城市轨道车辆车体分析和结构说明

城市轨道车辆车体分析和结构说明姓名：学校：学号：班级：内容摘要文章简要地从车体的结构、材料和车体与限界的关系三个方面分析讨论了车体截面形状的合理性，车体结构形式和车体材料的合理选择以及车体对限界的部分影响。关键词：车体结构车体材料限界引言车体是车辆中装载乘客的部分，它也是司机驾驶列车的场所，属车辆的上部结构。其底架下部及车顶上部要安装大量机电设备，构成车辆主体。车体与乘客的安全与舒适息息相关，故车体是车辆的重要部件之一。它要承载各种静动载荷、各种振动，适应最大运行速度；还要隔音、减振、隔热、防火，并在事故状态下尽可能保证乘客安全。一、车体结构（一）车体的形状分析在我们分析研究车体时，首先我们要对车体有一个比较宏观的把握。那么车体首先给人的第一印象就是它的形状。我们通常见到的车体，其横截面都是方形的，顶部是个圆弧。那为什么是这种形状而不是别的形状呢？我们先来假设一下，看别的形状是否可行。我们知道，在周长相等的情况下，圆的面积是最大的。那我们把车体做成一个圆柱是否可行呢？对于货运车，货物是可以有效利用所有的有效空间的。但是城市轨道交通主要是用于客运的。人不同于货物，人不可能堆叠起来，不可能使车辆的空间利用率达到最大，因而用圆形车体是毫无意义的。同时，圆形车体对于加工墙体和车顶都带来了极大的难度，对侧墙和车顶的设备安装增加了很大难度。与此同时，这样形状的使得车辆限界增大，对道路的要求更高。因此不仅对施工增加了难度，还使得施工的成本增大。综上所述，这种百害而无一利的形状被抛弃，而使用了现在的车体形状。圆弧的顶更好地契合设备限界，竖直的墙更符合其应用，也更容易加工。（二）车体的主要组成1、车顶车体外顶板两侧有两个小圆弧，这个部分采用中空截面挤压铝型材，中部的大圆弧部分为带有纵向加强杆件挤压成型的车顶板。客室内顶板由中间的平板和平板两侧的多孔通风口板这三个部分组成。2、侧墙、端墙车体的侧墙左右各有五扇车门和四个车窗，被分割成六块分部件，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，具有隔热保温的功能。3、地板直流传动车的地板先在底板上纵向布置橡胶条，再铺设多层夹板，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和脱落的弊病。4、车体组成的综合要求首先，在保证车体坚固的基础上，要求车体越轻便越好，因为较轻便的车体能够减轻车体对底架的压力，关于这一点，我们可以看到车体大量使用铝型材。其次，（三）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，又称自由承载结构。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，又称侧墙承载结构。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，使车体与底架、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，因此称之为整体承载结构。（四）车体的结构形式的合理选择车体的结构形式选择主要取决于其材料的加工难易程度以及车体承载的重量。那么车体重量主要是因为其材料的不同而不同。因而合理选择车体的结构形式，归根结底还是一个选择车体材料的问题。而因为整体承载结构相对于另外两种结构而言，承重更加均匀，所以一般情况下都会选择整体承载结构。二、车体材料（一）常用车体材料及其特点1、耐候钢车体耐候钢车体采用扮靓组合整体承载全焊接结构。制造厂需要先将购进的冷轧定尺板材或将热孔卷料开卷、矫平，切断的板材经磷化预处理。车体采用大部件组装方式。与铝合金、不锈钢车体相比，其有材料费、制造费低以及工艺性好、造型容易的明显优势。但也存在重量较大、耐腐蚀性不大好而导致运营成本高的劣势。其可做到车体气密结构良好，耐热性高，焊接性好，但是维修较困难。2、不锈钢车体不锈钢车体也是采用板梁组合整体承载全焊接结构。由于其板材更薄，其须采用大量薄板轧压成补强型材与外板点焊连接形成空腔，借以提高外板的刚度、强度。其板的拼接采用搭接缝焊。这是其技术关键。其优点有轻量化效果好，耐热性和焊接性良好，材料强度高，耐腐蚀性优越。