CN112092845A - 一种新型轻量化高地板轻轨不锈钢车体结构 - Google Patents
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Abstract
一种新型轻量化高地板轻轨不锈钢车体结构，其特征在于：车体主体材料采用轻型不锈钢钢板，与车钩、防爬器、转向架、铰接接口处采用高强度碳钢，端墙、侧墙、底架、车顶均采用梁柱结构，端墙、侧墙处蒙皮为不锈钢板，底架处蒙皮采用不锈钢波纹板与不锈钢板结合的结构，车顶处蒙皮采用不锈钢波纹板，端墙、侧墙、底架以及车顶的梁柱与本身所处位置的蒙皮通过点焊连接。本发明车体结构的枕梁与回转轴承连接，增大了车体与转向架相对转角，车辆通过小曲线能力变强，可满足25m小曲线通过要求，解决了以往车体结构与带回转轴承转向架装配复杂的问题，填补了轨道交通行业内的空白。
Description
技术领域
本发明属于轨道车辆制造技术领域，尤其是涉及一种高地板轻轨车体结构。
背景技术
目前，轨道交通轻轨车按照地板高度分为高地板铰接轻轨车及低地板轻轨车。低地板轻轨车辆按照地板高度的面积占比又分为100％低地板轻轨车及70％低地板轻轨车。
低地板车体结构技术比较复杂且成本较高，车辆蒙皮多采用复合材料(玻璃钢、碳纤维)，成本较高，蒙皮采用粘接剂与车体钢结构粘接，不利于环保。
高地板铰接轻轨车车体材料多为铝合金材料，车体外表面需要涂装，不利于环保，后期维护成本高。结构关键部位为了实现车辆运营要求，需要采用高强度铝合金，从行业文献及经验来看，高强度铝合金材料全寿命周期内可能会出现母材及焊缝开裂风险，带来车辆安全隐患及高昂的维修维护费用。
同时行业内车体一位端底架枕梁结构无法与带回转轴承装置的转向架进行连接，装配关系复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种有利于环保，后期维护成本低的不锈钢车体结构，同时，该不锈钢车体能够与带回转轴承装置的转向架实现快速装配。
为实现上述发明目的，本发明提供一种新型轻量化高地板轻轨不锈钢车体结构，其特征在于：车体主体材料采用轻型不锈钢钢板，与车钩、防爬器、转向架、铰接接口处采用高强度碳钢，端墙、侧墙、底架、车顶均采用梁柱结构，端墙、侧墙处蒙皮为不锈钢板，底架处蒙皮采用不锈钢波纹板与不锈钢板结合的结构，车顶处蒙皮采用不锈钢波纹板，端墙、侧墙、底架以及车顶的梁柱与本身所处位置的蒙皮通过点焊连接；
底架由不锈钢边梁、一位端底架、二位端底架、主横梁、波纹地板焊接而成，一位端底架及二位端底架为带摇枕铰接转向架安装提供接口；
端墙与车顶之间通过Z型连接梁和Z型端梁相对搭接的方式连接，Z型连接梁与Z型端梁在车辆装配时起纵向调整作用，车顶波纹板与Z型连接梁通过点焊连接，Z型连接梁、Z型端梁与端墙板通过点焊+弧焊连接，车顶波纹板与端墙板之间涂打密封胶；
端墙与侧墙之间通过Z型立柱和Z型端立柱连接，Z型立柱与Z型端立柱在车辆装配时起横向调整作用，侧墙外板与Z型立柱通过点焊+弧焊连接，Z型立柱、Z型端立柱与端墙板通过点焊+弧焊连接，侧墙外板与端墙板之间涂打密封胶；
侧墙外板与车顶边梁采用点焊+弧焊连接，侧墙外板点焊连接一Z型纵梁一端，Z型纵梁另一端弧焊连接一与侧墙外板平行的支撑板，支撑板与车顶边梁弧焊连接，车顶边梁自带雨檐；
侧墙外板下部采用点焊+弧焊的方式连接U型底架边梁，U型底架边梁的上边与波纹地板采用电铆焊连接。
优选地，一位端底架结构主体材料为不锈钢，与车钩、防爬器、转向架铰接连接处使用高强度碳钢，端底架主体结构包括端部组成、不锈钢边梁、枕梁组成、端部加强梁组成、牵引梁组成，端部组成、不锈钢边梁、枕梁组成、牵引梁组成、端部加强梁组成焊接而成，为模块化转向架安装提供接口；端底架各部件主要由板材拼接弧焊而成，端部组成、枕梁组成、端部加强梁组成中零件与车体边梁连接处采用燕尾结构，焊后结构稳定，更有利于力的传递，与不锈钢边梁采用对接焊缝焊接。
