地铁培训资料第二章车体.docx
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地铁培训资料第二章车体
第二章车体
第一节概述
一、概述
车体是城市轨道交通中车辆中最重要的组成部件之一。
它支撑在转向架上，要保证旅客安全。
车体底架下部及车顶要安装大量的机电设备，构成车辆的主体。
车体要承受各种动静载荷、各种振动并适应车辆在最高速度下的运行；还要隔音、隔热、防火，在事故状态下尽可能保证旅客安全。
车辆结构的主体，是供旅客乘坐和司机驾驶的部分。
车体由底架、两侧墙（包括车门、车窗）、前后端墙、车顶等6大部分组成。
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。
车体的结构形式、性能和技术经济指标主要取决于车体材料。
因此对车体构件和内部装饰所使用的材料应当注意考虑诸多因素，其主要因素如下：
⑴ 应具有构件所要求的高强度和刚性；
⑵ 重量轻；
⑶ 具有耐老化、耐污染、耐磨耗及耐光照等特性；
⑷ 耐火、阻燃；
⑸ 施工容易且价格便宜；
⑹ 易于维修；
⑺ 适合于环境的改进（隔热、隔音性能提高）；
⑻ 适合于提高舒适度（减振等）
地铁车辆的车体与一般铁路客车车体有许多相同之处，但由于其特殊的用途，又具有其自身的特征：
⑴ 一般为电动车组，有四节编组和六节编组；分别由拖车和动车组成；车的两端部设置有司机室；
⑵ 由于属于城市轨道交通范畴，在车内的平面布置上有其特征，如座位少、车门数量多且开度大，内部服务乘客的设备较为简单等；
⑶ 重量的限制较为严格，要求轴重小，以降低线路的工程投资；
⑷ 为使车体轻量化，对于车体承载结构一般采用大型中空截面挤压铝型材，或高强度复合材料，或不锈钢。
对车体其它辅助设施也尽量采用轻型化材料；
⑸ 对车体的防火性能要求高，在车体的结构及选材上均采用防火设计和阻燃处理；
⑹ 车辆的隔音和减噪有严格要求，以最大限度地降低噪音对乘客和沿线居民的影响；
⑺ 车辆外观造型和色彩具有美化和与城市景观相协调的要求。
二、类型及参数
1.类型
车体结构按使用的主要材料可以分为普通碳素钢车体、高耐候结构钢（耐候钢）车体、不锈钢车体和铝合金车体。
按承载方式分，可以分为底架承载、侧墙承载和整体承载三种方式。
承载式结构，即所有车体承载件和外板都参与承载，这样能充分发挥所有承载零部件的承载作用，有效地减轻车体重量。
特别是板梁组合结构，原则上可按照有限元法的车体强度、刚度结果来分配材料：
强度不足的部位补强，刚度不足的部位补刚，强度刚度富余的部位将材料去掉，从而收到最佳的轻量效果。
按结构形式分，有板梁组合结构、开口型材与大型中空型材组合结构、大型中空型材结构三种形式。
这些结构都属于整体承载结构。
从板与梁（柱）、梁（柱）与梁（柱）之间的结合方式来分，有焊接、铆接、螺栓（钉）粘接连结或混合连接结构。
我国和日本大多数采用焊接结构。
焊接—铆接或焊接、螺栓（钉）连接在欧洲应用较多。
按车体组合方式分，可以分为一体化设计和模块化设计。
如广州地铁一号线车辆采用的是一体化设计，而二号线采用的则是模块化设计。
2.二号线车辆的参数
广州地铁二号线车辆共有3种车型：
带有司机室和全自动车钩的拖车（A车）、不带半自动车钩并带受电弓的动车（B车）以及带有半自动车钩的动车（C车）。
运营时，由A、B、C车组成固定的6车编组，A车位于列车两端，编成A-B-C-C-B-A的形式。
A车是带司机室的拖车，车钩连接面之间的长度24390mm，自重35.17t；
B车是动车，车钩连接面长度为22800mm，自重38.4t；
C车也是动车，长度及重量与B车相同。
