底架的牵引座装置上，然后通过侧梁传递到两侧的车钩。2）牵引梁 传递牵引力、制动力和承受冲击力的主要部件，如图734。由8mm厚的前端板、立板、侧立板、上盖板、筋板、

38、隔板和10mm厚的后端板、下盖板、加强筋、加强板、加强撑板、弯板等组焊成的空腹箱型结构。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构一、韶山型SS9电力机车（二）车体结构（二）车体结构北京交通大学海滨学院北京交通大学海滨学院3）枕梁 有4根枕梁，如图735，是承受机车垂向载荷的重要部件。一、四位枕梁图7-35a，二、三枕梁图7-35b，它们是由8mm厚的上、下盖板和立板以及6mm厚的弯板组焊的箱型结构。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构一、韶山型SS9电力机车（二）车体结构（二）车体结构北京交通大学海滨学院北京交通大学海滨学院4）变压器梁 位于底架中部，（图7-36）o 由两根变压器安装梁组焊而

39、成。用于安装卧式变压器。o 由10mm厚的下盖板、8mm厚的上盖板和立板以及6mm厚的弯板和筋板等组焊而成的箱型结构。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构一、韶山型SS9电力机车（二）车体结构（二）车体结构北京交通大学海滨学院北京交通大学海滨学院3. 侧构 o 侧构 主要由侧墙板和车顶侧梁及各纵、横梁组焊而成的。车体承载结构的重要组成部件。 o 侧构纵立柱由压型槽钢和钢板组焊成箱型封闭梁，各横梁由钢板压制成乙字形、角形或槽形等形状。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构一、韶山型SS9电力机车（二）车体结构（二）车体结构北京交通大学海滨学院4. 台架 o 由钢板压制成的乙字形、角形或槽形梁组

40、焊而成的骨架、面板、地板以及各种安装座、风道等焊接组成的。o 机车各室设备都安装在台架上。台架的骨架、面板和地板上开有通过电缆或电线的线孔以及通风和设备安装孔，并安装有敷装电缆或电线的线槽。o 台架骨架上表面开有各种设备的安装螺栓孔，并配焊有螺母和螺母座。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构一、韶山型SS9电力机车（二）车体结构（二）车体结构北京交通大学海滨学院5. 车体顶盖装置o 主要包括一位端顶盖、中央顶盖、二位顶盖及顶盖密封装置。为了减少车顶的风阻，并使车顶的整体效果更佳，在车顶四周安装有三角裙板。o 所有顶盖的端面形状和密封结构均相同。两边为边梁，截面形状为台阶形，其上台阶用来支撑、

41、定位和紧固顶盖，下台阶上焊有密封槽，用来安装密封垫。o 顶盖骨架 由2根端梁、2根边梁和一些纵、横梁等组焊而成。o 横梁 具有变截面形状，由钢板压制的槽形梁与盖板组焊而成第四节第四节 典型车体结构典型车体结构一、韶山型SS9电力机车（二）车体结构（二）车体结构北京交通大学海滨学院o 小纵向梁为压型槽钢或压型箱形梁；o 端梁 为压型槽钢；o 顶盖板 由钢板压制成型后拼焊组成，有中间向两侧小角度倾斜，边梁部分的盖板向两侧倾斜60。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构一、韶山型SS9电力机车（二）车体结构（二）车体结构北京交通大学海滨学院第四节第四节 典型车体结构典型车体结构o 车辆为A车、B车和

42、C车三种形式的车。三种车辆主要设备配置见表77。四、上海地铁车辆车体结构1. 车辆型式及列车编组车辆型式及列车编组A车B车C车司机室ATC设备蓄电池箱静止逆变器静止逆变器静止逆变器空调装置空调装置空调装置牵引斩波器牵引斩波器牵引电机牵引电机受电弓空气压缩机北京交通大学海滨学院o 车体承载结构由底架、侧墙、车顶、端墙组成整体承载的封闭筒形结构。图745。o 材料 采用质强比高、耐腐蚀性好的铝合金材料。o 车体主要承载件，地板梁、侧梁、侧墙板、车顶板等均制成断面较复杂承载能力强的大型中空挤压型材，充分发挥材料的承载能力，达到重量轻、强度高、寿命长的要求。o 图7-45所示。第四节第四节 典型车体结

