城轨交通车辆车体与车门-不锈钢车体

任务三不锈钢车体一、不锈钢车体的发展1959年，日本东急车辆公司与美国巴德公司进行技术合作，进行了高抗拉强度不锈钢(SUS301L)的开发、试制和加工技术的研究。1962年，日本用点焊的方法制造出世界首列全不锈钢车体——东急电铁7000系，与钢制车相比质量轻2t，维修简单，大修时几乎不需要补修。1973年,受石油危机影响，日本设计制造了更节能和轻量化的不锈钢车体；采用有限元法对车辆车体结构进行强度分析。1975年，日本采用美国波音公司开发的三维解析程序有限元法进行设计，成立轻型不锈钢车辆开发设计组开发轻型不锈钢车体。1.日本不锈钢车体的发展一、不锈钢车体的发展1977年2月，日本完成了第一阶段的试制车车体结构；1977年11月，试制出达标的车体结构。1978年，日本制造东急电铁8400系，车体比普通碳钢车轻4t，比原有不锈钢车轻2t，是首批不锈钢节能车。1979年，日本生产东急电铁8090系，设备虽与8400系相同，但车体结构减轻2t。1980年，日本制造了定型生产的轻型不锈钢车辆，车体结构设计则采用新型骨架或接头，并将原有波纹外板改成由加长刚性肋(压筋)加工的平外板。1.日本不锈钢车体的发展二、不锈钢车体的结构图2-6所示为我国大连轨道交通车辆制造公司生产的典型不锈钢车体——大连金州线不锈钢车体模型，这种车主要由底架、侧墙、车顶、端墙等组成六面体整体承载结构，底架端部采用耐候结构钢材料，其余部分均采用SUS301L系列高强度不锈钢材料。梁、柱间通过连接板相连接，模块构件结合及整体组成主要采用电阻焊接（点焊），形成不锈钢骨架结构，钢结构整体不涂漆。如图

2-6底架为无中梁结构，主要由侧梁、牵引梁、枕梁、横梁及波纹地板组成，枕梁和牵引梁部位采用耐候钢材料。波纹地板选用标准的型材断面，材料为SUS304，底架两侧边梁为SUS301L（HT）级不锈钢型材，在底架前后部与枕梁和端梁采用塞焊焊接为一体。底架的端梁采用SUS301L（LT）级型材，底架横梁采用SUS301L（HT）级型材。(1)底架。二、不锈钢车体的结构侧墙的结构全部由不锈钢材料构成，由侧板、立柱、顶部横梁和门框等焊接成整体。侧墙结构设计时由门开口隔开，各部分采用模块化设计。窗上纵梁、窗下纵梁及侧墙下边梁材料均采用SUS301L（HT）级型材，厚度为1.5mm。窗上外板、窗中板、窗下外板材料采用SUS301L（DLT）级板材，板厚为1.5mm。侧墙的外板加强板采用SUS301L（HT）级型材，板厚为0.6mm。（2）侧墙。二、不锈钢车体的结构车顶棚骨架结构由两根上弦梁和纵向梁、横梁一起焊接组成，骨架上面铺设不锈钢波纹板。上弦梁采用SUS301L（HT）级型材，型材厚度为1.5mm；顶棚横梁及纵向梁采用SUS301L（ST）级型材；顶棚波纹板采用厚度为0.6mm的纵向波纹地板，材料选用SUS301L（MT）级型材。空调安装梁及受电弓安装梁采用模块化设计，结构强度能够支撑空调机组、管道、照明系统托架、顶板、立柱和其他设备。（3）车顶。二、不锈钢车体的结构非司机室的端墙由不锈钢蒙皮、横梁和贯通道加强梁组成。端墙立柱采用SUS301L（ST）级型材，型材厚度为2mm；端墙外板采用SUS304板材，板厚为1.5mm。（4）端墙。二、不锈钢车体的结构三、城轨轻型不锈钢车体的特征城轨轻型不锈钢车体的特征（1）外板。（2）骨架结构。（3）不锈钢材料的特性。1.化学成分及机械性能轻量化不锈钢车体主要采用车辆专用不锈钢,材质为SUS301L和SUS304，SUS301L中Ni和Cr的含量比SUS304中少,因而具有更加良好的冲压加工性能,且能通过冲压加工提高其抗拉强度。四、轻量化不锈钢车体材料的特点车体专用不锈钢材料化学成分的质量分数见表2-3如图

2-3车体专用不锈钢材料的机械性能见表2-4。如图

2-42.物理性能车辆用不锈钢材料具有较低的热传导率和较高的热膨胀系数。奥氏体不锈钢的热传导率仅为钢的1/3，因此焊接产生的热量不能很快地扩散，大量的热量聚集在焊缝区域，而不锈钢中的奥氏体组织在高温下具有不稳定性，在500～800℃时，钢材中Cr的碳化物会沿晶界析出，使得晶界附近因含Cr量的下降而出现晶界腐蚀，同时屈服强度和抗拉强度会急剧下降。四、轻量化不锈钢车体材料的特点2.物理性能另外，不锈钢材料的热膨胀系数约为钢的115倍，使得同样的热量条件下其变形比普通钢材变形要大很多。因此，不锈钢车体制造工艺中一般避免采用电弧满焊，多采用电阻点焊工艺。四、轻量化不锈钢车体材料的特点1.化学成分及机械性能轻量化不锈钢车体主要采用车辆专用不锈钢,材质为SUS301L和SUS304，SUS301L中Ni和Cr的含量比SUS304中少,因而具有更加良好的冲压加工性能,且能通过冲压加工提高其抗拉强度。四、轻量化不锈钢车体材料的特点车体专用不锈钢材料化学成分的质量分数见表2-3如图

