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DIN 1748要求，热处理满足DIN EN515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/T 7928-2003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）.