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1、第二章车体第二章车体【问题导入】城市轨道交通车辆中，车体是一个重要的组成部分。那么车体有哪些种类，车体的结构又是怎样，有什么特点,通过这一章的学习，我们就能解决这些问题。第1页/共51页【学习目标】1.掌握车体的作用与分类。2.熟悉车体的结构形式。3.掌握铝合金车体的结构和特点。4.掌握不锈钢车体的结构和特点。5.熟悉车体的模块化结构。6.掌握车门的组成和控制原理。第2页/共51页【教学建议】1.教学场地：在教室、互联网多媒体教室及城市轨道交通车辆车体实训室中进行，课后可实地参观。2.设备要求：至少具有能连接互联网的多媒体教室一个，车辆车体的仿真模型一套或能放视频投影的设备及课件、视频介绍一套
2、。3.课时要求：课堂讲授6课时；模拟操作2课时。第3页/共51页一、车体的作用与分类二、车体的基本特征与结构1.车体的基本特征1)城市轨道交通车辆一般为电动车组，有单节、双节、三节式等；有头车(即带有驾驶室的车辆)和中间车，以及动车与拖车之分，其车体结构也就有其多样性。2)由于城市轨道交通车辆是服务于城市内的公共交通，乘客数量多，旅行时间短，上下车频繁，因此车内设置的座位数量少、车门数量多而且开度大，服务于乘客的车内设备简单。3)对车辆的质量限制较为严格，特别是高架轻轨，要求列车质量轻、轴重小，以降低线路设施的工程投资。第一节概述第4页/共51页4)为减轻列车自重，车辆必须轻量化，对于车体承载
3、结构一般采用大型中空截面挤压铝型材、高强度复合材料或不锈钢等，采用整体承载筒形车体结构，车辆的其他辅助设施也尽量采用轻型材料和轻量化结构。5)城市轨道交通车辆一般运营于城市人口稠密地区，并用于乘载旅客，所以对车辆的防火要求严格，特别是地铁车辆。6)对车辆的隔音和降噪有严格要求，以最大限度降低噪声对乘客和沿线居民的影响。第一节概述第5页/共51页7)城市轨道交通车辆主要用于城市内交通，所以车辆外观造型和色彩必须考虑城市文化、环境美化，与城市景观相协调。2.车体的结构形式(1)底架承载结构全部载荷由底架来承担的车体结构，称底架承载结构，也称自由承载结构。(2)侧墙和底架共同承载结构由侧、端墙与底架
4、共同承担载荷的车体结构，称侧墙和底架共同承载结构，也称侧墙承载结构。第一节概述第6页/共51页(3)整体承载结构在板梁式侧、端墙上固接由金属板、金属梁组焊接而成的车顶，使车体的底架、侧墙、端墙、车顶连接成一个整体，成为开口或闭口箱形结构，此时车体各部分结构均参与承受载荷，因而称这种结构为整体承载结构，如图2-1所示。第一节概述第7页/共51页图2-1钢制车体整体承载结构第一节概述第8页/共51页图2-2车体的一般结构形式1缓冲梁(端梁)2枕梁3小横梁4大横梁5中梁6倒梁7门柱8侧立柱9上侧梁10角柱11车顶弯梁12顶端弯梁13端立柱14端斜撑3.车体的基本结构第一节概述第9页/共51页三、车体
5、结构的基本参数1.上海地铁1、2号线车辆车体规格表2-1上海地铁1、2号线车辆车体规格(单位：mm)第一节概述第10页/共51页表2-2天津滨海轻轨车辆车体规格2.天津滨海轻轨车辆车体规格第一节概述第11页/共51页一、铝合金材料特性(1)质轻且柔软铝的密度为2.71g/cm2，约为钢密度(7.87g/cm2)的1/3，杨氏模量也约为钢的1/3。(2)强度好纯铝的抗拉强度约为80MN/m2，是低碳钢的1/5。(3)耐蚀性能好铝合金的特性之一是接触空气时表面会形成一层致密的氧化膜，这层膜能防止腐蚀，所以耐蚀性能好。第二节铝合金车体第12页/共51页(4)加工性能好车辆用型材挤压性能好，二次机加工
