不锈钢地铁车辆车体结构设计的要点分析

【摘 要】21世纪，高强度、刚度、动态性能更好的不锈钢车体结构逐渐成为各大轨道车辆厂家和研发人员追求的目标，现有的地铁车体结构，也在不断的研究中得到优化。本文从不锈钢地铁车辆车体的主要影响因素入手，给出了不锈钢地铁车辆车体结构设计的要点及其重要注意事项，希望给广大轨道车辆厂家和研发人员提供一些参考。

【关键词】不锈钢地铁；车体结构；设计；要点分析

前言

21世纪，高强度、刚度、动态性能更好的不锈钢车体结构逐渐成为各大轨道车辆厂家和研发人员追求的目标，现有的地铁车体结构，也在不断的研究中得到优化。本文从不锈钢地铁车辆车体的主要影响因素入手，给出了不锈钢地铁车辆车体结构设计的要点及其重要注意事项，希望给广大轨道车辆厂家和研发人员提供一些参考。

1 车体结构设计的设计影响因素

车辆结构的主体是车体，车体的结构由以下因素决定：

1.1 车辆材料

车体的结构形式、技术指标、性能由车体材料的选用而决定。

1.2 车体的强度、刚度

地铁车辆运行的安全性和舒适性对车辆的运行非常重要，这些就由车体的强度、刚度来决定。

1.3 耐腐蚀性

地铁是城市轻轨建设中的一个重要风向标，因此，车体的外观也直接影响到一个城市的市容和市貌，地铁是一种营运车辆，地铁寿命的长短，影响到地铁公司的营运情况，而这些都由车辆的耐腐蚀能力决定。

1.4 车体重量

地铁属于轻轨列车，它的特点就是轻便，舒适，载客能力强，列车的载客能力、耗能量、车辆编组形式、舒适度都由地铁车体的重量来决定，因此，地铁车体的重量也是地铁车体设计的一个重要考虑因素。

2 设计要点分析

2.1 选材

不锈钢材料可以满足地铁车体的一切要求，和其他材料相比，它具有抗扭曲、高抗拉强度、耐高温、抗弯曲变形的优势。对车体的设计，有相关的标准，设计人员必须具备丰富的理论知识和设计经验，对材料的选用，不但要考虑到材料的强度，还要考虑到不锈钢的物理特性。车体材料按照强度划分，可以分为五个等级，分别是LD、DLT、ST、MT 和HT。轻量化不锈钢车体应通常采用材质为 SUS301L 和 SUS304的车辆专用不锈钢作为主体，SUS301L 相比中 SUS304 来说，铬和镍的含量比较少，因此其屈服极限比（屈服强度 /抗拉强度）亦小于0.8，冲压加工性能更好，而且，如果需要进一步提高抗拉强度，只需要进行冷压加工即可。不锈钢的物理性能，取决于热传导率、热膨胀系数、比电阻等因素。不锈钢材料，必须具有低热传导率和较高的热膨胀系数和高比电阻的特点，车体制造时，尽量采用电阻点焊工艺，不用电弧满焊。车体结构设计遵循的原则之一是根据不同的受力特点选择合适的材料。并非所有材料都使用不锈钢，必须考虑到其他因素，例如实际的承载及受力情况。一般选用抗疲劳特性和焊接性能好的低合金高强度钢作为底架结构设计。

2.2 车体结构

不锈钢车体结构设计的趋势是轻量化，不锈钢车体的强度较高，因此，对板材的厚度有具体要求，侧墙和车顶外板为1.0mm 或 1.5mm ，车体波纹板材为0.6mm，选用SUS301L ―M T材质，选用1.6mm厚度的耐候钢波纹板。由于不锈钢的抗腐蚀性能，不需要再加厚板材，车体表面一般保持不锈钢本色和光泽，仅需要进行钝化处理，加以色带以增加车体的动感和美观即可。不锈钢车体的侧墙外板多采用平板结构，通过内侧加刚性肋板提高强度。侧墙骨架 、车顶骨架采用40 mm的统一厚度。选用S US301L―HT材料作为梁柱和连接板，连接板厚为1.5mm或2.0mm，柱板厚度为1.0mm 或 1.2mm 。采用帽形断面结构作为柱，以电阻电焊实现各部件的连接，可以提高车体强度。 选用较厚的碳钢板材作为底架结构，为了提高载荷能力，使用电弧焊接工艺进行焊接，SUS301L―HT 不锈钢底架作为边梁 、横梁，用环焊工艺连接，提高载荷力，底架和侧墙采用点焊工艺。

2.3 车体骨架

和人体一样，车体的骨架也是车体设计的核心关键，车体的骨架由端墙、侧墙、底架、车顶组成，车体是一种板梁结构，车体承载的稳定性是车体的设计趋势，因此，梁柱的断面形式及骨架的对称性都是设计中必须考虑到的因素，车辆的骨架结构尽量设计成为一种闭环结构，避免出现载荷无法转移的局面。为了提高横向载荷和对抗扭曲，一般采用箱型结构断面作为梁柱结构的断面，避免出现截面突变，如果实在无法避免，也要缓慢处理截面过渡处。考虑到还要安装其他设备，在设计骨架时，必须避让结构开口处，可以通过调整梁柱的间距，梁柱厚度，改变梁柱断面等手段。采用点焊作为骨架和外板的连接方式，质量必须严格把关。

2.4 车体结构的强度分析

EN 12663《铁路车辆车体结构要求》对车体的结构明确要求，车体结构设计的第一要素是安全，其次才是舒适性和经济性。标准安全是其次才是舒适性与经济性。地铁运行的工况复杂，车体及各个零部件的强度、刚度、抗疲劳均有要求，车体的静强度、刚度均需要经过试验来实现。对容易出现疲劳的区域或者受力过大的区域，必须重点关注，通过试验计算测算结构是否存在设计缺陷。

2.5 轻量化、高强度、抗疲劳

21世纪，不锈钢车体设计的趋势是轻量化、高强度、抗疲劳。车辆的轻量化具有诸多优点，运营损耗小，有助于车辆提速，制动能耗低、对铁路的磨损小，运输能力大。然而，仅减轻车体重量，对结构的要求会更高，高强度、高抗疲劳度都是车辆结构设计需要考虑的因素。必须通过试验，多方面协调达到一致目的。

3 结论

综上所述，21世纪对不锈钢车体设计的趋势是是轻量化、高强度、抗疲劳。车体的选材、结构、骨架、强度分析、轻量化、高强度、抗疲劳，都是车体结构设计必须考虑到的要素，在实际设计中，必须综合考虑以上因素，才能设计出更加实用的不锈钢地铁车体。

参考文献：

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