城市軌道交通車輛構造 車體

1、城市軌道交通車輛構造主講主講 楊楊明明明明E-mail 項目二 車體任務一任務一 車體的結構車體的結構任務二任務二 鋁合金車體鋁合金車體任務三任務三 不銹鋼車體不銹鋼車體重難點：1.車體的分類與結構組成；2.車體的基本特征；3.鋁合金車體的優(yōu)點；4.鋁合金車體的架車作業(yè)；5.鋁合金車體的結構；6.不銹鋼車體的優(yōu)點；7.不銹鋼車體的結構；8.不銹鋼車體與鋁合金車體的優(yōu)缺點。項目二 車體1.按使用主要材料可分為普通碳素鋼車體、鋁合金車體和不銹鋼車體三種。2.按照車體結構有無駕駛室，可分為帶駕駛室車體和無駕駛室車體兩種。3.按照車體尺寸可分為A型車車體、B型車車體和C型車車體。4.按照車體結構工藝不

2、同可分為一體化結構和模塊化結構。一一、車體的類型、車體的類型任務一 車體的結構1.車體特征（1）城軌車輛一般為電動車組。（2）車內設置的座位數量少、車門數量多且開度大，服務于乘客的車內設備簡單。（3）重量、軸重小。（4）車輛輕量化。（5）防火設計。（6）對車輛的隔音和降噪有嚴格要求。（7）用于城市內交通，車輛外觀造型和色彩必須考慮城市文化、環(huán)境美化，與城市景觀相協調。二二、車體的基本特征與結構、車體的基本特征與結構任務一 車體的結構2.車體的結構形式按照車體結構承受載荷的方式不同，車體可分為底架承載結構、側墻和底架共同承載結構和整體承載結構三類。任務一 車體的結構圖2-1 整體承載結構車體任務

3、一 車體的結構模塊化車體結構 模塊化車體設計是將整個車體分為若干個模塊，如圖2-2所示，在每個模塊的制造過程中完成整車需要的內裝、布管與布線的預組裝(見圖2-3)并解決相互之間的接口問題。各模塊完成后即可進行整車組裝。每一模塊的結構部分本身采用焊接，而各模塊之間的總成采用機械連接，如圖2-4所示。任務一 車體的結構任務一 車體的結構圖2-2 車體模塊組成1-底架模塊；2-側墻模塊；3-端部模塊；4-車頂模塊；5-牽引梁模塊；6-枕梁模塊任務一 車體的結構圖2-3車頂模塊l-頂板吊架；2-頂板槽梁；3-空調風道；4-隔音、隔熱材料；5-內部裝飾；6-燈帶；7-出風；8-頂板懸掛任務一 車體的結構

4、圖2-4模塊化車體組成1-車頂模塊；2-螺栓；3-側墻模塊；4-底架模塊模塊化結構的優(yōu)點容易保證整車質量；有利于國產化的實施；可以改善勞動條件，降低施工難度，可以減少工裝設備，簡化施工程序，提高勞動效率，降低生產成本；維修方便。任務一 車體的結構模塊化結構的優(yōu)點容易保證整車質量；有利于國產化的實施；可以改善勞動條件，降低施工難度，可以減少工裝設備，簡化施工程序，提高勞動效率，降低生產成本；維修方便。任務一 車體的結構模塊化結構的缺點模塊化結構的個別部件(如司機室框架)采用了部分鋼材制造，各部件之間又采用了鋼制螺栓連接，所以車體自重要比全焊結構稍重；為保證隔熱、隔聲性能，組裝后，內部需噴涂隔聲阻

5、尼漿和安裝玻璃棉或其他隔熱、隔聲材料；車體結構在使用中僅對表面涂裝進行必要的維修，在正常工況下可以滿足使用壽命30年的要求。任務一 車體的結構圖2-5 車體的一般結構形式1緩沖梁(端梁)；2枕梁；3小橫梁；4大橫梁；5中梁；6倒梁；7門柱；8側立柱；9上側梁；10角柱；11車頂彎梁；12頂端彎梁；13端立柱；14端斜撐任務一 車體的結構 圖2-6 車體結構三維圖任務一 車體的結構（1）底架 底架是車體中一個重要的部件。主要作用是承受車體上部載荷并傳遞給整個車體；承受因各種原因而引起的橫向力和走行部傳來的各種振動和沖擊； 底架中部斷面較大并沿其縱向中心線貫通全車的梁稱為中梁，它是底架的骨干。底架

