华东交通大学车辆工程专业经典课件火车车体.ppt

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1、第5章 车体结构与车内装备5.1 概述车体是车辆结构的主体，是供旅客乘坐和司机驾驶的部分。车体的强度、刚度，关系到运行安全可靠性和舒适性；车体的防腐、耐腐能力、表面保护和装饰方法，关系到车辆的外观、寿命和检修制度；车体的重量关系到能耗、加减速度、载客能力乃至列车编组形式（拖动比），所有这些都直接影响到运营质量和经济效益。车体结构组成车体由底架、侧墙、端墙、车顶、车门、车窗等部分组成。车体的一般结构1缓冲梁(端梁)2枕梁3小横梁4大横梁5中梁6倒梁7门柱8侧立柱9上侧梁10角柱11车顶弯梁12顶端弯梁13端立柱14端斜撑车体要求车体的结构形式、性能和技术经济指标主要取决于车体材料。因此对车体构件

2、和内部装饰所使用的材料应当注意考虑诸多因素，其主要因素如下：应具有构件所要求的高强度和刚性；重量轻；耐老化、耐污染、耐磨、耐火、阻燃等特性；施工容易、易于维修且价格便宜；适合于环境的改进（隔热、隔音性能提高）；适合于提高舒适度（减振等）城市轨道车辆的车体与一般铁路客车车体有许多相同之处，但由于其特殊的用途，又具有其自身的特征：在车内的平面布置上有其特征，如座位少、车门数量多且开度大，内部服务乘客的设备较为简单等；重量的限制较为严格，要求轴重小，以降低线路的工程投资；为使车体轻量化，对于车体承载结构一般采用大型中空截面挤压铝型材，或高强度复合材料，或不锈钢。对车体其它辅助设施也尽量采用轻型化材料

3、对车体的防火性能要求高，在车体的结构及选材上均采用防火设计和阻燃处理；车辆的隔音和减噪有严格要求，以最大限度地降低噪音对乘客和沿线居民的影响；车辆外观造型和色彩具有美化和与城市景观相协调的要求。车体结构类型车体结构按使用的主要材料可以分为普通碳素钢车体、高耐候结构钢（耐候钢）车体不锈钢车体铝合金车体。车体材料的选择不但影响车体的强度和刚度，直接关系车辆运行的安全性和乘客的舒适性，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费用和使用寿命，并影响车辆采购费和运营维修费的高低。因此，选择地铁车辆车体材料时，不但要考虑车辆采购价格，还要考虑车辆长期运行时的运营和维修费用。按承载方式分，

4、可以分为底架承载侧墙承载：底架和侧墙共同承载整体承载：底架、侧墙、车顶都参与承载，这样能充分发挥所有承载零部件的承载作用，有效地减轻车体重量。按结构形式分板梁组合结构大型中空型材结构从板与梁、梁与梁之间的结合方式来分，有焊接铆接螺栓（钉）连结混合连接结构。我国和日本大多数采用焊接结构。焊接铆接或焊接、螺栓（钉）连接在欧洲应用较多。按车体组合方式分，可以分为一体化设计模块化设计。如广州地铁一号线车辆采用的是一体化设计，而二号线采用的则是模块化设计。5.2 高耐候结构钢车体低合金耐候钢板抗腐蚀性能高于普通低碳钢板23倍。上世纪80年代以后，低合金耐候钢得到了长足发展，在国内生产的铁道车辆上得到广泛

5、应用。长春客车厂在60年代中期的北京地铁一期工程的车辆上使用了09Mn2Cu低合金耐候钢制造车体。随着钢板、型材预处理工艺的不断完善，底漆、面漆、中间涂层性能的提高，以及车体梁板搭接缝密封措施的加强，耐候钢车体的寿命在地面铁道客车上实现了7.5年不因锈蚀而挖补。而在首都地铁耐候钢车体的运用中，其腐蚀程度更轻于铁路客车。北京13号线耐候钢车体介绍一种城市轨道车辆耐候钢车体结构底架底架为无中梁焊接结构。牵引梁由2根鱼腹形压形槽钢组成。枕梁分别由8mm厚的上盖板及10mm厚的下盖板组焊成箱形结构。端粱、侧梁均为高150mm的带斜度的不等边槽钢。为了提高地板抗腐蚀性能，波纹地板采用1.2mm厚的0Cr

