您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 机械/制造/汽车 > 汽车理论 > 动车组车辆构造与设计第04章 车体结构与车内设备 -车体结构
兰州交通大学机电学院机车车辆系商跃进第四章车体结构与车内装备第1节车体结构第2节典型的车体结构第3节车体附件第4节车内装备及总体布置第5节典型的动车组总体布置第1节车体结构一、概述二、车体组成三、车体相关技术一、概述1.车体的用途2.车体的重要性3.车体要求4.车体类型1.车体用途①容纳之所:旅客乘坐、乘务员操纵、检修人员维修的场所。②安装之基:主要用来安装各种机械、电气设备.③遮风挡雨(密封隔声):除牵引电机外,几乎所有的大型电气设备都安装在车体内,避免了风沙雨雪的侵袭。④承载传力:在运行中,车体除了将转向架产生的牵引力和制动力传递到车钩,对列车进行牵引和制动外,还要承受垂直载荷、水平方向的冲击载荷和侧向力的作用。车体车架是机车的骨架,它既是各种设备,如柴油机、变压器等的安装基础,又要传递各个方向的力。即:2.车体的重要性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。3.车体要求1.有足够的强度和刚度。即在允许的设计结构速度内,保证车体骨架结构不发生破坏和较大变形,以确保运行安全和正常使用,以保证运行的安全和平稳性;(刚强足)2.为了提高速度,必须减轻车体的自重,而且要求在各个方向上做到重量匀称、重心低。(轻量化)3.车体结构必须提供足够的空间保证设备安装、检查、保养以及检修更换的便利。(空间够)4.车体必须纳人国家规定的机车车辆限界尺寸中。(限尺寸)5.完好的空气动力学外形:头尾部细长流线型,裙板平滑过渡,受电弓良好的空气动力学性能。(阻力低)6.严格的气密性要求:连续焊缝,气密性风挡。(密封好)7.严格的防火要求:耐火材料,防火设备。(防火严)8.在满足车体基本功能和空气动力学车体外形的基础上,应使车体外形设计美观、大方,富有时代气息。(外观美)4.车体类型(1)按材质分(2)按制造工艺分(3)按承载特点分(4)按结构形式分(1)按材质分•钢木混合结构•全钢结构普通碳素钢车体耐候钢车体不锈钢车体铝合金车体。(2)按制造工艺分钢结构车体按制造工艺上分•铆接结构•焊接结构(现代车辆车结构基本上采用全钢焊接结构。)(3)按承载特点分车体按照其承载特点可分为:•底架承载结构(平车)•底架侧墙共同承载结构(敞车)•整体承载结构(客车、罐车、棚车)(4)按结构形式分骨架+蒙皮方式挤压型材方式-动车组车体二、车体组成1.车体总体组成2.骨架+蒙皮车体组成3.挤压型材车体结构1.车体总体组成车体金属结构由底架、侧墙、车顶、前端墙(或车头)、后端墙以及波纹地板或空心型材加强的地板所构成的一个带门窗切口的薄壁筒形整体承载结构。考虑高速运行时的空气动力学影响,对现代中高速动车组的头部车体结构有两个基本要求:1.做成流线型外形,2.同时整列车的车体全部为密封型结构。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2.骨架+蒙皮车体组成c70敞车虚拟装配3.挤压型材车体结构中间车车体模块组成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—枕梁模块根据模块化概念可以把整个车体分解成以下几个部分:1个底架模块、1个车顶模块、8个侧墙模块、2个端部模块(不带司机室车辆)或1个端部模块和1个司机室模块(带司机室车辆),1—车顶模块2—螺栓3—侧墙模块4—底架模块•车体断面组成•梁柱断面枕梁端部结构(1)底架模块•底架:底架是车辆的重要承载部件,通常整个底架划分2个和1个。