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1、一、车体的作用与分类、 基本特征与结构 二、铝合金车体 三、不锈钢车体 四、车体的模块化结构 五、车体试验及材料,学习领域三 城轨车辆车体结构,（一）车体的作用与分类 车体是容纳乘客和司机驾驶的部分，又是安装和连接其他设备及组件的基础。 按照车体所使用材料可分为碳素钢车体、铝合金车体和不锈钢车体三种，目前主要使用铝合金和不锈钢。 按照车体结构有无司机室可分为带司机室车体和无司机室车体两种。 按照车体尺寸分为A型车车体、B型车车体和C型车车体。 按照车体结构工艺不同可分为一体化结构和模块化结构。,一、车体的作用与分类、 基本特征与结构,（二）车体的基本特征与结构,1、车体的基本特征 （1）一般为
2、电动车组，有单节、双节、 三节式等，有头车 和中间车，以及动车与拖车之分，车体结构有其多样性。 （2）座位少、车门数量多开度大，内部服务设备较简单； （3）重量的限制较严格，轴重小，以降低线路工程投资； （4）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、高强度复合材料或不锈钢。 （5）对车体防火性能要求高，采用防火设计和阻燃处理； （6）对车辆隔音和减噪有严格要求，降低噪音对乘客和沿 线居民影响； （7）车辆外观造型和色彩具有美化和与城市景观相协调要 求。,2、车体的结构形式 按照车体结构承受载荷的方式不同，车体可分为底架承载结构、侧墙和底架共同承载结构和整体承载结构三类
3、。,钢制车体整体承载结构,（二）车体的基本特征与结构,3、车体的基本结构 车体是由若干纵向、横 向梁和立柱组成的钢骨架， 再安装内饰板、外蒙皮、地 板、顶板及隔热、隔音材料、 车窗、车门及采光设施等组 成。一般包括：底架、端墙、 侧墙、车顶、车窗、车门、 贯通道和车内设施等部分。,1缓冲梁（端梁）；2枕梁；3小横梁；4大横梁； 5中梁；6侧梁；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。,（二）车体的基本特征与结构,4、车体结构的基本参数(上海地铁一、二号线车辆) 两端车钩连接中心线长度： 有司机室： 24140mm 无司机室： 22800mm
4、 车体最大宽度： 3000mm 车顶中心线距轨面高度： 3800mm 客室地板面距轨面高度： 1130mm（1500mm） 车门高： 1800mm（1860mm） 车门宽： 1300mm（1400mm） 两转向架中心距（定距）： 15700mm,（二）车体的基本特征与结构,二、铝合金车体,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。 (一)铝合金材料特性 质轻且柔软。铝的密度为2.71g/cm2，约为钢密度(7.87g/cm2)的1/3，杨氏模量也约为钢的1/3。 强度好。纯铝的抗拉强度约为80MN/m2，是低碳钢的1/5。 耐
5、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。 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。 易于再生。铝的熔点低(660C)，再生简单。,1、能大幅度降低车辆自重，碳素钢车体、不锈 钢车体、铝合金车体的重量之比约为10:8:6。 2、具有较小的密度及杨氏模量，铝合金对冲击 载荷有较高能量吸收能力，可降低振动和噪声。 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重量。 5、减少维修费用，延长使用寿命。,(二)铝合金车体的特
