城市轨道交通铝合金车体
地铁车辆铝合金车体与不锈钢车体的对比及发展
地铁车辆铝合金车体与不锈钢车体的对比及发展 陈曦 【摘 要】地鼓车辆的车体材料选材,是关系到地铁运营的安全、可靠、快速、轻量、经济、适用的重大因素之一.文章结合当前国内城市地铁车辆车体的使用及选购情况,借鉴国外经验,针对不锈钢、铝合金车体的材料和结构特点进行分析、比较,并对两种车体材料的发展动向进行了探讨,为城市轨道交通车辆车体材料的选型提供依据.
【期刊名称】《科技资讯》 【年(卷),期】2014(012)007 【总页数】2页(P86-87) 【关键词】城市轨道交通车辆;车体选材;不锈钢;铝合金 【作 者】陈曦 【作者单位】广州地铁设计研究院有限公司 广东广州 510000 【正文语种】中 文 【中图分类】U270
国内很多新线车辆段采用上盖开发模式,如果像以往的做法,采用铝合金车体,车辆段内必须要设置喷漆库。车体喷漆对上盖建筑是有影响的,国内目前还没有上盖车辆段内设置喷漆库的做法。因此,本文对不锈钢车体和铝合金车体进行对比。 1 材料 这一点来减轻车体自重。铝合金车体的自重一般可达到普通钢车体的1/2。铝合金车体的弱点是铝的纵弹性模量小,约为普通钢的1/3,因而往往使车体刚度下降。一般铝合金车体比普通钢车体、不锈钢车体的刚度都要小。这是铝合金车体设计时加大板厚和尽量加大车体断面以提高车体抗弯刚度的重要原因。 新型不锈钢车体采用超低碳(C<0.03%)的SUS301L车辆专用经济不锈钢,通过压延率的不同分成LT、DLT、ST、MT、HT 5个强度级。SUS301L的改性压延状态机械性能代号HT的屈服点在961N/mm2以上,拉伸强度在1275N/mm2以上(超过耐候钢一倍以上)。但其纵向弹性模量(E)却只有钢的85%(钢的E=2.06×105N/mm2,不锈钢的E=1.76×105N/mm2),这意味着不锈钢车体比同样结构(当然结构是有很大不同的)的耐候钢车刚度要小。刚度下降将导致舒适性下降。这就是不锈钢车体设计时尽量设法增大刚度的原因。 铝合金车体的主要材料是A1-Mg系(5000系)、A1-Mg-Si系(6000系)和A1-Zn-Mg系(7000系)合金。铝合金车体的特点是利用铝的相对体积质量约为普通钢的1/3 2 制造工艺 不锈钢车体结构采用板梁组合整体承载全焊结构。由于使用的板材较薄(车体外板厚0.4～1.2mm,梁柱厚0.8～3mm),须采用大量薄板(一般为0.8mm)轧压成补强(刚)型材与外板点焊连接形成空腔,借以提高外板的刚度、强度。这是不锈钢车的结构特征之一。为了不降低板材强度和减小变形,应尽量采用点焊。特别是强度级高的材料不允许任何形式的弧焊。梁柱之间采用平面或立体接头、点焊。板的拼接采用搭接缝焊。采用点焊代替弧焊是不锈钢车的又一特征和技术关键。近年,由于新工艺的发展,目前最新采用激光焊来取代点焊。 铝合金车体从结构形式上可分为:板梁、大型开口型材和大型中空闭口型材及其组合形式。 表1比重 抗拉强度 弹性模量 厚度铝合金 2.71 g/cm3 270～310 MPa 0.71E10N/mm2 2～6.5 mm不锈钢 7.85 g/cm3 690～930 MPa 2.06E10N/mm2 0.6～3 mm 铝合金车体目前普遍采用的结构是大型桁架式中空型材组焊式(一般采用自动弧焊)。大型中空型材组焊式车体制造时,只需将型材沿车体长度方向对接连续自动弧焊。由于车体零件数量少、焊接工作量少,且容易实现自动化,大大降低了车体制造成本,提高了产品质量。隔音方面,有的在面板、筋板上还贴防震吸音材料,或填充(半填充)聚氨脂泡沫(型材挤压过程中发泡),大大提高了防震隔音效果。 就制造工艺来说,铝合金车体比不锈钢车体要简单一些。 