底架通常采用整体焊接结构。底架模块的牵引梁、枕梁、缓冲梁和各车下悬挂件安装梁构成整个框架,牵枕缓结构、地板与底架侧梁之间采用焊接方式连接组成。•地板:地板采用5块纵向与车体等长的闭口薄壁挤压铝型材组焊而成,相邻地板型材两边设有插口,插口处的焊接坡口与型材同时挤压出来。由于地板承受的载荷较大,所以地板型材的厚度较大,一般为50~70mm。地板型材的横断面为桁架式蜂窝结构.•侧梁:底架侧梁采用与车体等长、多孔闭口挤压型材,壁厚一般为4~6mm。•牵枕缓结构:牵枕缓结构为重要受力部件,采用7005-T6高强度铝合金材料。牵引梁上安装车钩缓冲装置,用厚铝板焊接成“工”形截面的鱼腹形结构;缓冲梁也为鱼腹形结构,中间开有车钩通过孔,外部安装扰流板。中间模块牵枕缓封闭横断面,结束于驾驶室封闭横断面,结束于走道装配车身外侧纵梁/车架•底架断面型材焊接接头底架的横截面车身外侧纵梁地板铆钉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(2)车顶模块车顶模块通常采用整体焊接结构,车顶模块由连续的双面纵向铝型材与2个开口的车顶侧梁连续焊接而成。车顶侧梁延伸至与车辆端部的接口。车顶侧梁在整个长度上与侧墙模块进行机械连接,与端部模块的接口处进行机械连接,接口处用专用粘接密封剂进行处理。车顶模块的设计主要考虑车顶附属设备的安装位置和密封性能。车顶的T形槽结构为顶板、灯具和空调系统的送风道提供安装位置。车顶结构预留空调和受电弓设备的安装平台,并在相应部位进行必要的加固。每个车顶模块预装隔热/隔声材料、送风道、照明装置和内装饰板,然后与侧墙模块和端部模块联接。侧墙设有车门、连续车窗带。侧墙采用厚3mm的中空挤压型材(总厚50mm)插接而成,纵向对接接头采用MIG自动焊接,组装之后切割侧门口、窗口。在型材的车内侧设有滑槽,以安装车门机构或其他车内设备。(3)侧墙模块动车车体侧墙型材,合金状态6005A-T6端墙对于车体的抗扭滚能力起显著作用。端部模块具有三种功能:一是为车辆贯通道以及车端设备提供安装支持;二是将车顶、底架、侧墙模块有机地联结成一个整体;三是在车辆发生碰撞过程中,参与能量的吸收。因此,端部模块要求具有较高的强度和刚度,采用大型铝型材焊接结构,通过螺栓方式与车顶、底架、侧墙进行联结,构成封闭的整体承载结构。地铁车辆端部设有大断面的贯通道,端墙面积比较小,故采用闭口型材结构。中间体模块结构框架外部用玻璃钢罩板包裹,与整个车体形成风格一致的设计效果。(4)端墙模块(5)司机室模块地铁车辆车速低,司机室模块一般采用小流线型造型。司机室模块为铝合金框架整体式螺栓联接结构,外部由玻璃钢罩板包裹,满足空气动力学的要求。高速动车组司机室由六部分组成,即司机室前端、司机室后框、司机室左侧墙、司机室右侧墙、司机室车顶和司机室前窗玻璃安装框(见图5)。司机室采用较大截面的有压筋的墙顶板与梁柱组焊而成,梁柱多为开口型材。(6)车体模块化结构的装配依次将底架、侧墙、车顶、端部中间体、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。二、车体相关技术(一)车体轻量化(二)车辆防火与安全(三)车体的密封隔声技术(一)车体轻量化1、车辆轻量化的意义2、车辆轻量化的设计原则3、轻量化车辆的关键技术4、车体结构的轻量化技术5、车内设备的轻量化技术1、车辆轻量化的意义(1)可因减少材料消耗量而降低了制造成本;(2)可减少牵引动力的消耗.同时也减少制动时产生的热能和粉尘,还减缓了洞内温度的上升;(3)可减少对轨道线路的压力,从而减轻线路的损耗,降低线路的维修费用;(4)可以提高运行速度,缩短乘客的旅行时间.