《城市軌道交通車輛》 課件 項目三 車體試驗及材料3

三、車體試驗及材料

學習領域三城軌車輛車體結構三、車體試驗及材料

（一）試驗的目的、載荷及要求

1、試驗目的是鑒定車體及其主要零部件的強度、剛度和穩(wěn)定性。

2、試驗加載應最大限度地模擬試件實際運用時的受力狀態(tài)。

3、試驗載荷應不小于基本作用載荷值，但鑒定標準仍按基本作用載荷換算。

4、試驗對象的制造質量應具有代表性。

車體結構的強度須滿足極端條件下的動載荷、靜載荷以及沖擊載荷的要求；并在架車、起吊、救援、調(diào)車、連掛和多車編組回送作業(yè)時，車體結構應力不超過材料的許用應力，不得產(chǎn)生永久變形及損壞；當超過最大載荷時，不得發(fā)生車體壓潰的現(xiàn)象；在使用壽命內(nèi)，不得產(chǎn)生疲勞失效。

車體結構的剛度應在正常載荷和自然頻率下，車體的變形不超過運行條件所決定的極限值，應能確保在各種載荷下車門運動不受阻。

（三）結構強度試驗條件

1、靜強度設計及載荷要求

車體在承受各種最大垂直載荷的同時，沿車鉤安裝縱向水平方向施加1200KN的靜壓載荷，拉伸載荷850KN，車體應力不超過設計許用應力。

2、作用于車體的機械能量吸收要求

對于列車的縱向沖動，其能量應優(yōu)先由車鉤及緩沖器系統(tǒng)起能量吸收作用。假設列車（AW0）與制動列車（AW0）相撞，當速度為8km/h時，車鉤及緩沖器系統(tǒng)可吸收產(chǎn)生的沖擊能量，并且任何部件不能損壞；當速度為15km/h時，車鉤及緩沖器系統(tǒng)可吸收產(chǎn)生的沖擊能量，除車體不能損壞外，同時應滿足以下要求：（1）不得導致轉向架、車鉤與車體連接件、貫通道、設備柜及其支承等主要部件的損壞。（2）列車仍應能通過自身的動力或是由另一機車牽引，順利通過區(qū)間和車輛段內(nèi)條件最不利的軌道，以到達維修地點。

（二）結構強度試驗條件

3、設計壽命在正常運用條件下，預期運用至少30年，對車體結構件無需重修或加固。30年后車輛重新裝配可進一步運用。

4、車體撓度要求要求在各種載荷下其撓度值須保證所有客室和司機室門操作自如。

5、車頂要求（1）車頂板在200cm2的面積上能承受1000N的垂直載荷。（2）車頂板能在間距為500mm的兩個400cm2面積上分別承受l000N的垂直載荷。（3）車頂結構在承載空調(diào)單元部位必須加固，并保證空調(diào)排水通暢。

（二）結構強度試驗條件

6、底架要求（1）底架可承受AW3的乘客載荷。（2）提供所有底架安裝設備的支撐。（3）設吊、架車支撐點。

7、設備支承及布置

設備布置要求：車輛電氣設備安裝在車體底架的設備箱或客室的電氣柜中，電氣設備的位置根據(jù)其電氣要求選定。設備箱的布置和設計應考慮設備的尺寸、重心位置及車重的分配，應提供重量計算。

（二）結構強度試驗條件

（二）結構強度試驗條件

8、車體與轉向架的連接車體與轉向架的連接部位在減速度為30m/s2作用力的作用下，不會發(fā)生永久變形。在減速度為50m/s2作用力的作用下，不被損壞。當車體吊起時，其連接應能同時吊起轉向架。

9、架車支承在底架邊梁上靠近轉向架的位置設四個支撐點；在兩端的車鉤橫梁中央分別設1個架車支承點，作復軌用，在車鉤橫梁下方架車應能抬起空載整車的一端；在車輛的四角處設四個起吊點，用于緊急情況下的架車。車體的垂向強度應滿足在使用任何一對架車點架車時，不使車體任何部位發(fā)生屈服變形。

（二）結構強度試驗條件

10、防爬裝置防爬裝置為可拆卸型，采用低合金高強度鋼制造，可承受100kN的任一方向垂向力與1000kN水平力的合力。在發(fā)生事故的情況下，兩列車相撞時車體上最先接觸的部位應該是防爬裝置。在每個帶司機室的車前端設置防爬裝置。

