城市轨道交通铝合金车体
城市轨道车辆车体材料选择
专业知识分享版使命：加速中国职业化进程摘 要〗城市轨道交通车辆的车体选材，是关系到运营的“安全、可靠、快速、轻量、经济 、适用”的重大因素之一。
对耐候钢、不锈钢、铝合金车体的材料和结构特点进行分析、比较。
探讨了针对城市轨道交通特点和对车辆的要求，合理选择车体材料问题。
对不同材料车体的发展动向作了介绍。
〖关键词〗城市轨道车辆，车体，材料选择车体是车辆结构的主体。
车体的强度、刚度，关系到运行安全可靠性和舒适性；车体的防腐耐腐能力、表面保护和装饰方法，关系到车辆外观、寿命和检修制度；车体的重量，则关系到能耗、加减速度、载客能力乃至列车编组形式(动拖比)。
以上所述都直接影响运营质量和经济效益。
车体结构形式、性能和技术经济指标主要取决于车体材料。
故车体选材一开始就成为选择城轨系统时必须同时考虑的诸多重大要素之一。
1 轨道车辆的车体结构和材料1.1 车体和车体结构的分类车体结构按使用的主要材料可分为普通碳钢车(现已停产)、高耐候结构钢(耐候钢)车、车辆专用经济不锈钢(不锈钢)车和铝合金车。
按承载方式分类，有底架承载、侧壁承载、整体承载三种方式。
按结构形式分，有板梁组合结构、开口型材与大型中空型材组合结构以及大型中空型材结构三种形式。
这些结构又同时属于整体承载结构。
从板与梁(柱)、梁(柱)与梁(柱)之间的结合方式来分，有焊接、铆接、螺柱(钉)粘结连接或混合连接结构。
我国和日本大多采用焊接结构。
焊接-铆接或焊接-螺栓(钉)连接在欧洲应用较多。
整体承载结构，即所有车体承载构件和外板都参与承载，这样能充分发挥所有承载零部件的承载作用，有效地减轻车体重量。
特别是板梁组合结构，原则上可按照有限元法的车体强度 、刚度计算结果来分配材料：强度不足部位补强，刚度不足部位补刚，强度刚度富余的部位将材料去掉，从而收到最佳的轻量效果。
1.2 耐候钢车体耐候钢车体采用板梁组合整体承载全焊接结构。
制造厂先将购进的冷轧定尺板材或将热孔卷料开卷、矫平，切断的板材经磷专业知识分享版使命：加速中国职业化进程化预处理。
武汉市轨道交通一号线车辆铝合金车体
３６ ４２ ６０ ９９ ５２ ３２ ４２
１１５ １１２ １２９ １２５
３３
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１３８ ６０
２． ４
计算结果及其分析 根据上述条件 & 在计算机模拟加载的情况下 &Ｔ ｃ 车
空调机与 １２ 弯顶交角 端梁 头部结构
１７ ２１
与 Ｍ 车的各项指标如下 ( # １$ 垂向弯曲刚度 ’ 在垂直静载作用下 & 采用挠跨 比不大于 １／ １ ０００ 来考查 & 侧墙下部侧梁的最大挠度 Ｔ ｃ 车为 ８． ７０ ｍ ｍ &Ｍ 车为 ８． ２０ ｍ ｍ &均小于 １２． ６０ ｍ ｍ# 车辆 定距 !１／ １ ０００$ ’ 相应的垂向弯曲刚度 Ｔ ｃ 车为 ４． ７９０"
４３００３０#
要 $ 武汉市轨道交通一号线车辆在国内首次采用了全焊接铝合金型材结构的车体 % 文章介绍了其设
计过程 & 计算机模拟计算 &样车生产和测试 !结果表明该车体设计满足技术条件 ! 很成功 % 关键词 $ 铝合金车体 ’ 设计 ’ 模拟计算 ’ 测试 中图分类号 $ Ｕ ２７０． ３２ 文献标识码 $ Ａ 文章编号 $ １６７２－１１８７ " ２００５( ０５－００３１－０４
图４
车头几何图
图５
车端有限元网格
底架采用大断面铝合金挤压型材焊接结构 ! 由地 板 ’边梁 ’牵枕缓 ’主横梁 ’ 端梁等组成 " 其中 Ｔ ｃ 车驾驶 室端部底架设置板梁结构 !并加装防爬器 ! 可满足车体 驾驶室端部底架吸收高冲击能量要求 " 底架设有顶车 ’ 架车 ’ 复轨用垫座 ! 可用于拆卸 ’ 组装 ’ 修理 ’ 装运以及 救援的操作 " 空气簧座用螺套和螺钉固定在枕梁上 " 底 架下平面滑槽供车下设备吊装使用 " 地板由 ７ 块铝合 金挤压型材焊接组成 ! 地板型材腔内填充防寒材 ! 地板 下表面喷涂隔声阻尼浆 " 各型材之间采用 Ｖ 型坡口自 $ Ｔ６% ! 动焊工艺 ! 牵引梁和缓冲梁采用的材料是 ７００５ 底架的其他部分均采用的是 ６００５Ａ$ Ｔ６% "
