城市軌道交通車輛構(gòu)造主講楊明明E-mail315753414@項目二車體任務一車體的結(jié)構(gòu)任務二鋁合金車體任務三不銹鋼車體重難點：1.車體的分類與結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)；6.不銹鋼車體的優(yōu)點；7.不銹鋼車體的結(jié)構(gòu)；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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)工藝不同可分為一體化結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)。一、車體的類型任務一車體的結(jié)構(gòu)1.車體特征（1）城軌車輛一般為電動車組。（2）車內(nèi)設置的座位數(shù)量少、車門數(shù)量多且開度大，服務于乘客的車內(nèi)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(nèi)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(xié)調(diào)。二、車體的基本特征與結(jié)構(gòu)任務一車體的結(jié)構(gòu)2.車體的結(jié)構(gòu)形式按照車體結(jié)構(gòu)承受載荷的方式不同，車體可分為底架承載結(jié)構(gòu)、側(cè)墻和底架共同承載結(jié)構(gòu)和整體承載結(jié)構(gòu)三類。任務一車體的結(jié)構(gòu)圖2-1整體承載結(jié)構(gòu)車體任務一車體的結(jié)構(gòu)模塊化車體結(jié)構(gòu)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)任務一車體的結(jié)構(gòu)圖2-2車體模塊組成1-底架模塊；2-側(cè)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(jié)構(gòu)圖2-3車頂模塊l-頂板吊架；2-頂板槽梁；3-空調(diào)風道；4-隔音、隔熱材料；5-內(nèi)部裝飾；6-燈帶；7-出風；8-頂板懸掛任務務一一車車體體的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)圖2-4模塊塊化化車車體體組組成成1-車頂頂模模塊塊；；2-螺栓栓；；3-側(cè)墻墻模模塊塊；；4-底架架模模塊塊模塊塊化化結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的優(yōu)優(yōu)點點①容容易易保保證證整整車車質(zhì)質(zhì)量量；；②有有利利于于國國產(chǎn)產(chǎn)化化的的實實施施；；③可可以以改改善善勞勞動動條條件件，，降降低低施施工工難難度度，，可可以以減減少少工工裝裝設設備備，，簡簡化化施施工工程程序序，，提提高高勞勞動動效效率率，，降降低低生生產(chǎn)產(chǎn)成成本本；；④維修方方便。任務一車車體的的結(jié)構(gòu)模塊化結(jié)結(jié)構(gòu)的優(yōu)優(yōu)點①容易保保證整車車質(zhì)量；；②有利于于國產(chǎn)化化的實施施；③可以改改善勞動動條件，，降低施施工難度度，可以以減少工工裝設備備，簡化化施工程程序，提提高勞動動效率，，降低生生產(chǎn)成本本；④維修方方便。任務一車車體的的結(jié)構(gòu)模塊化結(jié)結(jié)構(gòu)的缺缺點①模塊化化結(jié)構(gòu)的的個別部部件(如司機室室框架)采用了部部分鋼材材制造，，各部件件之間又又采用了了鋼制螺螺栓連接接，所以以車體自自重要比比全焊結(jié)結(jié)構(gòu)稍重重；②為保證證隔熱、、隔聲性性能，組組裝后，，內(nèi)部需需噴涂隔隔聲阻尼尼漿和安安裝玻璃璃棉或其其他隔熱熱、隔聲聲材料；；③車體結(jié)結(jié)構(gòu)在使使用中僅僅對表面面涂裝進進行必要要的維修修，在正正常工況況下可以以滿足使使用壽命命30年的要求求。