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

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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

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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。

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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。

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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。

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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。

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（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