A型地铁铝合金车体结构设计

A型地铁铝合金车体结构设计【摘要】车体是车辆结构的主体，车体强度、刚度关系到车辆运行的可靠性和安全性。合理选择车体的材料和车体结构是保证地铁“安全、可靠、快速、轻量、经济、适用”运营的重要因素之一。【关键词】材料；参数；车体结构1.A型地铁铝合金车体材料选择车体承载结构主要采用铝合金大型中空挤压型材6005A-T6、7005-T6、6063-T5及板材5083-H111、6082-T6系列，铝合金大型中空挤压型材耐腐蚀性高、易于焊接、密度小，同时还有抗拉强度高、屈服强度高的优点，因此在国外A型地铁车辆中被广泛应用。A型地铁所使用的铝合金的强度数据，满足欧洲标准EN755-2及德国标准DIN1748要求，热处理满足DINEN515或相应的欧洲或国际标准的规定。2.主要技术参数所设计的车体为采用大型中空铝合金挤压型材A型地铁鼓形车体；头车车体的主要技术参数如下：1）车辆长度：23619mm；2）车辆定距：15700mm；3）车辆宽度：3000mm；4）车辆高度：3760mm；5）车钩中心线至轨面的高度：720mm。中间车车体的主要技术参数如下：1）车辆长度：21885mm；2）车辆定距：15700mm；3）车辆宽度：3000mm；4）车辆高度：3760mm；5）车钩中心线至轨面的高度：720mm。3.A型地铁铝合金车体承载形式3.1车体总成如图1、2所示，车体外形为鼓型，这样能很好的降低空气阻力，减少能源的消耗。车体采用通长大断面铝合金中空挤压型材全焊接或部分铆接结构，由底架、车顶、侧墙、端墙、司机室等部分组成，底架、侧墙、端墙及车顶均承受载荷，能够承受垂直、纵向、横向、扭转等载荷。车体由纵向长尺寸的挤压铝合金型材制造，不需要对接。车体结构基本要求是进行轻量化设计，整体承载结构，底架无中梁。司机室为框架结构，外部由玻璃钢罩板包裹，前端的玻璃钢罩板符合空气动力学要求。司机室端部结构设计能满足意外撞车时的能量吸收。整个车体轮廓为鼓形断面，能够充分利用限界并且有较强的承载能力。车下大部件采用边梁吊挂方式。3.2底架组成模块底架是车体组成的基础。车辆的走行装置及连接缓冲装置都直接与底架相连。中间车底架由一、二位端底架前端组成、地板组成、边梁等零部件组成。头车底架由一位端牵枕缓组成和防爬缓冲区、二位端由牵枕缓组成地板组成、边梁等零部件组成；地板和边梁为通长结构，一位端到防爬缓冲区，二位端到缓冲梁。3.2.1底架地板组成方案底架地板组成由通长中空挤压型材焊接而成，共9块型材，分3种断面。地板上下面的壁厚为2.7mm，筋板厚度为2.5mm，充分满足底架强度和刚度的同时最大程度地减轻重量，地板中间采用插接焊接结构，两侧留有和边梁搭接的结构便于保证底架总体宽度尺寸公差。3.2.2底架边梁方案边梁与地板连接处设计了与地板搭接的结构；地板边梁设置10mm厚吊装悬臂板，为车下吊装设备提供多种选择。3.2.3一、二位牵枕缓组成一、二位牵枕缓由枕梁组成和牵缓组成通过焊接形式成为整体结构。枕梁组成和牵缓组成两侧直接和边梁连接。牵枕缓焊接完后通过对其上下表面进行机械加工达到要求的尺寸，以此来保证心盘区和空簧区的精度和平整度。一、二位牵枕缓组成共用同一种枕梁组成结构，二位牵缓组成两侧与前端底架模块焊接在一起。3.2.3.1二位底架牵缓组成二位牵缓组成由牵引梁左、牵引梁右、牵引梁上下盖板、车钩安装座、缓冲梁和缓冲梁上下盖板组成。此结构将牵引梁和缓冲梁集成一体，既满足了车体受力要求同时又提高了组装效率。3.2.3.2二位底架枕梁组成二位枕梁组成由横梁、上部板、下部板、筋板等组成。枕梁上平面与底架地板焊接，两侧与底架的边梁焊接。3.3车顶组成模块车顶结构由圆顶、平顶、侧顶、受电弓平台（中间车）和连接风道组成。3.3.1车体圆顶结构方案如下图所示，为了满足强度和刚度要求的同时尽可能轻量化，将圆顶两侧型材设计为梯形型腔、将中间设计为方形型腔。圆顶又分为中圆顶、小圆顶、边圆顶三种。这三种圆顶断面结构相同，不同之处就是纵向尺寸。3.3.2车体平顶结构方案车体平顶结构包括侧梁、平台板组成、端板和平台排水组成（如图3）。3.3.3车体侧顶结构方案侧顶是由三根型材焊接而成，下部型材与侧墙连接，上部型材留有和平顶、半圆顶连接的接口。受电弓平台与侧顶和圆顶连接。如下图所示，受电弓平台是由一个左、右侧梁、平台底板、受电弓端板等组成。3.4侧墙组成模块侧墙是由一二位侧墙构成，两侧侧墙完全对称，每侧侧墙由六块侧墙板组成，每块侧墙板由侧墙型材和门立柱组成，在中间四块侧墙板上开有窗户口，两边侧墙板由侧墙型材、门立柱和端角柱组成。单块侧墙板由四块侧墙型材焊接而成，端部由门柱焊接封堵，门柱和车顶、底架连接。3.5端墙模块端墙以左、右对称的端墙板为基础，由横向梁连接。端墙板内竖向板梁式柱子也采用了空心截面的挤压模块。端墙由端墙板、门柱、横梁和端墙上横梁组成。风挡垫板焊接于横梁上，用于安装风挡。参考文献[1]EN12663-2010，铁道应用-轨道车身的结构要求[S].[2]EN755-2-2008，铝和铝合金挤压棒材/杆材、管材和型材（第2部分）：机械性能[S].[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T7928-2003地铁车辆通用技术条件[S].北京：中国标准出版社，2003.[4]耿烽，左言言，李树栋.铝合金A型地铁轻量化车体结构与有限元建模[J].制造业自动化，2010，32（11）.