11、應力分析利用動態(tài)、靜態(tài)有限元分析法進行車體的設計，設計后進行試驗驗證，分析結果和有關性能，采用FEA系統(tǒng)對車體進行強度分析。

1、模擬運行條件試驗（垂向加載試驗）通過液壓油缸對車體施加靜載荷，用電阻式應變儀測定應力，測量出變形量確定垂向撓度。應按照AW0及AW3載荷條件施加試驗作用力。

2、靜壓試驗（縱向加載試驗）靜壓（擠壓）試驗應在首輛生產(chǎn)的A型車車體上進行，按照三種型式車輛中的最大重量（AW3）條件進行。試驗作用力約為1180kN，以水平方向作用在車鉤安裝座上。

（三）試驗內(nèi)容

3、沖擊試驗按A、B各型車不同的車重，以15km/h基準速度產(chǎn)生的力作計算機模擬沖擊試驗。

4、動態(tài)試驗及疲勞試驗按各型車不同的車重、載荷作計算機模擬動態(tài)試驗和疲勞試驗。設計方案需經(jīng)歷疲勞試驗，相當于30年的工作壽命。5、撓度測試在進行模擬運行條件試驗時，應測量各項撓度，確定車體固有頻率。

（三）試驗內(nèi)容

6、模擬架車試驗（模擬AW0載荷）

①垂向架車試驗在靠近車鉤橫梁4個架車點位置，升起空車，測定底架應力。

②對角架車試驗在靠近車鉤橫梁4個架車點位置升起車體后，下降一個支承點直至該點的垂向載荷為零，測出應力、支承力和變形量。

③復軌試驗車體的一端支承在轉向架上，車體的另一端在車鉤梁中央的架車點位置處提升。

（三）試驗內(nèi)容

（四）城軌車輛材料及比較

1、車體輕量化一般普通碳素鋼車輛的車體自重達10t～13t，為了提高車體的耐腐蝕性，延長車體的使用壽命，現(xiàn)在多應用的是耐候鋼材料，可使車體鋼結構自重減輕10%～15%。采用半不銹鋼或全不銹鋼車體，在保證強度、剛度的前提下，通過調(diào)質壓延而獲得高強度不銹鋼薄板，板厚可減小，同時提高了使用壽命。車體自重比碳素鋼可減輕約10%～20%。在鋁制車體結構設計中，車體主要承載構件一般采用大型中空截面的擠壓鋁型材，以提高構件的剛度，充分發(fā)揮材料的承載能力，達到最大限度地減輕車體自重，與鋼制相比焊接工作量減少40%，制造工藝大為簡化，重量可減輕3t～5t。

（四）城軌車輛材料及比較

2、車體腐蝕狀況

（1）碳素鋼車體碳素鋼車體的雨檐周圍，門口及車窗周圍的立柱、墻板、地板等處容易被腐蝕，6年后要局部修補，10年后要部分改造，20年后要進行大的改造，30年后車輛基本上就要報廢了。

（2）鋁合金車體雨檐、門口、窗口周圍及底架端部、車體側面的焊接熱影響區(qū)處發(fā)生了腐蝕。但和碳素鋼車體相比較，腐蝕程度很輕，對車體的強度不會產(chǎn)生影響，只需對車輛進行定期維護。

（3）不銹鋼車體沒有必要對外板進行修補、涂裝，對梁柱也沒有必要進行修補，因此除了不需要車體維修費用外，還會減少由于維修而產(chǎn)生的煙霧、有機溶劑等在作業(yè)場所的散布，從而減少對相關電器設備的檢查、維修等其它作業(yè)量。

（四）城軌車輛材料及比較

（1）材料成本從材料來講，車體的成本：碳素鋼車體<不銹鋼車<鋁合金車。（2）加工成本車體的制造成本：碳素鋼車體制造成本最低，不銹鋼車體次之，鋁合金車體制造成本最高。鋁合金車體要比碳素鋼車體高出70%，不銹鋼車體要比碳素鋼車體高出14%。

（四）城軌車輛材料及比較

4、維修管理車體采用不銹鋼和鋁合金材料，主要是為了提高車輛的耐腐蝕性和輕量化，還有使車輛的維修管理及運營更加合理化。過去30年的運營實際已經(jīng)驗證，不銹鋼車體和鋁合金車體基本是不用維修的，所以選用不銹鋼和鋁合金車體的車輛后期費用明顯減少。

（四）城軌車輛材料及比較

5、運營總成本如將碳