城軌交通車(chē)輛車(chē)體與車(chē)門(mén)-不銹鋼車(chē)體

任務(wù)三不銹鋼車(chē)體一、不銹鋼車(chē)體的發(fā)展1959年，日本東急車(chē)輛公司與美國(guó)巴德公司進(jìn)行技術(shù)合作，進(jìn)行了高抗拉強(qiáng)度不銹鋼(SUS301L)的開(kāi)發(fā)、試制和加工技術(shù)的研究。1962年，日本用點(diǎn)焊的方法制造出世界首列全不銹鋼車(chē)體——東急電鐵7000系，與鋼制車(chē)相比質(zhì)量輕2t，維修簡(jiǎn)單，大修時(shí)幾乎不需要補(bǔ)修。1973年,受石油危機(jī)影響，日本設(shè)計(jì)制造了更節(jié)能和輕量化的不銹鋼車(chē)體；采用有限元法對(duì)車(chē)輛車(chē)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析。1975年，日本采用美國(guó)波音公司開(kāi)發(fā)的三維解析程序有限元法進(jìn)行設(shè)計(jì)，成立輕型不銹鋼車(chē)輛開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)組開(kāi)發(fā)輕型不銹鋼車(chē)體。1.日本不銹鋼車(chē)體的發(fā)展一、不銹鋼車(chē)體的發(fā)展1977年2月，日本完成了第一階段的試制車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)；1977年11月，試制出達(dá)標(biāo)的車(chē)體結(jié)構(gòu)。1978年，日本制造東急電鐵8400系，車(chē)體比普通碳鋼車(chē)輕4t，比原有不銹鋼車(chē)輕2t，是首批不銹鋼節(jié)能車(chē)。1979年，日本生產(chǎn)東急電鐵8090系，設(shè)備雖與8400系相同，但車(chē)體結(jié)構(gòu)減輕2t。1980年，日本制造了定型生產(chǎn)的輕型不銹鋼車(chē)輛，車(chē)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則采用新型骨架或接頭，并將原有波紋外板改成由加長(zhǎng)剛性肋(壓筋)加工的平外板。1.日本不銹鋼車(chē)體的發(fā)展二、不銹鋼車(chē)體的結(jié)構(gòu)圖2-6所示為我國(guó)大連軌道交通車(chē)輛制造公司生產(chǎn)的典型不銹鋼車(chē)體——大連金州線(xiàn)不銹鋼車(chē)體模型，這種車(chē)主要由底架、側(cè)墻、車(chē)頂、端墻等組成六面體整體承載結(jié)構(gòu)，底架端部采用耐候結(jié)構(gòu)鋼材料，其余部分均采用SUS301L系列高強(qiáng)度不銹鋼材料。梁、柱間通過(guò)連接板相連接，模塊構(gòu)件結(jié)合及整體組成主要采用電阻焊接（點(diǎn)焊），形成不銹鋼骨架結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)整體不涂漆。如圖