3 轻量化 铝合金的比重为2.71g/cm3,不锈钢的比重为7.85g/cm3,虽然铝合金的比重远小于不锈钢,但是铝合金的抗拉强度较差,铝合金的抗拉强度为270～310MPa,而不锈钢的抗拉强度可达690～930MPa,是铝合金的2～3倍。而且,铝合金的刚度较低,其弹性模量仅为0.71E10N/mm2,而不锈钢为2.06E10N/mm2,为铝合金的3倍,因此,为保证地铁车辆由足够的承载强度和刚度,铝合金车辆必须采用大型中空型材及其组合件。为提高铝合金车体断面系数,增大抗弯强度,需加大板厚,壁厚为2～6.5mm,而不锈钢车体可采用板梁组合整体承载全焊结构,车体的梁柱板厚0.8～3mm,车体外板厚0.6～1.2mm,实现车体轻量化(见表1)。 不锈钢车体基本采用点焊或激光焊工艺,只有很少的部位采用电弧焊,焊接填充材料很少;铝合金车体完全采用电弧焊工艺,在焊缝处填充了大量的焊接材料,增加了车体自重。 不锈钢车体一般为非涂装车体,不存在涂装材料的重量;铝合金车体表面涂有聚脂腻子、底漆、面漆等涂装材料,增加了车体重量。 总体来说,经过轻量化的不锈钢车体比铝合金车体重0.5～1t/辆车。 4 外观质量 不锈钢车体在制造过程中虽然不必进行防腐保护,也无需涂漆,但为了提高装饰性,板材自带线条或梨皮点状装饰。车辆制造厂家可进行适当修饰,或用彩色胶膜装修,或喷涂水性漆。由于车体表面装饰大多是原材料带有的,因此，在焊接前的加工过程中要贴膜保护。因为外墙板很薄(一般为1.5mm)、很光,对不平度反应过敏,只要有0.2mm的凹凸,经反光折射,肉眼就感到不舒服;如采用点焊的工艺进行焊接,点焊印子是无法消除的;如采用激光焊工艺进行焊接,焊接点美观大方。 铝合金车体的耐腐蚀性能较差,但中空铝型材平整、挺拔,又可根据用户要求选择不同的装饰和颜色,因此,给人的感觉是庄重、美观,广大乘客容易接受。铝合金车体的另一个不尽人意处就是耐腐蚀性能差,不能像不锈钢那样达到不用涂漆的程度。不涂漆的铝合金车体虽然也有,但用过一段时间后,由于大气中的腐蚀条件(如水、洗涤剂的作用以及运用环境中与金属粉尘接触),表面总会出现面蚀、点蚀、变色,影响美观,故大部分车都涂漆。 就外观质量来说,铝合金外观较好,但不锈钢通过最新的工艺采用水性漆也一样可以达到铝合金喷漆后的外观效果。 5 安全性 铝合金材料的屈服强度为200～260MPa,不锈钢材料的屈服强度为345MPa-685MPa,不锈钢材料强度明显高于铝合金材料,具有更强的承载能力。 铝合金材料的抗拉强度为270～310MPa,其屈服强度与抗拉强度的比值(简称屈强比)仅约0.84,当意外发生时,铝合金屈服变形后很快就会发生断裂;不锈钢材料的抗拉强度为690～930MPa,屈强比为0.5～0.74,在材料发生屈服变形到断裂的过程中,材料本身将产生较大的塑性变形,能够吸收更多的冲击能量。 不锈钢车体主要采用点焊工艺,在意外撞击时,结构将发生类似手风琴的叠缩变形,沿着受力方向,焊点将逐次破坏失效;铝合金车体采用电弧焊工艺,在意外撞击时,将会沿焊缝或母材薄弱区整体撕开,这也是为什么发生意外撞击时,铝合金车体更容易发生整车破坏而不锈钢车体只发生局部变形的主要原因。 不锈钢的熔点为1500℃,铝合金的熔点为660℃,且到300℃以上就发软变形,铝合金的耐热性仅是不锈钢的44%。在发生严重火灾时,铝合金车体将会很快熔化掉,带来灾难性的后果。 就安全性来说,不锈钢车体远胜过于铝合金车体。 6 结语 综上所述,在地铁车辆选型中,不锈钢车体与铝合金车体各有优势,具体到某一个城市的车辆选型应该综合考虑以上问题,尤其是要考虑到车体选型对本地产业链的影响及本地的人文特色。特别在有些上盖车辆段,更要从环境角度和人文关怀角度考虑铝合金和不锈钢两种车辆的优劣,再结合经济、安全、外观等因素综合考虑,同一个城市的多条线路在车体选型中应尽量统一,以有利于线网的资源共享。 