6、18Ni9不锈钢板。两端平地板为2mm的耐候钢板。侧墙侧墙板厚2mm，每一侧设4组拉门门框。门框分外门框及内门框。内外门框分别由两根槽形粱扣合而成。侧墙上侧粱和一种侧墙横粱为压形角钢。其余的侧墙横粱、窗立柱、窗口上下横粱均为帽形粱。车顶车顶板厚2mm，空调机组座处平顶为2mm厚的不锈钢板。侧顶板为3 mm厚耐候钢板带角形车顶边粱的冷弯型材。车顶弯粱、空调机组座处的纵梁、横粱均为帽形梁。端墙非驾驶端端墙为平面结构。驾驶端为向上倾斜略显子弹头的曲面外形。端墙板厚2mm。非驾驶端端墙立柱为帽形梁，门口立柱为压型槽钢，角立柱为W形压型材。驾驶端端墙板分块成形，依靠58mm厚的曲线板粱构成曲面墙板内骨架

7、驾驶端端墙冲压成型。5.3 不锈钢车体20世纪50年代开始采用不锈钢和铝合金制造车体。用作车体结构部件的不锈钢必须具有足够的强度和稳定性，以便能够长期、安全、可靠地使用。因此，要求它具有高耐蚀性、高强度，以及良好的切割、弯曲、冲压等加工性能和焊接性能，且价格须低廉。由于国内目前还没有适合不锈钢轨道车辆生产的钢材，因此，用于制造车体的不锈钢材料主要采用日本的奥氏体不锈钢材料。不锈钢车体常用的材料牌号为SUS 301和SUS 304奥氏体不锈钢。SUS 304用于车厢内部的配件和不要求高强度的部件，对于车体框架和其它结构件，则采用较高强度的SUS 301不锈钢。SUS 301系不锈钢冷轧加工后能

8、提高抗拉强度，而且压制加工性好。其抗拉强度由低到高分为LT、DLT、ST、MT、HT等5个等级。目前不锈钢车体主要有5种类型。（见下表）其中第4种是最常见的车体结构模式。在这种车体结构中，底架的枕梁、牵引梁、缓冲梁，以及悬挂重物的横梁等部件采用低合金高强度钢。这是由于低合金高强度钢有优良的焊接性能和很好的抗疲劳极限。其余的部件均为高抗拉强度不锈钢。不锈钢车体典型断面及各部用材：由于不锈钢导热系数低，热膨胀率大，为了减少变形，不降低板材强度，应尽量采用点焊、避免使用电弧焊。由于不锈钢的纵向弹性模量只有钢的85，因而不锈钢车体要比同样结构的耐候钢车体刚度要低。因而在设计不锈钢车体时应注意提高其刚度

9、由于不锈钢车一般不涂漆，但为了提高其装饰性，往往在板材上制出花纹。为降低其制造成本，在不易腐蚀的部位，如牵引梁、枕梁、侧门立柱的下部等，可采用普通钢板代替。一、铝合金材料特性u 质轻且软：铝的密度为2.71g/cm2，约为钢密度的1/3，杨氏模量也约为钢的1/3。u 强度较好：纯铝的抗拉强度约为80MPa，是低碳钢的1/5。但铝经轧制等加工后会产生加工硬化现象，强度可以大大增强。另外。如在铝中加入合金元素，例如锰、硅，铜、镁、锌等，又可大幅度提高强度。如7N01铝合金的抗拉强度为370 MPa，和低碳钢相同。u 耐蚀性能好：铝合金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

10、蚀性能好。u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。利用铝材良好的塑性，制作空心型材，不仅刚度可以与钢制车一样，且重量可以大为减轻。5.4 铝合金车体车辆常用铝合金材料的特性及用途二、铝合金材料车体的特点l 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大约3035，强度质量比约为碳素钢车体的2倍。l 具有较小的密度及杨氏模量，所以铝合金对冲击载荷有较高能量吸收能力，可降低振动，减少噪声。l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质量。l运用大型中空挤压型材可进行减振、隔热、防火设计。三、铝合金车体结构形式5.5

11、车体的模块化结构一、模块化结构的概念车体模块组成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枕梁模块模块化车体组成1车顶模块2螺栓3侧墙模块4底架模块车顶模块1顶板吊架2顶板槽梁3空调风道4隔音、隔热材料5内部装饰6灯带7出风口8顶板悬挂二、模块化结构的优点1)由于每个模块的制造可以独立进行，并解决了模块之间的接口问题，因此，各模块和部件可以由不同的工厂同时生产。2)可以改善劳动条件、降低施工难度、提高劳动效率、保证整车质量。3)可以减少工装设备、简化施工程序、降低生产成本。4)在车辆检修中，可采用更换模块的方式进行，方便维修。三、车体模块化结构的装配依次将底架、侧墙、车顶、端部中间