6、兩側邊沿的縱向梁稱為側梁，側墻固定其上。底架兩端部的橫向梁稱緩沖梁(或稱為端梁)，端墻固定其上。在轉向架的支承處設有枕梁，為橫向梁中斷面最大的梁。在兩枕梁之間設有兩根以上的大橫梁。為了吊掛設備，鋪設地板，底架上還設有若干小橫梁和縱向輔助梁，同時達到了增強底架強度和剛度的目的，其中，中梁和枕梁承擔載荷最大，因而最為重要。任務一 車體的結構（2）側墻和端墻 側墻與底架、車頂連接在一起，共同承受和傳遞來自車體的載荷。側墻由桿件、墻板和門窗組成。 端墻安裝在客室的兩端頭，起作用是連接客室車體和貫通道的聯結體。端墻結構與側墻基本相同，除端梁外，還設有角柱、端立柱、上端梁和墻板等。（3）車頂 車頂結構包括

7、車頂彎梁、車頂橫梁、車頂端彎梁及車頂板等。任務一 車體的結構任務一 車體的結構三、基本參數三、基本參數分別以A型車和B型車舉例來說明車體的基本參數，具體參數見表2-1、表2-2所示。 基本參數基本參數長度長度兩端車鉤連接中心兩端車鉤連接中心線長度線長度有駕駛室24140 mm無駕駛室22800 mm車體最大寬度車體最大寬度3000 mm車頂中心線距軌面高度車頂中心線距軌面高度3800 mm客室地板面距軌面高度客室地板面距軌面高度1130 mm(1500 mm)車門高車門高1800mm(1860 mm)車門寬車門寬1300mm(1400 mm)兩轉向架中心距兩轉向架中心距(定距定距)15700

8、mm表2-1 上海地鐵1、2號線車輛車體規(guī)格基本參數基本參數長度長度兩端車鉤連接中兩端車鉤連接中心線長度心線長度有駕駛室(DK38)19000 mm無駕駛室(DK39)19500 mm車體最大寬度車體最大寬度2800 mm車輛高度車輛高度(軌面到車頂高度、新輪、不含受軌面到車頂高度、新輪、不含受電弓電弓)3800 mm轉向架中心距轉向架中心距12600 mm可承受縱向壓縮荷載為可承受縱向壓縮荷載為800 kN最大縱向拉伸荷載為最大縱向拉伸荷載為650 kN車門高車門高2012 mm車門寬車門寬1550 mm表2-2 天津濱海輕軌車輛車體規(guī)格任務一 車體的結構任務二 鋁合金車體1.質輕，更容易實

9、現車體的輕量化。2.強度好。純鋁的抗拉強度約為80 MN/m2，是低碳鋼的1/5。3.耐蝕性能好。鋁合金的特性之一是接觸空氣時表面會形成一層致密的氧化膜，這層膜能防止腐蝕，所以耐蝕性能好。4.加工性能好。車輛用型材擠壓性能好，二次機加工、彎曲加工也較容易。5.易于再生。鋁的熔點低(660C)，再生簡單。在廢棄處理時也無公害，有利于環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。目前，鋁合金車體主要使用5000系列、6000系列、7000系列的鋁合金。3個系列鋁合金材料的特性及用途見表。一一、鋁合金的材料特性、鋁合金的材料特性鋁合金種類鋁合金種類主要成分主要成分特性特性軌道車輛的主要用途軌道車輛的主要用途5000系列

10、系列Al Mg(0.2% 5.6%)耐腐蝕性、焊接性、成型性很好，強度較高，代表合金有5052、5083和5N01等。常在軌道車輛的板梁式結常在軌道車輛的板梁式結構側板、骨架和頂板使用。構側板、骨架和頂板使用。6000系列系列Al Mg(0.45%1.5%)Si(0.2%1.2%)耐腐蝕性和強度好，擠壓加工性能較好，代表合金有6005A、6061、6063和6N01等。鋁合金車體廣泛使用的一鋁合金車體廣泛使用的一種擠壓型材。種擠壓型材。7000系列系列Al Zn(0.5%6.1%)Mg(0.1%2.9%)Cu(0.1%2.0%)焊接性和耐腐蝕性差，強度最高。焊接性和耐腐蝕性差，強度最高。Al-

