城市轨道交通车辆-2.2 城市轨道交通车辆车体类型认知

知识点1车体材料概述知识点5不锈钢车体实例介绍知识点6车体模块化结构介绍目

录知识点3铝合金车体介绍不锈钢车体介绍知识点4知识点2车体的类型车体所使用的材料主要可分为碳素钢车体、铝合金车体和不锈钢车体等。车体材料的选择不但影响车体的强度和刚度，直接关系到车辆运行的安全性和乘坐的舒适性,而且关系到车辆的载客能力和能耗大小，也关系到车辆检修工作量和使用寿命，并影响车辆采购费和运营维修费的高低。车辆车体类型城市轨道交通车辆车体类型认知车体材料概述知识点1按照车体所使用的材料主要可分为碳素钢车体、铝合金车体和不锈钢车体。

主流的车体材料已由早期的普通钢(包含普通低碳钢和耐候钢)发展为现在的不锈钢和铝合金等材料,已经有向复合材料发展的趋势。各车体类型如图2-

6~图2-

8所示。车体材料概述图2-6不锈钢车体图

图2-7铝合金车体图图2-8北京13号线耐候钢车体02不锈钢车体车体的类型知识点2车体的类型不锈钢是一种含镍、铬的高合金钢,其强度是普通钢的1倍以上。板梁组合整体承载全焊结构,车体的梁柱板厚为0.8~3mm,车体外板厚为0.4~1.2mm,能有效减轻车体自重,达到车体轻量化的目的。铝合金车体必须采用大型中空型材料及其组合件。其优点:中空的(可以存放其他物品,如电线)模块化结构;利用仿生学(鸟类),质量减轻10%,从而减轻了车辆对轨道的负荷,在精简制造工艺的同时,提高了车体的强度和刚度;耐腐蚀性较好,寿命延长,维修简单且维修费用降低。碳素钢车体一般采用的是耐大气腐蚀钢,介于普碳钢和不锈钢之间的低合金钢系列，具有优质钢的强韧、塑延、成型、焊割、耐磨蚀、耐高温、抗疲劳等特性,铁路上货车使用得较多，自20世纪50年代起,采用不锈钢和铝合金车体取代了普通钢。图2-9所示为铁路22型碳素钢客车。全碳纤维复合材料是战略新兴材料,国内外都在积极探索将其应用于工业领域,但在轨道交通行业的研究中主要应用在非主承力的小部件试制上。我国已研发出具有全部自主知识产权的全碳纤维复合材料地铁车辆,该车辆具有轻量化、节能降耗、寿命长等特点,采用薄壁筒形整体承载结构,整车较同类地铁金属车体减重约为35%,能有效提高运载能力并降低能耗和使用成本,减少对地铁线路的磨损,可有效保证列车在30年服役期内不发生疲劳、腐蚀等问题,减少了维护量,因此能够降低全寿命周期成本。03铝合金车体铝合金车体介绍知识点3

铝合金车体是一种轻型整体承载结构,主体材料是铝合金型材,通常采用模块化结构或全焊接组装,是一种新型的车体结构。(2)强度好。纯铝的抗拉强度约为80MN/m2,是低碳钢的1/5。但经过热处理强化及合金化强化,其强度会大幅度增加。(3)耐蚀性能好。铝合金的特性之一是接触空气时表面会形成一层致密的氧化膜,这层膜能防止腐蚀,所以耐蚀性能好。(4)加工性能好。车辆用型材挤压性能好,二次机加工、弯曲加工也较容易。(5)易于再生。

根据铝合金车体结构及制造、运用情况,选择材料时应遵循以下原则:从轻量化方面考虑,要求强度、刚度高,而质量轻;从寿命方面考虑,要求耐蚀性、表面处理性、维护保养性好;从制造工艺方面考虑,要求焊接性、挤压加工性、成型加工性高。铝合金车体介绍材料特性(1)质轻且柔软

铝合金车体是一种轻型整体承载结构,主体材料是铝合金型材,通常采用模块化结构或全焊接组装,是一种新型的车体结构。(2)具有较小的密度及杨氏模量,所以,铝合金对冲击荷载有较高能量吸收能力,可降低振动,减少噪声。(3)可运用大型中空挤压型材进行气密性设计,提高车辆密封性能,提高乘坐舒适性。(4)采用大型中空挤压型材制造的板块式结构,可减少连接件的数量和降低质量。(5)减少维修费用,延长使用寿命。铝合金车体介绍优点(1)能大幅度降低车辆自重,在车辆长度相同的条件下,与碳素钢车体相比,铝合金车体的自重降低30%~35%,强度质量比约为碳素钢车体的2倍。铝合金车体架车

由于车体采用铝合金焊接结构,车体与碳素钢结构相比,更容易产生变形,因此在日常架车检修工作中应特别注意使用合适的顶车位置,以防止车体翘曲变形。为此制造商制定了顶车位置,并在外墙下沿标有顶车标记,其标记为“▲”。按不同的修程规定其架车点。车体架车点如图2-12所示。(1)整车架起(带转向架)顶车点号为3、4、5、6。(2)无转向架架车的顶车点号可为1、2、7、8或1、2、5、6或3、4、7、8或3、4、5、6。也可用三点架车,其顶点号为1、2、10或3、4、10或7、8、9或5、6、图2-12车体架车点铝合金车体结构