但是其缺点也比较明显：造型困难，要有塑性加工技术，车体气密结构困难，材料价格高。3、铝合金车体铝合金车体从结构形式上可分为：板梁、大型开口型材和大型中空闭口型材及其组合形式。板梁式铝合金车体在结构形式上类似于耐候钢车体，但是为了提高断面系数，要加大板厚。其薄板焊接非常困难，技术水平要求高，而且变形大矫正困难，因此必须采用接触焊。开口型材将板、梁合成一体，简化了车体制造工艺，提高了质量，但成本也相应增加。其车体零件数量少、焊接工作量少，且容易实现自动化，大大降低了车体制造成本，提高了产品质量。但也需要大型挤出设备和大型模具，因此制品成本昂贵，设计断面变化也受到制约。其的车体刚度比耐候钢车体和不锈钢车体都要小，因而要加大板厚和尽量加大车体断面，以此提高车体抗弯刚度。同时，铝合金车体耐腐蚀性差，所以大部分都需要涂漆。而且，铝的熔点较低，所以发热设备都需特别注意加装隔热板，以防发生火灾。（二）车体材料的选择三种材料的车体各有其优缺点，针对不同的要求条件，就要合理地选择合适的车体材料。1、耐候钢车体适用分析耐候钢车体在三种材料的车体中的优点是：车体密封性好，材料熔点高，材料工艺性好。因为有这三个优点，在某些情况下，耐候钢车体是最佳的选择。（1）车体密封性好在地上地下联运或者山区中，有大量的隧道。列车需要频繁地进出隧道，而显而易见地，隧道内的空气环境比较糟糕，所以需要列车车体密封性好。耐候钢车体就适用于这种情况。（2）材料熔点高列车的地板下往往吊装这高压大电流的发热设备，比如制动电阻箱。这时采用铝合金车体，安全隐患就会相对较大。应采取耐候钢或者不锈钢车体。（3）材料工艺性好列车在运营时难免会发生故障，严重的可能还会出现事故。耐候钢车体的材料工艺性好，在出现故障后，其可维修性相对要优于其他两种车体。在出现事故后，其也更易于修复和恢复。在对这方面要求较高的情况下应采用耐候钢车体。同时耐候钢车体因为有这这个特点，其外观工艺性也较优越，可以更加美观。其也更易于安装隔音材料，因为这种车的车内噪声较小。2、不锈钢车体适用分析相比于耐候钢车体和铝合金车体，不锈钢车体最大的优点就是其材料优越的耐腐蚀性。（1）材料耐腐蚀性优越不锈钢车体优越的耐腐蚀性可以使列车在比较恶劣的环境下正常运行。如以下几种情况：空气湿度较大的沿海地区与盆地；工业污染相对比较严重的工业区；更多地在地面与高架上运行；存放于室外；风沙较大的地区；不涂漆、车辆段不设涂漆设备的情况。除了以上几种情况可以适用外，不锈钢车体在不发生事故的情况下，其因为腐蚀带来的维修量也要小于其他两种材料的车体。（2）材料低熔点类似于耐候钢车体。3、铝合金车体适用分析铝合金车体相较于其他两种车体，可以实现轻量化。因此铝合金车体普遍比较轻便，其能耗也因为其轻便而大大降低。另外其线路维修量较小，车体密封性良好。（1）车体轻在适应站间距离小，或者要求列车的启动制动加速度大，旅行速度高的情况下，选用铝合金车体是比较好的选择。因为其车体轻，能量消耗相对较小。它也适用于列车编组动拖比较小，要求能耗较小的情况下。又因为它的车体轻，它的噪声和线路维修量也较小。（2）线路维修量少在线路曲线多、半径小，或者坡度大、长的路段，线路维修显得比较困难，这时选用铝合金车体就相对较好。（3）车体密封性好同耐候钢车体。三、车体与限界（一）车体对限界的部分影响车辆限界直接关系到线路的施工量和运行的安全性。因而车辆限界要设计的合理，不能够太小也不能太大。城市轨道交通限界的确定，不仅制约车辆的外形尺寸，还关系到隧道、高架桥等各种建筑物的轮廓尺寸，对轨道交通工程的建设规模有着重大的影响。由于篇幅有限，在此不对该问题进行展开论述。只简单介绍车辆限界中车体的影响。车体的轮廓和尺寸是直接影响限界的要素。另外，车体的承载方式和材料选择会使车辆有不同的维修要求和偏移量，这是车体影响限界两个重要因素。结论由以上分析论述我们不难得出以下三个结论：首先，整体承载结构是适用最广泛的车体结构形式；其次，对于不同的要求应选择不同的车体材料，相对而言，铝合金能实现车辆的轻量化，有利于客运向高速发展的城市轨道交通的目标的实现；最后，车体对限界的影响主要在轮廓与尺寸、维修要求、偏移量，这三个方面。由于只是简单地进行分析论述，论文还存在许多不足，针对于这三个方面，还能进行进一步的探讨和量化研究。参考文献[1]吕刚.城市轨道交通车辆概论[M].北京：北京交通大学出版社.2011.7