2-3车体专用不锈钢材料的机械性能见表2-4。如图

2-42.物理性能车辆用不锈钢材料具有较低的热传导率和较高的热膨胀系数。奥氏体不锈钢的热传导率仅为钢的1/3，因此焊接产生的热量不能很快地扩散，大量的热量聚集在焊缝区域，而不锈钢中的奥氏体组织在高温下具有不稳定性，在500～800℃时，钢材中Cr的碳化物会沿晶界析出，使得晶界附近因含Cr量的下降而出现晶界腐蚀，同时屈服强度和抗拉强度会急剧下降。四、轻量化不锈钢车体材料的特点2.物理性能另外，不锈钢材料的热膨胀系数约为钢的115倍，使得同样的热量条件下其变形比普通钢材变形要大很多。因此，不锈钢车体制造工艺中一般避免采用电弧满焊，多采用电阻点焊工艺。四、轻量化不锈钢车体材料的特点1.化学成分及机械性能轻量化不锈钢车体主要采用车辆专用不锈钢,材质为SUS301L和SUS304，SUS301L中Ni和Cr的含量比SUS304中少,因而具有更加良好的冲压加工性能,且能通过冲压加工提高其抗拉强度。四、轻量化不锈钢车体材料的特点车体专用不锈钢材料化学成分的质量分数见表2-3如图

2-3车体专用不锈钢材料的机械性能见表2-4。如图

2-42.物理性能车辆用不锈钢材料具有较低的热传导率和较高的热膨胀系数。奥氏体不锈钢的热传导率仅为钢的1/3，因此焊接产生的热量不能很快地扩散，大量的热量聚集在焊缝区域，而不锈钢中的奥氏体组织在高温下具有不稳定性，在500～800℃时，钢材中Cr的碳化物会沿晶界析出，使得晶界附近因含Cr量的下降而出现晶界腐蚀，同时屈服强度和抗拉强度会急剧下降。四、轻量化不锈钢车体材料的特点2.物理性能另外，不锈钢材料的热膨胀系数约为钢的115倍，使得同样的热量条件下其变形比普通钢材变形要大很多。因此，不锈钢车体制造工艺中一般避免采用电弧满焊，多采用电阻点焊工艺。四、轻量化不锈钢车体材料的特点五、不锈钢车体在设计和制造中应注意的问题不锈钢车体具有耐腐蚀性较好、不用修补、使用寿命长等优点，因此，使用不锈钢材料做车体，在保证强度、刚度的条件下，板厚可以大大减小，从而实现车体的轻量化。但在设计、制造中尚需注意许多问题，如不锈钢选材、不锈钢制造技术、不锈钢结构焊接工艺的研究、不锈钢材料疲劳特性和寿命的实验、结构优化设计、刚度的问题、防腐蚀的问题等。1.不锈钢材料的合理选择2.不锈钢材料的焊接一、不锈钢车体的发展1992年，日本制造了新一代不锈钢车辆，其底架及车体仍以原有轻型不锈钢车体结构为基础,但其外墙板为自动点焊，并对外板补强后的形状与布置加以改进，避免了补强筋突出，改为平板外表面，车体结构骨架更易于作业，部件件数大大减少，提高了精度。近几十年来，日本的不锈钢车辆车体制造技术一直位于世界前列，日本国内的新干线高速列车、城轨交通车辆均广泛使用不锈钢车体，同时日本也联合其他国家合作制造对外出口的不锈钢车辆，我国曾进口日、韩合造的不锈钢车辆用于高速铁路。1.日本不锈钢车体的发展一、不锈钢车体的发展目前我国的城轨交通车辆制造厂都能生产出性能良好的不锈钢车体，下面以中车集团长春轨道交通车辆制造公司（以下简称中车长春公司）对不锈钢车体的研发为例进行介绍。1995年，中车长春公司开始进行铁道车辆和城轨交通车辆不锈钢车体的研制，在第一阶段，与韩进集团联合开发轻量化不锈钢车辆30辆，投入我国南方衡广铁路运营，经过六七年的实际运营考核，证明该不锈钢车辆比碳钢车辆具有质量轻、耐腐蚀等明显的优势。2.我国不锈钢车体的发展一、不锈钢车体的发展2000年，中车长春公司开始进行第二阶段的研制，对日本的SUS301L系列不锈钢和点焊结构车辆进行更透彻的消化、吸收，先后对日本、韩国的不锈钢车辆进行剖析,聘请日本专家进行全程指导、讲课。2002年年初,中车长春公司学习日本经验制造出了全新的点焊结构轻量化不锈钢车体。在此基础上，又生产出4辆北京城铁不锈钢车辆,从而使不锈钢车辆的研制进入一个全新阶段。2005年前后，中车长春公司设计、生产了天津滨海快速轨道交通工程车辆(轻量化点焊结构不锈钢车体)。该车也是鼓形车体整体点焊结构,除端底架采用碳钢外，其余主要承载部分都是采用SUS301L系列的HT、MT、DLT、LT钢材。2