图2-13所示为上海地铁车辆铝合金车体断面。其形状类似鼓形,这种外形一方面可以使车辆在圆形隧道内获得最大截面面积(或称为充塞比),增大车内空间;另一方面有利于提高车辆在圆形隧道内的活塞效应,加强隧道的自然通风能力。它是由底板、侧墙、车顶、端墙等组成整体承载的薄壳型结构。图2-13上海地铁车辆铝合金车体断铝合金车体结构铝合金车体结构

1.车顶

车外顶板两侧小圆弧部分采用形状复杂的中空截面挤压铝型材,中部大圆弧部分为带有纵向加强杆件的挤压成型的车顶板,其长度与车顶等长,车顶组装时仅留下几条与车顶等长的纵向长焊缝。2.侧墙、端墙

车体的侧墙由于左右各有5扇车门和4个车窗,侧墙被分隔成6块带窗框、窗下间壁、左右窗间壁或门间壁的分部件,全车共12块,在组装时分别各自与底板、车顶拼接,各块分部件也为整体的挤压铝型材。客室内的侧墙、端墙都采用阻燃的密胺树脂胶合板。由于在组装焊接的侧墙、端墙的铝合金材料的内侧涂抹阻尼浆并敷贴保温材料,因此侧墙、端墙都具有隔热、保温的功能。3.地板

地板是车底板的重要组成,是列车载客的支持面板。直流传动车与交流传动车客室地板的结构是不同的。直流传动车的地板是先在底板上纵向布置4mm厚的橡胶条,再铺设16mm厚的多层夹板,用螺钉将多层夹板固定在底架上,然后在多层夹板上黏结2.5mm厚的灰色PVC材料地板。这是一种理想的具有耐磨、阻燃和防滑功能的地板面材料,但粘连塑料地板的胶粘剂在潮湿的环境中很容易丧失黏性,因此当多层夹板一旦受潮,塑料地板就很容易起泡,甚至脱落。于是,制造商在生产交流传动车时做了改进,将多层夹板改换成表面很平坦的铝合金轻型型材,然后在该型材表面直接粘贴PVC塑料地板,这就避免了塑料地板起泡和脱落的问题。04全碳纤维复合材料车体不锈钢车体介绍知识点4不锈钢车体由于具有耐腐蚀性较好、不用修补、使用寿命长等优点,因此,使用不锈钢材料作车体在保证强度、刚度的条件下,板厚可以大大减少,从而实现车体的轻量化。但设计、制造中还需要注意许多问题,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试验、结构优化设计、刚度的问题、防底问题等。图2-15所示为不锈钢车体的部分三维模型。不锈钢车体介绍图2-15不锈钢车体的部分三维模型04全碳纤维复合材料车体不锈钢车体实例介绍知识点5地铁B型车不锈钢结构不锈钢车体实例介绍总体规格车体呈鼓形，能够承受自重载重的垂直载荷、牵引制动纵向载荷和运行检修中产生的斜对称载荷，并能够承受一列6辆编组列车以3km/h—5km/h的速度进行车辆联挂时产生的冲击力。车体的纵向静载荷设定为800KN（81.3t），配置安装合理的缓冲吸能结构系统，进而提高车辆的安全性，确保事故时对司乘人员具有更高的保护能力。不锈钢车体实例介绍车体钢结构简介不锈钢车体实例介绍图2-16不锈钢车体断面1.车顶(1)

结构。车顶由波纹顶板、车顶弯梁、车顶边梁、

侧顶板、空调机组平台等几部分组成。

(2)材料选择。波纹顶板:由于车顶是无纵梁结构、波纹顶板要传递车体纵向力,因此选择强度较高的SUS301L-MT材料2.侧墙

侧墙主要由侧立柱、下横梁、侧墙墙板、侧墙下边梁等主要零部件组成。3.端墙

端墙采用板梁点焊结构。车体端墙的主要特点是端角柱向车体外端翻边,使之与车顶、侧墙的点焊更加便捷,提高了点焊的效率和质量。4.底架

采用碳钢端底架与不锈钢底架塞焊连接。主横梁与边梁利用过渡连接板实现点焊连接。底架边梁采用4mmSUS301L-HT材料,以提高底架的整体强度和刚度。04全碳纤维复合材料车体车体模块化结构介绍知识点6车体模块化结构介绍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

就车体结构形式而言,几十年来国内外都是采用全焊结构,即底架、侧墙、车顶和端墙均为焊接而成的部件,这四大部件组装成车体时也采用焊接工艺。近几年来,国外研制出了一种称为模块化的车体结构。

图2-20车体模块组成车体模块车体模块化结构介绍模块化车体结构与整体焊接结构车体相比,最显著的特点是将模块化的概念引入车体计、制造与生产管理的各个环节中。整体焊接结构车体是先制造车体结构的车顶、侧墙、底架、端墙、驾驶室等部件,然后进行整个车体总成焊接,车体总成后再进行内装、布管与布线。1—顶板吊梁;2—顶板横梁;3—空调风口;4—隔声、隔热材料;5—内部装饰;6—灯带;7—风口;8—顶板悬挂车顶模块从车体结构局部来分析,需要注意以下问题。(1)模块化结构的个别部件(如驾驶室框架)有的采用了特殊钢材制造,各部件之间又采用了钢制螺栓连接,所以车体自重要比全焊结构稍重。(2)由于车体是容纳旅客的场所,就车辆结构而言,其强度是保证旅客安全的关键特性,因此在设计过程中必须进行详细的强度、刚度计算,在此理论的指导下进行设计。试制完成后,必须进行相应的试验,证实确实满足要求才能投入批量生产。(3)为保证