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1、 城市轨道交通车辆构造 第二章车体 连苏宁主编 第二章车体 问题导入 城市轨道交通车辆中 车体是一个重要的组成部分 那么车体有哪些种类 车体的结构又是怎样 有什么特点 通过这一章的学习 我们就能解决这些问题 学习目标 1 掌握车体的作用与分类 2 熟悉车体的结构形式 3 掌握铝合金车体的结构和特点 4 掌握不锈钢车体的结构和特点 5 熟悉车体的模块化结构 6 掌握车门的组成和控制原理 教学建议 1 教学场地 在教室 互联网多媒体教室及城市轨道交通车辆车体实训室中进行 课后可实地参观 2 设备要求 至少具有能连接互联网的多媒体教室一个 车辆车体的仿真模型一套或能放视频投影的设备及课件 视频介绍一
2、套 3 课时要求 课堂讲授6课时 模拟操作2课时 一 车体的作用与分类二 车体的基本特征与结构1 车体的基本特征1 城市轨道交通车辆一般为电动车组 有单节 双节 三节式等 有头车 即带有驾驶室的车辆 和中间车 以及动车与拖车之分 其车体结构也就有其多样性 2 由于城市轨道交通车辆是服务于城市内的公共交通 乘客数量多 旅行时间短 上下车频繁 因此车内设置的座位数量少 车门数量多而且开度大 服务于乘客的车内设备简单 3 对车辆的质量限制较为严格 特别是高架轻轨 要求列车质量轻 轴重小 以降低线路设施的工程投资 第一节概述 4 为减轻列车自重 车辆必须轻量化 对于车体承载结构一般采用大型中空截面挤压
3、铝型材 高强度复合材料或不锈钢等 采用整体承载筒形车体结构 车辆的其他辅助设施也尽量采用轻型材料和轻量化结构 5 城市轨道交通车辆一般运营于城市人口稠密地区 并用于乘载旅客 所以对车辆的防火要求严格 特别是地铁车辆 6 对车辆的隔音和降噪有严格要求 以最大限度降低噪声对乘客和沿线居民的影响 第一节概述 7 城市轨道交通车辆主要用于城市内交通 所以车辆外观造型和色彩必须考虑城市文化 环境美化 与城市景观相协调 2 车体的结构形式 1 底架承载结构全部载荷由底架来承担的车体结构 称底架承载结构 也称自由承载结构 2 侧墙和底架共同承载结构由侧 端墙与底架共同承担载荷的车体结构 称侧墙和底架共同承载
4、结构 也称侧墙承载结构 第一节概述 3 整体承载结构在板梁式侧 端墙上固接由金属板 金属梁组焊接而成的车顶 使车体的底架 侧墙 端墙 车顶连接成一个整体 成为开口或闭口箱形结构 此时车体各部分结构均参与承受载荷 因而称这种结构为整体承载结构 如图2 1所示 第一节概述 图2 1钢制车体整体承载结构 第一节概述 图2 2车体的一般结构形式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 3 车体的基本结构 第一节概述 三 车体结构的基本参数1 上海地铁1 2号线车辆车体规格 表2 1上海地铁1
5、 2号线车辆车体规格 单位 mm 第一节概述 表2 2天津滨海轻轨车辆车体规格 2 天津滨海轻轨车辆车体规格 第一节概述 一 铝合金材料特性 1 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 2 强度好纯铝的抗拉强度约为80MN m2 是低碳钢的1 5 3 耐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 第二节铝合金车体 4 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 5 易于再生铝的熔点低 660 C 再生简单 表2 3车辆常用铝合金材料的特性及用途 第二节铝合
