铁路客车车体钢结构设计技术

铁路客车车体钢结构设计技术

内容提要：本文叙述了铁路客车车体钢结构的特点及分类，重点介绍了25型客车碳钢车体

钢结构的组成部分、结构设计及主要技术要求，对铁路客车车体钢结构材料的选用及结构设计

将有积极的帮助.

1就述

车沐钢结构是铁路客车最基本的结构，为铁路客车走行部、制动装置、连接暖冲装置、车辆

内部设备以及内装提供了安装的空间和基础。新造25型客车车体钢结构为碳钢车体全钢焊接

结构，由底架、侧墙、车顶和端清等四部分焊接而成，俗称薄壁筒形车体结构。目前我国的新造

25型车有两种承载结构：一种是无中梁薄壁筒型整体承载结构，另一种是有中梁薄壁筒型整体

承载结构（如行李车和邮政车。随着车辆的用途和生产工艺条件的不同，各种25型客车的结

构不全相同，但其外形尺寸和结构形式则基本一致。

2车体结构的分类

车体结构按车体所用材料分为以下三种：

碳素结构钢车体——我国新造25型客车车体；

不锈钢车体一我公司正在研制的200km/h客车车体，CRH1“和谐号”动车组的车体；

铝合金车体——部分地铁车体、CRH2.CRH3.CRH5“和谐号”动车组的车体。

3车体钢结构组成

车体钢结构按部位可分为四个大部件：底架钢结构、侧墙钢结构、车顶钢结构、端墙钢结

构。车钩缓冲装置、风挡、脚蹬等安装在大部件上。现就YZ25GCF型硬座车（无中梁薄壁筒型

整体承载结构和XL25G型行李车（有中梁薄壁筒型整体承载结构来详细说明车体钢结构的构造

和特点。YZ25G硬座车车体钢结构如图1所示。

4底架钢结构

4O1底架结构组成

底架钢结构由端牵枕、枕内横梁、枕外横梁、枕后纵向梁、侧梁、枕外铁地板和枕内波纹

地板等组成，如图2所示。

端奉枕分为端梁、牵引梁和枕梁，如图3所示。

4o2底架结构设计

4o2.1端梁

端梁由6mm厚钢板压制而成，断面为“[”，YZ25G型硬体车端梁高400mm靠近侧梁处高

180mm,称为“转角”.在转角下翼面焊有3mm的围板，围板可以在端部遮挡脚蹬，起到美观的

作用。在端梁中部开有安装车钩用的缺口，宽度为345mm,俗称“钩门”.YZ25T型硬座车端梁

高度为458nlm,钩门的宽

度尺寸为790m叫端梁在钩门处与牵引梁相互组焊。

4.2.2牵引梁

自沈梁到端梁间的中梁称为牵引梁，YZ25G型硬座车牵引梁由两根30b型槽纲及牵引梁上

下盖板组焊而成。其上盖板厚4mm,宽464mm，下盖板厚8mm，宽490mm。为了符合在牵引梁腹板

间安装车钩和缓冲器的尺寸要求，两槽钢腹板间距为350nlm，并将牵引梁靠近端梁的一端加高到

400o在牵引梁两槽钢腹板内侧斜接有前后从板座、焊有磨耗板和防跳板。YZ25T型硬座车牵引

梁由两根8mm的钢板压制而成，其上盖板厚4mm,宽524im,下盖板厚6mm，宽560mm。为了符合

在牵引梁腹板间安装车钩和缓冲器的尺寸要求，两牵引梁腹板间距为440mm,靠近端梁一端为喇

叭状，间距为790mm,高度为458nlm。在牵引梁两腹板内侧钾接有车钩安装座。

4.2.3枕梁

YZ25G型硬座车枕梁由厚8nim、间距为350nlm的两重向腹板及厚10mm、宽600mm的下盖板，

厚6mm、宽600mm的上盖板组焊而成的闭口箱形断面“II”，枕梁近侧梁端为小瑞，近牵引梁端

为大端，它是一个近似的等强度鱼腹梁。在枕梁下盖板下面与牵引梁交叉处安装有心盘座，以提

高该处的承载作用，提高枕梁和牵引梁的连接强度和刚度。在枕梁两端的上旁承安装处焊有上