城市轨道交通车辆的车体结构组成讲解
城市轨道交通车辆的车体结构组成讲解城市轨道交通是一种现代化的公共交通方式，其车辆的车体结构组成非常重要。
车体结构不仅影响车辆的外观和舒适性，还决定了车辆的安全性和运行效能。
本文将从车体整体结构、车体材料、车体重量和车体附属设备四个方面，对城市轨道交通车辆的车体结构进行详细讲解。
一、车体整体结构城市轨道交通车辆的车体主要由车体壳体、车体底盘和车体屋盖三部分组成。
车体壳体是车体的主体结构，承担着车辆的荷载和保护乘客的功能。
车体底盘是承载轮对和悬挂系统的基础部件，其结构应具备足够的强度和刚度，以保证车辆在运行过程中的稳定性和可靠性。
车体屋盖则是覆盖在车体顶部，旨在提供乘客休息和储物的空间。
二、车体材料城市轨道交通车辆的车体材料决定了车体的强度、重量和耐久性。
目前常用的车体材料包括钢材、铝合金和复合材料。
钢材具有较高的强度和刚度，适用于承受较大荷载的部件，如车体壳体和底盘。
铝合金具有较好的耐腐蚀性和成形性，适用于车体屋盖等外壳部件。
复合材料具有较高的强度和轻量化的特点，适用于提高车辆整体的耐久性和乘坐舒适度。
三、车体重量城市轨道交通车辆的车体重量直接影响着车辆的能耗和运行成本。
因此，车体重量的控制十分重要。
一方面，车体结构需要具备足够的强度和刚度，以保证车辆的运行安全；另一方面，车体结构需要尽可能地轻量化，以降低能耗和提高运行效能。
因此，车体结构的设计需要在强度和重量之间找到一个平衡点，通过优化设计和材料选择，使车辆在满足强度要求的同时，尽可能地减轻车体重量。
四、车体附属设备城市轨道交通车辆的车体还包括一些附属设备，如车门、窗户、灯光和通风系统等。
这些设备主要用于提供乘客进出车辆的通道，保证车内的采光和通风，以及提供车辆行驶时的灯光照明。
车辆的附属设备需要与车体的结构相适应，确保设备的稳固性和可靠性。
同时，附属设备的设计还需要满足乘客的舒适性和安全性要求。
城市轨道交通车辆的车体结构组成是一个综合性的工程问题，需要考虑多个因素的综合影响。
城轨交通车辆车体—铝合金车体
二、铝合金车体的特点
铝合金车体的 特点如下:
u （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。
u （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。
u （5）减少维修费用，延长使用寿命。
三、铝合金车体的形式
1.纯铝合金车体
u （1）车体由铝板和实心型材制成，铝板和型材通过铝制铆 钉、连续焊接与金属惰性气体点焊等进行连接。除了车钩部分 及车体内的螺钉座使用碳素钢外，其他部位都使用比重仅为碳 素钢1/3的铝合金，实现了车体的轻量化。这些铝板和型材等 多为拉延材料（板材、挤压型材、锻造材料）。很多地方使用 大型挤压型材，进行热处理后，其机械性能有很大的提高。大 型挤压型材的组合使车辆制造时焊接大量减少，但制造成本增 大。
四、铝合金车体的结构
1.底架
u (4)牵引梁。牵引梁有两根纵梁和一根横梁，纵梁沿车体 纵向布置，其作用是把车钩力分布到地板和枕梁上；横梁 的作用是承载、提升和牵引，司机室下面（A车的前端） 的牵引梁较长且较宽，发生列车碰撞时，被压溃的车钩向 后运动，牵引梁能够向后微量压缩，避免车体损坏。
四、铝合金车体的结构
三、铝合金车体的形式
2.混合结构铝合 金车体
u 城轨交通车辆除纯铝合金车体外，还有钢底架的混合结构铝合 金车体。这种车体侧墙与底架的连接基本都采用铆接或螺栓连 接的方式，其作用一是可避免热胀冷缩带来的问题，二是取消 了成本很高的车体校正工序。