B车通过半永久牵引杆与A车和C车相接，C车与C车之间通过半自动车钩相连，自动车钩装在列车的两端。
每节车辆每侧有5对外挂车门，车辆之间的通道可使列车内的乘客分布均匀。
广州地铁车辆宽3m，带有48个座位，在正常状态下可容纳288人，在客流高峰期当负载增加时可容纳310人，最大超容量（超员载荷）可容纳432名乘客。
每列车有6节编组车组成，在额定载荷（AW2）下，可容纳1860名乘客；超员载荷（AW3）时，可容纳2592名乘客。
广州地铁二号线车辆车体的主要技术参数如下：
车体静态压缩载荷：
120t
车辆长度（车钩连接面之间长度）
A车
24390mm
B、C车
22800mm
列车长度
≤140000mm
车辆最宽部分宽度
3070mm
车体内部宽度
3000mm
在两内墙之间的地板面测量
2720
mm
在客室两边门之间高于地板面10mm处测量
≥2800mm
车体长度
A车
23690
mm
B、C车
22100
mm
车辆高度（轨面到车顶高度，新轮，不含受电弓）
不含排气口
≤3800mm
含排气口
≤3855mm
受电弓落弓时高度
≤3810mm
受电弓工作范围
175～1600mm
受电弓最大升起高度
1700mm
车体内中心高度（客室内净空高度）
地板面到天花板中心最小高度
2100mm
室内乘客站立区最小高度
1900mm
轨面到地板面高度（空气弹簧充分充气，新轮，空载）
1130
mm
第二节车体结构及组成
一、车体结构
广州地铁二号线车辆，其车体结构设计上是整体承载的轻量化结构，采用大断面铝合金挤压型材、模块化设计制造而成。
这种挤压型材是由两块铝板通过中间夹层连接，且中间没有基板，因此也被称作为“中空型材”。
各模块化部件之间通过螺栓、垫圈、螺母连接成一体构成车体合件。
二、车体组成
广州地铁二号线电动客车的车体主要由以下几部分组成：
1.底架
底架是车体中一个重要的部件。
主要作用是承受车体上部载荷并传递给整个车体，承受因各种原因而引起的横向力和走行部传来的各种振动和冲击，牵引梁连挂组成列车，并在车辆间传递牵引力和制动力。
底架上设各种吊梁、吊卡、线槽、安装座，用来安装车钩缓冲、各种机电设备、制动设备等。
车底架是用大型铝合金蜂窝状挤压型材焊接而成由侧梁、端梁、牵引梁、枕梁和横梁组成。
在A车前端还设有一个撞击能量耗散区，在车辆受撞击时用以吸收传至地板水平方向和能量。
最大限度地保护客室乘客。
底架由空腔部分纵向排列组成
底架端部由以下部分组成：
●铝合金结构
●挤压板
●主横梁
●车钩端梁
底架由以下部分构成：
●侧梁
●底架
●挤压板
●底架端部附属部件
1辅助设备箱（UFAEB-A/B/C）
11设备箱（UFEQB-B/C）
2蓄电池充电器+主蓄电池箱
12ACM线路电抗器
3蓄电池箱
13MCM线路电抗器
4制动控制模块
14低压线槽
5车钩连接箱
15高压线槽
6MCM/HV逆变器模块
（PH箱：
HV包括高速断路器，车间电源等高压设备）
16A/C单元变换器
7ACM逆变器模块（PA箱）
17辅助空气风缸
8制动电阻箱
18牵引装置
9供风单元
19动车转向架
10电子柜（UFELB-B/C）
20拖车转向架
图2.1底架设备概况
底架设备（见图2.1）包括：
●转向架
●轮对
●驱动装置
●空气压缩机
●空气干燥器
●空气控制屏（包括制动控制单元）
●供风缸
●辅助逆变器
●DC/DC逆变器
底架还包括以下设备：
●汽笛管道
●司机室及设备柜的电气配线
●受电弓与转向架间的电气配线
2.侧墙
侧墙也是由多个空腔结构按纵向分布组成，由中空截面的铝合金挤压型材铆接而成
侧墙内安装有：
●安装在橡胶构架中的4块窗玻璃
●照明灯
●5对外挂式对开门
●乘务员锁开关
