SS4改型电力机车车体结构和检修工艺分析.docx

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SS4改型电力机车车体结构和检修工艺分析

SS4改型电力机车车体结构及检修工艺分析

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摘要

SS4改型电力机车是在SS4、SS5和SS6型电力机车的基础上,吸收了8K机车一些先进技术设计的。

SS4改型机车车体由底架、侧墙、车顶盖装置、司机室、司机室骨架、台架、后端墙、司机室前端组成。

SS4改型电力机车是由各自独立的又互相联系的两节车组成,每一节车均为一完整的系统。

它电路采用三段不等分半控调压整流电路。

采用转向架独立供电方式,且每台转向架有相应独立的相控式主整流器,可提高粘着利用。

电制动采用加馈制动,每台车四台牵引电机主极绕组串联,由一台励磁半桥式整流器供电。

机车设有防空转防滑装置。

电力机车的日常维护保养是把机车处于萌芽状态故障现象及时发现并处理,除了机车乘务员的日常检查和保养以外,还必须按时进行各种修程的定期检修。

目前,电力机车的检修制度有两种。

一种是定期检修。

另一种是状态修。

在我国铁路各个机务段中主要是采用定期检修制度,也有少数单位时兴状态修制度。

不过随着机车故障诊断记录系统的不断成熟以及机车功能模块化的逐步推广,配合更加全面的机车信息管理系统,我国未来逐步采取状态修的检修体制应该是完全可行的,毕竟它代表了机车检修管理发展的方向。

本文从SS系列电力机车的基本构造和检修工艺出发,结合各个部件检修实例,和机车车体结构特点,对SS4改型电力机车车体结构和检修工艺进行了分析和研究。

关键词:

SS4改型电力机车;机车车体;检修工艺

 

目录

摘要I

引言1

1SS4系列电力机车发展史2

1.1SS4型电力机车的背景2

1.1SS4型电力机车的研制2

1.3SS4型电力机车的改进3

1.4SS4型电力机车的衍生型4

2SS4改型电力机车5

3SS4改型电力机车车体结构7

3.1概述7

3.2SS4改型机车车体结构特点8

3.3车体几个部分主要结构9

3.3.1底架9

3.3.2侧墙12

3.3.3车顶盖装置13

3.3.4司机室14

3.3.5司机室骨架14

3.3.6台架15

3.3.7后端墙16

3.3.8司机室前端16

3.4车体内层和内部结构16

3.4.1司机室内墙和地板16

3.4.2车内各室骨架及门联锁装置17

3.4.3司机室后墙17

3.4.4底架地板和走廊地板18

4电力机车检修工艺概述19

4.1检修机构19

4.2检修指标19

4.3车体结构检修20

4.4电力机车分解20

4.5车体油漆21

4.5.1油漆前处理21

4.5.2遮蔽21

4.5.3油漆21

4.5.4整理21

4.5.5测试和试验21

结论23

致谢24

参考文献25

引言

随着近年来世界交通运输业的不断发展和提高,国内铁路运输业也紧随其步,各种应用技术也在不断进步,工程质量也在不断提高。

“和谐”号、动车组、高铁这种新型机车车型的出现,把国内铁路运输业提高到了一个新的台阶。

随着不断的大提速,一些陈旧的老机型,变要被淘汰,取而代之的是这些新型机车。

但是一些经典的车型还是不能被淘汰。

下面本文就以SS4改型电力机车为例,对SS4改型电力机车车体的构造、结构特点和检修工艺进行了分析介绍。

解释为什么SS4改型电力机车是主导的电力机车

SS4改型电力机车,是中国自行研究设计的第一代重载货运机车。

它起动平稳,加速快,工作可靠,设计载重5000吨。

和内燃机车不同,电力机车主要靠电提供动力,在功率、速度、环保等方面也有不可比拟的优势。

是在SS4型机车基础上,通过消化、吸收国内外先进技术,结合机车大修对SS4改型机车作了设计改进,使其性能更完善、质量更高、可靠性更好的重载八轴电力机车。

 

