铁路客车车体钢结构设计技术

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1、铁路客车车体钢结构设计技术作者杜彦品内容提要：本文叙述了铁路客车车体钢结构的特点及分类，重点介绍了 25型客车 碳钢车体钢结构的组成部分、结构设计及主要技术要求，对铁路客车车体钢结构材 料的选用及结构设计将有积极的帮助。探探探1概述车体钢结构是铁路客车最基本的结构，为铁路客车走行部、制动装置、连接缓 冲装置、车辆内部设备以及内装提供了安装的空间和基础。新造25型客车车体钢结构为碳钢车体全钢焊接结构，由底架、侧墙、车顶和端墙等四部分焊接而成，俗称 薄壁筒形车体结构。目前我国的新造 25型车有两种承载结构：一种是无中梁薄壁筒 型整体承载结构，另一种是有中梁薄壁筒型整体承载结构（如行李车和邮政车。随

2、着 车辆的用途和生产工艺条件的不同各种25型客车的结构不全相同，但其外形尺寸和 结构形式则基本一致。2车体结构的分类车体结构按车体所用材料分为以下三种：碳素结构钢车体 我国新造25型客车车体；不锈钢车体我公司正在研制的200km/h客车车体,CRH1和谐号”动车组的 车体；铝合金车体部分地铁车体、CRH2、CRH3、CRH5“和谐号”动车组的车 体。3车体钢结构组成车体钢结构按部位可分为四个大部件：底架钢结构、侧墙钢结构、车顶钢结构、端墙钢结构。车钩缓冲装置、风挡、脚蹬等安装在大部件上。现就YZ25G（T型硬座车（无中梁薄壁筒型整体承载结构和 XL25G型行李车（有中梁薄壁筒型整体 承载结构来

3、详细说明车体钢结构的构造和特点。YZ25G硬座车车体钢结构如图1所示。4底架钢结构4.1底架结构组成底架钢结构由端牵枕、枕内横梁、枕外横梁、枕后纵向梁、侧梁、枕外铁地板 和枕内波纹地板等组成，如图2所示。端牵枕分为端梁、牵引梁和枕梁，如图3所示。4.2底架结构设计4.2.1端梁端梁由6mm厚钢板压制而成，断面为“” ,YZ25型硬座车端梁高400mm靠近侧 梁处高180mm,称为转角”。在转角下翼面焊有3mm的围板，围板可以在端部遮挡 脚蹬，起到美观的作用。在端梁中部开有安装车钩用的缺口，宽度为345mm,俗称 钩门”。YZ25T型硬座车端梁高度为458mm,钩门的宽度尺寸为790mm,端梁在

4、钩门处与牵引梁相互组焊。4.2.2牵引梁自枕梁到端梁间的中梁称为牵引梁,YZ25G型硬座车牵引梁由两根30b型槽钢 及牵引梁上下盖板组焊而成。其上盖板厚 4mm,宽464mm,下盖板厚8mm,宽 490m m。为了符合在牵引梁腹板间安装车钩和缓冲器的尺寸要求，两槽钢腹板间距 为350mm,并将牵引梁靠近端梁的一端加高到 400。在牵引梁两槽钢腹板内侧铆接 有前后从板座、焊有磨耗板和防跳板。YZ25T型硬座车牵引梁由两根8mm的钢板 压制而成，其上盖板厚4mm,宽524mm,下盖板厚6mm,宽560mm。为了符合在牵引 梁腹板间安装车钩和缓冲器的尺寸要求，两牵引梁腹板间距为440mm,靠近端梁一

5、端 为喇叭状，间距为790mm,高度为458mm。在牵引梁两腹板内侧铆接有车钩安装 座。4.2.3枕梁YZ25G型硬座车枕梁由厚8mm、间距为350mm的两重向腹板及厚10mm、宽 600mm的下盖板，厚6mm、宽600mm的上盖板组焊而成的闭口箱形断面 打”枕梁 近侧梁端为小端，近牵引梁端为大端，它是一个近似的等强度鱼腹梁。在枕梁下盖板 下面与牵引梁交叉处安装有心盘座，以提高该处的承载作用，提高枕梁和牵引梁的连 接强度和刚度。在枕梁两端的上旁承安装处焊有上旁承加强板，枕梁端部还焊有供 顶车用的顶车垫板。YZ25T型硬座车枕梁腹板厚8mm,间距为424mm,下盖板厚 12mm,宽600mm,上

