《铁道车辆工程》教学课件PPT
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第四节第四节 车辆车辆的轻量化的轻量化设计设计及及防蚀防蚀、耐蚀、耐蚀设计设计防蚀、耐蚀设计的目的：延长车辆使用寿命；降低车辆自重；提高车辆系统的经济效益。轻量化设计的主要对象和方法对象：车体钢结构；转向架；车上设备的重量；钩缓装置。其中，影响最大的是车辆钢结构和转向架。方法：采用新材料、新结构、新工艺1选用新的材料以减轻车辆自重转向架材料：高强度低合金铸钢材料车体材料：耐候钢的采用：性能3倍于普通碳素钢，目前有两个系列。铜磷钛系列低合金钢用于货车，铜磷铬镍系列低合金钢客车。铝合金材料的采用。不锈钢，不必考虑金属腐蚀的因素，车辆重量可以减少很多，同时使用寿命长。复合材料。2采用新的车辆结构采用耐腐蚀或防腐蚀的钢结构。例如：双型客车的钢结构的设计缺陷。车顶纵向压筋；车辆与侧墙结合部分的雨檐、窗台；车窗下两侧转角处，特别是焊有圆角的车窗结构；大腰带；金属地板的两侧。厕所、盥洗室、茶水炉附近的侧墙，侧立柱的根部。货车：金属地板、地板横梁、侧柱根部、下墙板下部、棚车的车门下角，车门板下部，车窗下沿的导框等。改进的方法 结构尽量避免采用小转角和沟槽。点焊或段焊的部位改为满焊。尽量不用压筋。厕所和盥洗室使用整体壳状结构。减少可能积水的结构部位。充分发挥构件的材料性能充分发挥构件的材料性能 为了充分发挥材料的承载能力，对车辆的梁柱、轴等零部件的构成外形、截面形状进行广泛研究。例如：使用空心车轴，减轻簧下重量，提高振动性能，工艺复杂，成本较高。异形型材，挤压成型的异形型材铝合金型材，按设计要求，承载等方面对车辆结构的设计进行研究和探讨。3、铝合金车体结构 在日本，铝合金制车体结构诞生已经约有40年。这期间，铝合金制车体结构的变迁与各种铝合金的开发及制造技术的进步有着紧密的联系。采用铝合金挤压型材来制造车体基本上采用的是骨架外壳结构。骨架外壳结构是最早的车体结构形式骨架外壳结构是最早的车体结构形式 骨架外壳结构的应用骨架外壳结构的应用 日本最早的真正的铝合金车辆是山阳电铁2000系，以A5083合金（Al-Mg系合金）和A6061系合金（Al-Mg-Si系合金）作为外板和小型骨架材料的平板主体的一次元材料展开，形成外壳框架方式，基本上与钢制车结构相同。各部分通过焊接组装在一起，但车体结构的总装采用铆接。山阳电铁2000系的车体结构如图图所示需要解决的问题 当时的铝合金制车体结构与钢制车体结构相比，加上材料价格，制造加工的费用很高，原始费用也高。因此，通过使车体结构简略，以减少材料数量和焊接线长，以及通过焊接线的单纯化提高焊接的自动化率成为当时追求的目标。使用的挤压型材的日本铝合金车体挤压型材形式（A）单层车体结构 最初采用挤压型材是以使用薄型材的单壳车体结构为主流，在车顶和侧墙为中心的外板上安装加强材料形状的薄型材。也有部分底架结构采用中空型材的，但是，由于中空型材本质上就比单壳的重，因此要在限制的许可质量中有限度地使用。单层车体结构的示例 针对高速车辆的单壳车体结构示例（B）双壳结构 以中空型材为中心构成的结构，称为双壳结构，相对于单壳结构，质量要重。中空材料根据材料本身所具有的面外刚度高的特性，可以省略在单壳结构中必须使用的加强材料，从而能够减少材料数量，也即降低成本。近年来，由于重视车辆的舒适性，有观点认为适当增加车体结构的重量也可以。因此，高速车辆的车顶部车体结构和侧墙部车体结构开始使用双壳结构。双层铝合金车体结构的示例双层铝合金型材图吸振橡胶泡沫吸振材料车顶型材侧墙型材双层铝合金车体结构图CRH2 动车组车体结构图双壳结构的优点能够达到车体高刚性要求、衰减噪音传递，从而提高车内的乘车舒适度。大幅减少零件数量，扩大自动化焊接范围，从而降低制造成本，提高质量。总之，综合来看，这可以称为目前最好的车体结构。4、加强结构防腐蚀的工艺措施型材和板型的表面预处理。消除污垢及锈蚀，并刷防护底漆加工过程中及时清除局部锈蚀，并涂上防护底漆。结构制成后，还曾要涂上防锈面漆。第五节 车辆的人机工程设计 为旅客提供一个良好的环境，需要设计人员进行比较科学的室内环境设计：同时对车辆的各类工作空间，作业空间进行设计。车辆作业空间的分析与设计 列检作业；货车装卸作业；调车连结作业。客车客室设计 主客室设计座席的安排与布置，朝向，椅背是否可调，封闭或敝开式。车窗的设计，尺寸大小，采光，隔热，影响车辆的强度。车内壁板的材料选择。厕所、盥洗室的设计 卫生、清洁、集便、防止锈蚀。车辆总体尺寸受限因素：要求对运输对象进行考查，保证满足运输需要。铁路限界，车钩高度，轴重，每延米轨道载重的允许值。站台高度，装卸设备，地磅衡等。车辆总体尺寸包括车长：内长（其它长度尺寸、全长、外长）车宽：内宽车高、内高 车辆相关部件之间的间隙：转向架相对于车辆的转动，两车端在曲线通过时的是否相碰。车辆的配重，动力性能的要求。对于偏重的餐车，采用不同钢度的弹簧。车辆断面尺寸车辆外部尺寸方便的底部设备检修空间车下蓄电池的维护方式宽敞的司机室与豪华的头车客室 客室空间餐车空间卫生间空间布置第五节 完
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