11、Zn-Mg合金的焊接接頭效率高，合金的焊接接頭效率高，代表合金有代表合金有7005A、7005、7178、7N01、7003等等應用在承載載荷很大的牽應用在承載載荷很大的牽枕緩部件。枕緩部件。表2-3 城市軌道交通車輛常用鋁合金材料的特性與用途任務二 鋁合金車體鋁合金車體具有如下優(yōu)點：1能大幅度降低車輛自重，在車輛長度相同的條件下，與碳素鋼車體相比，鋁合金車體的自重降低大約30%35%，強度重量比約為碳素鋼車體的2倍。碳素鋼車體、不銹鋼車體、鋁合金車體的重量之比約為10：8：6。2具有較小的密度及楊氏模量，所以鋁合金對沖擊載荷有較高能量吸收能力，可降低振動，減少噪聲。3可運用大型中空擠壓型材進

12、行氣密性設計，提高車輛密封性能，提高乘坐舒適性。4采用大型中空擠壓型材制造的板塊式結構，可減少連接件的數量和重量。5減少維修費用，延長使用壽命。二二、鋁合金車體的特點、鋁合金車體的特點任務二 鋁合金車體按不同的修程規(guī)定其架車點，架車點如圖2-7所示。1.整車架起(帶轉向架)頂車點號為：3、4、5、62.無轉向架架車的頂車點號可為：1、2、7、8或1、2、5、6或3、4、7、8或3、4、5、6，亦可用三點架車，其頂點號為：l、2、10或3、4、10或7、8、9或5、6、9。三三、鋁合金車體架車作業(yè)、鋁合金車體架車作業(yè)任務二 鋁合金車體任務二 鋁合金車體圖2-7 上海地鐵車輛A型車架車點（尺寸單位

13、：mm） 圖2-8所示為深圳地鐵7號線車輛鋁合金的鼓形斷面，鼓形斷面可以使車輛在圓形隧道內獲得最大截面積(或稱之為充塞比)，增大車內空間，另一方面有利于提高車輛在圓形隧道內的活塞效應，加強隧道的自然通風能力。車體由底架、側墻、車頂、端墻和司機室等預先裝配好的模塊組成，車體總裝配時，用螺栓將這些預裝配好的模塊按順序聯結在一起。四四、鋁合金車體結構、鋁合金車體結構任務二 鋁合金車體圖2-8 車體斷面圖任務二 鋁合金車體1.底架（1）組成底架是車體的基礎結構，底架結構模塊采用大斷面鋁合金擠壓型材焊接結構，由地板、邊梁、牽枕緩、端梁等組成。（2）作用承受車體上部載荷以及因各種原因而引起的橫向力和走行部

14、傳遞來的各種振動和沖擊，并傳遞列車的牽引力和制動力；底架上的主橫梁用于走行部的連接并傳遞其載荷；牽引梁用于安裝車輛的車鉤緩沖器，用來傳遞車輛間的牽引力和制動力。任務二 鋁合金車體（3）防撞設計車體底架的前端設有能量耗散區(qū)，其上開有數排橢圓孔，當車輛受到迎面意外撞擊時，它能產生較大的塑性變形，吸收縱向沖擊能量，起到保護司機、乘客和車體的作用。2.側墻（1）組成側墻鋁合金結構采用分塊結構。（2）作用側墻是決定車體高度的重要部件，側墻與底架、車頂連接在一起，共同承受和傳遞來自車體的載荷。任務二 鋁合金車體3.車頂車頂結構由車頂側梁 (左和右)、車頂板 (3 塊) 和 空調機組安裝槽 (2 塊)組成。