1SS4系列电力机车发展史

1.1SS4型电力机车的背景

SS4型电力机车的研制始于1980年代初。

中国实行改革开放政策之后,铁路运输负荷十分沉重,在一些主要干线上由于列车牵引吨数和货车轴重受到多年来形成的设备方面的限制,运输能力严重不足。

从1980年代初开始,中国正式开始铁路重载运输的研究和实践。

1983年2月11日,国家经贸委下达了中国铁路重点科技攻关项目——“铁路重载列车成套技术的研究”,并相继列入“六五”期间的国家重大攻关及国家重大装备项目。

1983年5月14日,中华人民共和国铁道部发布了中国铁路第一部《铁路主要技术政策》,提出“逐步提高列车重量”的目标。

1.1SS4型电力机车的研制

1981年,铁道部下达《SS4型电力机车设计任务书》,由铁道部株洲电力机车工厂及株洲电力机车研究所承担研制工作,并于1983年被列入“铁路重载列车成套技术的研究”中分项之一,同年5月铁道部在株洲电力机车厂召开了SS4型电力机车设计审查会议,通过了机车的设计方案。

1985年9月第一台SS4型电力机车(SS4-0001)落成,是当时中国国内功率最大的货运电力机车。

首台机车在株洲电力机车工厂试验线进行了初步调整后,于1986年初赴北京,在铁道科学研究院环形铁道试验基地进行全面试验考核,其中包括机车称重、牵引试验、动力学试验等项目,试验中发现的故障和问题为同年年底生产的第二、第三台机车的改进设计提供了依据。

1987年初,铁道部组织了对SS4型电力机车的鉴定试验,SS4型0001号机车在北京铁路局管内京包铁路投入10万公里运用考核,担当大同至张家口的电气化区段货运任务;0002、0003号机车则进行了整机鉴定试验及十大主要部件的型式试验考核。

1988年6月15日,SS4型电力机车通过了国家级产品鉴定,鉴定会议认为,SS4型机车性能指标达到了1980年代初期国际上直流相控电力机车先进水平。

完成技术鉴定后,SS4型机车于1989年开始投入批量生产,并于同年获国家科技进步一等奖。

SS4型采用经济四段半控桥晶闸管相控平滑调压,具有两级电阻制动和恒速、恒励磁控制,使用800千瓦直流牵引电动机、双轴转向架、水平牵引拉杆等技术。

但由于从研制到大批量生产的过程时间较短,初期生产的机车存在较多质量问题。

经过调整生产工艺后,自1990年代生产的SS4型机车质量大为提高。

1.3SS4型电力机车的改进

在研制SS4型的过程中,中国也于1980年代中期分别从欧洲、日本、苏联购买了8K、6K、8G型电力机车,均为当时世界上技术最先进的直流相控电力机车系列。

在购买8K、6K型机车的同时,中国同时引进了相关技术,应用于后来研制的一系列国产电力机车。

1991年,株机厂通过模仿8K型、6K型机车的微机控制系统,为SS4型0038号机车进行了实验性加装微机控制的技术改造,成为中国铁路第一台采用微机控制的国产电力机车。

这台机车于1992年初在宝成铁路投入运行,虽然微机系统的用户界面、抗干扰能力仍有不足之处,但控制性能已达到设计要求,其研制和使用经验后来成为了韶山8型电力机车微机控制系统的基础和改进方向。

1993年,株洲电力机车厂、株洲电力机车研究所针对早期SS4型电力机车的主要问题,从SS4型0159号机车开始进行重大改进,研制了SS4改进型机车(SS4G),同年开始批量生产,但规范的机车型号仍统一为SS4型电力机车。

SS4改型吸收了8K、6K型机车的电气技术,其质量、可靠性比SS4型有较大提高,机车改为采用不等分三段桥相控调压,机车控制为恒流恒速特性控制,采用中央低位斜杆牵引装置,增加功率补偿、加馈电阻制动等。

1997年,株机厂根据《铁道部SS4型电力机车合同书》的技术规范要求,从SS4型0480号机车开始进行另一次改进。

主要改进为更换新型号的主断路器、交流接触器、速度传感器等,并按照铁道部的指示,在每节机车安装一套完整的安全设备,由地面感应器、数字化通用式机车信号机、信号配线盒、机车信号显示器、监控记录装置(LKJ)和监控显示器等部件组成。