参考文献 [1]不锈钢车体与铝合金车体的现状及发展[J].都市快轨交通,2008(6). [2]薛克仲.城市轨道交通车辆车体材料选择[J].城市轨道交通研究,2003,6(1). [3]郭泽阔.城市轨道交通车辆车体材料的选型分析[J].公路运输,2009(10). [4]海邦君.铝合金车体设计研究[J].铁道车辆,2003(10). [5]肖彦君.用寿命周期费用法选择城轨车辆车体材料的探讨[J].电力机车与城轨车辆,2003(5).
城市轨道交通车辆构造教案ppt课件
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
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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
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第六节 车 门
3.驾驶室隔间门
表2-6 驾驶室隔间门技术参数
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第六节 车 门
4.逃生门
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第六节 车 门
图2-12 紧急解锁装置 a)正常位 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
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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
城市轨道交通车辆构造
第二章 车 体
1
第三节 不锈钢车体
一、不锈钢车体的结构
1.车顶
图2-5 天津滨海轻轨车辆车体模型
2
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。
表2-8 客室车门的开关的电平信号
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第六节 车 门
1)开门。 2)关门。 (3)警告灯/蜂鸣器 在每扇客室车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。
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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：
城轨交通车辆车体的基础知识
车体的基础知识
1.西安地铁2号线车辆车体概述
西安地铁2号线车辆为B2型车，车体断面呈鼓形，可适度增加 车体内部的有效空间，车体两侧采用内藏式双开电动拉门结构。 车辆的车体不但能够承受自重、载重及列车在牵引、制动中产生 的纵向载荷和运行检修中产生的斜对称载荷，而且还能够承受一 列6辆编组的电动列车以3～5 km/h的速度进行车辆连挂时产生的 纵向冲击力。车体的纵向静载荷为800 kN，配置安装合理的缓冲 吸能结构系统，进而提高车辆的安全性，确保发生事故时对司乘 人员具有更高的保护能力。
车体的基础知识
2 车体的基本特征、结构形式与要求
2.车体的结构形式
图2-1 钢制车体的整体承载结构
（3）整体承载结构。由图可知 ，车体结构是板梁式，侧墙、端墙上 固接由金属板、梁组焊而成的车顶， 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，这种车体结构的各部分结构均 承受载荷，因而称为整体承载结构。