43、构典型车体结构四、上海地铁车辆车体结构2. 车体结构车体结构北京交通大学海滨学院o 结构特点o 车体结构设计合理，o 能承受作用于底板面 的垂直载荷， 第四节第四节 典型车体结构典型车体结构四、上海地铁车辆车体结构2. 车体结构车体结构N109 . 85o 及作用在车钩方向 的水平载荷。 N108 . 95o 车顶可承受每隔0.75m、1000N的垂直均布载荷。 o 车体的疲劳寿命大于30年。o A 车车体的司机室端设有撞击能量吸收装置，当车端受到意外冲撞，沿着车钩的纵向力超过 时，能量吸收装置产生塑性变形，吸收和耗散冲击能量，从而起着保护客室乘客和车辆的作用。 N109 . 55北京交通大学

44、海滨学院o 车体结构选材，根据德国标准DIN1725，o 主要受力构件选用 AlMg0.7F26、 AlMgSi0.5F22、 AlMgSi1F28，o 侧墙板和车顶板选用耐腐蚀性好的AlMg3W19、AlMg3F24。o 车体表面喷丸处理，提高表面强度。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构四、上海地铁车辆车体结构2. 车体结构车体结构北京交通大学海滨学院北京交通大学海滨学院1）底架。车体底架设计成上拱形，在空载状态下车体中央位置最大上挠度为10mm，在满载时地板面保持水平，即挠度为零。o 有司机室的A车底架由侧梁、地板梁、枕梁、牵引梁和端梁组成。大部采用大型中空截面挤压铝型材拼焊而成。o

45、在A车司机室端底架的前端设有撞击能量吸收区，吸收和耗散传至地板面水平方向的冲击能量。o 在司机室端外侧地板面高度设有防爬装置，由低合金高强度钢制成的三筋式可折弯结型结构，o 可承受 垂直力和 的纵向力。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构四、上海地铁车辆车体结构2. 车体结构车体结构N1034. 35N106 . 55北京交通大学海滨学院o 底架为无中梁结构，在枕梁之间设地板梁和侧梁而无横梁，o 作用于地板的垂直载荷和由牵引梁传来的纵向力（牵引力或冲击力），均由地板梁和侧梁来承担。o 底架端梁左右各有8个圆孔，由于安装电缆和管路。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构四、上海地铁车辆车体结构

46、2. 车体结构车体结构北京交通大学海滨学院o 上海地铁车辆端梁和牵引梁结构如图上海地铁车辆端梁和牵引梁结构如图746746所示。所示。北京交通大学海滨学院第四节第四节 典型车体结构典型车体结构四、上海地铁车辆车体结构2. 车体结构车体结构北京交通大学海滨学院2）侧墙。 车体侧墙，左右各有5个车门和4个车窗，而侧窗的上部又与车顶部件组合在一起。o 侧墙不作为独立的整体部件，o 而是将一个车窗的窗框、窗下侧壁及其左右窗间壁或门间壁做成一个部件，o 其中4块带窗框的间壁及两端2块侧壁，全车共12块，直接与底架、车顶组装。o 各个侧壁部件均有纵向和横向的L形、U形会口形的型材予以加强。第四节第四节 典

47、型车体结构典型车体结构四、上海地铁车辆车体结构2. 车体结构车体结构北京交通大学海滨学院3）车顶结构。 如图748所示。o 车顶由复杂形状断面小圆弧部分挤压型材和中部大圆弧部分铝合金挤压车顶板组成。在车体端部车顶，由于需要安装空调，结构较复杂。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构四、上海地铁车辆车体结构2. 车体结构车体结构北京交通大学海滨学院o 4）端墙。 A车的通过台端墙结构图7-49。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构四、上海地铁车辆车体结构2. 车体结构车体结构北京交通大学海滨学院o 第六次大提速后客运干线的“和谐号”。o 该动车组形式为8辆编组，动力配置为4M+4T。o 分一、

48、二等车，车组定员610人，最高运营速度200km/h。o CHR2车体结构主要分 车头车体和中间车体。o 头车车体 由底架、侧墙、车顶、端墙、车体附件及司机室头部结构组成。o 中间车车体 由底架、侧墙、车顶、端墙及车体附件组成。o 两种车体结构总图如图750、751所示。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（一）车体结构及主要技术参数（一）车体结构及主要技术参数北京交通大学海滨学院北京交通大学海滨学院o 表7-8、表7-9分表给出了车体重量和主要技术参数。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（一）车体结构及主要技术参数（一）车体结