6、金车体 二 铝合金材料车体的特点1 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30 35 强度质量比约为碳素钢车体的2倍 2 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 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质量 第二节铝合金车体 5 减少维修费用 延长使用寿命 三 铝合金车体形式1 纯铝合金车体2 混合结构铝合金车体四 铝合金车体架车1 整车架起 带转向架 顶车点号为 3 4 5 6 2 无转向架架车的顶
7、车点号可为 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 其顶点号为 1 2 10或3 4 10或7 8 9或5 6 9 第二节铝合金车体 图2 3上海地铁车辆 A型 架车点 第二节铝合金车体 五 铝合金车体结构1 车顶2 侧墙 端墙3 地板 图2 4上海地铁车辆铝合金车体的断面 第二节铝合金车体 六 铝合金材料使用中应注意的问题1 铝合金材料的合理选择2 铝合金车体的组装 第二节铝合金车体 第三节不锈钢车体 一 不锈钢车体的结构 图2 5天津滨海轻轨车辆车体模型 1 车顶 第三节不锈钢车体 2 侧墙3 端墙4 底架二 不锈钢材料使用中应注意的问题1 不锈钢材
8、料的合理选择1 价格便宜 通用性高 容易购买 2 耐腐蚀性好 3 具有足够的强度 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 第三节不锈钢车体 SUS301L LT 不进行冷压加工 其特点是强度较低 与SUS304基本相同 多用于强度要求不高处 拉伸加工料件 SUS301L DLT 1 4H 其特点是压延加工度低 板的平面度在几种调质材料中最好 多用于外板 SUS301L ST 1 2H 其特点是具有较高强度 同时拉伸性良好 多用于车顶弯梁 侧立柱 端立柱等处 SUS301L MT 3 4H 其特点是强度很高 但不易进行弧焊加工 加热至600 以上时 强度会大幅降低
9、系为冷弯型钢用料 第三节不锈钢车体 SUS301L HT H 其特点是屈服强度和强度极限在几种调质材料中都是最大的 与MT相同 加热至600 以上时 强度会大幅下降 多用于底架边梁 主横梁 侧立柱等对强度要求很高的部位 2 不锈钢材料的焊接 第四节车体的模块化结构 一 模块化结构的概念 图2 6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 整梁模块 第四节车体的模块化结构 图2 7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 第四节车体的模块化结构 图2 8模块化车体组成1 车顶模块2 螺栓3 侧墙模块
10、4 底架模块 第四节车体的模块化结构 二 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 2 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 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 可采用更换模块的方式进行 方便维修 第四节车体的模块化结构 三 模块化结构的缺点 第五节车体材料 1 车体轻量化2 车体腐蚀状况 1 碳素钢车体以前的碳素钢车体 车体的雨檐周围 门口及车窗周围的立柱 墙板 地板等处容易被腐蚀 6年之后要进行局部修补 10年后
11、要进行部分改造 20年后还要进行大的改造 2 铝合金车体铝合金车体除了车钩部分及车体内的螺钉座使用碳素钢外 其他部位均为铝合金 3 不锈钢车体不锈钢车体具有耐腐蚀 免维修等特点 第五节车体材料 3 制造成本 1 材料成本在分析碳素钢车 铝合金车 不锈钢车的经济性时 必须先确定各种车的样式 2 加工成本在制造成本中 还要考虑加工因素的影响 1 碳素钢车体 用CO2气体保护的弧焊和用焊条的弧焊 2 铝合金车体 MIG焊和TIG焊 3 不锈钢车体 点焊 MIG焊和TIG焊 4 维修管理5 运营总成本 第六节车门 一 车门的类型1 要有足够的有效宽度 2 车门要均匀分布 以方便乘客上 下车 3 要有足