旁承加强板，枕梁端部还焊有供顶车用的顶车垫板。YZ25T型硬座车枕梁腹板厚8mm，间距为

424mm，下盖板厚12mm，宽600nlm，上盖板厚6mm、宽600mm。在枕梁两端焊有空气弹簧安装座，

枕梁端部也焊有供顶车用的顶车垫板。

4O2o4地板梁

枕内横梁位于两枕梁之间，横梁均布，间距在1m以内，也可根据车下设备的位置进行调

整。枕外横梁位于端梁和枕梁间，有2对，断面为“[”，高180mm、厚4mm（有集便器的为6mm,

翼面宽50mm;（有集便器的为60nlm。枕内外第一根横梁一般距枕中1700~2000mm,具体还要根据

转向架所占据的空间而定。这些横梁的两端分别与侧梁后牵引梁或是两端与侧梁焊接。这些横

梁的作用：一是把牵引梁结构与侧梁连接起来形成底架钢结构骨架，从而保证底架有足够的强度

和刚度，以承受作用于底架上的各种载荷；二是成为平地板和波纹地板的支撑，在纵向力作用下

防止波纹地板的失稳。

枕后纵向梁在枕内，靠近枕架每端四组，第一组为鱼腹形槽形断面，其余三组断面同枕内横

梁。枕后纵向梁主要起传递纵向力的作用。

4O2.5侧梁

底架两侧有通长的侧梁，其断面为18型槽钢。在横向，底架的枕梁及全部横梁的端部都与

侧梁焊接，金属地板也与侧梁的上翼面搭接；侧墙的立柱、侧墙板分别焊在侧梁的上翼面和腹

板外表面上，所以，侧梁是连结侧墙和底架的重要构件。其连接关系如图1所示。

底架的牵枕缓、侧梁和横梁共同形成底架钢骨架.

4.2O6金属地板

在灰架钢骨架的上面焊上金属地板。在端梁和枕梁上盖板间为平地板，板厚为2mm；两枕梁

间为纵

向波纹金属地板，波纹地板断面为（1o5mm0由底架钢结构骨架和金属地板共同组成底架

钢结构.由于两枕梁间无贯通的中梁，因而作用于底架上的纵向拉压力均由波纹地板和侧梁来承

担。由车体钢结构静强度试验表明，波纹地板能承受三分之一以上的总纵向拉伸或压缩力，这

种结构的底架称为无中梁底架。

4.3有中梁底架结构

另外一种有中梁底架，如行李车，下面以XL25G型行李车为例来说明有中梁底架的结构。图

4是XL25G底架钢结构,XL25G型行李车底架钢结构由端牵枕、中梁、枕内横梁布置、一位枕外

横梁布置、二位枕外横梁布置、主横梁、一位端铁地板、二位端铁地板、枕内铁地板、站铁组

成、底架线管布置、底架配件布置、侧梁组成、侧梁、朴强梁等组成。牵枕缓和侧梁结构与

YZ25G型硬座车类似，不同之处为枕内均布有四组鱼腹形的主横梁，厚度为6mm,断面为“”，

下翼面尺寸为120mm.

在大拉门处有两组补强梁，厚度为6nim,断面为“二高度尺寸为280mm，下翼面尺寸为

110mm。XL25G型行李车无枕后纵向梁，有两根30b型槽钢组焊成的中梁，间距为350mm。枕内

外横梁断面均为高度尺寸为110mm,下翼面尺寸为70mm,厚度为4或6mm。行李间地板为

4mm的花纹钢板，其余部分为2门tn的平地板。

底架钢结构主要构件断面尺寸见表1

表1底架钢结构主要构件断面尺寸

L

波纹地板L。对补强梁r

（行今年行中梁底里）

「T1___i1L-

1

主横皴

《行乍军右中架底架,（打字不有中梁底梁）1

1[

—•

中役

（打李《”中梁枝架）..一

「「

5侧墙钢结构

5o1侧墙结构组成

YZ25G（T型硬座车车体钢结构的侧墙主要由立柱、纵向梁、上侧梁、门柱、门上横梁、门

框组成（YZ25T型硬座车无、侧墙板等组成。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侧墙结构，如图5所示。