6、、弯曲加工也较容易。(5)易于再生铝的熔点低(660C)，再生简单。表2-3车辆常用铝合金材料的特性及用途第二节铝合金车体第13页/共51页二、铝合金材料车体的特点1)能大幅度降低车辆自重，在车辆长度相同的条件下，与碳素钢车体相比，铝合金车体的自重降低大约3035，强度质量比约为碳素钢车体的2倍。2)具有较小的密度及杨氏模量，所以铝合金对冲击载荷有较高能量吸收能力，可降低振动，减少噪声。3)可运用大型中空挤压型材进行气密性设计，提高车辆密封性能，提高乘坐舒适性。4)采用大型中空挤压型材制造的板块式结构，可减少连接件的数量和质量。第二节铝合金车体第14页/共51页5)减少维修费用，延长使用寿命。
7、三、铝合金车体形式1.纯铝合金车体2.混合结构铝合金车体四、铝合金车体架车1)整车架起(带转向架)顶车点号为：3、4、5、6。2)无转向架架车的顶车点号可为：1、2、7、8或1、2、5、6或3、4、7、8或3、4、5、6；也可用三点架车，其顶点号为：1、2、10或3、4、10或7、8、9或5、6、9。第二节铝合金车体第15页/共51页图2-3上海地铁车辆(A型)架车点第二节铝合金车体第16页/共51页五、铝合金车体结构1.车顶2.侧墙、端墙3.地板图2-4上海地铁车辆铝合金车体的断面第二节铝合金车体第17页/共51页六、铝合金材料使用中应注意的问题1.铝合金材料的合理选择2.铝合金车体的组装第
8、二节铝合金车体第18页/共51页第三节不锈钢车体第三节不锈钢车体一、不锈钢车体的结构图2-5天津滨海轻轨车辆车体模型1.车顶第19页/共51页第三节不锈钢车体第三节不锈钢车体2.侧墙3.端墙4.底架二、不锈钢材料使用中应注意的问题1.不锈钢材料的合理选择1)价格便宜、通用性高，容易购买。2)耐腐蚀性好。3)具有足够的强度。4)加工性好，在对其进行剪切、弯曲、拉延、焊接等加工时，不会产生缺陷。第20页/共51页第三节不锈钢车体第三节不锈钢车体 SUS301L-LT：不进行冷压加工，其特点是强度较低，与SUS304基本相同，多用于强度要求不高处，拉伸加工料件。SUS301L-DLT(1/4H)：其
9、特点是压延加工度低，板的平面度在几种调质材料中最好，多用于外板。SUS301L-ST(1/2H)：其特点是具有较高强度，同时拉伸性良好。多用于车顶弯梁、侧立柱、端立柱等处。SUS301L-MT(3/4H)：其特点是强度很高，但不易进行弧焊加工，加热至600以上时，强度会大幅降低，系为冷弯型钢用料。第21页/共51页第三节不锈钢车体第三节不锈钢车体 SUS301L-HT(H)：其特点是屈服强度和强度极限在几种调质材料中都是最大的，与MT相同，加热至600以上时，强度会大幅下降，多用于底架边梁、主横梁、侧立柱等对强度要求很高的部位。2.不锈钢材料的焊接第22页/共51页第四节车体的模块化结构第四节
10、车体的模块化结构一、模块化结构的概念图2-6车体模块组成1底架模块2侧墙模块3端部模块4车顶模块5牵引梁模块6整梁模块第23页/共51页第四节车体的模块化结构第四节车体的模块化结构图2-7车顶模块1顶板吊架2顶板槽梁3空调风道4隔音、隔热材料5内部装饰6灯带7出风口8顶板悬挂第24页/共51页第四节车体的模块化结构第四节车体的模块化结构图2-8模块化车体组成1车顶模块2螺栓3侧墙模块4底架模块第25页/共51页第四节车体的模块化结构第四节车体的模块化结构二、模块化结构的优点1)在每个模块的制造过程中均注意验证其质量。2)由于每个模块的制造可以独立进行，并解决了模块之间的接口问题，因此，各模块和
