《城市軌道交通車輛》 課件 項(xiàng)目三 車體試驗(yàn)及材料3

三、車體試驗(yàn)及材料

學(xué)習(xí)領(lǐng)域三城軌車輛車體結(jié)構(gòu)三、車體試驗(yàn)及材料

（一）試驗(yàn)的目的、載荷及要求

1、試驗(yàn)?zāi)康氖氰b定車體及其主要零部件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。

2、試驗(yàn)加載應(yīng)最大限度地模擬試件實(shí)際運(yùn)用時(shí)的受力狀態(tài)。

3、試驗(yàn)載荷應(yīng)不小于基本作用載荷值，但鑒定標(biāo)準(zhǔn)仍按基本作用載荷換算。

4、試驗(yàn)對象的制造質(zhì)量應(yīng)具有代表性。

車體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(shí)，車體結(jié)構(gòu)應(yīng)力不超過材料的許用應(yīng)力，不得產(chǎn)生永久變形及損壞；當(dāng)超過最大載荷時(shí)，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(jié)構(gòu)的剛度應(yīng)在正常載荷和自然頻率下，車體的變形不超過運(yùn)行條件所決定的極限值，應(yīng)能確保在各種載荷下車門運(yùn)動不受阻。

（三）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)條件

1、靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)及載荷要求

車體在承受各種最大垂直載荷的同時(shí)，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(yīng)力不超過設(shè)計(jì)許用應(yīng)力。

2、作用于車體的機(jī)械能量吸收要求

對于列車的縱向沖動，其能量應(yīng)優(yōu)先由車鉤及緩沖器系統(tǒng)起能量吸收作用。假設(shè)列車（AW0）與制動列車（AW0）相撞，當(dāng)速度為8km/h時(shí)，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(dāng)速度為15km/h時(shí)，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(shí)應(yīng)滿足以下要求：（1）不得導(dǎo)致轉(zhuǎn)向架、車鉤與車體連接件、貫通道、設(shè)備柜及其支承等主要部件的損壞。（2）列車仍應(yīng)能通過自身的動力或是由另一機(jī)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(dá)維修地點(diǎn)。

（二）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)條件

3、設(shè)計(jì)壽命在正常運(yùn)用條件下，預(yù)期運(yùn)用至少30年，對車體結(jié)構(gòu)件無需重修或加固。30年后車輛重新裝配可進(jìn)一步運(yùn)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(jī)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)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(shè)備的支撐。（3）設(shè)吊、架車支撐點(diǎn)。

7、設(shè)備支承及布置

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

（二）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)條件

（二）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)條件

8、車體與轉(zhuǎn)向架的連接車體與轉(zhuǎn)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(dāng)車體吊起時(shí)，其連接應(yīng)能同時(shí)吊起轉(zhuǎn)向架。

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

（二）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)條件

10、防爬裝置防爬裝置為可拆卸型，采用低合金高強(qiáng)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(shí)車體上最先接觸的部位應(yīng)該是防爬裝置。在每個帶司機(jī)室的車前端設(shè)置防爬裝置。

11、應(yīng)力分析利用動態(tài)、靜態(tài)有限元分析法進(jìn)行車體的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，分析結(jié)果和有關(guān)性能，采用FEA系統(tǒng)對車體進(jìn)行強(qiáng)度分析。

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

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

（三）試驗(yàn)內(nèi)容

3、沖擊試驗(yàn)按A、B各型車不同的車重，以15km/h基準(zhǔn)速度產(chǎn)生的力作計(jì)算機(jī)模擬沖擊試驗(yàn)。

4、動態(tài)試驗(yàn)及疲勞試驗(yàn)按各型車不同的車重、載荷作計(jì)算機(jī)模擬動態(tài)試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)。設(shè)計(jì)方案需經(jīng)歷疲勞試驗(yàn)，相當(dāng)于30年的工作壽命。5、撓度測試在進(jìn)行模擬運(yùn)行條件試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)測量各項(xiàng)撓度，確定車體固有頻率。

（三）試驗(yàn)內(nèi)容

6、模擬架車試驗(yàn)（模擬AW0載荷）

①垂向架車試驗(yàn)在靠近車鉤橫梁4個架車點(diǎn)位置，升起空車，測定底架應(yīng)力。

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

③復(fù)軌試驗(yàn)車體的一端支承在轉(zhuǎn)向架上，車體的另一端在車鉤梁中央的架車點(diǎn)位置處提升。

（三）試驗(yàn)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(dá)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(yīng)用的是耐候鋼材料，可使車體鋼結(jié)構(gòu)自重減輕10%～15%。采用半不銹鋼或全不銹鋼車體，在保證強(qiáng)度、剛度的前提下，通過調(diào)質(zhì)壓延而獲得高強(qiáng)度不銹鋼薄板，板厚可減小，同時(shí)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，車體主要承載構(gòu)件一般采用大型中空截面的擠壓鋁型材，以提高構(gòu)件的剛度，充分發(fā)揮材料的承載能力，達(dá)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(bǔ)，10年后要部分改造，20年后要進(jìn)行大的改造，30年后車輛基本上就要報(bào)廢了。

（2）鋁合金車體雨檐、門口、窗口周圍及底架端部、車體側(cè)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(qiáng)度不會產(chǎn)生影響，只需對車輛進(jìn)行定期維護(hù)。

（3）不銹鋼車體沒有必要對外板進(jìn)行修補(bǔ)、涂裝，對梁柱也沒有必要進(jìn)行修補(bǔ)，因此除了不需要車體維修費(fèi)用外，還會減少由于維修而產(chǎn)生的煙霧、有機(jī)溶劑等在作業(yè)場所的散布，從而減少對相關(guān)電器設(shè)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(yùn)營更加合理化。過去30年的運(yùn)營實(shí)際已經(jīng)驗(yàn)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(fèi)用明顯減少。

（四）城軌車輛材料及比較

5、運(yùn)營總成本如將碳