15、4.端墻端墻采用的是鋁型材焊接結構，端墻板采用攪拌摩擦焊接工藝和自動焊工藝，鋁型材材料為6005A-T6。5.Tc車前端前端墻是由前端鋁結構、玻璃鋼外罩組成的流線型前端。前端鋁結構門立柱和門上橫梁為彎鋁型材焊接結構，其它部分采用鋁板焊接結構。任務二 鋁合金車體任務三 不銹鋼車體 用于不銹鋼車體的材料應具有強應力，焊接性、輥軋成形性、沖壓性等加工性能良好。符合上述條件的不銹鋼通常有兩種：奧氏體不銹鋼SUS301L、SUS304。 兩種不銹鋼的主要化學成分和機械性能如表2-4所示。一一、不銹鋼材料的特性、不銹鋼材料的特性不銹鋼不銹鋼材料材料C(max)Si(max)Mn(max)NiCrS(max

16、)P(max)N(max)SUS301L0.031.002.006.008.0016.0018.000.0300.0450.20SUS3040.081.002.006.0010.50 16.0020.000.0300.045-表2-4 不銹鋼材料的主要化學成分（不包括鐵）（單位：%）任務三 不銹鋼車體任務三 不銹鋼車體 奧氏體不銹鋼SUS301L在進行冷壓延加工時，如將加工量（也稱壓延率）的范圍控制在5%20%，可以得到不同等級的材料，SUS301L一般分為五個強度等級：1.SUS301L-LT2.SUS301L-DLT(1/4H)3.SUS301L-ST(1/2H)4.SUS301L-MT(

17、3/4H)5.SUS301L-HT(H)任務三 不銹鋼車體1車頂 車頂由波紋頂板、車頂彎梁、車頂邊梁、側頂板、空調機組平臺等幾部分組成，車頂骨架幾何模型如圖2-9所示。二二、不銹鋼車體的結構、不銹鋼車體的結構圖2-9 車頂骨架幾何模型 任務三 不銹鋼車體2側墻側墻骨架幾何模型如圖2-10所示。 圖2-10 側墻骨架幾何模型圖任務三 不銹鋼車體3端墻 端墻分端頂板，板材為SUS301L-DLT，門上立柱和補強梁材料均為強度等級最高的SUS301L-HT，門角處采用SUS301L-DLT，端墻的板、梁均采用點焊結構，骨架幾何模型如圖2-11所示。 圖2-11 端墻骨架幾何模型任務三 不銹鋼車體4底

18、架底架采用碳素鋼端底架與不銹鋼底架塞焊連接，主橫梁與邊梁利用過渡連接板實現點焊連接，底架邊梁采用4 mm SUS301L-HT材料，以提高底架的整體強度和剛度，底架鋼結構模型如圖2-12所示。圖2-12 底架鋼結構模型任務三 不銹鋼車體目前，城市軌道交通車輛中車體結構使用的材料主要為不銹鋼和鋁合金，其機械性能、質量、價格、工藝等方面對比如表2-5所示。三三、鋁合金車體與不銹鋼車體、鋁合金車體與不銹鋼車體對比對比任務三 不銹鋼車體表2-5 鋁合金車體與不銹鋼車體對比對比項目對比項目鋁合金鋁合金不銹鋼不銹鋼材料與結構材料與結構屈服強度、抗拉強度、延伸率及彈性模量為不銹鋼車體的1/3左右；需采用加大

19、板厚和盡量加大車體斷面來提高車體抗彎剛度不銹鋼車體比鋁合金車體的整體機械性能優(yōu)良價格與質量價格與質量價格較不銹鋼車體便宜；車體重量45噸價格較高，主要原因是生產工藝極其復雜，費工費料；車體重量67噸制造工藝制造工藝鋁合金車體目前普遍采用大型中空型材組焊式，中空鋁型材是制造廠一次軋制而成，車輛制造廠只需下料、拼裝、氬弧焊接，工藝簡單，省工省料不銹鋼車體采用板梁組合整體式承載全焊結構，盡量采用點焊；采用接觸焊代替弧焊是不銹鋼車一大特征和技術關鍵，因此造成需大量工裝、模具、夾具、樣板和中間檢查手段，生產工藝比較復雜，費工費料外觀質量外觀質量鋁合金車體耐腐蝕性能比不銹鋼要差，但中空鋁型材平整、挺拔，又可根據用戶要求選擇不同的裝飾和顏色，因此給人的感覺是莊重、