铁路客车车体钢结构设计技术(精)

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。

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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“[”,YZ25G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

490mm。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“Ⅱ”,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1700~2000mm,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。

4.2.6 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、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