2-6底架為無(wú)中梁結(jié)構(gòu)，主要由側(cè)梁、牽引梁、枕梁、橫梁及波紋地板組成，枕梁和牽引梁部位采用耐候鋼材料。波紋地板選用標(biāo)準(zhǔn)的型材斷面，材料為SUS304，底架兩側(cè)邊梁為SUS301L（HT）級(jí)不銹鋼型材，在底架前后部與枕梁和端梁采用塞焊焊接為一體。底架的端梁采用SUS301L（LT）級(jí)型材，底架橫梁采用SUS301L（HT）級(jí)型材。(1)底架。二、不銹鋼車(chē)體的結(jié)構(gòu)側(cè)墻的結(jié)構(gòu)全部由不銹鋼材料構(gòu)成，由側(cè)板、立柱、頂部橫梁和門(mén)框等焊接成整體。側(cè)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)由門(mén)開(kāi)口隔開(kāi)，各部分采用模塊化設(shè)計(jì)。窗上縱梁、窗下縱梁及側(cè)墻下邊梁材料均采用SUS301L（HT）級(jí)型材，厚度為1.5mm。窗上外板、窗中板、窗下外板材料采用SUS301L（DLT）級(jí)板材，板厚為1.5mm。側(cè)墻的外板加強(qiáng)板采用SUS301L（HT）級(jí)型材，板厚為0.6mm。（2）側(cè)墻。二、不銹鋼車(chē)體的結(jié)構(gòu)車(chē)頂棚骨架結(jié)構(gòu)由兩根上弦梁和縱向梁、橫梁一起焊接組成，骨架上面鋪設(shè)不銹鋼波紋板。上弦梁采用SUS301L（HT）級(jí)型材，型材厚度為1.5mm；頂棚橫梁及縱向梁采用SUS301L（ST）級(jí)型材；頂棚波紋板采用厚度為0.6mm的縱向波紋地板，材料選用SUS301L（MT）級(jí)型材。空調(diào)安裝梁及受電弓安裝梁采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠支撐空調(diào)機(jī)組、管道、照明系統(tǒng)托架、頂板、立柱和其他設(shè)備。（3）車(chē)頂。二、不銹鋼車(chē)體的結(jié)構(gòu)非司機(jī)室的端墻由不銹鋼蒙皮、橫梁和貫通道加強(qiáng)梁組成。端墻立柱采用SUS301L（ST）級(jí)型材，型材厚度為2mm；端墻外板采用SUS304板材，板厚為1.5mm。（4）端墻。二、不銹鋼車(chē)體的結(jié)構(gòu)三、城軌輕型不銹鋼車(chē)體的特征城軌輕型不銹鋼車(chē)體的特征（1）外板。（2）骨架結(jié)構(gòu)。（3）不銹鋼材料的特性。1.化學(xué)成分及機(jī)械性能輕量化不銹鋼車(chē)體主要采用車(chē)輛專(zhuān)用不銹鋼,材質(zhì)為SUS301L和SUS304，SUS301L中Ni和Cr的含量比SUS304中少,因而具有更加良好的沖壓加工性能,且能通過(guò)沖壓加工提高其抗拉強(qiáng)度。四、輕量化不銹鋼車(chē)體材料的特點(diǎn)車(chē)體專(zhuān)用不銹鋼材料化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)表2-3如圖

2-3車(chē)體專(zhuān)用不銹鋼材料的機(jī)械性能見(jiàn)表2-4。如圖

2-42.物理性能車(chē)輛用不銹鋼材料具有較低的熱傳導(dǎo)率和較高的熱膨脹系數(shù)。奧氏體不銹鋼的熱傳導(dǎo)率僅為鋼的1/3，因此焊接產(chǎn)生的熱量不能很快地?cái)U(kuò)散，大量的熱量聚集在焊縫區(qū)域，而不銹鋼中的奧氏體組織在高溫下具有不穩(wěn)定性，在500～800℃時(shí)，鋼材中Cr的碳化物會(huì)沿晶界析出，使得晶界附近因含Cr量的下降而出現(xiàn)晶界腐蝕，同時(shí)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度會(huì)急劇下降。四、輕量化不銹鋼車(chē)體材料的特點(diǎn)2.物理性能另外，不銹鋼材料的熱膨脹系數(shù)約為鋼的115倍，使得同樣的熱量條件下其變形比普通鋼材變形要大很多。因此，不銹鋼車(chē)體制造工藝中一般避免采用電弧滿(mǎn)焊，多采用電阻點(diǎn)焊工藝。四、輕量化不銹鋼車(chē)體材料的特點(diǎn)1.化學(xué)成分及機(jī)械性能輕量化不銹鋼車(chē)體主要采用車(chē)輛專(zhuān)用不銹鋼,材質(zhì)為SUS301L和SUS304，SUS301L中Ni和Cr的含量比SUS304中少,因而具有更加良好的沖壓加工性能,且能通過(guò)沖壓加工提高其抗拉強(qiáng)度。四、輕量化不銹鋼車(chē)體材料的特點(diǎn)車(chē)體專(zhuān)用不銹鋼材料化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)表2-3如圖