优选地，枕梁主体材料为不锈钢，与转向架连接处使用高强度碳钢，主体结构包括上盖板、下盖板、左环形支撑、右环形支撑、连接法兰、两侧立板，中间的上下盖板为不锈钢板，四角开U型槽，中间的上下盖板与相对称的左环形支撑、右环形支撑及连接法兰焊接；左右两侧的上下盖板与车体边梁连接处采用燕尾结构，焊后结构稳定，更有利于力的传递。
优选地，左右下盖板通过折弯设置高低差，保证了枕梁两侧与转向架构架及附属设备的安装空间。
优选地，两侧中间立板形状为“几”字型，加大了结构截面积，增强结构刚度及强度。
本发明采用成熟的不锈钢材料，具有优良的耐腐蚀防锈性，使车体外板省去涂装的工序，并可以大幅节约维修维护费用。车体各大部件采用全新接口设计，通过结构的全新设计，避免车体材料使用高强度钢材带来材料本身开裂风险，保证了车辆全寿命周期内的稳定性。车体结构与带回转轴承装置及铰接装置的转向架连接，设计接口少，节约落车装配时间。同时，由于本发明车体结构的枕梁与回转轴承连接，增大了车体与转向架相对转角，车辆通过小曲线能力变强，可满足25m小曲线通过要求，解决了以往车体结构与带回转轴承转向架装配复杂的问题，填补了轨道交通行业内的空白。
附图说明
图1为车体结构等轴测视图；
图2为车体结构爆炸视图；
图3为车体结构断面视图；
图4为端墙与车顶连接示意图；
图5为端墙与侧墙连接示意图；
图6为侧墙与车顶连接示意图；
图7为侧墙与底架连接示意图；
图8为底架钢结构仰视图；
图9为一位端底架等轴侧视图；
图10为一位端底架剖面视图；
图11为枕梁爆炸视图；
图12为二位端底架等轴侧视图(正面)；
图13为二位端底架等轴侧视图(反面)；
图14为车体钢结构强度计算云图。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，一种新型轻量化高地板轻轨车体结构主体材料为不锈钢，底架钢结构与车钩、防爬器、转向架铰接连接处使用高强度碳钢，车体主体结构包括：端墙结构1、二位侧侧墙结构2、一位侧侧墙结构3、底架结构4、车顶结构5。车体宽度为2650mm，车体长度为13420mm，车体最高处距离轨面约3440mm。端墙由梁柱结构9及外蒙皮墙板13点焊而成，梁柱与梁柱之间采用弧焊连接。
如图4所示，为车体结构各大部件典型连接接头断面视图，充分考虑车体装配时的调整及可操作性，各大部件接口为全新设计。5-1为车顶波纹板，厚度为0.8mm，5-2为Z型连接梁，厚度为1.5mm，5-3为Z型端梁，厚度为3mm，5-4为端墙板，厚度为2mm。Z型连接梁5-2与Z型端梁5-3在车辆装配时起纵向调整作用，车顶波纹板5-1与Z型连接梁5-2通过点焊连接，Z型连接梁5-2、Z型端梁5-3与端墙板5-4通过点焊+弧焊连接，车顶波纹板5-1与端墙板5-4之间涂打密封胶。
如图5所示，6-1为侧墙外板，厚度为1.5mm，6-2为Z型立柱，厚度为1mm，6-3为Z型端立柱，厚度为2mm，6-4为端墙板，厚度为2mm。Z型立柱6-2与Z型端立柱6-3在车辆装配时起横向调整作用，侧墙外板6-1与Z型立柱6-2通过点焊+弧焊连接，Z型立柱6-2、Z型端梁6-3与端墙板6-4通过点焊+弧焊连接，侧墙外板6-1与端墙板6-4之间涂打密封胶。
如图6所示，7为侧墙与车顶连接示意图，7-1为车顶边梁,自带雨檐，厚度为2mm，7-2为侧墙外板，7-3为支撑板，厚度1.5mm，7-4为0.8mm车顶波纹板，7-5为纵梁，厚度为2mm。7-1车顶边梁与7-2侧墙板及7-4车顶波纹板采用点焊+弧焊连接，7-3支撑板与7-1车顶边梁与7-5纵梁采用弧焊连接，7-2侧墙外板与7-5纵梁采用点焊连接。