车体的基础知识
2.西安地铁2号线车辆车体的钢结构
车顶由波纹顶板、车顶弯梁、车顶边梁、侧顶板、空调机组平台、 受电弓平台等几部分组成。车顶采用波纹顶板无纵向梁结构，与车顶弯 梁点焊在一起，机组平台由纵梁、弯梁、顶板点焊组成部件，再与车顶 通过点焊与弧焊组成一体。
侧墙主要由侧立柱，窗上、下横梁，门扣铁，侧墙上、中、下墙板 （其中上墙板为冷弯型钢），门上横梁，侧墙下边梁等主要零部件组成 。端墙为板梁点焊结构，主要特点是：端角柱向车体外端翻边，使之与 车顶、侧墙的点焊工艺性更好，提高了点焊效率和质量。
车体的基础知识
2 车体的基本特征、结构形式与要求
3.车体结构分析与基本要求
由图可知城轨车辆车体底架是车体结构和设施 的安装基础，承受城轨交通车辆的主要动、静载 荷，因此要求底架必须具有足够的强度和刚度， 底架也是城轨车辆生产制造和检修作业的重点。
《城市轨道交通车辆检修》教材复习题参考答案
《城市轨道交通车辆检修》教材复习题参考答案《城市轨道交通车辆检修》教材复习题参考答案项目一城市轨道交通车辆检修基础1.简述城市轨道交通车辆的主要类型？答：地铁车辆、轻轨车辆、直线电机车辆、磁悬浮列车等。
2.解释―A=B﹡C=C﹡B=A―列车编组形式的含义？答：为6车编组，其中A为带司机室拖车；B车为带受电弓动车；C车为不带受电弓动车；“―”表示自动车钩；“=”表示半自动车钩；“﹡”表示半永久性车钩，又称为半永久性牵引杆。
3.简述城市轨道交通车辆的基本组成？答：客室内装、转向架、车门、车钩缓冲装置、贯通道、牵引及电制动系统、受电弓及高压电路、辅助电源系统、气制动及供风系统、列车控制系统、直流110 V控制电路、空调和通风系统、客室照明系统、广播及乘客信息系统等。
4.车辆零部件的主要损伤形式有哪些？并说明产生损伤的主要原因？答：主要损伤形式：磨损、变形、断裂、蚀损、击穿、断路和短路等。
产生损伤的主要原因：设计不合理，制造、安装和使用中有缺陷，原材料缺陷，使用不当，自然耗损等。
5.何为计划修？计划修一般有哪几个修程？其检修周期是怎样规定的？答：计划修是根据事先制定的计划，当达到一个事先确定的时间或者车辆运行公里数时（按先达到者为准），对相关设备进行的检查和处理。
计划修一般分为日检、双周检、三月检、年检、架修和大修几个修程。
检修周期为：日检1天、双周检两周、三月检3月、年检1年、架修约5年、大修约10年。
6.简述城轨车辆修理的工艺过程？答：车辆的日检、月检、季检和年检等修程均以定期检查为主，架修和大修一般在检修工厂或车辆段内进行。
自待修车辆送至修理场地起，直到车辆修理竣工后的全部过程，称为车辆大修或架修的生产过程，通常包括以下几部分：（1）送修或接修待修列车。
（2）修理开工前的准备工作，包括清扫、外观检查和检修作业计划制定。
（3）将列车分解成车辆，再将车辆分解为零部件。
（4）进行零部件的清洗、检查，并确定修理范围。
01 城市轨道交通车辆车体认知[59页]
![01 城市轨道交通车辆车体认知[59页]](https://img.taocdn.com/s3/m/d25eda86bdeb19e8b8f67c1cfad6195f312be8d8.png)
（1）碳素钢车体：一般车辆的车体大多采用普通碳素钢制成的骨架和外包板的结构，形成一个 闭口的筒形薄壳整体承载结构，一般自重达10～13t。为了提高车体的耐腐蚀性，延长车体的使用寿 命，现在较多应用的是含铜或含镍铬等合金元素的耐腐蚀的低合金钢材料(或称耐候钢)，可使车体钢 结构自重减轻10％～15％。