任務一車車體的的結(jié)構(gòu)圖2-5車體的一一般結(jié)構(gòu)構(gòu)形式1—緩沖梁梁(端梁)；2—枕梁；；3—小橫梁梁；4—大橫梁梁；5—中梁；；6—倒梁；；7—門柱；；8—側(cè)立柱柱；9—上側(cè)梁梁；10—角柱；；11—車頂彎彎梁；12—頂端彎彎梁；13—端立柱柱；14—端斜撐撐任務一車車體的的結(jié)構(gòu)圖2-6車體結(jié)構(gòu)構(gòu)三維圖圖任務一車車體的的結(jié)構(gòu)（1）底架底架是車車體中一一個重要要的部件件。主要要作用是是承受車車體上部部載荷并并傳遞給給整個車車體；承承受因各各種原因因而引起起的橫向向力和走走行部傳傳來的各各種振動動和沖擊擊；底架中部部斷面較較大并沿沿其縱向向中心線線貫通全全車的梁梁稱為中中梁，它它是底架架的骨干干。底架架兩側(cè)邊邊沿的縱縱向梁稱稱為側(cè)梁梁，側(cè)墻墻固定其其上。底底架兩端端部的橫橫向梁稱稱緩沖梁梁(或稱為端端梁)，端墻固固定其上上。在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向架的的支承處處設有枕枕梁，為為橫向梁梁中斷面面最大的的梁。在在兩枕梁梁之間設設有兩根根以上的的大橫梁梁。為了了吊掛設設備，鋪鋪設地板板，底架架上還設設有若干干小橫梁梁和縱向向輔助梁梁，同時時達到了了增強底底架強度度和剛度度的目的的，其中中，中梁梁和枕梁梁承擔載載荷最大大，因而而最為重重要。任務一車車體的的結(jié)構(gòu)（2）側(cè)墻和和端墻側(cè)墻與底底架、車車頂連接接在一起起，共同同承受和和傳遞來來自車體體的載荷荷。側(cè)墻墻由桿件件、墻板板和門窗窗組成。。端墻安裝裝在客室室的兩端端頭，起起作用是是連接客客室車體體和貫通通道的聯(lián)聯(lián)結(jié)體。。端墻結(jié)結(jié)構(gòu)與側(cè)側(cè)墻基本本相同，，除端梁梁外，還還設有角角柱、端端立柱、、上端梁梁和墻板板等。（3）車頂車頂結(jié)構(gòu)構(gòu)包括車車頂彎梁梁、車頂頂橫梁、、車頂端端彎梁及及車頂板板等。任務一車車體的的結(jié)構(gòu)任務一車車體的的結(jié)構(gòu)三、基本本參數(shù)分別以A型車和B型車舉例例來說明明車體的的基本參參數(shù)，具具體參數(shù)數(shù)見表2-1、表2-2所示?；緟?shù)長度兩端車鉤連接中心線長度有駕駛室24140mm無駕駛室22800mm車體最大寬度3000mm車頂中心線距軌面高度3800mm客室地板面距軌面高度1130mm(1500mm)車門高1800mm(1860mm)車門寬1300mm(1400mm)兩轉(zhuǎn)向架中心距(定距)15700mm表2-1上海地鐵鐵1、2號線車輛輛車體規(guī)規(guī)格基本參數(shù)長度兩端車鉤連接中心線長度有駕駛室(DK38)19000mm無駕駛室(DK39)19500mm車體最大寬度2800mm車輛高度(軌面到車頂高度、新輪、不含受電弓)3800mm轉(zhuǎn)向架中心距12600mm可承受縱向壓縮荷載為800kN最大縱向拉伸荷載為650kN車門高2012mm車門寬1550mm表2-2天津濱海海輕軌車車輛車體體規(guī)格任務一車車體的的結(jié)構(gòu)任務二鋁鋁合金金車體1.質(zhì)輕，更更容易實實現(xiàn)車體體的輕量量化。2.強度好。。純鋁的的抗拉強強度約為為80MN/m2，是低碳碳鋼的1/5。3.耐蝕性能能好。鋁鋁合金的的特性之之一是接接觸空氣氣時表面面會形成成一層致致密的氧氧化膜，，這層膜膜能防止止腐蝕，，所以耐耐蝕性能能好。4.加工性能能好。車車輛用型型材擠壓壓性能好好，二次次機加工工、彎曲曲加工也也較容易易。5.易于再生生。鋁的的熔點低低(660°C)，再生簡簡單。在在廢棄處處理時也也無公害害，有利利于環(huán)保保，符合合可持續(xù)續(xù)發(fā)展戰(zhàn)戰(zhàn)略。目前，鋁鋁合金車車體主要要使用5000系列、6000系列、7000系列的鋁鋁合金。。3個系列鋁鋁合金材材料的特特性及用用途見表表。