减小旅客的乘车疲劳。间接地提高人们的工作效率;(5)车辆轻量化,尤其是簧下质量的减轻,不仅减小轮轨间的作用力.而且减小了洞内噪声,减小环境污染。2、车辆轻量化的设计原则(1)采用比强度高的材料作为车体结构的承载件。有效地利用材料的强度和刚度保证设计要求。(2)采用变截面的方法(改变结构截面形状)提高结构刚度。采用最少的材料获得最大的刚度和强度。(3)尽量减少独立部件的数量,使用长尺寸构件。这样可以减少焊缝数量,提高焊接自动化水平,保证焊接质量,提高车体结构的抗疲劳强度。(4)车辆轻量化设计必须满足技术条件的要求和使用性能。应减少制造和维修费用,降低生产成本。3、轻量化车辆的关键技术(1)车体材质的选择(2)车体结构轻量化(3)转向架轻量化(4)内部设备轻量化(5)车钩缓冲装装置轻量化4、车体结构的轻量化技术普通速度车体结构的自重在14t左右,而国外高速客车车体结构重量为10t左右。总体上看,实现结构轻量化的主要途径有两个:(1)、采用新材料,(2)、合理优化结构设计。(1)车体材质的选择•首选铝台金因为铝合金的比重约为钢的1/3。另外,铝合金耐腐蚀能力强.可以省去油漆工序,减轻车辆自重。而且其挤压性能好,可以制成筒型挤压型材整体焊接结构而使车体结构轻量化。与一般钢结构相比,人工费节省约40%,车辆重量减少约30%;•其次是不锈钢由于不锈钢的耐腐性能好,可以不用考虑因为锈蚀而增加金属的厚度;•第三种材料是耐候钢•最差的材质是碳素钢其自重最大,价格最便宜,抗腐蚀性最差。(2)车体结构的优化设计日本100系动车组,采用耐候钢(SPA),车体钢结构自重仅为10.3t我国的“168”客车,也采用耐候钢制造,车体钢结构自重为13.1~13.2t(3)铝合金车体四种形式第一种,铝板和实心型材结构车体由铝板和实心型材通过铆钉、连续焊接进行连接。第二种,板条骨架结构车体由铝板和纵向加固件应用气体保护焊的溶焊而成。第三种,大型开口型材结构车体由板皮和纵向加固件组成高强度大型开口型材整体结构通过焊接。第四种,大型空心截面结构车体结构为与车体等长的大型中空型材通过自动连续焊接互相连接。(4)动车组车体结构特点(1)车体采用铝合金整体承载筒形结构(2)车体的断面形状可分为鼓形断面、梯形断面和矩形断面。(3)底架、侧墙和车顶采用大型空心截面的挤压铝型材拼焊而成。中空挤压型材,长度可达车体全长。(4)整体装配车体车体基本由6大部件即地板、车顶、两个端墙及两个侧墙装配而成。铝合金车体经过了近50年的发展,先后经历了板梁结构铝合金车体、板梁和型材混合结构铝合金车体、完全闭式的大型中空型材结构铝合金车体3个发展过程。(5)典型结构(1)BAH板的特点:钎焊蜂窝(BHA板)具有质量小、耐高压、刚性好、噪声小的优良特性,是今后车辆比可不少的材料,但尚需解决成本高的问题。(2)BAH板的结构:BAH板的芯保持表里2片面板的一定间隔。芯是将薄板材进行弯曲加工而成的部件,大多制成有六角圆柱的空间,采用钎焊使两端与面板内部成T字形连接。面板板厚为0.8~1.2mm,芯的板厚为0.2mm,芯的高度为30~70mm,六角形的蜂窝内径为30mm左右。单体尺寸,最大宽度1200mm,最大长度3200mm。(3)BAH板的性质:刚性高,适合轻量结构。减振、隔音性能良好。2、钎焊蜂窝板(BHA板)1、鼻部结构5、车内设备的轻量化技术车内设备材料,首先应满足功能要求和防火阻燃要求,装饰板应反映时代感,车内设备约占客车总重量的20%,轻量化具有重要意义。1.车内设备如门、窗、行李架、座椅、供水设备
本文标题:动车组车辆构造与设计第04章 车体结构与车内设备 -车体结构
链接地址:https://www.777doc.com/doc-3702265 .html