城市轨道交通车辆整体承载结构的车体是由若干纵向梁、横向梁和立柱组成的钢骨架(也称钢结构)， 然后安装内饰板、外蒙皮、地板、顶板及隔热、隔音材料、车窗、车门及采光设施等 。城市轨道交通 车辆车体 一般包括底架、端墙、侧墙、车顶、车窗、车门、贯通道和车内设施等部分。
城市轨道交通车辆构造
二、车体的基本特征与结构
城市轨道交通车辆构造
图2-2车体一般结构形式 1-缓冲梁(端梁) 2-枕梁 3-小横梁 4- 横梁 5-中梁 6- 侧梁 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
三、车体结构的基本参数
1．上海地铁1、2号线车辆车体规格(括号内为交流传动车辆的参数)
两端车钩连接中心线长度
有驾驶室
24140 mm
无驾驶室
22800 mm
车体最大宽度
3000 mm
车顶中心线距轨面高度 3800 mm
客室地板面距轨面高度 1130 mm(1500 mm)
车门高
1800mm(1860 mm)
车门宽
1300mm(1400 mm)
两转向架中心距(定距) 15700 mm
城市轨道交通车辆构造
（3）铝合金车体：由于铝合金的比重仅为钢的1/3，而弹性模量也是钢的1/3，在铝制车体结构 设计中，车体主要承载构件一般采用大型中空截面的挤压铝型材，以提高构件的刚度，充分发挥材 料的承载能力，达到最大限度地减轻车体自重。全车的底板、侧墙、车顶均采用大型中空截面的挤 压铝型材拼焊而成，与钢制相比焊接工作量减少40％，制造工艺大为简化，重量可减轻3～5 t。
轨道交通铝合金焊接接头性能评估
轨道交通铝合金焊接接头性能评估摘要：随着轨道交通的快速发展，铝合金材料因其轻质、高强、耐腐蚀等特性在轨道交通车辆制造中得到了广泛应用。
焊接作为铝合金连接的主要手段，其接头性能直接影响到车辆的安全性和使用寿命。
本文首先分析了轨道交通用铝合金的焊接性，然后探讨了铝合金焊接接头的性能评估方法，并提出了相应的优化建议。
关键词：轨道交通；铝合金；焊接接头；性能评估1引言随着城市轨道交通的日益普及，对轨道交通车辆的安全性和舒适性要求也越来越高。
铝合金作为轨道交通车辆的主要结构材料，其焊接接头的性能直接影响到车辆的整体性能。
因此，对铝合金焊接接头进行性能评估，对于确保轨道交通车辆的安全运行具有重要意义。
2轨道交通用铝合金的焊接性分析铝合金在轨道交通领域的应用广泛，这得益于其出色的导电性、导热性和塑性。
然而，铝合金在焊接过程中也面临着一些挑战。
由于其热导率较高，焊接时热量散失快，容易导致焊接接头处产生热裂纹。
此外，铝合金在焊接过程中还容易形成气孔，这些气孔会严重影响焊接接头的力学性能和耐腐蚀性。
在轨道交通中，铝合金焊接接头需要承受复杂的动态载荷和冲击载荷，同时还需应对恶劣的腐蚀环境。
这些环境因素对焊接接头的性能提出了更高要求。
为了确保铝合金焊接接头在轨道交通中的安全性和可靠性，必须采取一系列措施来提高其焊接性。
具体来说，可以通过优化焊接工艺参数、选择合适的焊接材料、控制焊接过程中的温度和速度等方式来减少热裂纹和气孔的形成。
此外，还可以对焊接接头进行后续处理，如热处理、表面处理等，以提高其力学性能和耐腐蚀性。
3铝合金焊接接头的性能评估方法3.1力学性能测试在轨道交通中，铝合金焊接接头的力学性能是至关重要的，直接决定了车辆在运行过程中的安全性和可靠性。
为了全面评估铝合金焊接接头的力学性能，通常会采用拉伸试验、弯曲试验和冲击试验等多种方法。
拉伸试验是评估焊接接头强度的一种常用方法。
通过拉伸试验，可以测量焊接接头在拉伸载荷作用下的最大承载能力，即抗拉强度。
《城市轨道交通概论》项目四-城市轨道交通车辆
再生制动
电制动 制 动
电阻制动
方 式
机械制动
空气制动
弹簧压力制动
常用制动 快速制动 紧急制动 保压制动 停车制动
知识概要