一、鋁合合金的材材料特性性鋁合金種類主要成分特性軌道車輛的主要用途5000系列AlMg(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(jié)構(gòu)側(cè)板、骨架和頂板使用。6000系列AlMg(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種擠壓型材。7000系列AlZn(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。Al-Zn-Mg合金的焊接接頭效率高，代表合金有7005A、7005、7178、7N01、7003等應用在承載載荷很大的牽枕緩部件。表2-3城市軌道道交通車車輛常用用鋁合金金材料的的特性與與用途任務二二鋁鋁合金金車體體鋁合金金車體體具有有如下下優(yōu)點點：1．能大大幅度度降低低車輛輛自重重，在在車輛輛長度度相同同的條條件下下，與與碳素素鋼車車體相相比，，鋁合合金車車體的的自重重降低低大約約30%～35%，強度度重量量比約約為碳碳素鋼鋼車體體的2倍。碳碳素鋼鋼車體體、不不銹鋼鋼車體體、鋁鋁合金金車體體的重重量之之比約約為10：8：6。2．具有有較小小的密密度及及楊氏氏模量量，所所以鋁鋁合金金對沖沖擊載載荷有有較高高能量量吸收收能力力，可可降低低振動動，減減少噪噪聲。。3．可運運用大大型中中空擠擠壓型型材進進行氣氣密性性設計計，提提高車車輛密密封性性能，，提高高乘坐坐舒適適性。。4．采用用大型型中空空擠壓壓型材材制造造的板板塊式式結(jié)構(gòu)構(gòu)，可可減少少連接接件的的數(shù)量量和重重量。。5．減少少維修修費用用，延延長使使用壽壽命。。二、鋁鋁合金金車體體的特特點任務二二鋁鋁合金金車體體按不同同的修修程規(guī)規(guī)定其其架車車點，，架車車點如如圖2-7所示。。1.整車架架起(帶轉(zhuǎn)向向架)頂車點點號為為：3、4、5、62.無轉(zhuǎn)向向架架架車的的頂車車點號號可為為：1、2、7、8或1、2、5、6或3、4、7、8或3、4、5、6，亦可可用三三點架架車，，其頂頂點號號為：：l、2、10或3、4、10或7、8、9或5、6、9。三、鋁鋁合金金車體體架車車作業(yè)業(yè)任務二二鋁鋁合金金車體體任務二二鋁鋁合金金車體體圖2-7上海地地鐵車車輛A型車架架車點點（尺尺寸單單位：：mm）圖2-8所示為為深圳圳地鐵鐵7號線車車輛鋁鋁合金金的鼓鼓形斷斷面，，鼓形形斷面面可以以使車車輛在在圓形形隧道道內(nèi)獲獲得最最大截截面積積(或稱之之為充充塞比比)，增大大車內(nèi)內(nèi)空間間，另另一方方面有有利于于提高高車輛輛在圓圓形隧隧道內(nèi)內(nèi)的活活塞效效應，，加強強隧道道的自自然通通風能能力。。車體體由底底架、、側(cè)墻墻、車車頂、、端墻墻和司司機室室等預預先裝裝配好好的模模塊組組成，，車體體總裝裝配時時，用用螺栓栓將這這些預預裝配配好的的模塊塊按順順序聯(lián)聯(lián)結(jié)在在一起起。四、鋁鋁合金金車體體結(jié)構(gòu)構(gòu)任務二二鋁鋁合金金車體體圖2-8車體斷斷面圖圖任務二二鋁鋁合金金車體體1.底架（1）組成成底架是是車體體的基基礎結(jié)結(jié)構(gòu)，，底架架結(jié)構(gòu)構(gòu)模塊塊采用用大斷斷面鋁鋁合金金擠壓壓型材材焊接接結(jié)構(gòu)構(gòu)，由由地板板、邊邊梁、、牽枕枕緩、、端梁梁等組組成。。（2）作用用①承受受車體體上部部載荷荷以及及因各各種原原因而而引起起的橫橫向力力和走走行部部傳遞遞來的的各種種振動動和沖沖擊，，并傳傳遞列列車的的牽引引力和和制動動力；；②底架架上的的主橫橫梁用用于走走行部部的連連接并并傳遞遞其載載荷；；③牽引引梁用用于安安裝車車輛的的車鉤鉤緩沖沖器，，用來來傳遞遞車輛輛間的的牽引引力和和制動動力。。任務二二鋁鋁合金金車體體（3）防撞撞設計計車體底底架的的前端端設有有能量量耗散散區(qū)，，其上上開有有數(shù)排排橢圓圓孔，，當車車輛受受到迎迎面意意外撞撞擊時時，它它能產(chǎn)產(chǎn)生較較大的的塑性性變形形，吸吸收縱縱向沖沖擊能能量，，起到到保護護司機機、乘乘客和和車體體的作作用。。2.側(cè)墻（1）組成成側(cè)墻鋁鋁合金金結(jié)構(gòu)構(gòu)采用用分塊塊結(jié)構(gòu)構(gòu)。