如图7所示，8-1为侧墙外板，8-2为底架边梁，厚度为4mm，8-3为波纹地板，厚度为3mm，8-1侧墙外板与8-2底架边梁采用点焊+弧焊连接，8-2底架边梁与8-3波纹地板采用电铆焊连接。
如图8所示，底架钢结构为全新设计，为车钩、防爬器、带回转轴承的转向架铰接安装预留了安装接口，底架的强度满足的运营要求，10为一位端底架区域，11是底架主横梁区域，12是二位端底架区域。
如图9、10所示，一位端底架结构主体材料为不锈钢，与车钩，防爬器，转向架，铰接连接处使用高强度碳钢，端底架主体结构包括：端部组成10-1、不锈钢边梁10-2、枕梁组成10-3、端部加强梁组成10-4、牵引梁组成10-5。端部组成、不锈钢边梁、枕梁组成、牵引梁组成、端部加强梁组成焊接而成，为模块化转向架安装提供接口。
端底架各部件主要由板材拼接弧焊而成，焊后关键焊缝需探伤检查，确保焊接无缺陷，结构稳定。10-1-1为防爬器安装区域，通过工艺孔实现防爬器的安装与拆卸；10-1-2为车钩安装区域，可以看出，端底架结构设置后退空间，满足车辆碰撞要求。端部组成10-1、枕梁组成10-3、端部加强梁组成10-4中零件与车体边梁连接处多采用燕尾结构，焊后结构稳定，更有利于力的传递，与不锈钢边梁采用对接焊缝焊接，焊后打磨平整，不影响地板及内装设备安装。
如图11所示，枕梁主体材料为不锈钢，与转向架连接处使用高强度碳钢，上盖板10-3-1、下盖板10-3-2四角为U型槽结构、右环形支撑10-3-3、左环形支撑10-3-4相对称设置，连接法兰10-3-5为50mm厚碳钢板，需要由60mm碳钢毛坯料机加而成，内圈直径为472mm，图中直径22mm圆孔需要焊后整体机加，保证连接法兰与带回转轴承转向架的安装精度，对车辆的平稳运行及乘客舒适度起决定性作用。上盖板10-3-6、10-3-7为10mm厚不锈钢板，与车体边梁连接处采用燕尾结构，焊后结构稳定，更有利于力的传递，与不锈钢边梁采用对接焊缝焊接，焊后打磨平整，不影响地板及内装设备安装。立板10-3-8、10-3-10、10-3-13、10-3-15为6mm不锈钢板，形状参考枕梁外形适用性设计。立板10-3-9、10-3-14为6mm不锈钢板，形状采用“几”字型，加大了结构截面积，增强结构刚度及强度。下盖板10-3-11、10-3-12为12mm不锈钢板，与车体边梁连接处采用燕尾结构，优点与10-3-6、10-3-7设计原理相同，同时，下盖板10-3-11、10-3-12通过折弯设置高低差，保证了枕梁两侧与转向架构架及附属设备的安装空间。
上盖板10-3-1、下盖板10-3-2、右环形支撑10-3-3、左环形支撑10-3-4与连接法兰10-3-5先焊接、焊接后的组成件再与右上盖板10-3-6、左上盖板10-3-7、左立板10-3-8、中立板10-3-9、右立板10-3-10、左下盖板10-3-11、右下盖板10-3-12、左立板10-3-13、中立板10-3-14、右立板10-3-15焊接。
如图12、13所示，二位端底架结构由上端盖板12-1、上盖板12-2、安装螺柱12-3、左边梁12-4、右边梁12-5、端板12-6、横梁12-7、右牵引梁12-8、架车口组成12-9、下盖板12-10、下端盖板12-11、铰接安装座12-12、左牵引梁12-13、加强梁12-14、加强梁12-15、加强梁12-16、支撑板12-17、支撑板组成12-18。端底架主体材料采用不锈钢材料，牌号为X2CrNiN18-7，满足EN10088标准。与铰接安装区域采用碳钢，牌号为S355，满足EN 10025标准。