49、构及主要技术参数北京交通大学海滨学院o CRH2动车组铝合金车体材料主要有三种o 5000系（5083）o 6000系（6N01）o 7000系（7N01）o 5000系合金是Al-Mg;o 6000系合金是Al-Mg-Si合金；o 7000系合金是Al-Zn-Mg合金。o 车体用铝合金材料应具有强度高、焊接性好、挤压加工性能优、耐腐蚀性强等特性。见表7-10.第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（二）车体结构用铝合金材料及其机械性能（二）车体结构用铝合金材料及其机械性能北京交通大学海滨学院o 几种铝合金材料主要技术特征：几种铝合金材料主要技术特征：1）5083

50、是焊接结构用铝合金，是非热处理合金中强度最大的高耐腐蚀性合金，适合于焊接结构。但挤压加工性较差，难以得到薄壁及中空型材。2）6N01是中等强度的耐腐蚀性铝合金，挤压加工性、加压淬火性均比较好，能制造复杂形状的大型薄壁型材，耐腐蚀性、焊接性较好。3）7N01是焊接结构用铝合金，强度高，通过常温时效处理，焊接部分的强度接近母材强度，耐腐蚀性好。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（二）车体用铝合金材料及其机械性能（二）车体用铝合金材料及其机械性能北京交通大学海滨学院o 承载结构的轻量化是高速列车车体设计的重要目标。从乘坐舒适性的角度出发，车体结构轻量化需要控制在合理

51、的程度。o CRH2车体采用铝合金挤压中空型材组焊结构。车体结构如图753所示。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（三）车体结构特点（三）车体结构特点北京交通大学海滨学院o 中空型材相对于单层结构车体质量稍重，但使车体具有较高的弯曲刚度，有利提高车体整体振动模态频率，有益改善车辆的舒适性。o 双层结构可省去单层结构中的加强材，在一定程度降低成本。o 双层结构型材带有中空腔，o 典型双层结构侧墙顶部型材如图7-52所示，o 该车地板采用单层结构型材，o 车体整体结构如图7-53所示。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（三）车体结

52、构特点（三）车体结构特点北京交通大学海滨学院北京交通大学海滨学院o CRH2车体结构特点：1）车体断面，宽幅车体，如图754。2）车体结构采用双层结构。3）在部分铝型材的空腔内部贴有防振材料，以达到隔音减振的作用。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（三）车体结构特点（三）车体结构特点北京交通大学海滨学院o CRH2车体主要由司机室头部结构、底架、侧墙、车顶、端墙、车体附件（车下设备舱、前罩开闭装置和前头排障装置）等组成。1）司机室头部结构o 结构以骨架外壳结构为基础，如图755所示。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（四）车体

53、结构主要部件（四）车体结构主要部件北京交通大学海滨学院o 头部结构按车端面形状变化将纵骨架布置为环，与横向骨架叉接组焊，骨架外焊接铝制外板。o 整个头部结构焊接严格要求气密性。o CRH2头部外形设计时运用现代的流场分析CFD软件进行三维建模仿真，并进行模型的风洞试验和三维隧道驶入分析，从而使动车组具有良好的空气动力学性能，尤其降低了空气阻力和交会压力。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（四）车体结构主要部件（四）车体结构主要部件北京交通大学海滨学院2）底架结构o 分头车底架和中间车底架。o 头车车体底架如图756，中间车底架如图757所示。o 车体底架包括牵

54、引梁、枕梁、侧梁（边梁）、端梁和波纹地板等组成。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（四）车体结构主要部件（四）车体结构主要部件北京交通大学海滨学院北京交通大学海滨学院o 牵引梁 主要由铝合金挤压型材和铝合金板焊接而成，连接车体底架的端梁和枕梁，并为车钩缓冲装置设置相应的附加结构。 车钩缓冲装置传递的纵向载荷通过固定在牵引梁上的从板座作用到牵引梁上，在通过枕梁等结构传递到整个车体，实现整体承载。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（四）车体结构主要部件（四）车体结构主要部件北京交通大学海滨学院o 枕梁 由铝合金挤压型材和铝板焊接而