两套设备完全独立,机车正常运用时仅需要使用其中一套。

2004年,由株机所和大连机车车辆厂共同研制了SS4改型网络重联货运机车。

SS4改型网络重联机车是继SS3B型电力机车之后另一次以网络技术改造传统机车。

原来的SS4改型机车的重联采用硬连线方式,控制系统为模拟控制。

网络重联机车采用微机控制系统,除内重联外还实现了机车的外重联,即通过网络将2台SS4型机车重联,组合成16轴重载货运重联机车车组。

两台机车车内所有的智能设备,如智能显示器、微机控制装置、机车逻辑控制单元(LCU)、机车综合信息处理装置、中央控制单元(CCU)、列车运行监控装置等均可以通过车辆总线连接。

SS4改型网络重联货运机车在同年年底于大秦铁路投入运用。

2004年12月12日,大秦铁路首次进行2万吨重载组合列车试验取得成功,重载试验货运列车由4台SS4型机车牵引4组5000吨列车组成。

根据铁道部统一安排,株洲厂向国内其他机车厂转让了SS4改型图纸和生产技术。

株洲电力机车厂在1993年至2006年共生产SS4(改)型机车946台(SS4-0159~1104);大同机车厂在1994年至2006年生产了168台(SS4-6001~6168);资阳机车厂于2001年试制了2台(SS4-3001~3002);大连机车车辆厂在2001年至2006年生产了231台(SS4-7001~7110、SS4-7121~7241)。

截至2006年,四家工厂累计生产了1347台SS4改型电力机车。

此外,早期生产的首批158台SS4型电力机车于返厂大修时均陆续将内部电路系统改为SS4改型的不等分三段顺控半控桥式电路,但转向架仍然保留采用水平牵引拉杆。

1.4SS4型电力机车的衍生型

主条目:

SS4B型电力机车和SS4C型电力机车

1995年,株洲电力机车厂、株洲电力机车研究所在SS4改型机车的基础上,研制成功SS4B型电力机车。

SS4B型电力机车消化吸收了8K、6K型机车的先进技术,并采用与SS6B型电力机车相同的牵引电动机、悬挂系统、微机控制等。

1997年,株洲厂、株机所又研制了SS4C型电力机车,为25吨轴重实验性电力机车。

2SS4改型电力机车

SS4改型电力机车是我国第三代电力机车的前驱产品,是在SS4型机车技术的基础上改进而成的8轴重载货运电力机车,93年起投入批量生产。

该型机车遵循我国电力机车标准化、系列化、简统化的设计原则,大量应用了国外8K、6K、8G等机车的先进技术。

SS4改型电力机车全长约32m,总功率6400kW,最高速度100km/h,起动牵引力628kN。

它由两节完全相同的4轴电力机车通过内重联环节连接组成,每节车为一个完整系统,可在其中任一节车的司机室对全车进行统一控制,每节车有一个司机室,两节车通过中间走廊连通。

两节车也可分开,作为一台四轴机车独立运用,SS4改机车具有外重联功能。

机车主传动采用传统的交一直传动方式。

转向架采用中央低位斜拉杆推挽式牵引装置,稳定性好、粘着率高;牵引电机采用ZD105型800kW脉流牵引电机,轴悬式双侧斜齿传动;采用有限元法优化设计的整体承载式车体结构,可承受2450kN的静压力时无永久变形,采用大顶盖结构,可以采用预布线和预布管工艺;机车主电路为不等分三段半控桥式电路,转向架独立供电,采用晶闸管分路的无级磁场削弱电路,可实现全运行区无级调速特性;机车设有空转、滑行保护装置和轴重转移补偿环节。

在机车接收到空转信号时,先发出撒砂指令,以增加粘着。

若空转仍然存在,则电机自动减载,使机车恢复粘着。

轴重转移补偿时,在电机电流大于额定流时进行补偿,在额定电流与起动电流之间补偿呈线性关系,最高补偿为5%;机车设有功率因素补偿装置,具有较高的功率因素和较小的谐波干扰电流,可大大改善电网的供电质量。