如图14所示，结合车辆运行工况，为验证车体结构满足EN 12663P-IV级要求及EN15227C-IV级要求，通过有限元仿真手段，证明该车体结构强度，疲劳均不超过材料许用极限，满足要求。
Claims (7)
1.一种新型轻量化高地板轻轨不锈钢车体结构，其特征在于：车体主体材料采用轻型不锈钢钢板，与车钩、防爬器、转向架、铰接接口处采用高强度碳钢，端墙、侧墙、底架、车顶均采用梁柱结构，端墙、侧墙处蒙皮为不锈钢板，底架处蒙皮采用不锈钢波纹板与不锈钢板结合的结构，车顶处蒙皮采用不锈钢波纹板，端墙、侧墙、底架以及车顶的梁柱与本身所处位置的蒙皮通过点焊连接；
底架由不锈钢边梁、一位端底架、二位端底架、主横梁、波纹地板焊接而成，一位端底架及二位端底架为带摇枕铰接转向架安装提供接口；
端墙与车顶之间通过Z型连接梁和Z型端梁相对搭接的方式连接，Z型连接梁与Z型端梁在车辆装配时起纵向调整作用，车顶波纹板与Z型连接梁通过点焊连接，Z型连接梁、Z型端梁与端墙板通过点焊+弧焊连接，车顶波纹板与端墙板之间涂打密封胶；
端墙与侧墙之间通过Z型立柱和Z型端立柱连接，Z型立柱与Z型端立柱在车辆装配时起横向调整作用，侧墙外板与Z型立柱通过点焊+弧焊连接，Z型立柱、Z型端立柱与端墙板通过点焊+弧焊连接，侧墙外板与端墙板之间涂打密封胶；
侧墙外板与车顶边梁采用点焊+弧焊连接，侧墙外板点焊连接一Z型纵梁一端，Z型纵梁另一端弧焊连接一与侧墙外板平行的支撑板，支撑板与车顶边梁弧焊连接，车顶边梁自带雨檐；
侧墙外板下部采用点焊+弧焊的方式连接U型底架边梁，U型底架边梁的上边与波纹地板采用电铆焊连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型轻量化高地板轻轨不锈钢车体结构，其特征在于：端底架主体结构包括端部组成、不锈钢边梁、枕梁组成、端部加强梁组成、牵引梁组成，端部组成、不锈钢边梁、枕梁组成、牵引梁组成、端部加强梁组成焊接而成，为模块化转向架安装提供接口；端底架各部件主要由板材拼接弧焊而成，端部组成、枕梁组成、端部加强梁组成中零件与车体边梁连接处采用燕尾结构，焊后结构稳定，更有利于力的传递，与不锈钢边梁采用对接焊缝焊接。
3.根据权利要求2所述的一种新型轻量化高地板轻轨不锈钢车体结构，其特征在于：枕梁组成的主体材料为不锈钢，与转向架连接处使用高强度碳钢，主要结构包括包括上盖板、下盖板、左环形支撑、右环形支撑、连接法兰、两侧立板，上下盖板相对应设置并开有相对应的中心圆孔，下盖板通过中心圆孔与连接法兰的外圈焊接，上下盖板之间位于连接法兰外圈固定连接有相对称的左环形支撑、右环形支撑，两侧立板与上下盖板对焊。
4.根据权利要求3所述的一种新型轻量化高地板轻轨不锈钢车体结构，其特征在于：上、下盖板均包括上下对应的左、中、右三部分，左右两部分的外侧均采用燕尾型结构，与车体边梁焊接后结构稳定，更有利于力的传递。
5.根据权利要求3所述的一种新型轻量化高地板轻轨不锈钢车体结构，其特征在于：上下盖板的中间部分为不锈钢板，四角开U型槽。
6.根据权利要求3所述的一种新型轻量化高地板轻轨不锈钢车体结构，其特征在于：下盖板左右两部分内侧通过折弯设置高低差，保证了枕梁两侧与转向架构架及附属设备的安装空间。
7.根据权利要求3所述的一种新型轻量化高地板轻轨不锈钢车体结构，其特征在于：两侧立板中与上下盖板中间部分连接的区域形状为“几”字型，与上下盖板中间部分四角的U型槽底边吻合对接焊接，两侧立板的左右端底部与下盖板左右部分的折弯部分吻合对接焊接，增强结构刚度及强度。
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