CN101734256A

CN101734256A - 镁合金轨道列车车体及其制造方法

Info

Publication number: CN101734256A
Application number: CN201010002323A
Authority: CN
Inventors: 权高峰; 葛继平; 李瑞淳; 刘雪生; 丁涛; 陶然; 张英波; 刘赵铭; 姚善良; 丁成刚; 沈长斌
Original assignee: Beijing Huashengrong Magnesium Industry Technology Co Ltd; Dalian Jiaotong University
Current assignee: Beijing Huashengrong Magnesium Industry Technology Co., Ltd.; Dalian Jiaotong University; Southwest Jiaotong University
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2030-01-07
Also published as: CN101734256B

Abstract

本发明提供一种镁合金轨道列车车体及其制造方法，其中，镁合金轨道列车车体包括：车底架、车顶、两个侧墙和两个端墙，所述车体是由所述车底架、车顶、两个侧墙和两个端墙焊接成的箱式结构，所述车底架、车顶、两个侧墙和两个端墙是由镁合金型材焊接而成。本发明提供的镁合金轨道列车车体及其制造方法，采用镁合金型材焊接成镁合金车体，实现了轨道列车车体的轻量化，同时解决了现有技术中用铝合金做列车车体资源受限的问题。

Description

镁合金轨道列车车体及其制造方法

技术领域

本发明实施例涉及轨道列车技术，尤其涉及一种镁合金轨道列车车体及其制造方法。

背景技术

轨道客运列车(高速列车-动车组、磁悬浮列车、支线客运列车、城市轻轨列车、地铁列车等)是一类载客量大，运行效率高，技术含量高的轨道交通运输装备，是轨道交通运输的核心部分。轨道列车车体，即业内所谓的车体，是轨道列车的上部结构，是承运旅客的核心结构。轨道列车车体一般是由车底架、侧墙、车顶、端墙等部分连接而成，其中车底架、侧墙、车顶、端墙是由不同结构形式的金属结构焊接而成的。

随着列车运行速度的提高，车体轻量化成为列车设计制造的基本要素。而传统轨道列车车体结构是由钢(碳钢或低碳、低合金钢)经过焊接制成的，其结构重量大、运行消耗高、控制难度大，已经不适合现代轨道交通运输高速、便捷、安全、准时的基本要求。目前，实现车体轻量化的方案主要有两种：一种是采用轻量化结构设计；一种是采用轻量化材料。

其中，采用轻量化结构设计，例如采用类似飞机框架-蒙皮结构的不锈钢轨道列车，可以实现很好的轻量化，但是由于不锈钢车体制造技术本身的局限，使得这种轨道列车无法满足高速度的要求，如不能在200km/H的速度以上安全运行。而采用轻量化材料的设计，主要是以铝合金代替钢来制造列车车体，使列车车体轻量化得以实现。目前，高速客运列车车体均采用铝合金来制造，其结构形式从碳钢列车的框架-壳体的设计改进为型材焊接结构，大幅度减轻了重量，提高了效率，在全世界得到了快速推广和普及。但是铝合金车体重量仍然较大，而且铝和铁是近期有限的资源，资源的枯竭限制了铝合金、钢的大规模应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种镁合金轨道列车车体及其制造方法，用以实现轨道列车车体的轻量化，同时解决现有技术中用铝合金做列车车体资源受限的问题。

本发明实施例提供一种镁合金轨道列车车体，包括：

车底架、车顶、两个侧墙和两个端墙，所述镁合金轨道列车车体是由所述车底架、车顶、两个侧墙和两个端墙焊接成的箱式结构，所述车底架、车顶、两个侧墙和两个端墙是由镁合金型材焊接而成。