6、盖板厚6mm、宽600mm。在枕梁两端焊有空气弹簧安装座，枕 梁端部也焊有供顶车用的顶车垫板。4.2.4地板梁枕内横梁位于两枕梁之间，横梁均布，间距在1m以内,也可根据车下设备的位置 进行调整。枕外横梁位于端梁和枕梁间，有2对,断面为“高,180mm、厚4mm（有集 便器的为6mm,翼面宽50mm;（有集便器的为60mm。枕内外第一根横梁一般距枕 中17002000mm具体还要根据转向架所占据的空间而定。这些横梁的两端分别与 侧梁和牵引梁或是两端与侧梁焊接。这些横梁的作用：一是把牵引梁结构与侧梁连 接起来形成底架钢结构骨架，从而保证底架有足够的强度和刚度，以承受作用于底架 上的各种载荷；二是成

7、为平地板和波纹地板的支撑，在纵向力作用下防止波纹地板的 失稳。枕后纵向梁在枕内，靠近枕梁每端四组，第一组为鱼腹形槽形断面，其余三组断面 同枕内横梁。枕后纵向梁主要起传递纵向力的作用。4.2.5侧梁底架两侧有通长的侧梁，其断面为18型槽钢。在横向，底架的枕梁及全部横梁的 端部都与侧梁焊接，金属地板也与侧梁的上翼面搭接；侧墙的立柱、侧墙板分别焊在 侧梁的上翼面和腹板外表面上，所以,侧梁是连结侧墙和底架的重要构件。其连接关 系如图1所示。底架的牵枕缓、侧梁和横梁共同形成底架钢骨架。426金属地板在底架钢骨架的上面焊上金属地板。在端梁和枕梁上盖板间为平地板，板厚为2mm;两枕梁间为纵向波纹金属地板，波

8、纹地板断面为（1.5mm。由底架钢结构骨架和金属地板共同 组成底架钢结构。由于两枕梁间无贯通的中梁，因而作用于底架上的纵向拉压力均 由波纹地板和侧梁来承担。由车体钢结构静强度试验表明 ，波纹地板能承受三分之 一以上的总纵向拉伸或压缩力，这种结构的底架称为无中梁底架。4.3有中梁底架结构另外一种有中梁底架，如行李车，下面以XL25G型行李车为例来说明有中梁底 架的结构。图4是XL25G底架钢结构,XL25G型行李车底架钢结构由端牵枕、中 梁、枕内横梁布置、一位枕外横梁布置、二位枕外横梁布置、主横梁、一位端铁地 板、二位端铁地板、枕内铁地板、站铁组成、底架线管布置、底架配件布置、侧梁 组成、侧梁、

9、补强梁等组成。牵枕缓和侧梁结构与YZ25G型硬座车类似，不同之处为枕内均布有四组鱼腹形的主横梁，厚度为6mm,断面为“下翼面尺寸为120mm。在大拉门处有两组补强梁，厚度为6mm,断面为“高，度尺寸为280mm,下翼面尺 寸为110mm。XL25G型行李车无枕后纵向梁，有两根30b型槽钢组焊成的中梁，间 距为350mm。枕内外横梁断面均为“高，度尺寸为110mm,下翼面尺寸为70mm,厚 度为4或6mm。行李间地板为4mm的花纹钢板，其余部分为2mm的平地板。底架钢结构主要构件断面尺寸见表1表1底架钢结构主要构件断面尺寸flit電爲记时拈弩内尺.知.LzJl4Cr-4FI-Zxn11Lr1邀.

10、5/d旳话号內尺M】I2=51* mJTTdrf-!*5侧墙钢结构5.1侧墙结构组成YZ25G(T型硬座车车体钢结构的侧墙主要由立柱、纵向梁、上侧梁、门柱、 门上横梁、门框组成(YZ25T型硬座车无、侧墙板等组成。侧墙外表面为平板无压 筋,在平整的外墙板内侧焊有垂直立柱和水平纵向梁，形成板梁式平面承载侧墙结构 如图5所示。5.2侧墙结构设计侧墙上侧梁断面为“形，其尺寸为45x90x25x2.5(mm,长度为侧墙全长。侧墙水 平纵向梁共四根，窗上一根，窗下三根，其断面为形，其尺寸为140x22x2.5(mm。这四 根纵向梁起到加强侧墙的垂直弯曲强度和刚度的作用，同时也减少了钢板自由表面的面积。在

