车体设计要求:①车体要承受各种动、静载荷和不同方向的振动,要求车体有足够的强度,确保30年的使用寿命和乘客的安全。②一般车体承载结构的重量约占车辆自重的20%~25%,车体的材料应轻量化,有利于降低牵引动力的能耗,同时要求车体具有较好的可维修性,以使受损的车体易维修并恢复至原始状态。③车体应有良好的隔音减噪措施,提高乘客乘坐的舒适性。④车内设座椅,满足老、弱、病、残、婴、儿童以及较长途乘客的需要。⑤设合理数量的客室门,以方便乘客快速上、下车以及在应急时快速疏散乘客。⑥设足够的立柱和扶手,确保任何位置的站立乘客可以扶手。⑦所有车体的结构材料及内装饰材料均应具有防火性能。⑧车内设广播、视频显示等乘客信息系统。⑨应急设施、应急疏散的标识和一定数量的灭火器。⑩城市轨道交通是城市一道亮丽的风景线,车体的外形设计以及表面涂装的色彩应与城市的环境与风貌相协调。
城市轨道交通车辆车体
坐落于车辆转向架上的城市轨道交通车辆的重要部件(图1)。车体的功能是载客,在车顶、车下和车体客室内部安装车辆及大部分的机械和电气设备,头车的前部还设有驾驶室。
- 英文名称
- car body
- 所属学科
- 土木工程
无论是地铁、单轨、市域快轨、磁悬浮、自动导向轨道、轻轨、有轨电车等车辆,车体均由底架、车顶、左右侧墙和前后端墙等6大部件组成(图2)。各部件之间的连接是通过焊接、螺栓和铆接方式实现。设驾驶室的车辆前端设司机瞭望窗口,司机室后端设门口或贯通口;侧墙设窗口及旅客乘降门口;车顶设受电弓或空调机组安装座;车底架设各种吊梁、线槽设备安装座。车体内表面通常喷涂2~4毫米厚的防振隔音阻尼涂层。耐候钢车体表面在底漆外层还刮腻子,喷面漆。
早期车辆的车体采用普通碳素钢型材构成骨架,外侧包薄钢板构成全焊接的筒形薄壳结构。普通碳素钢车体易腐蚀,强度随腐蚀而降低,维修成本也会增加。为了提高耐腐蚀性,延长车体的使用寿命,至20世纪80年代始采用09Mn2Cu、也有采用05CuPCrNi等的低合金高耐候结构钢,抗腐蚀性高于普通低碳钢2~3倍,使车体实现了不因锈蚀而挖补维修。
现车体多用不锈钢和大型中空挤压铝合金型材焊接而成。不锈钢有Fe-Cr和Fe-Ni两大类。用于轨道交通车辆的不锈钢主要是奥氏体不锈钢或二相系不锈钢,即通过加入铁中含不同比例的铬(Cr)和镍(Ni)获得不锈钢,耐腐蚀性能较好,强度也高,车体钢结构自重比碳素钢轻约10%~15%。为了克服焊接时由于高温使内部组织发生变化,通常采用点焊。一般不锈钢车体表面不涂漆,有利车体自重减轻。较多城市轨道交通车辆的车体采用铝合金材料。铝合金密度约为钢的1/3,在与空气接触时会自然形成一层氧化膜,提高了耐腐蚀能力,也使表面美观、工艺上容易挤压成型,但弹性模量仅是钢的1/3,强度和刚度也小,铝合金材料的可焊性较差,容易产生变形,因此在车体焊接时需要有工艺装备,尽可能减少发生变形。为了提高弹性模量,通常采用中空挤压型材,铝合金型材车体自重比钢车体轻约1/3~1/4。通常不锈钢车体和铝合金车体无须外表涂装,有时为了外观需要,也有不少特别是铝合金车体,采用表面涂装油漆。现代车辆的车体均采用整体承载结构。
为了使车体结构的轻量化,降低成本,国际上正在研究新材料,采用蜂窝结构复合材料,铝镁合金,特别是纤维复合材料,包括碳纤维(CFRP)、玻璃纤维增强聚合物基复合材料(GFRP)、芳纶纤维复合材料,具有比强度、比刚度优越的性能。国际上车体外表面采用贴膜,既可以做到外表美化,同时对减轻车辆自重起到一定的效果。