一、城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构 5.空调通风系统 通风方式一般有几种类型 通风方式：自然通风、强迫通风、空气调节。
空调通风系统： 主要由压缩机、蒸发器、冷 凝器、冷凝风机等组成。
二、辅助供电系统
辅助供 电系统 组成
辅助逆变器 充电器 蓄电池
知识概要
二、辅助供电系统 1.辅助逆变器
辅助逆变器 功用
辅助逆变器 工作原理
辅助逆变器 模块化组成
知识概要
二、辅助供电系统 1.辅助逆变器
辅助逆变器 功用
知识概要
输出三相交流电供辅助电机工作； 经整流输出直流电供列车蓄电池及应急电 池充电使用； 对交流供电的照明系统：向照明系统供电
学习导入
地铁车辆的技术发展 2.国内
学习导入
1962 开始研制
196 7
试制成功第一 列地铁车辆
1969
批量生产的DK2型地铁 车辆于1969年10月1日 开始运行在北京地铁
标志着我国现代城市 轨道交通的开始。
地铁车辆的技术发展 2.国内——CFC－01型磁浮列车实地运行测试
学习导入
一、城市轨道交通车辆的特点
接触网方式 供电的线路
知识概要
一、车辆电气牵引系统 1. 受流器
知识概要
集电靴示意图
受电弓箭示意图
知识概要
一、车辆电气牵引系统 1. 受流器
思考 列车辅助的受流设备是 车间电源 ?
应用 检修库内整车调试、设备有电检查
车间 电源
系统概论-车辆部分第二节课机械结构.
城市轨道车辆车体特点： 一般为电动车组，有单节、双节和3节等，有头 车和中间车，以及拖车、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； 车体要求轻量化； 用于市内交通，对车辆的外观造型和色采都有美 化城市和与城市景观相协调的要求。
什么叫做制动？ 人为地使运动物体减速或阻止其加速叫做制动。 什么时候实施制动？ 对于城市轨道车辆来说，为了使运行着的电动车组 能迅速地减速或停车，必须对它施行制动；为了防止 电动车组在下坡道上运行时由于电动车组的重力作用 导致电动车组速度增加，也需要对它施行制动；同时 为避免停放的车辆因重力作用或风力吹动而溜走，亦 需要对它施行制动（称停放制动）。
一系悬挂
三、转向架——二系悬挂装置
二系悬挂装置组成： 空气弹簧、二系垂向减振器、二系横向减振器、高度调节装 置、横向止挡等； 二系悬挂装置主要功能： 1、支撑车体重量； 2、减小振动、避免共振，提高车辆的运行平稳性； 3、通过高度阀调节确保车辆地板高度。 4、横向止挡装置限制二系悬挂装置横向变形，以免超出正 常自由范围，其弹性阻尼元件用来减小横向冲击。
制动电阻（MP车A侧）
列车制动模式 1、常用制动 2、紧急制动 3、快速制动 4、停放制动 5、保持制动
思考题
1、为什么轨道车辆采用转向架形式？ 2、轨道交通车辆由哪几部分组成？ 3、为什么要设置弹簧悬挂装置？ 4、车辆的制动有哪几种形式？
三、转向架
分类：动车转向架和拖车转向架
C
动车转向架
C
C
动车转向架
C
H
拖车转向架
G/J
C – 动车转向架 H – 拖车转向架, 不带天线和轮缘润滑 G – 拖车转向架带天线 J – 拖车转向架带天线和轮缘润滑 (前两列车)
铝合金和镁合金在轨道交通装备轻量化上的应用
铝合金和镁合金在轨道交通装备轻量化上的应用摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，促进交通建设项目的增多。
随着我国社会主义现代化进程，城市轨道交通的到了极大的发展。
作为车辆组成的重要部分，车辆内装采用轻量化的材料，有利于车辆行驶过程中更加安全和节能环保。
因此，对于城市轨道车辆的设计者和生产者而言，了解轻量化新型材料在城市轨道车辆中的应用就显得十分的重要。