6、点,(三)铝合金车体架车,整车架起（带转向架）的顶车点号为：3、4、5、6 无转向架架车的顶车点号为：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，其顶车点号可为：1、2、10或3、4、10或7、8、9或5、6、9,上海地铁车辆(A型)架车点,(四)铝合金车体结构,地铁车辆铝合金车体断面,地铁车辆铝合金车体外形,1、车顶 车外顶板两侧小圆弧部分采用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。 客室内顶板由三部分组成，中间为平板，平板两侧为多孔的通风口板。 2、侧墙、端墙 车体的侧墙左右各有五扇车门和四个车窗，被分隔成六块带窗框、窗
7、下间壁、左右窗间壁或门间壁的分部件，各分部件亦为整体的挤压铝型材。 客室内的侧墙、端墙都是阻燃的密胺树脂胶合板，具有隔热保暖的功能。 3、地板 直流传动车的地板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，然后在多层夹板上粘接2.5mm厚的灰色PVC材料地板。 交流传动车将多层夹板改换成表面很平坦的铝合金轻型型材，然后在铝型材表面直接粘贴PVC塑料地板，这就避免了塑料地板起泡的和脱落的弊病。,(四)铝合金车体结构,三、不锈钢车体,不锈钢车体的制造始于美国，但使这项技术得到发展 的是日本。日本从1950年开始，在车辆上采用不锈钢材料， 开始用量很少
8、，只用于有室内装饰作用的管道等处。1958 年，为使车体外表面不用涂漆，仅外墙板使用不锈钢材料， 称为蒙皮不锈钢车体，也叫半不锈钢车体。日本于1978年 开发出轻量化不锈钢车辆，使车体钢结构重量降为碳素钢 车体的1/2，在节能和降低维修费用方面得到了肯定。 我国于1987年开始在客车上使用不锈钢材料，主要用 于外墙板及易腐蚀的梁柱。1996年与韩国进行合作，开发 了点焊结构的不锈钢车体。2002年制造完成的北京城轨两 列轻量化不锈钢样车。天津滨海轻轨车辆是我国首次大批量 正式生产制造的轻量化结构不锈钢车辆。,（一）不锈钢车体的结构,不锈钢车体呈鼓形，整车除底架端部采用碳钢材料外，其余各部位均全
9、部采用高强度不锈钢材料。各零部件间用点焊连接，梁、柱间通过连接板相连接，各大部件间也是采用点焊连接。天津滨海轨道车辆的车体为不锈钢车体，下面介绍一下各大部件的结构特点。,车体四分之一三维几何模型,1、车顶 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。 车顶采用波纹顶板无纵向梁结构，顶板间搭接焊缝连接，与车顶弯梁点焊在一起，机组平台由纵梁、弯梁、顶板点焊组成部件，再与车顶通过点焊及塞焊组成一体。 2、侧墙 选用塞拉门、连续窗结构。为适应该要求，侧墙钢结构部分采取特殊的方法，一扇连续窗全长4070mm，在此范围内，钢结构必须便于车窗的安装、固定，不得有任何与车窗相干涉的结
10、构。同时工艺性要好，结构上必须可实现点焊。,（一）不锈钢车体的结构,3、端墙 板、梁点焊结构。 4、底架 采用碳素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4mm不锈钢材料，以提高底架的整体强度和刚度。,（一）不锈钢车体的结构,1、不锈钢材料的合理选择 根据城轨车辆的结构特点、制造工艺以及使用 境，同时考虑到制造成本，要求所使用的不锈钢材 料必须具有如下性能： （1）价格便宜，要求不锈钢通用性高、容易购 买。 （2）耐腐蚀性好。 （3）具有能满足车辆的足够的强度。 （4）加工性好，在对其进行剪切、弯曲、拉延、 焊接等加工时，不会产生缺陷。,（二）不锈
11、钢材料使用中应注意的问题,2、不锈钢材料的焊接 不锈钢导热系数是碳素钢的1/3，而热膨胀系数是碳素钢的1.5倍，热量输入后散热慢而变形大，不利于对构件尺寸及形状的控制，但由于不锈钢材料的电阻较大，所以对不锈钢材料的焊接一般都采用点焊。点焊的特点是对构件的热输入量小，易实现自动控制，焊接时不需要技能很高的操作者也可以保证焊接质量。 不锈钢车体在组合外板、梁、柱时为了减少热量的输入，采用点焊代替弧焊，梁、柱的结合部位采用连接板传递载荷。对于无法实现点焊的部位，可以采用塞焊来减小热影响区。,（二）不锈钢材料使用中应注意的问题,一体化结构: 就车体结构形式而言，几十年来国内外都是采用全组焊结构，即底架