三、铝合金车体的形式
2.混合结构铝合 金车体
u 采用铝合金材料制造车体可最大限度地减轻车体自重，从而提高车 辆的加速度，降低运能消耗和牵引及制动能耗，减轻对线路的磨耗 及冲击，扩大输送能力。此外，铝合金车体还有以下优点：耐腐蚀 性好（但在潮湿的地方更容易被腐蚀，所以应特别注意排水和密 封），外墙板可不涂漆，不仅节能，还节省涂装费，而且不需设置 油漆场地，缩短制造周期，并可延长检修周期；可以采用长大宽幅 挤压型材，与一般钢结构相比，人工费节省约40%，车辆质量减轻 约30%。
城市轨道交通车辆车体及内饰
城市轨道交通简称为城轨。
城轨车辆车体按材料不同，可分为耐候钢车体、不锈钢车体、铝合金车体三种。
城轨车辆的车体采用由车底架、侧墙、车顶、端墙（驾驶室）四大部分组成的封闭筒形薄壳整体承载结构。
1,底架列车底架就是由各种纵向钢梁和横向钢梁组成的长方形构架。
它承托着车体，是车体的基础。
车底架上部车体及承载物的全部重量，并通过上、下心盘将重量传给行走部。
在列车运行时，它还承受机车牵引力及列车运行中所引起的各种冲击力及其它外力。
2,侧墙钢制车体的侧墙由边梁、立柱、窗立柱和墙板等零部件组成。
在车门周围设有门边立柱和横梁进行补强。
铝合金车体的侧墙，左右各有五个车门和四个车窗，而侧墙的上部又与车顶部件组合在一起。
3、车顶。
钢制车体的车顶，由边梁、弯梁、纵向梁、顶板和车顶端部组成。
不锈钢车体的车顶有波纹顶板、车顶弯梁、侧顶板、空调机组平台等几部分组成。
铝合金车体的车顶，两侧小圆弧部分采用形状复杂的中空截面挤压铝型材，中部大圆弧部分为带有纵向加强杆件的挤压成形的车顶板，其长度与车顶等长，车顶组装时仅仅留下几条与车顶等长的纵向长焊缝。
4、端墙。
地铁车辆两端的驾驶室端墙设有端门，在端门两边设有立柱进行补强外，其他结构基本与侧墙结构类似。
其余端墙基本农贯通道，端板安装在两侧墙板和车顶之间，用于连接贯通道。
城轨车辆内饰。
客室车箱结构。
客室车箱一般由客室座椅、扶手、屏风、车窗、车门和其他设备构成的。
1.客室座椅。
现在城轨车辆的客室座椅都采用新型的防火材料，大多由钢骨架支撑的玻璃制品，采用符合人体工程学习的造型，座椅颜色以蓝色为主。
每个座椅宽为430mm，按2个座位或6个座位为一组，固定在车体侧墙上，没有与地板连接。
列车的供暖设备装在座椅下，保证暖空气覆盖车箱底部，避免头顶热风造成乘客燥热、头晕。
2.扶手和屏风。
水平、垂直扶手和侧边屏风由抛光的不锈钢材料制成。
以某地铁车辆为例，每节A车的扶手有：14个连续的从顶板到地板的垂直扶手，13个水平扶手与垂直扶手连接，10个屏风在每节车的右侧，9个对称的屏风在车的左边（由于ATC室的存在）1个水平拉手，22个把手。
城市轨道车辆-车体
❝城市轨道交通车辆-车体❝王莲芝❝城市轨道交通车辆的特殊要求❝站距短，线路曲线半径小，坡度大；客流量大而集中，乘客上下车频繁，高峰时会超载；❝车辆一般有较高的起动加速度和制动减速度；❝车辆遵循减少能耗、减少发热原则，尽量减轻自重，选择效率高的传动系统；❝运转密度较高，为确保安全行车，通信信号比较复杂，车载通信信号设备及车辆的控制系统，应有良好的适应能力。
❝车辆编号❝为了识别车辆，在车辆的侧面标有车辆编号，车辆编号包含了线路、车辆类型等信息，例如，三号线第24列车的A车编号为：03A024，其含义为: ❝03 A 024❝第一节概述❝一、车体的作用与分类❝车体是容纳乘客和司机驾驶(对于有司机室的车辆)的部分，又是安装和连接其他设备及组件的基础。
❝按照车体所使用的材料可分为碳素钢车体、铝合金车体和不锈钢车体三种，早期的城轨车辆车体材料基本上是碳素钢(包括普通低碳钢和耐候钢)，目前主要使用铝合金和不锈钢。
❝按照车体结构有无司机室可分为带司机室车体和无司机室车体两种。