12、体、司机室(带司机室的车辆)各个模块吊入专用的总装胎具并依次进行定位和固定，检查车体长度、宽度和车体对角线尺寸。确认各项尺寸符合要求后，再各个模块的结合面使用粘接密封剂，达到粘接和结合面密封的双重目的。最后使用机械紧固件穿过预制安装孔将各个模块连接起来。端部中间体、司机室模块与车体结构的联结采用标准的10.9级螺栓通过达到力矩要求并配备必要的防松措施来完成，螺栓直径一般选用16mm至20mm之间，其紧固值完全可以达到设计要求。底架、侧墙、车顶模块之间的联结采用高等级的10.9级Huck螺栓实现联结。螺栓直径一般选用8mm至12mm之间。这种紧固方法的性能可以与焊接方法相媲美，紧固后可以保持较高

13、的夹紧力不会因振动而产生松动。车下悬挂的关键设备(如牵引辅助逆变器、空压机模块等)与底架各吊装横梁的联结采用12mm至18mm之间Huck螺栓实现联结，即具有焊接联结的效果，又可方便地实现设备的拆装作业，充分体现了模块化制造的特点。5.6 车内装饰与设备城轨车辆内部装饰包括客室内部墙板、顶板、地板安装及司机室布置。城轨车辆车内设备主要有作为旅客乘降口的侧拉门、司机室侧门、客室隔门、端门、座椅、车窗、各种扶手及吊环、立柱等。为了便于相邻车之间旅客能相互流通，调节客室旅客疏密不均，增加事故情况下旅客逃生的通道，近来制造的城轨客车相邻两端趋向于大开口的贯通道。对车辆内部装饰及设备的要求应当是美观、适

14、用、隔音、隔振、防火、安全可靠。特别是客室拉门系统更是如此。1 车顶内部安装对耐候钢、不锈钢车体，须在车内加装二次骨架，以便安装内饰板；对铝合金车体则主要依靠T形槽固定二次骨架或直接安装内饰模块。在二次骨架与内装饰板之间安装PVC减振垫，顶板一般取材为吸塑板(ABS或PC合金板)、复合铝板、铝板、镀锌钢板和玻璃钢板等。2 侧墙内部安装侧墙内墙板采用整体玻璃钢结构或吸塑板、贴面胶合板及复合板材料等材质，坐垫下部为镀锌钢板，车体结构与内墙板之间粘有聚氯乙烯软垫。车体结构与内墙板之间采用螺钉或拉铆钉固定连接。门口两侧采用铝压条固定墙板及装饰。整个侧墙内部安装采用无明钉结构。3 地板内部安装地板指敷设

15、在波纹地板上面的以地板布为基础的复合地板。包括聚氨酯陶砂层、水泥层和地板布三部分。地板布为PVC地板布。4 司机室布置司机室与客室用间壁隔开，设有间壁门使司机室和客室相通。在司机室两侧侧墙上设有司机室侧门，司机室前端装有电热前窗玻璃。在司机室前部装有司机台、副司机台，后部两侧装有左、右侧屏，前部的上方装有终点站显示器、遮阳帘，后部装有控制屏柜、综合柜，在司机室顶部装有司机室通风机，司机室照明灯。另外，司机室内还设有司机座椅、电加热器、刮雨器等各种设备。5.车门对城市轨道客车而言，司机室侧门一般采用折页门或手动塞拉门。客室端门采用折页门或拉门，侧门采用双开外露塞拉门或双开内藏式拉门，开度为130

16、0 mm左右。车门门体均为铝合金蜂窝结构。塞拉门具有良好的隔声、隔热性能，关闭后其外表面与车辆侧墙平齐。双开内藏式拉门结构简单，安装方便。无论是塞拉门还是双开内藏式拉门，按其驱动机构来分，有电控气动式和电控电动式。1）塞拉门塞拉门区分为内塞拉门和外塞拉门。城轨客车一般采用外塞拉门，即车门由外塞入车门口处，使之关门密封。该门开启时离开车体侧面一定距离后，沿车体外侧滑动。塞拉门由门体、门框、驱动机构、承重机构、传动装置、导向装置、门锁、闭锁装置、车内和车外操作装置、密封设施、防压装置、活动脚蹬、气动元件及电控系统等组成门体为铝合金夹层结构。驱动装置为气缸机构，一般开门时间单程3-6s，门的运动速度