11、部件可以由不同的工厂同时生产。3)可以改善劳动条件、降低施工难度、提高劳动效率、保证整车质量。4)可以减少工装设备、简化施工程序、降低生产成本。5)在车辆检修中，可采用更换模块的方式进行，方便维修。第26页/共51页第四节车体的模块化结构第四节车体的模块化结构三、模块化结构的缺点第27页/共51页第五节车第五节车 体体 材材 料料1.车体轻量化2.车体腐蚀状况(1)碳素钢车体以前的碳素钢车体，车体的雨檐周围、门口及车窗周围的立柱、墙板、地板等处容易被腐蚀，6年之后要进行局部修补，10年后要进行部分改造，20年后还要进行大的改造。(2)铝合金车体铝合金车体除了车钩部分及车体内的螺钉座使用碳素钢外
12、，其他部位均为铝合金。(3)不锈钢车体不锈钢车体具有耐腐蚀、免维修等特点。第28页/共51页第五节车第五节车 体体 材材 料料3.制造成本(1)材料成本在分析碳素钢车、铝合金车、不锈钢车的经济性时，必须先确定各种车的样式。(2)加工成本在制造成本中，还要考虑加工因素的影响。1)碳素钢车体：用CO2气体保护的弧焊和用焊条的弧焊。2)铝合金车体：MIG焊和TIG焊。3)不锈钢车体：点焊、MIG焊和TIG焊。4.维修管理5.运营总成本第29页/共51页第六节车门第六节车门一、车门的类型1)要有足够的有效宽度。2)车门要均匀分布，以方便乘客上、下车。3)要有足够数量的车门，可使乘客上、下车时间满足地铁
13、列车运行密度的要求。4)车门附近要有足够的空间，方便乘客上、下车时周转。5)要确保乘客的安全。6)要具有较高的可靠性。二、车门系统概述1.客室门第30页/共51页第六节车门第六节车门图2-9南京地铁1号线车门示意图1)客室门的位置及编号如图2-9所示。2)客室门技术参数见表2-4。2.驾驶室侧门第31页/共51页第六节车门第六节车门表2-4客室门技术参数表2-5驾驶室侧门技术参数第32页/共51页第六节车门第六节车门表2-6驾驶室隔间门技术参数3.驾驶室隔间门第33页/共51页第六节车门第六节车门图2-10逃生门1弹簧杆2连杆3安全疏散梯4伸缩杆4.逃生门第34页/共51页第六节车门第六节车门
14、表2-7逃生门技术参数三、车门系统组成及重要部件介绍1.客室门的组成(见图2-11)第35页/共51页第六节车门第六节车门图2-11客室门的组成第36页/共51页第六节车门第六节车门(1)门叶和定位销每扇门叶是由两块铝合金板对折覆盖在一块铝合金挤压型材的框架上组成。(2)支承杆支承杆通过一个能承载整个门机构重量的底板固定到车体上。(3)滑车/托架滑车可以通过滚珠轴承在导杆上滑行，同时也将来自门机械装置的力传给门叶，反过来也一样。(4)驱动电动机门的移动主要由一个带齿轮的电动机驱动。(5)制动单元一个由自由轮和离合器组成的车门制动单元通过法兰连接在丝杠上。第37页/共51页第六节车门第六节车门(
15、6)紧急解锁装置和外部紧急解锁装置为了能够在紧急情况下打开客室车门，在客室内每扇门的右侧内墙上装有一个紧急解锁装置，如图2-12所示。(7)门切除装置在每一对门的一扇门叶上安装有门切除装置，可以机械地切除车门，在出现故障时，工作人员可以在车内或车外通过方孔钥匙切除车门，如图2-13所示。第38页/共51页第六节车门第六节车门图2-12紧急解锁装置a)正常位b)解锁位第39页/共51页第六节车门第六节车门(8)上、下导轨上部导轨被安装在门头机构上，托架上的滚柱沿导轨滚动。2.驾驶室侧门的组成3.驾驶室隔间门的组成第40页/共51页第六节车门第六节车门图2-14驾驶室侧门的组成1铝制门板2上部玻璃