12、够数量的车门 可使乘客上 下车时间满足地铁列车运行密度的要求 4 车门附近要有足够的空间 方便乘客上 下车时周转 5 要确保乘客的安全 6 要具有较高的可靠性 二 车门系统概述1 客室门 第六节车门 图2 9南京地铁1号线车门示意图 1 客室门的位置及编号如图2 9所示 2 客室门技术参数见表2 4 2 驾驶室侧门 第六节车门 表2 4客室门技术参数 表2 5驾驶室侧门技术参数 第六节车门 表2 6驾驶室隔间门技术参数 3 驾驶室隔间门 第六节车门 图2 10逃生门1 弹簧杆2 连杆3 安全疏散梯4 伸缩杆 4 逃生门 第六节车门 表2 7逃生门技术参数 三 车门系统组成及重要部件介绍1 客室
13、门的组成 见图2 11 第六节车门 图2 11客室门的组成 第六节车门 1 门叶和定位销每扇门叶是由两块铝合金板对折覆盖在一块铝合金挤压型材的框架上组成 2 支承杆支承杆通过一个能承载整个门机构重量的底板固定到车体上 3 滑车 托架滑车可以通过滚珠轴承在导杆上滑行 同时也将来自门机械装置的力传给门叶 反过来也一样 4 驱动电动机门的移动主要由一个带齿轮的电动机驱动 5 制动单元一个由自由轮和离合器组成的车门制动单元通过法兰连接在丝杠上 第六节车门 6 紧急解锁装置和外部紧急解锁装置为了能够在紧急情况下打开客室车门 在客室内每扇门的右侧内墙上装有一个紧急解锁装置 如图2 12所示 7 门切除装置
14、在每一对门的一扇门叶上安装有门切除装置 可以机械地切除车门 在出现故障时 工作人员可以在车内或车外通过方孔钥匙切除车门 如图2 13所示 第六节车门 图2 12紧急解锁装置a 正常位b 解锁位 第六节车门 8 上 下导轨上部导轨被安装在门头机构上 托架上的滚柱沿导轨滚动 2 驾驶室侧门的组成3 驾驶室隔间门的组成 第六节车门 图2 14驾驶室侧门的组成1 铝制门板2 上部玻璃窗3 下部玻璃窗4 门窗橡胶条5 防水橡胶条6 门框密封橡胶条7 门锁装置8 上下铰链9 手动锁 第六节车门 4 逃生门的组成5 客室门的控制 1 零速 列车线只有当 零速 出现 即列车的运行速度小于1 8km h ATC
15、设置 或3km h 洗车模式 时 开门 列车线才可能激活 2 开门 关门客室车门的开关是由车门控制单元 EDCU 根据列车控制 开门列车线 关门列车线 零速列车线 电平信号和车门驱动机构上的元件 限位开关 车门位置传感器 电平信号来控制的 表2 8客室车门的开关的电平信号 第六节车门 1 开门 2 关门 3 警告灯 蜂鸣器在每扇客室车门的上方车体内外部各装设有一个警告灯 开关门时警告灯将会亮并闪烁 4 障碍物探测1 关门防夹 关门时的障碍物探测 2 开门时障碍物探测 第六节车门 5 车门切除一旦运营中有车门开关故障时 驾驶员可以通过用方孔钥匙将故障车门切除 切除开关有方向性 车外切除应是逆时针
16、 车内切除应是顺时针 否则会造成切除机构损坏 6 主隔离开关在每扇门的驱机构上安装有一个主隔离开关 7 紧急解锁1 在速度低于1 8km h或3km h时操作紧急解锁装置将导致 第六节车门 传给门控单元的信号将使门控单元切断其所有的门控功能 通过弓形钢缆手动解锁丝杠的制动装置 使车门处于解锁位 触发门驱动件上制动装置处的限位开关 将中断车门关闭和锁定环路 门控单元发出信号 门可以通过手动在开门和关门方向上移动 2 当速度大于1 8km h时操作紧急解锁装置将导致 第六节车门 产生一个持续1s8A的脉冲发给电动机 完全关门 在这个短暂的脉冲之后 将会给电动机施加连续的大约为电动机正常工作电流的50 1 5A 电流以使车门保持在关闭位 而且这个连续电流施加的时间不限 紧急解锁 限位开关上的常闭触点断开 这时 门关闭和锁定回路 中断 如果乘客企图打开门 门关闭并锁定 限位开关将监控到车门正在被打开 这将引起 3 当速度大于5km h时操作紧急解锁装置还将导致列车产生紧急制动 四 与其他系统的接口说明 第六节车门 实践操作 1 操作练习1 根据本章所学知识 掌握车体试验的方法 2 在课余时间