17、由气缸两端的节流阀调整。门的导向由上、下导轨实现。闭锁装置产生的机械锁锁力能保证在电器、压缩空气发生故障时车门不会自动开启。防挤压装置是防止列车关门时挤夹乘客而设置的，其防挤压动作压力不大于150N。防挤压功能在关门全行程的98范围内具有拉门遇障碍物时可自动返回功能，10s再自动关闭。车门内、外操纵装置用于车门的开关操作。塞拉门可实现列车集中控制和本车控制。紧急情况下，亦可手动。2)双开内藏式侧拉门系统双开内藏式侧拉门传动型式有下列几种：齿轮齿条传动结构：体积大，噪声大，但传动平稳。链轮链条传动结构：体积大，噪声小，但传动不平稳。绳轮传动结构：体积小，噪声小，比较好调整门的行程，但传动不平稳。

18、左右丝杠传动。对地铁电动客车而言，目前国内外均趋向于用无声链条传动。6.车窗城市轨道客车采用固定式和活动式两种车窗。固定窗一般为铝窗，用于前端窗和客窗。定窗结构简单，视线效果好，密封性能好。活动窗为组合式铝窗，活动窗的上半截可向内翻约30。7.座椅及扶手1）座椅 城市轨道客车的座椅一般为玻璃钢制品或不锈钢制品。或在钢材制成框架加上人造革制品，或者玻璃钢制品加上人造革、纺织制品的座垫。座椅有纵向布置和横向布置两种方案，横向布置的客室座椅为两人座椅(2+2排列)，两端为三人或四人座椅。2）扶手杆 扶手杆沿车体纵向布置，除门区外贯穿客室内部。扶手杆的安装方式有两种。一种是一端由管座与端墙、侧墙或间壁

19、周定，另一端由三通与立柱连接。第二种是两端均由三通与侧立柱连接。扶手杆的材质多为复合不锈钢钢管。3）立柱车内立柱包括中立柱和侧立柱，其材质一般为复合不锈钢钢管。中立柱沿纵向布置于车体中心线上。上、下端分别通过管座与车顶及底架固定。侧立柱固定方式同上。视频客室的组成.avi车门结构.avi车门系统机械部件组成.avi门页“V”形调整.avi5.7 广州地铁二号线车辆车体结构广州地铁二号线车辆，其车体结构设计上是整体承载的轻量化结构，采用大断面铝合金挤压型材、模块化设计制造而成。铝合金挤压型材是由两块铝板通过中间夹层连接，且中间没有基板，因此也被称作为“中空型材”。各模块化部件之间通过螺栓、垫圈、

20、螺母连接成一体构成车体合件。车体组成底架底架底架是车体中一个重要的部件。主要作用是承受车体上部载荷并传递给整个车体，承受因各种原因而引起的横向力和走行部传来的各种振动和冲击，牵引梁连挂组成列车，并在车辆间传递牵引力和制动力。车辆的大部分设备都是安装在车底架上，车底架是用大型铝合金蜂窝状挤压型材焊接而成由侧梁、端梁、牵引梁、枕梁和横梁组成。在A车前端还设有一撞击能量耗散区，在车辆受撞击时用以吸收传至地板水平方向和能量。侧墙侧墙也是由多个空腔结构按纵向分布组成，由中空截面的铝合金挤压型材铆接而成侧墙内安装有：安装在橡胶构架中的4块窗玻璃照明灯5对外挂式对开门乘务员锁开关此外，A车侧墙还装有单开的司

21、机室侧门车顶车顶由几个空腔部分按照纵向排列组成，包括拱形顶梁。每节车顶主要装有：8个静通风口2个空调设备及其换气连接、电力供应、排水装置A车车顶装有车辆无线电天线端墙车辆端部为简单铆接结构，过渡设备用框架固定。端墙主要用于以下连接：贯通通道空调单元A车1位端还用于连接：用于安装两个无构架的挡风玻璃位于挡风玻璃下方的两个头灯和两个尾灯两个能独立工作的空气控制刮雨器此外，防爬装置和扰流器也安装在A车1位端。扰流器安装在司机室下面，当列车脱轨时，便于拆卸。司机室仅A车设置了全宽的司机室。由于延长了A车以设置司机室，因此不会减少客室的可利用空间。司机室模块为框架结构，外部由玻璃钢罩板包裹。从运行方向来

