b型地铁轻量化不锈钢车体结构设计
8页1、B 型地铁轻量化不锈钢车体结构设计 罗宝 岳译新 刘永强 许晶晶 中车株洲电力机车有限公司产品研发中心 摘 要: 介绍了 B 型地铁轻量化不锈钢车体主要结构, 并通过有限元分析法对车体进行了静强度、模态计算分析。计算结果表明, 设计的车体强度、刚度能够满足相关标准和技术规格书要求。关键词: 不锈钢; 车体; 轻量化; 作者简介:罗宝, 2009 年毕业于东北大学机械电子工程专业, 工学硕士, 现从事城市轨道交通车辆车体研发工作。0 引言随着经济的发展, 地铁成为城市交通的主要运输工具, 节能减排越来越受到人们的重视, 根据研究表明, 如果减轻车体 10%重量, 则运行能耗可减少 6%。由此可见, 减轻车辆自重, 对车体进行轻量化设计, 会给生产厂家和社会带来巨大的经济效益。不锈钢车体的防火、耐高温性能均高于铝合金车体, 且无需涂装, 更加环保, 但是在重量方面, 不锈钢车体较铝合金车体要重 1 t 左右, 因此不锈钢车体轻量化设计变的越来越重要。1 车体结构设计1.1 车体总体车体结构采用 V 形薄壁筒形整体承载全焊接结构, 强度满足 EN 12663 标准, 纵向可承受 800 k
2、N 的压缩载荷和 640 k N 的拉伸载荷, 设计寿命为 30 年。车体由底架、侧墙、顶盖、端墙和司机室结构五部分组成 (见图 1) 。侧墙与顶盖、底架在外侧采用电阻点焊连接, 内侧通过弧焊连接, 简化了部件间的连接结构。司机室结构与底架、侧墙和顶盖均进行了弧焊连接, 形成了框架承载结构, 改善了力流的传递路径, 提高了车体整体承载能力, 在实现一定轻量化的前提下, 提高了车体结构的整体强度和刚度。在头车前端设置防爬装置提高车辆被动安全性, 碰撞性能满足 EN 15227 标准要求。本文设计的一种 B 型地铁轻量化不锈钢车体, 主要从以下几个方面优化和减重: (1) 优化各部件间的连接方式、简化连接结构, 如减少碳钢边梁, 端部结构直接与底架边梁相连。 (2) 调整各部件梁的布置和板厚, 尤其是侧墙纵横梁采用阶梯板厚进行设计, 主要承力的梁采用 2 mm 板厚, 其他位置采用 1 mm 板厚。 (3) 纵横梁采用插接弧焊结构, 取消了连接板的形式, 提高了车体的整体刚度和强度, 减轻了车体重量, 大大减少了焊点数量, 提高了生产效率和外观质量。(4) 端部结构采用高强度不锈钢材料取代
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