所述车底架可以由强度大于300MPa的镁合金型材焊接而成。

所述车顶可以由强度大于250MPa的具有斜撑或加强筋的镁合金中空型材焊接而成。

所述侧墙可以由强度大于250MPa的具有斜撑或加强筋的镁合金中空型材焊接而成。

所述端墙可以由强度大于250MPa的镁合金中空型材焊接且经机加工而成。

所述镁合金轨道列车车体的内表面设有第一保护层，所述第一保护层具体为在所述镁合金轨道列车车体的内表面经化学或电化学钝化处理后涂覆无机涂料形成。

所述镁合金轨道列车车体的外表面设有经化学或电化学钝化处理的第二保护层，所述第二保护层具体为有机涂料或复合涂料。

所述镁合金轨道列车车体的外表面还可设有第三保护层，所述第三保护层具体为在所述第二保护层外面涂覆的有机涂料或复合涂料。

所述镁合金轨道列车车体内部设有座椅、车顶版、裙板和地板，所述座椅的框架、所述车顶板、所述裙板和所述地板至少其中之一为镁合金型材焊接结构。

本发明实施例提供一种镁合金轨道列车车体制造方法，包括：

对相应牌号的镁合金挤压成镁合金型材；

将相应的镁合金型材焊接成相应的车体模块；

对车体各个模块进行校正、检测和机加工；

按照轨道列车车体结构，将各模块组装、加工、焊接成车体；

对焊接成的车体进行检测和校正。

本发明实施例的镁合金轨道列车车体及其制造方法，以镁合金为材料，制造轨道列车车体，利用镁合金密度轻、比强度大等特点，实现了轨道列车车体轻量化的目的，同时，与铝合金相比，镁合金作为可持续发展资源，克服了现有技术中以铝合金作为车体材料密度较大以及受资源限制的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的镁合金轨道列车车体的结构示意图；

图2a为图1所示车底架的焊接结构示意图；

图2b为图2a中A所示焊接结构的放大示意图；

图3a为图1所示侧墙的焊接结构示意图；

图3b为图3a中B所示焊接结构的放大示意图；

图4a为图1所示车顶的焊接结构示意图；

图4b为图4a中C所示焊接结构的放大示意图；

图5a为图1所示端墙的焊接结构示意图；

图5b为图5a中D所示焊接结构的放大示意图；

图6为本发明一实施例提供的镁合金轨道列车车体制造方法流程图；

图7为根据图6所示的制造方法制造出的镁合金轨道列车车体的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施例的镁合金轨道列车车体的结构示意图，图2a为图1所示车底架的焊接结构示意图，图3a为图1所示侧墙的焊接结构示意图，图4a为图1所示车顶的焊接结构示意图，图5a为图1所示端墙的焊接结构示意图。如图1所示，本实施例的镁合金轨道列车车体包括：车底架11、车顶12、侧墙13、侧墙14、端墙15和端墙16。镁合金轨道列车车体(简称为车体)是由车底架11、车顶12、侧墙13、侧墙14、端墙15和端墙16焊接成的箱式结构。

具体的，侧墙13的下部边沿与车底架11的一侧焊接在一起，侧墙14的下部边沿与车底架11的另一侧焊接在一起，车顶12的两侧分别与侧墙13和侧墙14的上部边沿焊接在一起，形成一筒状结构；端墙15和端墙16分别焊接在筒状结构的两头，以形成箱式结构。

本实施例中构成车体的各个模块是由镁合金型材焊接而成的，本实施例提供了一种各模块的具体焊接结构，分别如图2a、图3a、图4a和图5a所示。其中，图2b为图2a中A所示焊接结构的放大示意图；图3b为图3a中B所示焊接结构的放大示意图；图4b为图4a中C所示焊接结构的放大示意图；图5b为图5a中D所示焊接结构的放大示意图。

如图2a和图2b所示，本实施例中车底架11是由多块与车体长度相同的镁合金型材经焊接而成的空心平板式结构，型材截面具有增加刚度和降低噪音的作用。

如图3a和图3b所示，本实施例中侧墙13或是侧墙14为曲面矩形焊接结构，即由多块与车体长度相同的，具有斜撑或是加强筋的空心矩形截面的镁合金型材焊接而成；如图3b所示，镁合金型材31和镁合金型材32通过焊缝30焊接为一体。

如图4a和图4b所示，本实施例中车顶12为曲面矩形焊接结构，由多块与车体长度相同的，带有弧度的，具有斜撑或是加强筋的空心镁合金型材焊接而成；如图4b所示，镁合金型材31和镁合金型材32通过焊缝30焊接为一体。

而图5a和图5b所示为本实施例中端墙15或是端墙16的焊接矩形结构及其内腔示意图。本实施例中车体的各个模块的焊接结构只是一种优选方式，本实施例并不对此进行限制，即各个模块的焊接结构可以随实际应用的需要而改变。

镁合金是新型高强度工程结构金属材料，与目前的主流材料相比，镁合金产品有以下几个优点：

1、镁合金的密度最小，结构质量轻，具有良好的尺寸稳定性和一定的耐蚀性，耐磨及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。