22、看，司机操纵台在右边，设备柜在司机座椅后部墙上，电子柜则在左边。副司机位置在司机位置左边。司机室按照人机工程学原理来设计，司机在操纵时候对所操纵的仪器、指令灯以及显示器都能够看得一清二楚。在司机室前端墙中央设有紧急逃生装置。当一旦发生列车不能到达下一站的情况，它就可以给乘客提供下车的通道。紧急出口在两个司机台之间，用于列车的疏散，它由弹簧载荷组成，窗的折页在上部，且有一活动梯存储在盖后。客室每节车厢每一侧都有4张长凳。满座时候可以容纳48名乘客，设备柜和电子柜位于B、C车1位端（A车电子柜、设备柜在司机室内）。车体结构为整体承载铝合金模块化鼓形结构，由底架、侧墙、端墙及车顶多个单独模块构成。总

23、装前分别对其内部部件进行预组装，在每个模块上预装隔热、隔音材料、玻璃和内侧墙，最后机械紧固在一起组成一个轻量化的一体化车体。车门和车窗每辆车每侧装有五个外挂式对开门。两扇门页通过丝杆螺母传动实现同步开闭。设有机械门锁使两扇门页在全关闭位置时锁闭。司机室设有两个滑动式侧门分别位于左侧和右侧，司机从车外可通过侧门进入司机室。从车内和车外均可将车门锁住或开锁。车门上部装有滑动式窗。该窗镶有厚5mm，无涂层，不着色的单层玻璃，并有阳极氧化铝合金窗框。上部窗为外滑型、垂向降落式，在关闭位置可以牢固的闩住。每个司机室设有两块电热式前窗玻璃，采用强化安全玻璃制造。前窗可以通过控制旋钮（接通位或关断位）开关进

24、行加热。5.8 广州地铁一号线车辆空调一号线车辆的每节车配有两台独立的车顶一体式空调机组，用于客室、司机室的通风和空调。带司机室的A车还配有独立的司机室通风机。正常情况下，由空调机组提供给每节车的总风量为8500m3/h，在列车交流供电失效的情况下，提供客室和司机室紧急通风约45分钟，全部为新风。在自动模式下，每节车的控制板根据环境气候条件来决定机组的工作方式，并自动调节机组的制冷量，保证客室的温度不高于27，相对湿度不大于65%。空调机组的出风口与车内主风道通过软风道连接，空调机组处理后的空气经车内主风道由送风口送达客室，起到调节车内空气温度、湿度的目的。主要部件制冷压缩机制冷压缩机的作用是

25、将来自蒸发器的低温、低压气态制冷剂压缩成高温、高压的气体。冷凝器和冷凝风机冷凝器为主要的热交换设备，高压、过热的制冷剂蒸汽在冷凝器中放出热量后，凝结成饱和液体或过冷液体。蒸发器制冷剂在蒸发器内吸热汽化，制冷剂在蒸发器内由液态变成气态，制冷剂在蒸发器内为汽化吸热过程。在蒸发器中，来自膨胀阀出口处的制冷剂，通过分配器从管子的一端进入蒸发器，吸热汽化，并在到达另一端时让制冷剂全部汽化，从而吸收管外被冷却空气的热量，空气的热量被蒸发器内的制冷剂吸收后温度降低，达到冷却空气的目的。送风机送风机为两台离心式风扇，兼有吸风和送风的双重功能。一方面，通过新风格栅吸入新风，并使它与回风混合，另一方面将经过蒸发器

26、冷却、减湿后的空气通过风机输送到客室的送风管道中，并被送到客室内，达到调节客室温度、湿度的目的。热力膨胀阀膨胀机构位于冷凝器之后，它使从冷凝器来的高压制冷剂液体在流经膨胀机构后，压力被降低而进入蒸发器，它除了起节流作用外，还起调节进入蒸发器制冷剂流量的作用。通过膨胀机构的调节，使制冷剂离开蒸发器时有一定的过热度，避免制冷剂液体进入压缩机。蒸气压缩式制冷系统蒸气压缩式制冷系统1 1、压缩机、压缩机 2 2、冷凝器、冷凝器 3 3、膨胀阀、膨胀阀 4 4、蒸发器、蒸发器车顶一体式空调机组的组成一号线车辆的空调机组由空气处理室和压缩机/冷凝器室两部分构成，并被组合在一个不锈钢制的箱体内，通过四个安装座，与减震垫一起被固定在车顶上。包括连接软风道在内的尺寸为：长宽高为29501850455mm，每台机组的重量为889kg。空气处理单元主要包括的部件有：回风调节板、新风调节板、蒸发器、送风机、紧急逆变电源、制冷管路电磁阀、热力膨胀阀、空气挡板调节用电磁阀、温度传感器、新风气动风缸、回风气动风缸、新风百叶窗、新风过滤器（金属材料）、混合空气过滤器（无纺布材料）等。