本文就铝合金和镁合金在轨道交通装备轻量化上的应用展开探讨。
关键词：轨道交通装备；轻量化；铝合金；镁合金引言铝合金、镁合金均具有密度低、比强度和比刚度高、导电/导热性好、减震抗阻尼、电磁屏蔽以及在高应变速率下吸能率较高等一系列优良特性，因而被广泛应用于航空航天、轨道交通、船舶工业、3C电子产品等领域。
交通装备轻量化所用的金属结构材料首推铝合金和镁合金，尤其是铝合金。
1轨道交通用轻量化概述我国轨道交通事业经历了几十年的发展，目前已经进入轻量化的发展阶段，其中运用比较广泛的是先进碳纤维材料，在轨道交通轻量化先进碳纤维材料的运用过程中需要首先解决技术问题，轨道交通环境复杂，在运行过程中存在被异物撞击的风险，碳纤维材料具有较强的抗冲击性能，在城市轨道交通的运用过程中能够起到良好的保温、阻燃、吸声与隔热作用。
在隧道与桥梁中大量使用高速铁路这一轨道交通形式，具有比较封闭的交通运行环境，同时低速列车也面临复杂的运行环境，在运行过程中容易出现异物撞击的现象。
当冲击速超过90km/h的时，前面板会出现严重的破损，且损伤容易发现，维修比较容易。
在轨道交通低速运行中，一般不会出现明显的损伤现象，但是会层合板内部结构中造成大量的损伤现象，由此可知，低速冲击对轨道交通的危害性更大。
2车辆车体结构材料轻量化的发展减轻车身的重量能够很大的提高车的速度。
减轻车身重量就是轻量化产业的核心，轻量化这一概念最先起源于赛车运动，优势很简单，质量轻了就能有更好的操控性，发动机输出也就能够产生更高的加速度。
铝合金车体的设计
０ 引 言
的铝 合金 车体 或 全焊 铝 合金 车体 。Ａ Ｓ Ｏ Ｌ Ｔ Ｍ公 司正在
为上 海地 铁公 司生 产 的上海 明珠线 一期 工程 的 车辆就
１５ ９２年， 铝合 金车体 在英 国伦敦 地铁上 首次使 用 。时过 ２ 加拿大多伦多地铁又制造了铝合金车 年， 体 地 铁 车辆 。 日本 于 １６ ９２年 在 山 阳 ２ ０系 电车 上 初 ０ 次使 用 铝 合金 车 体 车辆 ， 此后 陆续 制造 了 ３０系 、０ ０ ５０ 系 、０ 铝合金 车 体 电车 。现 在 ， ６０系 日本 高速 客 车基 本 上都 采用铝 合金 制造 车体 。欧洲 一些 国家在铝合 金 车 体制造上技术 已经成熟 ， 并进行 了批 量生产。铝合金 车体 之所 以得 以迅 速 发展 ， 主要 原 因是 其 车体重 量轻 、 耐腐 蚀 、 工艺 简单 以及 整体 制造成 本 不高 。 制造 １ 铝 合金车 体结构 选择 目前， 金 车体 结构 形式 多 种多 样 ， 车体 的断 铝合 从 面形 状可 分 为鼓 形 断 面 、 梯形 断 面 和矩 形 断面 三 种类 型 。从 所用 材 料 形 状， 可 分 为 型材 结 构 的 铝 合金 车 又 体 和板 梁结 构 的铝合 金车 体， 图 １ 见 。从 车体 连接 形式 来分， 铝合 金 车 体可 分 为全 焊 接铝 合 金 车体 和 铆焊 结 合的铝合金车体 。这两种车体 的主要 区别在 于车体总 组 成 的连 接上 ：） １ 为铆 接 ； ） ２ 为焊 接 。为 了解 决铝 合 金 的焊 接 变形 问题 ， 现在 有 的公 司制 造 了铆 焊结 合 的 铝合金车体 ， 也有的制造厂家制造出了铝钢结合 的车 体， 其大部 件主要 采用 了铝 合金 挤压 型材 ， 端梁 、 枕梁 、 车 钩箱形 梁 为 钢制 部 件 ， 并且 工 艺 上采 用 了铆 焊 结合
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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。