2、镁合金的比强度(强度与质量之比)最高。比刚度(弹性模量与质量之比)接近铝合金和钢，远高于工程塑料。

3、可焊接，适合各种热塑性加工。

4、镁合金具有良好的阻尼和减震降噪性能，在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一倍。

5、与钢铁、铝合金材料相比，镁合金属于可持续发展资源，不会受资源枯竭的限制。

6、镁、氧化镁和镁合金对动物和植物无毒性，具有良好的环境相容性，属于绿色材料。

表1给出了钢、铝合金、镁合金的特性对比，由表1可以获知，镁合金的密度要比钢和铝合金小的多，而其比强度却比钢和铝合金高很多，因此，用镁合金做轨道列车车体的材料，可以降低轨道列车车体的重量，满足对轨道列车设计制造的要求。

表1

材料	密度g/cm³	比强度MPa/(g/cm³)	相对阻尼能力
材料	密度g/cm³	比强度MPa/(g/cm³)	相对阻尼能力	钢	7.8	46～128	1
铝合金	2.8	98～116	10～100	钢	7.8	46～128	1
铝合金	2.8	98～116	10～100	镁合金	1.8	140～188	30～1000

本实施例提供的镁合金轨道列车车体，由镁合金型材焊接成的各个模块，再焊接而成，制造工艺简单，属于短流程的节能型制造技术。基于镁合金的特点，本实施例技术方案具有以下技术效果：与铝合金车体相比，相同规格的旅客列车车体可减重25％～35％；镁合金车体比铝合金车体内部噪声低2～20dB；制造、使用、报废等过程不会造成环境污染，属于无毒害绿色产业；镁合金车体具有较好的电磁防护效果；镁属于可持续发展资源，可以克服现有技术中铝合金、钢等做车体材料受资源限制的缺陷。

具体的，根据轨道列车车体的结构，不同构成模块所用的镁合金型材的性能不同，例如，在本实施例中，车底架11可以由抗拉强度大于300MPa的镁合金型材焊接而成；车顶12可以由抗拉强度大于250MPa的具有斜撑或加强筋的镁合金中空型材焊接而成；侧墙13和侧墙14可以由强度大于250MPa的具有斜撑或加强筋的镁合金中空型材焊接而成；端墙可以由强度大于250MPa的镁合金中空型材焊接且经机加工而成。上述型材性能的选择只是一个较佳实例，本领域技术人员可以理解根据车体的不同结构和车体在实际运行过程中的需求，以选择相应性能的镁合金型材。

进一步，由于镁在自然条件下生成的氧化膜疏松多孔，不能完全覆盖镁表面，对镁基体缺少保护能力，致使镁在许多腐蚀性环境中不能长期使用，由此需要对镁合金车体的表面进行防护处理，以增加镁合金车体的耐腐蚀性，因此，本实施例由镁合金型材焊接成的车体的内表面附有第一保护层，车体外表面附有第二保护层。

其中，第一保护层具体为：对焊接前的型材表面进行化学氧化处理或钝化处理，又或电化学钝化处理，并在车体焊接完成后进行全部或局部化学氧化或电化学钝化修补，之后在车体内表面涂覆的一层有机涂料或是复合涂料，如聚氨酯涂料或聚氨酯复合涂料，又或涂覆一层弱碱性或者中性的油漆而构成第一保护层；第二保护层具体为：对焊接前的型材表面进行化学氧化处理或钝化处理，又或电化学钝化处理，之后在车体的外表面涂覆的一层有机涂料或是复合涂料，如聚氨酯涂料或聚氨酯复合涂料，又或涂覆一层弱碱性或者中性的油漆，形成第二保护层。

在上述技术方案的基础上，为了进一步增加镁合金车体的耐腐蚀性和车体外表面的美观性，列车车体外表面还可设有第三保护层，具体的，第三保护层是在第二保护层的基础，再涂覆一层有机涂料或是有机和无机涂料形成的复合涂料形成的。

图6为本发明一实施例提供的镁合金轨道列车车体制造方法流程图，图7为根据图6所示的制造方法制造出的镁合金轨道列车车体的示意图。如图6所示，本实施例的制造方法包括：

步骤21，对相应牌号的镁合金挤压成镁合金型材；

其中，相应牌号是指针对车体的不同模块所选择的不同性能的镁合金材料，如上述实施例所述，需要将用于车底架的镁合金(强度大于300MPa)挤压成镁合金型材；需要将用于车顶的镁合金(强度大于250MPa)挤压成截面为弧度的镁合金中空型材，而需要将用于侧墙的镁合金(强度大于250MPa)挤压成镁合金中空型材等。