❝按照车体尺寸可分为A型车车体、B型车车体和C型车车体，如广州地铁一、二号线和深圳地铁车辆采用了A型车；广州地铁三、四号线和天津滨海轻轨采用了B型车。
❝按照车体结构工艺不同可分为一体化结构和模块化结构。
如：广州地铁一号线车辆采用的是一体化结构，而二号线采用的则是模块化结构。
❝城市轨道车辆车体特点❝有拖车、动车之分；❝座位少、车门开度大、服务设备简单；❝重量限制严格，要求轻量化；❝防火及隔噪要求高；❝车体结构特点❝车体结构设计上是整体承载的轻量化结构，采用大断面铝合金挤压中空型材、模块化设计制造而成，使整车重量轻，能耗低，充分发挥了车体各个构件中的强度，并大大提高了车体整体刚度。
❝车体的材料❝要求：具有一定的强度和刚度；耐腐蚀性，采用轻量化设计❝材料：碳素钢车体；不锈钢车体；铝合金车体❝南京地铁一号线概况南京地铁一号线主线南起奥体中心，北至迈皋桥，形成南京主城区中轴线的快速交通走廊。
城轨交通车辆铝合金车体和不锈钢车体
铝合金车体和不锈钢车体
1 铝合金车体
1.铝合金材料的特性
（1）质轻且柔软，能轻量化制造。 （2）强度好。 （3）耐蚀性能好。 （4）加工性能好。 （5）易于再生。
铝合金车体和不锈钢车体
1 铝合金车体
1.铝合金材料的特性
根据铝合金车体结构及制造、运用情况，选择材料时 应遵循以下原则：从轻量化方面考虑，要求强度、刚度好 ，而重量轻；从寿命方面考虑，要求耐蚀性、表面处理性 、维护保养性好；从制造工艺方面考虑，要求焊接性、挤 压加工性、成型加工性高。根据以上原则，铝合金车体主 要使用5000系列、6000系列、7000系列的铝合金。
④车体采用空心截面的大型整体型材，结构简单。
铝合金车体和不锈钢车体
1 铝合金车体
3.铝合金车体的形式
（2）混合铝合金车体。城轨车辆除纯铝合金 车体外，还有钢底架的混合铝合金车体。车体侧 墙与底架的连接基本都采用铆接或螺栓连接的方 式。其作用有两点：一是可避免热胀冷缩带来的 问题，二是取消了成本很高的车体校正工序。
城轨交通车辆
项目 铝合金车体和
不锈钢车体
铝合金车体和不锈钢车体
铝合金车体和不锈钢车体是目前使用最多的两种新型 材料车体结构，铝合金车体和不锈钢车体均属于轻型整 体承载结构，主体材料分别是铝合金型材、不锈钢板材 等，通常采用模块化结构或焊接组装。铝合金和不锈钢 车体都有材料密度小、比强（结构的最大承载力与所耗 材料重量之比）大的优点，在满足车体强度和刚度的条 件下自重轻而倍受青睐。
（3）车顶。车顶棚骨架结构由两个上弦梁、纵 向梁、横梁一起焊接组成，骨架上面铺设不锈钢波 纹板。
（4）端墙。非司机室的端墙由不锈钢蒙皮、横 梁和贯通道加强梁组成。
铝合金车体和不锈钢车体
城市轨道交通车辆构造车体专业教育
底架中部断面较大并沿其纵向中心线贯通全车的梁称为 中梁，它是底架的骨干。底架两侧边沿的纵向梁称为侧梁， 侧墙固定其上。底架两端部的横向梁称缓冲梁(或称为端梁)， 端墙固定其上。在转向架的支承处设有枕梁，为横向梁中断 面最大的梁。在两枕梁之间设有两根以上的大横梁。为了吊 挂设备，铺设地板，底架上还设有若干小横梁和纵向辅助梁， 同时达到了增强底架强度和刚度的目的，其中，中梁和枕梁 承担载荷最大，因而最为重要。
任务一 车体的结构
一、车体的类型
1.按使用主要材料可分为普通碳素钢车体、铝合金车体 和不锈钢车体三种。
2.按照车体结构有无驾驶室，可分为带驾驶室车体和无 驾驶室车体两种。
3.按照车体尺寸可分为A型车车体、B型车车体和C型车车 体。
4.按照车体结构工艺不同可分为一体化结构和模块化结 构。
任务一 车体的结构
不锈钢
材料
C(max) Si(max) Mn(max)
Ni
Cr
S(max) P(max) N(max)
SUS301L 0.03
1.00
2.00 6.00~8.00 16.00~18.00 0.030 0.045 0.20