此外，A车侧墙还装有单开的司机室侧门
3.端墙
车辆端部为简单铆接结构，过渡设备用框架固定。
端墙主要用于以下连接：
●贯通通道
●空调单元
此外，A车一位端还用于连接：
●用于安装两个无构架的挡风玻璃
●位于挡风玻璃下方的两个头灯和两个尾灯
●两个能独立工作的空气控制刮雨器
此外，防爬装置和扰流器也安装在A车1位端。
扰流器安装在司机室下面，当列车脱轨时，便于拆卸。
4.车顶
车顶由几个空腔部分按照纵向排列组成，包括拱形顶梁。
图2.2车顶空调布置
每节车顶主要装有：
●8个静通风口
●2个空调设备及其换气连接、电力供应、排水装置
此外，A车车顶装有：
●车辆无线电天线
5.司机室
仅A车设置了全宽的司机室。
由于延长了A车以设置司机室，因此不会减少客室的可利用空间。
司机室模块为框架结构，外部由玻璃钢罩板包裹。
从运行方向来看，司机操纵台在右边，设备柜在司机座椅后部墙上，电子柜则在左边。
副司机位置在司机位置左边。
司机室是按照人机工程学原理来设计的。
因此，司机在操纵时候对所操纵的仪器、指令灯以及显示器都能够看得一清二楚。
在司机室前端墙中央设有紧急逃生装置。
当一旦发生列车不能到达下一站的情况，它就可以给乘客提供下车的通道。
紧急出口在两个司机台之间，用于列车的疏散，它由弹簧载荷组成，窗的折页在上部，且有一活动梯存储在盖后。
由于该斜梯限制了司机操纵台的可利用空间，因此，将不经常使用的指示灯和操纵装置设置在司机操纵台左侧的副司机操纵台上，以及位于司机座椅后端墙的设备柜内。
而电子柜则位于后端墙左侧。
6.客室
每节车厢每一侧都有4张长凳。
满座时候可以容纳48名乘客，设备柜和电子柜位于B、C车1位端（A车电子柜、设备柜在司机室内）。
车体结构为整体承载铝合金模块化鼓形结构，由底架、侧墙、端墙及车顶多个单独模块构成。
总装前分别对其内部部件进行预组装，在每个模块上预装隔热、隔音材料、玻璃和内侧墙，最后机械紧固在一起组成一个轻量化的一体化车体。
三、车体上的安装部件
1.车钩
在A型车司机室端装有自动车钩装置，包括风动（与设计图不符，暂不表示）对中装置，以及防止冲击损伤车体的装置。
该车钩用超载可分离紧固件固定在底架上。
如果发生事故，其冲击力超过最大允许值时，该车钩即松脱，使车辆前端的变形区能够消耗冲击力的能量。
A车和B车的2位端以及B型车和C型车的1位端，装有半永久牵引杆。
C型车的2位端装有半自动车钩。
图2.3车钩布置图
2.贯通通道
（1）概述
贯通通道是列车上的一个柔性部件，允许车厢间的相对运动，为旅客提供安全、舒适的过道。
同时，它可以挡风雨，防水隔音并且是运行可靠的通道。
贯通通道的结构设计几乎是免维护的，使用寿命较长。
（2）贯通通道的主要结构
广州地铁二号线车辆贯通通道设备采用的是两体式结构，在两辆车连挂和解钩时能快速连挂接合，锁定或解锁、分离,可操作性强。
由内装板和渡板两部分组成。
贯通通道的每部分均分别与车辆的一端相连，另一端（称为中央金属结构）面向相对的金属框架由紧固件牢固连接。
侧板、顶板和渡板安装在相连的贯通通道部分平稳的跟随两个车体运动，确保乘客的安全及保证与客室内有同样的舒适性。
● 贯通通道折棚
贯通通道折棚采用的是柔性结构。
中央金属框架部分由车辆的车钩来支撑并且由安装在贯通通道顶部弹簧来平衡，这样也可以同时满足贯通通道随着车体运动。
贯通通道的连挂和解挂工作必须由人工来操作，这样，即使两节车之间有横向位移也可以通过导渡板金属框架的导向销将金属框架与另外一节车的金属框架相连。
● 侧板
侧板由端板及中间板组成，其中端板通过铰链连接形式固定在车辆的端部，并且可以在水平方向转动。
中间板由两个端板来支撑。
端板由不锈钢制成，且面板表面粘贴装饰座。