步骤22，将相应的镁合金型材焊接成相应的车体模块；

例如，将强度大于300MPa的镁合金型材焊接成车底架，将强度大于250MPa的镁合金中空型材焊接成车顶；将强度大于250MPa的镁合金中空型材焊接为侧墙。其中，所用的焊接方式为固态焊接，如搅拌摩擦焊；另外根据焊接条件和需要还可以选择熔化焊接方式，如氩弧焊。

步骤23，对车体各个模块进行校正、检测和机加工；

其中，校正是一种逐点成型技术，本实施例具体指对车底架、车顶、侧墙和端墙通过严格控制的液压方法进行校正；或者进而采用计算机控制的激光三维测量方法和装备对各模块进行检测。

步骤24，按照轨道列车车体结构，将各模块组装、加工、焊接成车体；

各模块的焊接关系已在镁合金轨道列车车体实施例中详细描述，在此不再赘述。其中，所用焊接方法为固态焊接，根据条件和需求还可以选用熔化焊接。在焊接成车体之前，需要在侧墙上合适的部位切割出窗户口，在端墙上切割出端门口和仪表窗口等。

步骤25，对焊接成的车体进行检测和校正。

由于本实施例的料造方法采用镁合金材料，基于镁合金材料的优点，根据本实施例提供的制造方法制造出的车体，具有如下技术效果：与铝合金车体相比，车体可减重25％～35％；镁合金车体比铝合金车体内部噪声低2～20dB；制造、使用、报废等过程不会造成污染，属于无毒害绿色产业；镁合金车体具有较好的电磁防护效果；镁属于可持续发展资源，可以克服现有技术中铝合金、钢等做车体材料受资源限制的缺陷。

如图7所示，本实施例的镁合金轨道列车车体内外按需要还将设有座椅41、裙板42、车顶板43、地板44、行李架45和通风道46等部件，为了进一步减轻车体的重量，该车体内的座椅41的框架、裙板42、车顶板43、地板44、行李架45和通风道46等部件也可以采用镁合金型材制做。

综上所述，本发明技术方案基于镁合金材料所具有的优点，制造的镁合金车体不仅大幅度的减轻了车体的重量，克服了铝合金车体受铝合金密度较高、资源即将枯竭的限制，同时降低了车内振动和噪音，提供了更加舒适的搭乘环境。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种镁合金轨道列车车体，其特征在于，包括：车底架、车顶、两个侧墙和两个端墙，所述镁合金轨道列车车体是由所述车底架、车顶、两个侧墙和两个端墙焊接成的箱式结构，所述车底架、车顶、两个侧墙和两个端墙是由镁合金型材焊接而成。

2.根据权利要求1所述的镁合金轨道列车车体，其特征在于，所述车底架是由强度大于300MPa的镁合金型材焊接而成。

3.根据权利要求1所述的镁合金轨道列车车体，其特征在于，所述车顶是由强度大于250MPa的具有斜撑或加强筋的镁合金中空型材焊接而成。

4.根据权利要求1所述的镁合金轨道列车车体，其特征在于，所述侧墙是由强度大于250MPa的具有斜撑或加强筋的镁合金中空型材焊接而成。

5.根据权利要求1所述的镁合金轨道列车车体，其特征在于，所述端墙是由强度大于250MPa的镁合金中空型材焊接且经机加工而成。

6.根据权利要求1所述的镁合金轨道列车车体，其特征在于，所述镁合金轨道列车车体的内表面设有第一保护层，所述第一保护层具体为在所述镁合金轨道列车车体的内表面经化学或电化学钝化处理后涂覆无机涂料形成。

7.根据权利要求1所述的镁合金轨道列车车体，其特征在于，所述镁合金轨道列车车体的外表面设有经化学或电化学钝化处理的第二保护层，所述第二保护层具体为有机涂料或复合涂料。

8.根据权利要求7所述的镁合金轨道列车车体，其特征在于，所述镁合金轨道列车车体的外表还设有第三保护层，所述第三保护层具体为在所述第二保护层外面涂覆的机涂料或复合涂料。

9.根据权利要求1-8任一项所述的镁合金轨道列车车体，其特征在于，所述镁合金轨道列车车体内部设有座椅、车顶版、裙板和地板，所述座椅的框架、所述车顶板、所述裙板和所述地板至少其中之一为镁合金型材焊接结构。

10.一种镁合金轨道列车车体制造方法，其特征在于，包括：

对相应牌号的镁合金挤压成镁合金型材；

将相应的镁合金型材焊接成相应的车体模块；

对各个车体模块进行校正、检测和机加工；

按照轨道列车车体结构，将各个车体模块组装、加工、焊接成车体；

对焊接成的车体进行检测和校正。