《城市轨道交通车辆》 课件 项目三 车体试验及材料3

三、车体试验及材料

学习领域三城轨车辆车体结构三、车体试验及材料

（一）试验的目的、载荷及要求

1、试验目的是鉴定车体及其主要零部件的强度、刚度和稳定性。

2、试验加载应最大限度地模拟试件实际运用时的受力状态。

3、试验载荷应不小于基本作用载荷值，但鉴定标准仍按基本作用载荷换算。

4、试验对象的制造质量应具有代表性。

车体结构的强度须满足极端条件下的动载荷、静载荷以及冲击载荷的要求；并在架车、起吊、救援、调车、连挂和多车编组回送作业时，车体结构应力不超过材料的许用应力，不得产生永久变形及损坏；当超过最大载荷时，不得发生车体压溃的现象；在使用寿命内，不得产生疲劳失效。

车体结构的刚度应在正常载荷和自然频率下，车体的变形不超过运行条件所决定的极限值，应能确保在各种载荷下车门运动不受阻。

（三）结构强度试验条件

1、静强度设计及载荷要求

车体在承受各种最大垂直载荷的同时，沿车钩安装纵向水平方向施加1200KN的静压载荷，拉伸载荷850KN，车体应力不超过设计许用应力。

2、作用于车体的机械能量吸收要求

对于列车的纵向冲动，其能量应优先由车钩及缓冲器系统起能量吸收作用。假设列车（AW0）与制动列车（AW0）相撞，当速度为8km/h时，车钩及缓冲器系统可吸收产生的冲击能量，并且任何部件不能损坏；当速度为15km/h时，车钩及缓冲器系统可吸收产生的冲击能量，除车体不能损坏外，同时应满足以下要求：（1）不得导致转向架、车钩与车体连接件、贯通道、设备柜及其支承等主要部件的损坏。（2）列车仍应能通过自身的动力或是由另一机车牵引，顺利通过区间和车辆段内条件最不利的轨道，以到达维修地点。

（二）结构强度试验条件

3、设计寿命在正常运用条件下，预期运用至少30年，对车体结构件无需重修或加固。30年后车辆重新装配可进一步运用。

4、车体挠度要求要求在各种载荷下其挠度值须保证所有客室和司机室门操作自如。

5、车顶要求（1）车顶板在200cm²的面积上能承受1000N的垂直载荷。（2）车顶板能在间距为500mm的两个400cm²面积上分别承受l000N的垂直载荷。（3）车顶结构在承载空调单元部位必须加固，并保证空调排水通畅。

（二）结构强度试验条件

6、底架要求（1）底架可承受AW3的乘客载荷。（2）提供所有底架安装设备的支撑。（3）设吊、架车支撑点。

7、设备支承及布置

设备布置要求：车辆电气设备安装在车体底架的设备箱或客室的电气柜中，电气设备的位置根据其电气要求选定。设备箱的布置和设计应考虑设备的尺寸、重心位置及车重的分配，应提供重量计算。

（二）结构强度试验条件

（二）结构强度试验条件

8、车体与转向架的连接车体与转向架的连接部位在减速度为30m/s²作用力的作用下，不会发生永久变形。在减速度为50m/s²作用力的作用下，不被损坏。当车体吊起时，其连接应能同时吊起转向架。

9、架车支承在底架边梁上靠近转向架的位置设四个支撑点；在两端的车钩横梁中央分别设1个架车支承点，作复轨用，在车钩横梁下方架车应能抬起空载整车的一端；在车辆的四角处设四个起吊点，用于紧急情况下的架车。车体的垂向强度应满足在使用任何一对架车点架车时，不使车体任何部位发生屈服变形。

（二）结构强度试验条件

10、防爬装置防爬装置为可拆卸型，采用低合金高强度钢制造，可承受100kN的任一方向垂向力与1000kN水平力的合力。在发生事故的情况下，两列车相撞时车体上最先接触的部位应该是防爬装置。在每个带司机室的车前端设置防爬装置。

11、应力分析利用动态、静态有限元分析法进行车体的设计，设计后进行试验验证，分析结果和有关性能，采用FEA系统对车体进行强度分析。

1、模拟运行条件试验（垂向加载试验）通过液压油缸对车体施加静载荷，用电阻式应变仪测定应力，测量出变形量确定垂向挠度。应按照AW0及AW3载荷条件施加试验作用力。

2、静压试验（纵向加载试验）静压（挤压）试验应在首辆生产的A型车车体上进行，按照三种型式车辆中的最大重量（AW3）条件进行。试验作用力约为1180kN，以水平方向作用在车钩安装座上。

（三）试验内容

3、冲击试验按A、B各型车不同的车重，以15km/h基准速度产生的力作计算机模拟冲击试验。

4、动态试验及疲劳试验按各型车不同的车重、载荷作计算机模拟动态试验和疲劳试验。设计方案需经历疲劳试验，相当于30年的工作寿命。5、挠度测试在进行模拟运行条件试验时，应测量各项挠度，确定车体固有频率。

（三）试验内容

6、模拟架车试验（模拟AW0载荷）

①垂向架车试验在靠近车钩横梁4个架车点位置，升起空车，测定底架应力。

②对角架车试验在靠近车钩横梁4个架车点位置升起车体后，下降一个支承点直至该点的垂向载荷为零，测出应力、支承力和变形量。

③复轨试验车体的一端支承在转向架上，车体的另一端在车钩梁中央的架车点位置处提升。

（三）试验内容

（四）城轨车辆材料及比较

1、车体轻量化一般普通碳素钢车辆的车体自重达10t～13t，为了提高车体的耐腐蚀性，延长车体的使用寿命，现在多应用的是耐候钢材料，可使车体钢结构自重减轻10%～15%。采用半不锈钢或全不锈钢车体，在保证强度、刚度的前提下，通过调质压延而获得高强度不锈钢薄板，板厚可减小，同时提高了使用寿命。车体自重比碳素钢可减轻约10%～20%。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，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3t～5t。

（四）城轨车辆材料及比较

2、车体腐蚀状况

（1）碳素钢车体碳素钢车体的雨檐周围，门口及车窗周围的立柱、墙板、地板等处容易被腐蚀，6年后要局部修补，10年后要部分改造，20年后要进行大的改造，30年后车辆基本上就要报废了。

（2）铝合金车体雨檐、门口、窗口周围及底架端部、车体侧面的焊接热影响区处发生了腐蚀。但和碳素钢车体相比较，腐蚀程度很轻，对车体的强度不会产生影响，只需对车辆进行定期维护。

（3）不锈钢车体没有必要对外板进行修补、涂装，对梁柱也没有必要进行修补，因此除了不需要车体维修费用外，还会减少由于维修而产生的烟雾、有机溶剂等在作业场所的散布，从而减少对相关电器设备的检查、维修等其它作业量。

（四）城轨车辆材料及比较

（1）材料成本从材料来讲，车体的成本：碳素钢车体<不锈钢车<铝合金车。（2）加工成本车体的制造成本：碳素钢车体制造成本最低，不锈钢车体次之，铝合金车体制造成本最高。铝合金车体要比碳素钢车体高出70%，不锈钢车体要比碳素钢车体高出14%。

（四）城轨车辆材料及比较

4、维修管理车体采用不锈钢和铝合金材料，主要是为了提高车辆的耐腐蚀性和轻量化，还有使车辆的维修管理及运营更加合理化。过去30年的运营实际已经验证，不锈钢车体和铝合金车体基本是不用维修的，所以选用不锈钢和铝合金车体的车辆后期费用明显减少。

（四）城轨车辆材料及比较

5、运营总成本如将碳