中间板由专用橡胶制成，且表面涂与端板相近的颜色。
● 顶板
顶板安装在中央金属框架上，也包括连接着车辆的端板和中间板组成。
每个板由不锈钢组成且面板表面粘有装饰座，每个板均能顺应相对的两车间的位移。
● 渡板
渡板包括中间的渡板组成。
渡板可以通过安装在中央金属框架上的铰链进行垂直方向上的转动，渡板额度裙板可以通过安装在车辆端部的铰链上下运动。
这种结构的渡板可以弥补车辆运动时所产生的位移，同时也便于维护。
裙板由有毛刷磨光的不锈钢制成，为保证乘客的安全，提高防磨耗及防滑的耐久力，脚踏板采用不锈钢制成的波纹板。
（3）技术数据
●与贯通道配合的车体主要尺寸
1
包括车钩在内的长度
A
24390
2
包括车钩在内的长度
B/C
22800
3
车体总长
A
23580mm
4
车体总长
B/C
21880mm
5
车辆定距
A/B/C
15700
6
悬挂
A/B/C
3200
7
车体最大宽度
A/B/C
3000
8
转向架轴距
A/B/C
2500
9
从轨面至车顶的高度
A/B/C
3800
10
前部排水车体间距
A/B/C
920
11
车端与车钩间距
A/B/C
920
12
从轨面至地板的高度
A/B/C
1130
13
车辆整个横断面的游隙
A/B/C
45
14
最小轨道尺寸
A/B/C
1397
15
每个敞车的转角
A/B/C
±1°
16
两车间的转角
A/B/C
+/-2°
17
旋转连挂中心间距
A/B/C
2310
18
车钩最大行程
A/B/C
+80mm
-210mm
（碰撞条件）
19
最大高度差
A/B/C
140mm
●路况
序号
参数
干线
车辆段
1
曲线上最大的轨道斜面
120
mm
2
最大轨道斜面误差
7.5
mm
3
最小的曲线半径
–
水平方向
4
最小的基点半径–
水平方向
180
5
最小的向曲线好像
2000
m
6
带有中间直线L的最小的S曲线（R1,R2）（水平
方向）
R1=200m
L=20m
R2=200m
R1=150m
L=5.0m
R2=150m
7
带有中间直线L的最小S曲线（R1,R2）（点）（水平方向）
R1=135m
L=20m
R2=135m
8
带有中间直线L的最小S曲线（R1,R2）（垂直方向）
R1=2000m
L=50m
R2=2000m
R1=2000m
L=50m
R2=2000m
9
最大坡度
35‰
40
10
最大轨道宽度
1442mm
11
在150m曲线上最大轨道宽度
1452mm
●贯通道的主要尺寸
贯通道尺寸
1.贯通道宽度
2282mm
2.贯通道高度
2442mm
3.过道的宽度
1500mm
4.过道的高度
1900mm
5.正常情况下车两端间的距离
920mm
●轨道情况
给定的轨道情况
1.直线段
——
3.最小S
（车辆段）R150m–直线段5m-R150m
4.最小单向曲线（干线）
R180m
5.最小S曲线（车辆段）R
150m–直线段5m-R150m，超高140mm，滚动角+/-1度。
6.最小单向曲线（干线）
R135m，超高140mm,滚动角+/-1度。
7.最小单向曲线（干线）
R135m，超高140mm滚动角+/-1度。
8.最小单向曲线（干线）
R180m，超高140mm，滚动角+/-1度。
9.最小单向曲线（干线）
R180m，超高35mm，滚动角+/-1度。
10.直线段
超高140mm，滚动角+/-1度。
图2.4贯通通道总体结构
●贯通道的设计特征
1.连挂/解挂
自动啮合，手动连挂，从内部进入锁闭装置
2.贯通道折棚
弹性橡胶折棚双折棚
3.贯通道内部
不锈钢及橡胶侧板、不锈钢顶板，4顶板&6侧板/
4.脚踏板