2-3車(chē)體專(zhuān)用不銹鋼材料的機(jī)械性能見(jiàn)表2-4。如圖

2-42.物理性能車(chē)輛用不銹鋼材料具有較低的熱傳導(dǎo)率和較高的熱膨脹系數(shù)。奧氏體不銹鋼的熱傳導(dǎo)率僅為鋼的1/3，因此焊接產(chǎn)生的熱量不能很快地?cái)U(kuò)散，大量的熱量聚集在焊縫區(qū)域，而不銹鋼中的奧氏體組織在高溫下具有不穩(wěn)定性，在500～800℃時(shí)，鋼材中Cr的碳化物會(huì)沿晶界析出，使得晶界附近因含Cr量的下降而出現(xiàn)晶界腐蝕，同時(shí)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度會(huì)急劇下降。四、輕量化不銹鋼車(chē)體材料的特點(diǎn)2.物理性能另外，不銹鋼材料的熱膨脹系數(shù)約為鋼的115倍，使得同樣的熱量條件下其變形比普通鋼材變形要大很多。因此，不銹鋼車(chē)體制造工藝中一般避免采用電弧滿(mǎn)焊，多采用電阻點(diǎn)焊工藝。四、輕量化不銹鋼車(chē)體材料的特點(diǎn)1.化學(xué)成分及機(jī)械性能輕量化不銹鋼車(chē)體主要采用車(chē)輛專(zhuān)用不銹鋼,材質(zhì)為SUS301L和SUS304，SUS301L中Ni和Cr的含量比SUS304中少,因而具有更加良好的沖壓加工性能,且能通過(guò)沖壓加工提高其抗拉強(qiáng)度。四、輕量化不銹鋼車(chē)體材料的特點(diǎn)車(chē)體專(zhuān)用不銹鋼材料化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)表2-3如圖