机车设备布置采用双边走廊,分室斜对称布置,设备屏柜化、成套化等优点,使机车内部结构紧凑,接近容易,维修方便。

主要技术参数

主要用途              干线货运

电流制              单相交流50Hz

额定电压              25kV

机车整备重量          2×92t(-1~+3%)

轴荷重              23t

持续制功率            6400kW

牵引恒功率速度范围      50~80km/h

启动牵引力            628kN

持续牵引力            450kN—

持续速度              50km/h

最大速度              100km/h

电制动方式            加馈电阻制动

电制动力              382kN(10~50km/h)

轮周制动功率          5570kW(50~80km/h)

轴  式              2(B0-B0)

全轴距              2*16416mm

3SS4改型电力机车车体结构

3.1概述

对SS4改型机车车体,要求在SS4型(1~158号)机车车体的基础上,进一步完善,使其到八十年代交直机车的先进水平。

为此,要吸收消化引进国外电力机车的先进技术。

在车体设计中采用大顶盖预布线预布管结构、推挽式牵引方式和横移式密封侧窗结构等。

随着铁道技术不断发展,要求对电力机车性能不断完善和提高,机车上安装的各种电气设备日益增多,因此对SS4改型机车车体轻量化问题也提出了要求。

为便于国产电力机车的制造和检修,要求在国产韶山型电力机车传统结构的基础上,进行系列化,标准化和通用化设计。

因此,SS4改型车体一些主要参数和零部件结构,尽量与SS4型、SS5型和SS6B型车体通用。

SS4改型机车车体不采用一般热轧型钢结构,而全部采用钢板组合结构和钢板压型结构组焊成的整体承载式车体,如图3.1所示。

这样能充分发挥各构件的承载能力,若合理选择构件的形状和截面,材料能得到充分利用,达到承载能力大,材料利用率高和重量轻的目的。

图3.1车体总图

1-底架;2-司机室;3-侧钩;4-车顶盖;5-连挂装置;6-后端墙;7-牵引缓冲装置;8-台架;9-排障器

为轻车体重量,SS4改型机车车体主要承载结构采用16Mn高强度低合金钢,次要结构采用Q235A钢及LF21一Y2防锈铝合金材料。

SS4改型机车车体主要参数和组成与SS4型(1~158号)机车车体相似。

为单侧司机室和两侧贯通式走廊,尾端有一横走廊相通,后端墙上设有中间后端门及连挂风挡,把两节机车连接起来。

SS4改型机车车体主要参数

两车钩中心线间距离。

16416mm

车体底架长度。

15200mm

车体宽度。

3100mm

车体车顶设备安装与轨面高度。

4040mm

车体最高点与轨面高度。

4620mm

车钩水平中心线距轨面高度。

(880±10)mm

SS4改型机车车体由主要钢结构,车体内层和内部结构,其他部件结构组成。

SS4改型机车车体总装提出如下要求:

①外墙表面平面度在1m内不超过3mm;

②车体在1、4位枕梁间上挠度为2~8mm;

③车体两侧倾斜度不大于5mm;

④侧墙上部旁弯(司机室后端与后端墙之间)不大于7mm;

⑤两侧构组装时,必须严格控制与顶盖连接的孔距(2633±2)mm;

⑥车体焊接应符合TB1580-85机车车辆新造焊接技术条件;

⑦车体组焊后,应对外壳进行漏水试验。

3.2SS4改型机车车体结构特点

SS4改型电力机车是我国自行设计制造的大功率重载货运机车,由两节完全相同的B0-B0机车组成。

分离后单节机车可独立运行。

其车体结构具有下列特点:

(1)SS4改型机车车体首次采用16Mn低合金高强度钢板压型梁与钢板焊接整体承载式车体结构,既满足了强度和刚度的要求,又达到了轻量化的目的。

(2)吸收了国外电力机车的先进技术,在车体设计中采用了大顶盖预布线预布管结构和推挽式牵引方式及横移式密封侧窗结构等。

(3)为方便制造和检修,SS4改型机车车体较多地进行了标准化、系列化和通用化设计,使其车体一些主要参数和零件结构尽量与SS4型、SS5型和SS6型车体通用。

(4)采用单端司机室和两侧多通式走廊,尾端有一横走廊相通,后端上设有中间后端门及连挂风挡,把两节机车连接起来。

3.3车体几个部分主要结构

SS4改型机车车体主要有底架、侧墙、车顶盖、司机室、台架、排障器组成,如图:

3.2所示。

 

图3.2SS4改机车车体总图

1-底架;2-司机室;3-侧墙;4-车顶盖;5-连挂装置;6-后端墙;7-牵引缓冲装置;8-台架;9-排障器

 

3.3.1底架

底架主要由两端牵引梁、两侧侧梁、二根枕梁、二根变压器横梁、二根变压器纵梁、一根台架横梁、一根隔墙梁和一些纵横辅助梁组焊而成。

底架结构如图所示3.3所示。

SS4改型机车车体的底架全长15200mm,宽3100mm。

为便于机车前端通过曲线,在距两端1660mm长度处,底架两侧以1:

16.6斜度向端部中心收拢,并与端部拐角R200mm圆弧相切。

图3.3底架结构

1-牵引梁;2-辅助纵梁;3-隔墙梁;4-侧梁;5-枕梁;6-横梁;7-变压器横梁;8-变压器纵梁;9-横梁

底架组焊后应有如下要求:

①车钩箱和枕梁上中心线对底架纵向中心线偏差不得大于4mm;

②侧梁处旁弯不大于6mm;

③底架各梁顶面须位于同一平面上,其允差不大于3mm;

④底架组焊后,两枕梁靠内侧旁承中心对角线允差不大于l0mm。

(1)侧梁

侧梁位于底架两侧,它由380mm×1440mm×10mm压型槽钢和400mm×l0mm钢板组焊成箱形结构。

其断面形式如图3.4所示

侧梁位于底架两侧是主要承载和传力部件。

两端与牵引梁联接处设计成鱼腹形,具有较大的抗弯扭强度和刚度。

侧梁上焊有吊销装置,吊销孔径为130mm,可用专用吊具吊起车体。

 

图示3.4侧梁

1-压型钢;2-立板

 

(2)枕梁

枕梁时传递垂直载荷的主要部件,是将机车垂直载荷传至转向架的重要部件。

枕梁断面为钢板焊接成的箱型结构。

枕梁座于转向架4个橡胶弹簧上,由于橡胶弹簧顶面高于两根枕梁下盖板140mm,且并列的两个橡胶弹簧支承面较宽,所以枕梁不象SS3,SS4型(1~158号)机车枕梁那样在高度上做成凹入(反马鞍形)的变截面梁,故将枕梁设计成底部挖空的藏入式结构,在宽度方向做成两端宽中间窄的变截面梁,其两端宽为630mm,中间宽为430mm,高为260mm,钢板厚度为10mm。

其结构如图3.5所示。

又因并列的两个橡胶弹簧支承面较宽,故将枕梁在宽度方向做成两端宽中间窄的变截面梁。

枕梁断面为钢板组焊成的箱形萋。

图3.5枕梁

1-上盖板;2-旁承座板;3-旁承座;4-下盖板;5-弯板;6-立板;7-弯板;8-隔板

(3)牵引梁

牵引梁位于底架的两端,起传递牵引力、制动力和承受列车冲击力的作用,如图3.6所示。

牵引梁是传递牵引力和承受列车冲击力的主要部件。

牵引梁形似T型,上部由钢板组焊成空腹箱形梁,下部车钩箱悬于空腹粱下,与SS3、SS4和SS5型电力机车牵引梁相仿。

但传统的韶山型机车车钩箱两侧前后从板座,需传递机车牵引力和制动力,为增加车钩箱与上空腹梁的联接强度和减轻车钩箱的重量,从板座采用焊接结构。

牵引梁除下盖板厚度为12mm外,其余各板厚度均为l0mm。

牵引梁前端焊有凸出的和SS4型(1~158号)机车相同的冲击座,用以限制车钩缓冲装置在机车运行时的上跳范围,甚至直接承受来自车钩的冲击力。

 

图3.6牵引梁

1-上端板;2-上盖板;3-限位板;4-拉杆座;5-冲击座;6-加强撑板;7-加强板;8-下盖板;9-立板;10-后端板;11-后端板;12-车钩箱组成;13-前下板;14-下前撑板