最小化设计，4脚踏板/连接装置
贯通道重量
约600kg/连接装置
可燃性
DIN5510
整个贯通通道 侧板
顶板 渡板
图2.5贯通通道的结构
贯通通道使两辆车之间实现柔性连接，并使乘客可以在车厢之间流动均匀分布。
它可以挡风雨，防水隔音并且是运行可靠的通道。
贯通通道（见图2.5）由两个配对可分解的波纹形折棚，两块装在车辆端的渡板以及承载在车钩上的滑动支承组成。
贯通通道是列车上的一个柔性部件，允许车厢间的相对运动，为旅客提供安全、舒适的过道。
同时，它可以挡风雨，防水隔音并且是运行可靠的通道。
贯通通道的结构设计几乎是免维护的，使用寿命较长。
广州地铁二号线车辆贯通通道设备采用的是两体式结构，在两辆车连挂和解钩时能快速连挂接合，锁定或解锁、分离,可操作性强。
由内装板和渡板两部分组成。
贯通通道的每部分均分别与车辆的一端相连，另一端（称为中央金属结构）面向相对的金属框架由紧固件牢固连接。
侧板、顶板和渡板安装在相连的贯通通道部分平稳的跟随两个车体运动，确保乘客的安全及保证与客室内有同样的舒适性。
① 贯通通道折棚
贯通通道折棚采用的是柔性结构。
中央金属框架部分由车辆的车钩来支撑并且由安装在贯通通道顶部弹簧来平衡，这样也可以同时满足贯通通道随着车体运动。
贯通通道的连挂和解挂工作必须由人工来操作，这样，即使两节车之间有横向位移也可以通过导渡板金属框架的导向销将金属框架与另外一节车的金属框架相连。
② 侧板
侧板由端板及中间板组成，其中端板通过铰链连接形式固定在车辆的端部，并且可以在水平方向转动。
中间板由两个端板来支撑。
端板由不锈钢制成，且面板表面粘贴装饰座。
中间板由专用橡胶制成，且表面涂与端板相近的颜色。
③ 顶板
顶板安装在中央金属框架上，也包括连接着车辆的端板和中间板组成。
每个板由不锈钢组成且面板表面粘有装饰座，每个板均能顺应相对的两车间的位移。
④ 渡板
渡板包括中间的渡板组成。
渡板可以通过安装在中央金属框架上的铰链进行垂直方向上的转动，渡板额度裙板可以通过安装在车辆端部的铰链上下运动。
这种结构的渡板可以弥补车辆运动时所产生的位移，同时也便于维护。
裙板由有毛刷磨光的不锈钢制成，为保证乘客的安全，提高防磨耗及防滑的耐久力，脚踏板采用不锈钢制成的波纹板。
图2.6贯通道连接
3.车门和车窗
每辆车每侧装有五个外挂式对开门。
两扇门页通过丝杆螺母传动实现同步开闭。
设有机械门锁使两扇门页在全关闭位置时锁闭。
司机室设有两个滑动式侧门分别位于左侧和右侧，司机从车外可通过侧门进人司机室。
从车内和车外均可将车门锁住或开锁。
车门上部装有滑动式窗。
该窗镶有厚5mm，无涂层，不着色的单层玻璃，并有阳极氧化铝合金窗框。
上部窗为外滑型、垂向降落式，在关闭位置可以牢固的闩住。
每个司机室设有两块电热式前窗玻璃，采用强化安全玻璃制造。
前窗可以通过控制旋钮（接通位或关断位）开关进行加热。
（1）全疏散斜梯
疏散下车斜梯设在前端墙的中央，底部铰接于车体，将顶部插闩拉开后，斜梯可向前倒向轨道（见图2.7）。
如果列车因故不能行进到下一车站时，可作疏散乘客下车用。
图2.7安全疏散斜梯
⑵ 转向架
二号线车辆转向架包括动车转向架和拖车转向架。
A车为拖车转向架，B车和C车为动车转向架。
转向架由轻质构架组成，动车转向架和拖车转向架的构架是相同的，因此是可以互换的。
一系悬挂采用德国Phoenix公司生产的具有适当的垂向和横向刚度的锥形金属橡胶弹簧；它一方面可以缓和来自轨道的各种冲击和振动，提高列车的乘坐舒适性；另一方面可以对轴箱进行弹性定位，既能保证列车在直线上运行的稳定性，又能使转向架更加顺利地通过曲线，减少轮缘磨耗，防止脱轨。
二系弹簧位于转向架构架与车体之间。