55、成，支撑车体载荷。枕梁外侧设置相应结构，保证与转向架悬挂系统的正常连结。在枕梁的中心部位，与牵引梁焊接连接。如图759所示。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（四）车体结构主要部件（四）车体结构主要部件北京交通大学海滨学院o 侧梁（边梁） 位于底架地板下左右两侧的纵向梁，是底架与侧墙连接成筒体的关键部件。o 端梁 由铝合金挤压型材和铝合金板焊接而成。o 横梁 采用铝合金挤压型材，位于底架地板下方，起到吊挂设备和均衡载荷的作用。o 底架型材地板 是通长的挤压铝型材通过自动焊焊接而成，为了增强地板的纵向强度在纵向设置了加强筋结构。如图760所示。 第四节第四节 典

56、型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（四）车体结构主要部件（四）车体结构主要部件北京交通大学海滨学院3）侧墙结构 o CRH2车体侧墙采用大型中空挤压型材，不设车内侧立柱，头车与中间车侧墙结构相同但纵向长度不同。o 型材之间的焊接为在车体长度方向上连续焊接的方式，o 侧墙与车顶的联接采用车内侧、车外侧连续焊接，o 侧墙与底架边梁之间的联接采用车内侧点焊固接，车外侧为连续气密焊接。o 侧墙结构分 侧门中间部分和门区部分。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（四）车体结构主要部件（四）车体结构主要部件北京交通大学海滨学院o 侧门中间部分主要由侧板和腰

57、板组成。o 窗口及其以下部分称为侧板，侧板为通长板，共有4块，o 其中窗口部分由窗上和窗下通长板通过铣口与窗间板拼焊而成，两端通到门区部分。o 腰板 由三块通长板组成，通到外端与端墙搭接，通长板均为中空型材结构。o 窗口部分 根据窗的安装结构关系焊接窗安装座。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（四）车体结构主要部件（四）车体结构主要部件北京交通大学海滨学院4）车顶结构o 属于车体上部结构，是受电弓、高压电缆等车顶设备的安全基础。CRH2车体车顶由大型中空挤压型材构成，结构断面如图761所示。o 车顶型材之间的焊接采用在车体长度方向连续焊接。o 车顶与侧墙的连接

58、采用车内侧、外侧连续焊接结构。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（四）车体结构主要部件（四）车体结构主要部件北京交通大学海滨学院5）端墙结构o 头车车体一端由端墙，中间车两端均带有端墙。o 端墙根据车辆卫生间和洗脸间的布置分，分体式和整体式。o 见图762所示。o 在端部设有卫生间和洗脸间的车辆，其端墙是分体式结构，o 端部未设有卫生间和洗脸间的车辆，端墙为铝板和铝型材骨架构成的整体式焊接结构。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构五、CRH2高速动车组车体结构（四）车体结构主要部件（四）车体结构主要部件北京交通大学海滨学院北京交通大学海滨学院o 上海磁浮示范

59、线TR08高速磁浮列车o 组成 一节端车E1、一节端车E2和若干中车M组成。o 两个车厢之间通过车钩和密封道相连。o 列车承载结构 由车厢体与夹层结构组成。o 夹层结构 位于车箱体和走行机构（悬浮架）之间，专门用来安放电气设备和控制电网和电磁铁控制单元的抽屉式设备连接箱、信号与电力电缆以及其它设备。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构六、高速磁浮列车车体结构（一）高速磁浮列车（一）高速磁浮列车车体结构概况车体结构概况北京交通大学海滨学院o 材料 车厢和设备夹层结构用材 铝合金，如挤压铝型钢和铝夹层复合板及框架件。o 端车车头部分的驾驶舱和车头裙板 玻璃钢复合板。第四节第四节 典型车体结构典型

60、车体结构六、高速磁浮列车车体结构（一）高速磁浮列车（一）高速磁浮列车车体结构概况车体结构概况北京交通大学海滨学院o 高速磁浮列车与轨道接触式交通列车区别o 轨道交通列车车体结构由两点支承，即由两个转向架支承车体的形式；o 磁浮列车每个车体悬挂吊在四个电磁铁悬浮架的16根摆杆上，形成多点支承。车体结构的受力和垂向变形状态比轮轨系统的列车车体有显著改善。o TR磁浮列车头车车体 采用模块化设计，头车承载结构由三个主模块组成，即车箱体、车头和设备夹层。o TR磁浮列车通过采用现代化的结构形式，使用新型的结构材料和适应各种变化的可靠的结构元件。第四节第四节 典型车体结构典型车体结构六、高速磁浮列车车体