SUS304
0.08
1.00
2.00 6.00~10.50 16.00~20.00 0.030 0.045
任务二 铝合金车体
二、铝合金车体的特点
铝合金车体具有如下优点： 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30%～35%， 强度重量比约为碳素钢车体的2倍。碳素钢车体、不锈钢车 体、铝合金车体的重量之比约为10：8：6。 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 件的数量和重量。 5．减少维修费用，延长使用寿命。
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城市轨道交通铝合金车体
铝合金车体和不锈钢车体是目前使用最多的两种新型材料车体结构，铝合金车体和不锈钢车体均属于轻型整体承载结构，主体材料分别是铝合金型材、不锈钢板材等，通常采用模块化结构或焊接组装。
铝合金和不锈钢车体都有材料密度小、比强（结构的最大承载力与所耗材料重量之比）大的优点，在满足车体强度和刚度的条件下自重轻而倍受青睐。
1、铝合金材料的特性
（1）质轻且柔软，能轻量化制造。
（2）强度好。
（3）耐蚀性能好。
（4）加工性能好。
（5）易于再生。
根据铝合金车体结构及制造、运用情况，选择材料时应遵循以下原则：从轻量化方面考虑，要求强度、刚度好，而重量轻；从寿命方面考虑，要求耐蚀性、表面处理性、维护保养性好；从制造工艺方面考虑，要求焊接性、挤压加工性、成型加工性高。
根据以上原则，铝合金车体主要使用5000系列、6000系列、7000系列的铝合金。
2、铝合金车体的特点
（1）能大幅度降低车辆自重，与碳素钢车体相比，铝合金车体自重减轻30％～35％，比强约为碳素钢车体的2倍。
（2）有较小的密度，铝合金对冲击载荷有较高能量吸收能力。
（3）运用大型中空挤压型材，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，减少了连接件的数量和重量。
（5）减少维修费用，延长使用寿命。
3、铝合金车体的形式
（1）纯铝合金车体。
纯铝合金车体可分为四种形式：
①车体由铝板和实心型材制成，铝板和型材通过铝制铆钉、连续焊接、金属惰性气体点焊等进行连接。
②车体结构是板条骨架结构，用气体保护的熔焊作为连接方法。
③在车体结构中应用整体结构，板皮和纵向加固件构成高强度大型开口型材。
④车体采用空心截面的大型整体型材，结构简单。
（2）混合铝合金车体。
城轨车辆除纯铝合金车体外，还有钢底架的混合铝合金车体。
车体侧墙与底架的连接基本都采用铆接或螺栓连接的方式。
其作用有两点：一是可避免热胀冷缩带来的问题，二是取消了成本很高的车体校正工序。
4、铝合金车体的结构
铝合金车体鼓形结构的断面简图，这种结构有质量轻、承载量大、外形美观等优点。
（1）底架。
底架是车体的基础结构，底架结构模块包括地板、边梁、枕梁、牵引梁组件。
（2）侧墙。
侧墙由上墙板、下墙板、窗间墙板组成。
（3）车顶。
车顶结构由车顶侧梁、车顶板和空调机组安装槽组成，B车车顶结构还包括受电弓安装槽。
（4）端墙（中间端）。
端墙安装在客室的两端头，其作用是作为联结客室车体与贯通道（或司机室）的联结体，其结构包括地板、贯通道框架、侧墙部件。
5、铝合金材料使用中应注意的问题
铝合金车体有许多优点，但在设计、制造中尚需注意许多问题。
使用铝合金材料的车体多为焊接结构，且在大气条件下工作，因此要求铝合金材料不仅应具
有适当的强度和刚度，还要求有良好的焊接性能，特别是焊缝性能要接近母材性能水平。
铝合金的比重只相当于钢的1/3，弹性模量也只有钢的1/3。
材料的刚度与弹性模量有关，因此，铝合金车体的设计不能采用钢质车体的结构形式，而应该充分利用新型铝合金的性能特点，采用大型中空挤压型材。