5o2侧墙结构设计

侧墙上侧梁断面为形，其尺寸为45x90x25x2。5(m叫长度为侧墙全长。侧墙水平纵向

梁共四根，窗上一根，窗下三根，其断面为“形，其尺寸为140x22x2。5(mmo这四根纵向梁起到

加强侧墙的垂直弯曲强度和刚度的作用，同时也减少了钢板自由表面的面积。在侧墙窗口间有

一条短的窗间小纵向梁其断面为形，其尺寸为140x22x2。5(mm,设置目的是增强窗间板的

强度与刚度。在窗口两侧各有一根垂向的窗边立柱，也称为侧立柱，其断面为“”，尺寸为

94x70x46x2o5(mm。在侧门处均有断面为形的门柱，其尺寸为25x60x100x60x25x4(mm,立

柱和门柱与所有纵梁、上侧梁、底架侧梁连结起来，组成侧墙钢骨架，并与侧墙板焊结形成侧

墙钢结构.如果侧门为折页门，在门柱处还有一整体的门框组成，断面为“”形.如果是塞拉门，就

无此门框组成.侧墙板为厚2。5mm的耐候钢板(09CuPCrN-B。侧墙板上开有大窗孔，尺寸为

宽x高,即1064x1014(mm,小窗孔宽x高为614x1014(mm。每侧侧墙端部有两个侧门孔.门窗

开孔处是侧墙的薄弱区域，通过周边的梁柱予以加强，选择合适的窗角板的圆角半径来降低其应

力集中，设计出合理结构。

5o3行李车侧墙结构

XL25G型行李车侧墙钢结构如图6,墙板和梁柱断面与YZ25G型硬座车类似，不同之处每侧侧

墙端部有一个侧门孔，中间各有两个大拉门门孔，大拉门处有用方钢管80x60x4制成的门框，行

李间还设有长圆形的了望窗，尺寸为960(宽x310(高(mmo

侧墙钢结构主要构件断面尺寸见表2

表2侧墙钢结构主要构件断面尺寸(侧墙板厚2。5nm

6车顶钢结构

6o1车顶结构组成

车顶钢结构由弯梁、纵向梁、顶板、一二位端顶、2顶钢结构、中部端顶、车顶边梁等组

成，如图7所示。车顶一、二位端(行李车仅一位端各有一个空调机组安装座平顶钢结构，作为

安装空调机组的基础，是安装单元式空调机组的支撑框架.

6o2车顶结构设计

端顶上边为8型槽钢制成的顶端横梁，其断面尺寸为80x43x5(mmo25G型行李车二位端元平

顶，其二位端顶上边为端顶弯梁，断面为“”形，其尺寸为30x55x62.5x45x2(mm.在平顶和圆顶

相交的部分为中部端顶，将两部分连接形成整体结构.圆顶的中间部分有很多断面为“

车体纵向均布，间距一般在700(mm左右，其尺寸为94x46x70x24x2(mm。车顶边梁沿车顶两

侧全长，断面为“”形，其尺寸为45x75x2。5(mm。车顶纵向还有五根纵向梁，其断面为

“1”形，尺寸为50x50x3(mm.车顶吊铁焊在车顶的弯梁或纵梁上，主要吊装设备及内装部件.

车顶板由侧顶板和中顶板两部分组成。侧顶板是冷轧型钢，将雨檐与小圆弧(R458板及纵向

梁合为一体制造成型，从而提高了侧顶板的平整度，并提高了小圆弧部分的抗弯刚度和强度，

还简化了制造工艺。中顶板为大圆弧板(R2300,车顶板厚度均为2mn平顶中顶板为不锈钢板，

主要因为此处容易积水，考虑耐腐蚀性能。中顶板沿车顶纵向倾斜12mm,侧顶向车两侧各倾斜

10mmo

车顶钢结构是由纵横弯梁件组成的空间梁系，其上焊有曲面金属顶板(端顶和平顶为平板

组成

的板梁结构，共同承受作用于其上的各种载荷，车顶结构具有足够的强度和刚度，并通过防

漏雨试脸。

车顶纲结构主要构件断面尺寸见表3

1

rr

7端墙钢结构

71端墙结构组成

客车车体钢结构的两外端，通常称为外端墙，它是车体钢结构最外端的部分.