 

(4)纵横变压器梁

纵横变压器梁是支持变压器的梁件。

均采用10mm厚的钢板压型槽钢,梁的尺寸为240mm×140mm×10mm,纵变压器梁上焊有变压器安装座板及加强筋板。

(5)隔墙梁

隔墙梁为8mm厚钢板压型槽钢,其尺寸为200mm×140mm×8mm。

(6)纵横辅助梁

纵横辅助梁起加强底架的稳定性外,主要用作台架,走廊及各室骨架,铁地板等处的连接件。

纵横辅助梁均采用为4mm厚钢板压型槽钢,其尺寸140mm×80mm×4mm。

横辅助梁为6mm钢板压型槽钢,其尺寸为140mm×80mm×6mm。

由于采用钢板压型结构和在结构上进行优化设计,使SS4改型机车底架重量减至8119.2kg,较SS4型(1~158号)机车底架轻1318kg。

3.3.2侧墙

侧墙在合体两侧,作为整体承载式车体,侧墙时SS4改型机车车体的主要承载结构之一。

SS4改型机车侧墙采用传统的框架结构,如图3.7所示。

侧构长13435mm;高2020mm,上弦带高223mm;最大宽度502mm,侧墙部分宽66mm。

为了减轻自重,侧墙立柱,横梁及外墙板均采用3mm厚的16Mn钢板及压型体焊接而成的。

按总体设计要求,侧构采用车顶预布线结构。

因此侧构由两部分组成,上部为上弦带结构下部为侧墙。

SS4改型机车采用韶山型机车传统的框架式结构,与SS4型(1~158号)机车近似。

为减轻自重,侧墙立柱、横梁及外墙板均采用3mm厚的16Mn钢板及压型件组焊而成。

上部上弦带结构为3mm厚的16Mn钢板压型件组成的空腹梁及线槽支架。

在上弦带空腹梁与线槽支架接合处,设有与车顶盖装置联接的定位销孔,螺栓安装孔及座。

在侧墙中间部分设有侧墙进风口,用于安装侧墙百叶窗和滤尘器,侧墙上部开有六个采光用椭圆窗孔。

与SS4型(1-158号)机车相同。

图3.7侧墙结构

1-左侧梁组成;2-墙上板;3-上横梁;4-下横梁;5-纵立板;6-窗下板;7-板梁

 

3.3.3车顶盖装置

车顶盖装置由四个顶盖和三根活动横梁组成,四个顶盖由前至后依次为第一高压室3960mm×2893mm;变压器室顶盖,2768mm×2893mm;第二高压室顶盖,3003mm×2893mm;机械室顶盖;3563mm×2893mm。

车顶盖上装有车顶电气设备,为便于车内设备的拆装和预布线需要,各车顶盖及活动横梁均做成活动可拆式。

为满足电力机车的预布线结构要求,各车顶盖都做成宽度较大的大顶盖,其宽度较一般车顶盖宽,为2893mm。

为了结构简化和通用化,各车顶盖横断面形状和尺寸以及各车顶盖主要结构形式都基本相同。

如图3.8所示。

各顶盖横断面为梯形,骨架外蒙上厚2.5mm的Q235A钢板外皮。

主要承载和联接结构是边梁,为一厚4mm的Q235A钢板压型梁,其上焊有用于联接活动螺母和定位销座板。

根据车顶电气设备安装需要并考虑到顶盖的强度和刚度,在两边梁之间适当设置横向梁和纵向梁,横向梁和纵向梁为4mm的Q235A钢板压型槽形梁。

各顶盖上根据车顶电气设备安装需要,设有各种车顶电气设备安装支座(如受电弓,主断路器……等支座。

),车顶通风固定式水平百叶窗,车顶人孔门以及局部向上凸出的固定罩子,为便于车顶检修作业,各顶盖上装有走道板。

为便于车顶预布线及支撑顶盖设有活动横梁。

活动横梁为钢板压型梁组合结构,上横梁为厚3mm的Q235A钢板压制槽形梁,下横梁为3mm的Q235A钢板压制凸形梁。

活动横梁用螺栓与车体固定

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