16、窗3下部玻璃窗4门窗橡胶条5防水橡胶条6门框密封橡胶条7门锁装置8上下铰链9手动锁第41页/共51页第六节车门第六节车门4.逃生门的组成5.客室门的控制(1)“零速”列车线只有当“零速”出现，即列车的运行速度小于1.8km/h(ATC设置)或3km/h(洗车模式)时，“开门”列车线才可能激活。(2)开门/关门客室车门的开关是由车门控制单元(EDCU)根据列车控制(开门列车线、关门列车线、零速列车线)电平信号和车门驱动机构上的元件(限位开关、车门位置传感器)电平信号来控制的。表2-8客室车门的开关的电平信号第42页/共51页第六节车门第六节车门1)开门。2)关门。(3)警告灯/蜂鸣器在每扇客室车
17、门的上方车体内外部各装设有一个警告灯，开关门时警告灯将会亮并闪烁。(4)障碍物探测1)关门防夹(关门时的障碍物探测)。2)开门时障碍物探测。第43页/共51页第六节车门第六节车门(5)车门切除一旦运营中有车门开关故障时，驾驶员可以通过用方孔钥匙将故障车门切除(切除开关有方向性，车外切除应是逆时针，车内切除应是顺时针，否则会造成切除机构损坏)。(6)主隔离开关在每扇门的驱机构上安装有一个主隔离开关。(7)紧急解锁1)在速度低于1.8km/h或3km/h时操作紧急解锁装置将导致：第44页/共51页第六节车门第六节车门 传给门控单元的信号将使门控单元切断其所有的门控功能；通过弓形钢缆手动解锁丝杠的制
18、动装置，使车门处于解锁位；触发门驱动件上制动装置处的限位开关；将中断车门关闭和锁定环路；门控单元发出信号；门可以通过手动在开门和关门方向上移动。2)当速度大于1.8km/h时操作紧急解锁装置将导致：第45页/共51页第六节车门第六节车门 产生一个持续1s 8A的脉冲发给电动机(完全关门)，在这个短暂的脉冲之后，将会给电动机施加连续的大约为电动机正常工作电流的50%(1.5A)电流以使车门保持在关闭位。而且这个连续电流施加的时间不限；“紧急解锁”限位开关上的常闭触点断开，这时“门关闭和锁定回路”中断；如果乘客企图打开门，“门关闭并锁定”限位开关将监控到车门正在被打开，这将引起：3)当速度大于5k
19、m/h时操作紧急解锁装置还将导致列车产生紧急制动。四、与其他系统的接口说明第46页/共51页第六节车门第六节车门【实践操作】1.操作练习1)根据本章所学知识，掌握车体试验的方法。2)在课余时间，学习掌握车门的故障处理方法。2.书面练习1)简述车体的作用与分类。2)简述车体基本结构的组成。3)按车体承载特点分，车体结构形式有哪几类?各有什么特点?4)简述车体的基本特征。第47页/共51页第六节车门第六节车门5)试述铝合金车体的结构组成和各组成部分的结构特点。6)画图说明铝合金车体的架车位置。7)试述不锈钢车体的结构组成和各组成部分的结构特点。8)试述不锈钢材料使用中应注意的问题。9)什么是车体模块化结构?有何优缺点?10)简述车体试验的目的、要求和内容。1.教师的评价表格第48页/共51页第六节车门第六节车门2.学员的评价表格第49页/共51页第六节车门第六节车门3.知识跟进1)从互联网上了解世界上各国城市轨道交通车辆车体技术发展的现状如何？2)从互联网上了解北京城市轨道交通车辆早期车体使用的技术有哪些？第50页/共51页感谢您的观看。第51页/共51页