YZ25G型硬座车端墙钢结构分为风挡框组成、门框组成、端角柱组成、梁柱组成、端墙板

组成、端墙配件。

72端墙结构设计

风挡框折棚柱断面为形，即24b型槽钢，它是保证端墙强度和刚度的重要构件。还有

两根断面为“形，尺寸为43x45。5x130x3(mm的端角柱和断面为形，尺寸为

25x60x100x60x25x4(mm的侧门柱；两根位于端门两侧断面为形，尺寸为50x54x50x28x3

(mm的端门框(端门为折页门时有，位于端门框和端角柱之间的形立柱94x70x46x2.5(mm和

“”形横梁140x22x2.5(mmo上述所有立柱的上端与车顶的顶端横梁相焊接，下端焊在动力连

接器座上面的“”形横梁94x70x46x2.5(mm上。动力连接器座两侧各有一角形小立柱，尺寸为

25x50x3(mmo上述梁柱构成端堵钢骨架.在骨架外表面焊有2.5mm厚的墙板，与钢骨架组成梁板

组焊结构。在外端墙板外侧还焊装一些如电力连接器座、连接器座、风挡缓冲杆座(仅橡胶风

挡有、扶手等配件。

端墙钢结构应具有足够的强度和刚度，特别是抗纵向冲击的强度。

YZ25T型硬座车端墙钢结构主要由两根断面为“"形，尺寸为130x208x6(mm折棚柱组成的

风挡框组成，无侧门柱，其余结构和YZ25G型硬座车类似.

端墙钢结构主要构件断面尺寸见表4。

25G/T型客车各部件接口关系见表5。

表525G/T型客车各部件接口关系

9车体钢结构材料(25G/T型客车

9o1技术规范规定

对于新造25G/T型客车，在铁道部招议标《技术规范》中规定：车体采用碳素结构钢，钢结

构中板材及型材厚度W6mm的采用键格系耐候钢，厚度W2。5mm的采用05cliPCrNi,厚度3〜

6mm的采用09CuPCrNi—B(Q295GNHL,型钢和厚度＞6mm的板材允许使用普通碳素钢.车顶空调

机组安装座处的平顶板、厕所和洗脸室的铁地板等易腐蚀部位采用不锈钢板.

9.2主要零部件材质

25G/T型客车钢结构主要零部件材质见表6O

表625G/T型客车钢结构主要零部件材质

顺号板厚（mm材质零部件名称

1tW2.505CuPCrNi铁地板、波纹地板、顶板、侧墙板、端墙板、

弯梁、侧墙和端墙的立柱、横梁、

侧墙上边梁等

22.5<t<609CuPCrNi-B

（Q295GNHL底架横梁和纵梁、端梁、枕梁上盖板、主顶上边梁和纵梁、门框、端角柱、25T

型车折棚柱等

3t>60235-A25G型车牵引梁、枕梁腹板、枕梁下盖瓶、折棚

柱;端项横梁、侧梁等

4t>6Q345—B25T型车牵引梁和枕梁腹板、枕梁下盖板等

5t=21Cr18Ni9Ti平顶中顶板、厕所和洗脸室的铁地板等

10车体钢结构的主要技术要求

10。1车体钢结构的强度和刚度应符合TB/T1335—1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规

范》。

10.2车体钢结构主要技术要求见表7。

表7车体钢结构主要技术要求

顺号项目公差与极限偏差备注

1车体长度±8mm

2车体内宽（分上、中、下三处测量±5mm

3车体横断面对角线之差10mm

4枕梁中心以内侧梁上挠值2〜12加

5一、二位侧在同一横断面位置测量其挠度值差W5mm

6枕梁中心以外牵引梁下垂W5nlm

10o3车体钢结构组成后，堵顶板的平面度要求：

侧墙板W1.5mm/m;端墙板W2.5mm/m;

侧顶板W2mm/m;中顶板W4mm/m;

金属平地板W6mm/m

并不得有明显的局部凸凹不平.

10o4车顶钢结构交验和车体落成时需进行漏雨试验，不得有渗漏现象。

11车体钢结构的发展

长期以来，我国铁路客车一直是碳钢车体，机车车辆工业跨越式发展，高速化和轻量化已成

为我们铁路客车的发展趋势。近年来，铝合金车体和不锈钢车体相继问世，如CRH2.CRH3.CRH5

“和谐号”动车组采用的是铝合金车体，CRH1型动车组采用的是不锈钢车体.对于铁道车辆而

言，主要要求是强度高，刚度好，车体轻量化和优良的抗腐蚀能力、减免维修以及低的寿命周

期成本。我们对三种车体进行了综合比较，其性能比较见表8。

表8碳钢、铝合金和不锈钢车体材料性能比较

序号碳钢车体铝合金车体不锈钢车体

1耐腐蚀性差耐腐蚀性良好耐腐蚀性良好

2轻量化难度大轻量化有一定效果轻量化效果高

3材料强度一般材料强度低材料强度高

4时热性高