11、侧墙窗口间有一条短的窗间小纵向梁其断面为“形，其尺寸为140x22x2.5(mm,设置目的是增强窗间板的强度与刚度。在窗口两侧各有一根垂向的 窗边立柱，也称为侧立柱，其断面为“尺寸为94x70x46x2.5(mm。在侧门处均有断面 为“形的门柱，其尺寸为25x60x100x60x25x4(mm,立柱和门柱与所有纵梁、上侧 梁、底架侧梁连结起来，组成侧墙钢骨架，并与侧墙板焊结形成侧墙钢结构。如果侧 门为折页门，在门柱处还有一整体的门框组成，断面为“形。如果是塞拉门，就无此门 框组成。侧墙板为厚2.5mm的耐候钢板(09CuPCrNi-B。侧墙板上开有大窗孔，尺寸 为宽x高，即1064x1014(

12、mm,小窗孔宽x高为614x1014(mm。每侧侧墙端部有两个 侧门孔。门窗开孔处是侧墙的薄弱区域，通过周边的梁柱予以加强，选择合适的窗角 板的圆角半径来降低其应力集中，设计出合理结构。5.3行李车侧墙结构XL25G型行李车侧墙钢结构如图6,墙板和梁柱断面与YZ25G型硬座车类似, 不同之处每侧侧墙端部有一个侧门孔，中间各有两个大拉门门孔，大拉门处有用方钢 管80x60x4制成的门框，行李间还设有长圆形的了望窗，尺寸为960(宽x310(高 (mm。侧墙钢结构主要构件断面尺寸见表 2表2侧墙钢结构主要构件断面尺寸(侧墙板厚2.5伽6车顶钢结构6.1车顶结构组成车顶钢结构由弯梁、纵向梁、顶板、一

13、二位端顶、平顶钢结构、中部端顶、车 顶边梁等组成，如图7所示。车顶一、二位端(行李车仅一位端各有一个空调机组安 装座平顶钢结构，作为安装空调机组的基础，是安装单元式空调机组的支撑框架。6.2车顶结构设计端顶上边为8型槽钢制成的顶端横梁，其断面尺寸为80x43x5(mm。25G型行李 车二位端无平顶，其二位端顶上边为端顶弯梁，断面为“形，其尺寸为 30x55x62.5x45x2(mm。在平顶和圆顶相交的部分为中部端顶，将两部分连接形成整 体结构。圆顶的中间部分有很多断面为“车体纵向均布，间距一般在700(mm左右,其尺寸为94x46x70x24x2(mm。车顶边 梁沿车顶两侧全长，断面为“形其尺

14、寸为45x75x2.5(mm。车顶纵向还有五根纵向梁 其断面为“形,尺寸为50x50x3(mm。车顶吊铁焊在车顶的弯梁或纵梁上，主要吊装 设备及内装部件。车顶板由侧顶板和中顶板两部分组成。侧顶板是冷轧型钢，将雨檐与小圆弧(R458板及纵向梁合为一体制造成型，从而提高了侧顶板的平整度，并提高了小圆弧 部分的抗弯刚度和强度，还简化了制造工艺。中顶板为大圆弧板(R2300,车顶板厚度 均为2mm。平顶中顶板为不锈钢板，主要因为此处容易积水，考虑耐腐蚀性能。中顶 板沿车顶纵向倾斜12mm,侧顶向车两侧各倾斜10mm。车顶钢结构是由纵横弯梁件组成的空间梁系，其上焊有曲面金属顶板(端顶和平 顶为平板组成的

15、板梁结构，共同承受作用于其上的各种载荷，车顶结构具有足够的强度和刚度, 并通过防漏雨试验。车顶钢结构主要构件断面尺寸见表 3rL7端墙钢结构71端墙结构组成客车车体钢结构的两外端，通常称为外端墙，它是车体钢结构最外端的部分。YZ25G型硬座车端墙钢结构分为风挡框组成、门框组成、端角柱组成、梁柱 组成、端墙板组成、端墙配件。7 2端墙结构设计风挡框折棚柱断面为“形，即24b型槽钢，它是保证端墙强度和刚度的重要构 件。还有两根断面为 形,尺寸为43x45.5x130x3(mm的端角柱和断面为“形,尺寸为 25x60x100x60x25x4(mm的侧门柱；两根位于端门两侧断面为 “形,尺寸为 50x54x50x28x3(mm的端门框(端门为折页门时有，位于端门框和端角柱之间的“形立柱94x70x46x2.5(mm和“形横梁140x22x2.5(mm。上述所有立柱的上端与车顶的 顶端横梁相焊接，下端焊在动力连接器座