2-3車(chē)體專(zhuān)用不銹鋼材料的機(jī)械性能見(jiàn)表2-4。如圖

2-42.物理性能車(chē)輛用不銹鋼材料具有較低的熱傳導(dǎo)率和較高的熱膨脹系數(shù)。奧氏體不銹鋼的熱傳導(dǎo)率僅為鋼的1/3，因此焊接產(chǎn)生的熱量不能很快地?cái)U(kuò)散，大量的熱量聚集在焊縫區(qū)域，而不銹鋼中的奧氏體組織在高溫下具有不穩(wěn)定性，在500～800℃時(shí)，鋼材中Cr的碳化物會(huì)沿晶界析出，使得晶界附近因含Cr量的下降而出現(xiàn)晶界腐蝕，同時(shí)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度會(huì)急劇下降。四、輕量化不銹鋼車(chē)體材料的特點(diǎn)2.物理性能另外，不銹鋼材料的熱膨脹系數(shù)約為鋼的115倍，使得同樣的熱量條件下其變形比普通鋼材變形要大很多。因此，不銹鋼車(chē)體制造工藝中一般避免采用電弧滿(mǎn)焊，多采用電阻點(diǎn)焊工藝。四、輕量化不銹鋼車(chē)體材料的特點(diǎn)五、不銹鋼車(chē)體在設(shè)計(jì)和制造中應(yīng)注意的問(wèn)題不銹鋼車(chē)體具有耐腐蝕性較好、不用修補(bǔ)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，使用不銹鋼材料做車(chē)體，在保證強(qiáng)度、剛度的條件下，板厚可以大大減小，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)體的輕量化。但在設(shè)計(jì)、制造中尚需注意許多問(wèn)題，如不銹鋼選材、不銹鋼制造技術(shù)、不銹鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝的研究、不銹鋼材料疲勞特性和壽命的實(shí)驗(yàn)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、剛度的問(wèn)題、防腐蝕的問(wèn)題等。1.不銹鋼材料的合理選擇2.不銹鋼材料的焊接一、不銹鋼車(chē)體的發(fā)展1992年，日本制造了新一代不銹鋼車(chē)輛，其底架及車(chē)體仍以原有輕型不銹鋼車(chē)體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),但其外墻板為自動(dòng)點(diǎn)焊，并對(duì)外板補(bǔ)強(qiáng)后的形狀與布置加以改進(jìn)，避免了補(bǔ)強(qiáng)筋突出，改為平板外表面，車(chē)體結(jié)構(gòu)骨架更易于作業(yè)，部件件數(shù)大大減少，提高了精度。近幾十年來(lái)，日本的不銹鋼車(chē)輛車(chē)體制造技術(shù)一直位于世界前列，日本國(guó)內(nèi)的新干線(xiàn)高速列車(chē)、城軌交通車(chē)輛均廣泛使用不銹鋼車(chē)體，同時(shí)日本也聯(lián)合其他國(guó)家合作制造對(duì)外出口的不銹鋼車(chē)輛，我國(guó)曾進(jìn)口日、韓合造的不銹鋼車(chē)輛用于高速鐵路。1.日本不銹鋼車(chē)體的發(fā)展一、不銹鋼車(chē)體的發(fā)展目前我國(guó)的城軌交通車(chē)輛制造廠(chǎng)都能生產(chǎn)出性能良好的不銹鋼車(chē)體，下面以中車(chē)集團(tuán)長(zhǎng)春軌道交通車(chē)輛制造公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中車(chē)長(zhǎng)春公司）對(duì)不銹鋼車(chē)體的研發(fā)為例進(jìn)行介紹。1995年，中車(chē)長(zhǎng)春公司開(kāi)始進(jìn)行鐵道車(chē)輛和城軌交通車(chē)輛不銹鋼車(chē)體的研制，在第一階段，與韓進(jìn)集團(tuán)聯(lián)合開(kāi)發(fā)輕量化不銹鋼車(chē)輛30輛，投入我國(guó)南方衡廣鐵路運(yùn)營(yíng)，經(jīng)過(guò)六七年的實(shí)際運(yùn)營(yíng)考核，證明該不銹鋼車(chē)輛比碳鋼車(chē)輛具有質(zhì)量輕、耐腐蝕等明顯的優(yōu)勢(shì)。2.我國(guó)不銹鋼車(chē)體的發(fā)展一、不銹鋼車(chē)體的發(fā)展2000年，中車(chē)長(zhǎng)春公司開(kāi)始進(jìn)行第二階段的研制，對(duì)日本的SUS301L系列不銹鋼和點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)車(chē)輛進(jìn)行更透徹的消化、吸收，先后對(duì)日本、韓國(guó)的不銹鋼車(chē)輛進(jìn)行剖析,聘請(qǐng)日本專(zhuān)家進(jìn)行全程指導(dǎo)、講課。2002年年初,中車(chē)長(zhǎng)春公司學(xué)習(xí)日本經(jīng)驗(yàn)制造出了全新的點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)輕量化不銹鋼車(chē)體。在此基礎(chǔ)上，又生產(chǎn)出4輛北京城鐵不銹鋼車(chē)輛,從而使不銹鋼車(chē)輛的研制進(jìn)入一個(gè)全新階段。2005年前后，中車(chē)長(zhǎng)春公司設(shè)計(jì)、生產(chǎn)了天津?yàn)I?？焖佘壍澜煌üこ誊?chē)輛(輕量化點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)不銹鋼車(chē)體)。該車(chē)也是鼓形車(chē)體整體點(diǎn)焊結(jié)構(gòu),除端底架采用碳鋼外，其余主要承載部分都是采用SUS301L系列的HT、MT、DLT、LT鋼材。2