（2）作用用側(cè)墻是是決定定車體體高度度的重重要部部件，，側(cè)墻墻與底底架、、車頂頂連接接在一一起，，共同同承受受和傳傳遞來來自車車體的的載荷荷。任務二二鋁鋁合金金車體體3.車頂車頂結(jié)結(jié)構(gòu)由由車頂頂側(cè)梁梁(左和右右)、車頂頂板(3塊)和空空調(diào)機機組安安裝槽槽(2塊)組成。。4.端墻端墻采用的的是鋁型材材焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)，端墻板板采用攪拌拌摩擦焊接接工藝和自自動焊工藝藝，鋁型材材材料為6005A-T6。5.Tc車前端前端墻是由由前端鋁結(jié)結(jié)構(gòu)、玻璃璃鋼外罩組組成的流線線型前端。。前端鋁結(jié)結(jié)構(gòu)門立柱柱和門上橫橫梁為彎鋁鋁型材焊接接結(jié)構(gòu)，其其它部分采采用鋁板焊焊接結(jié)構(gòu)。。任務二鋁鋁合金車體體任務三不不銹鋼車體體用于不銹鋼鋼車體的材材料應具有有強應力，，焊接性、、輥軋成形形性、沖壓壓性等加工工性能良好好。符合上上述條件的的不銹鋼通通常有兩種種：奧氏體體不銹鋼SUS301L、SUS304。兩種不銹鋼鋼的主要化化學成分和和機械性能能如表2-4所示。一、不銹鋼鋼材料的特特性不銹鋼材料C(max)Si(max)Mn(max)NiCrS(max)P(max)N(max)SUS301L0.031.002.006.00~8.0016.00~18.000.0300.0450.20SUS3040.081.002.006.00~10.5016.00~20.000.0300.045-表2-4不銹鋼材料料的主要化化學成分（（不包括鐵鐵）（單位位：%）任務三不不銹鋼車體體任務三不不銹鋼車體體奧氏體不銹銹鋼SUS301L在進行冷壓壓延加工時時，如將加加工量（也也稱壓延率率）的范圍圍控制在5%～20%，可以得到到不同等級級的材料，，SUS301L一般分為五五個強度等等級：1.SUS301L-LT2.SUS301L-DLT(1/4H)3.SUS301L-ST(1/2H)4.SUS301L-MT(3/4H)5.SUS301L-HT(H)任務三不不銹鋼車體體1．車頂車頂由波紋紋頂板、車車頂彎梁、、車頂邊梁梁、側(cè)頂板板、空調(diào)機機組平臺等等幾部分組組成，車頂頂骨架幾何何模型如圖圖2-9所示。二、不銹鋼鋼車體的結(jié)結(jié)構(gòu)圖2-9車頂骨架幾幾何模型任務三不不銹鋼車體體2．側(cè)墻側(cè)墻骨架幾幾何模型如如圖2-10所示。圖2-10側(cè)墻骨架幾幾何模型圖圖任務三不不銹鋼車體體3．端墻端墻分端頂頂板，板材材為SUS301L-DLT，門上立柱柱和補強梁梁材料均為為強度等級級最高的SUS301L-HT，門角處采采用SUS301L-DLT，端墻的板板、梁均采采用點焊結(jié)結(jié)構(gòu)，骨架架幾何模型型如圖2-11所示。圖2-11端墻骨架幾幾何模型任務三不不銹鋼車體體4．底架底架采用碳碳素鋼端底底架與不銹銹鋼底架塞塞焊連接，，主橫梁與與邊梁利用用過渡連接接板實現(xiàn)點點焊連接，，底架邊梁梁采用4mmSUS301L-HT材料，以提提高底架的的整體強度度和剛度，，底架鋼結(jié)結(jié)構(gòu)模型如如圖2-12所示。圖2-12底架鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)模型任務三不不銹鋼車體體目前，城市市軌道交通通車輛中車車體結(jié)構(gòu)使使用的材料料主要為不不銹鋼和鋁鋁合金，其其機械性能能、質(zhì)量、、價格、工工藝等方面面對比如表表2-5所示。三、鋁合金金車體與不不銹鋼車體體對比任務三不不銹鋼車體體表2-5鋁合金車體體與不銹鋼鋼車體對比比對比項目鋁合金不銹鋼材料與結(jié)構(gòu)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(zhì)量價格較不銹鋼車體便宜；車體重量4~5噸價格較高，主要原因是生產(chǎn)工藝極其復雜，費工費料；車體重量6~7噸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(jié)構(gòu)，盡量采用點焊；采用接