12、、侧墙、车顶和端墙均为焊接而成，然后这四大部件组装时也采用焊接工艺，这种车体结构称整体焊接结构，也称为一体化结构。,四、车体的模块化结构,天津滨海轻轨车辆车体模型,模块化结构: 模块化车体结构与整体焊接结构车体相比，最显著的特点就在于将模块化的概念引入到车体设计、制造与生产管理的各个环节之中。 A. 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、司机室等部件，然后进行整个车体总成焊接，车体总成后再进行内装、布管布线。 B. 模块化车体设计是将整个车体分为若干个模块，在每个模块的制造过程中完成整车需要的内装、布管与布线的预组装并解决相互之间的接口问题。各模块完成后即可进行整车组装。每
13、一模块的结构部分本身采用焊接，而各模块之间的总成采用机械连接。,四、车体的模块化结构,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。,车体模块组成,车顶模块组成,1. 顶板吊梁；2. 顶板横梁；3. 空调风道；4. 隔声、隔热材料； 5. 内部装饰；6. 灯带；7. 出风口；8. 顶板悬挂。,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。,(一)模块化结构的优点,1、在每个模块的制造过程中均注意验证其质量。模块制成后均须进行试验，整车总装后试验比较简单，整车质量容易保证。 2、由于每个模块的制造可以独立进行，并解
14、决了模块之间的接口问题，因此，复杂的和技术难度大的模块和部件可以由国外引进，其余模块和部件在用户本地生产。另外，对总装生产线要求不高，这均有利于国产化的逐步实施。 3、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。 4、可以减少工装设备，简化施工程序，降低生产成本。 5、在车辆检修中，可采用更换模块方式进行，方便维修。,(二)模块化结构的缺点,从车体结构局部来分析，存在如下缺点：模块化结构的个别部件(如司机室框架)有的采用了部分钢材制造，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。,五、车体试验及材料,（一）试验的目的、载荷及要求 1、试验目的是鉴定车体及其主要
15、零部件的强度、刚度和 稳定性。 2、试验加载应最大限度地模拟试件实际运用时的受力状 态。 3、试验载荷应不小于基本作用载荷值，但鉴定标准仍按 基本作用载荷换算。 4、试验对象的制造质量应具有代表性。,车体结构的强度须满足极端条件下的动载荷、静载荷以及冲击载荷的要求；并在架车、起吊、救援、调车、连挂和多车编组回送作业时，车体结构应力不超过材料的许用应力，不得产生永久变形及损坏；当超过最大载荷时，不得发生车体压溃的现象；在使用寿命内，不得产生疲劳失效。 车体结构的刚度应在正常载荷和自然频率下，车体的变形不超过运行条件所决定的极限值，应能确保在各种载荷下车门运动不受阻。,（二）结构强度试验条件,1、
16、静强度设计及载荷要求 车体在承受各种最大垂直载荷的同时，沿车钩安装纵向水平方向施加 1200KN的静压载荷，拉伸载荷850KN，车体应力不超过设计许用应力。 2 、作用于车体的机械能量吸收要求 对于列车的纵向冲动，其能量应优先由车钩及缓冲器系统起能量吸收 作用。假设列车（AW0）与制动列车（AW0）相撞，当速度为8km/h时， 车钩及缓冲器系统可吸收产生的冲击能量，并且任何部件不能损坏；当速 度为15km/h时，车钩及缓冲器系统可吸收产生的冲击能量，除车体不能损 坏外，同时应满足以下要求： （1）不得导致转向架、车钩与车体连接件、贯通道、设备柜及其支承 等主要部件的损坏。 （2）列车仍应能通过自身的动力或是由另一机车牵引，顺利通过区间 和车辆段内条件最不利的轨道，以到达维修地点。,（二）结构强度试验条件,3、设计寿命