为两个空气弹簧，通过空气弹簧高度阀可自动调节车体在不同载荷下的高度。
减振器布置在垂直和水平（横向）方向上。
止挡限制车体的横向运动。
牵引杆中装有消声的橡胶块，传递牵引力与制动力给车体。
此外，车体上还安装有许多高压设备、牵引制动及辅助设备等。
第三节车体轻量化结构
减轻车辆的自重一直是交通运输部门长期以来奋斗的目标，减轻自重不仅可以节约材料、减少牵引动力的消耗，而且可以减轻车辆走行部和线路的磨耗，延长使用寿命，带来巨大的经济效益。
一般车体承载结构的重量约占车辆自重的20％～25％，因此研究车体承载结构的轻量化具有很大的现实意义。
传统的铁路客车车体均采用由普通碳素钢制成的有众多纵、横型材构成的骨架和外包板结构，形成一个筒形薄壳整体承载结构，一般自重达到10t~3t。
且普通碳素钢车体在使用过程中腐蚀十分严重，增加了维修的工作量和费用。
为提高车体的耐腐蚀性能，延长车体使用寿命，现在推广使用含有铜或镍铬等合金元素的低合金钢材料，这样可以使车体钢结构自重减轻10%~15%。
如果采用半不锈钢或全不锈钢车体，在保证强度、刚度的前提下，板厚可以减小，从而达到车体薄壁化、轻量化，同时也提高了使用寿命。
一般不锈钢车体自重比普通碳素钢可以减轻1t~2t。
为进一步实现车体的轻量化，德、日、英等国在近代的高速列车、地铁车、轻轨车和近郊客车上采用了铝合金车体。
由于铝合金的比重仅为钢的1/3，弹性模量也是钢的1/3，为了充分发挥材料的承载能力，铝合金车体在结构形式上与钢车体有很大的差异。
铝合金车体的主要承载构件一般采用大型中空截面的挤压铝型材制造，以提高构件的刚度，充分发挥材料的承载性能，达到最大限度地减轻车体自重的效果。
全车的底架、侧墙、车顶均采用大型中空截面的挤压铝型材拼焊而成，比刚制车体的焊接工作量减少了40%，制造工艺大为简化，重量可以减轻3t~5t，同时可以保证车体承载结构在使用期内（一般25年~30年）不需要维修或少维修。
第四节几种车体的比较
目前城市轨道交通车辆中车体结构使用的材料主要为车辆专用经济不锈钢（不锈钢）和铝合金，下面就从机械性能、重量、价格、工艺等方面对不锈钢车体和铝合金车体的现状和发展作进一步分析比较。
一、材料和结构
1.不锈钢车体
作为不锈钢车体的材料应具有耐高应力，焊接性、辊轧成形性、冲压性等加工性能良好。
能符合上述条件的不锈钢通常有两种：
奥氏体系不锈钢的SUS301L、SUS304，性能见表2.1。
由于前者具有通过轧制加工而易于增加硬度和抗拉强度的特性，故可根据使用部位选用适当等级的材料。
SUS301L的含碳量在0.03%以下，可抑制电弧焊时碳化铬的析出，是一种可以防止晶界腐蚀裂纹的材料，并且从1991年开始已在JISG4305中标准化。
SUS304一般用于强度要求不严格的部位。
表2.1SUS301L、SUS304两种不锈钢材料的比较
主要化学成分（不包括铁）（%）
C（max）
Si（max）
Mn（max）
Ni
Cr
S（max）
P（max）
N（max）
SUS301L
0.03
1.00
2.00
6.00~8.00
16.00~18.00
0.030
0.045
0.20
SUS304
0.08
1.00
2.00
6.00~10.50
18.00~20.00
0.030
0.045
－
机械性能
调质处理
屈服强度N/mm2（以上）
拉抗强度N/mm2（以上）
延伸率（%）
厚度0.4mm以下
厚度为0.4mm以上，0.8mm以下
厚度为0.8mm以上
SUS301L
1/4H
345
690
40以上
1/2H
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