城市轨道车体结构(第五章车体)复习课程.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一节 城市轨道车辆车体的类型与特征,一、城市轨道交通车辆的特征,主要包括地下铁道车辆、城市快速轻轨交通车辆和城市有轨电车。它们与一般铁路客车相比，车体有以下特征：,（,1,）一般为电动车组，有单节、双节和三节式等,，有头车,(,即带有司机室车,),与拖挂车、动车与非动车之分。,（,2,）在车内的平面布置上，座位少，车门多开度大,，内部设备简单等。,（,3,）重量的限制较为严格，,特别是对于高架轻轨和独轨车辆，要求轴重小，以降低线路的工程投资，满载和空载的差异大。,（,4,）车体防火要求严格，,特别是地铁车辆运行于地下隧道，一旦发生火灾后果不堪设想。,（,5,）对车辆的隔音、消音要求严格。,（,6,）为使车体轻量化，对于,车体钢结构一般采用铝合金中空截面挤压型材，构成整体承载筒形结构,；对车体其他辅助设施尽量采用轻型新材料。,（,7,）对车辆的外观造型及色彩有美化,和与城市景观相适应的要求。,二、城市轨道车辆的型式,我国城市快速轨道交通车辆的基本型式：,（,1,）按车体宽度,可分为,A,、,B,、,C,三类车型,（,2,）按车体材料,分：耐候钢车、不锈钢车和铝合金车,（,3,）按牵引控制系统,分：直流变阻车、直流斩波调阻车、直流斩波调压车、交流变压变频车。,（,4,）按电压等级,分：直流,1500V,、直流,750V,（,5,）按受电方式,分：受电弓受电的车和受流器受电的车，,德国公共交通企业联盟,(VV),推荐的两节式标准地铁车辆,德国公共交通企业联盟,(VV),推荐的两节式标准地铁车辆,德国斯图特加市,S-DT8,型轻轨八轴双节式动车组,德国斯图特加市,S-DT8,型轻轨八轴双节式动车组,V,V,推荐的用于城市有轨电车的,265,型八轴铰接式轻轨车,VV,推荐的用于城市有轨电车的,265,型八轴铰接式轻轨车,三种基本型式,推荐的,A,、,B,、,C,型车辆的主要技术规格,A,型车和,B,型车较适宜用于高运量和大运量的地铁车辆,C,型车一般用来作为轻轨车辆，它又有三种车型可供选择，即四轴车、六轴单铰车和八轴双铰车。,第二节 城市轨道车辆车体结构及附属设施,一、上海地铁车辆,1,、车辆选型及列车编组,车辆按设备配置的不同分三种车型，即,（,1,）带司机室的拖车,(,简称为,A,车,),（,2,）带受电弓的动车,(,简称为,B,车,),（,3,）不带受电弓,(,带空气压缩机,),的动车,(,简称,C,车,),。,由,A,车、,B,车和,C,车组成单元车组。,(B,车,),和,(C,车,),为一固定单元,带驾驶室的拖车（,A,车）,带受电弓的动车（,B,车）,不带受电弓的动车（,C,车）,列车编组型式,6,辆编组,A=B*CC*BA_,或,A=C*B=C*B=A,等,8,辆编组,A=B*C=B*C=C*B=A,或,A=B*C=C*B=B*C=A,自动车钩；,=,半自动车钩；*半永久车钩,车型主要设备配置,A,车,B,车,C,车,司机室,ATC,设备,蓄电池箱,静止逆变器,静止逆变器,静止逆变器,空调装置,空调装置,空调装置,牵引斩波器,牵引斩波器,牵引电机,牵引电机,受电弓,空气压缩机,2,、车体结构,车体承载结构构成：,底架、侧墙、车顶、端墙,结构型式及材料：,整体承载封闭筒形结构，采用质强比高、耐腐蚀性好的铝合金材料。,车体的主要承载件，如地板梁、侧梁、侧墙板、车顶板等均制成断面较复杂承载能力强的大型中空挤压型材，从而充分发挥材料的承载能力，达到重量轻、强度高、寿命长。,地铁车辆断面,（,1,）承载能力与材料选择,车体结构设计承载：,地板面垂直静载荷：,8.910,5,N,车钩水平载荷：,9.810,5,N,车顶垂直均布载荷：每相隔,0.75m,、,1000N,。,车体疲劳寿命：大于,30,年。,A,车车体司机室端设有撞击能量吸收装置，当车端受到意外冲撞，起着保护客室乘客和车辆的作用。,车钩的纵向力冲击超过,5.910,5,N,时，能量吸收装置产生塑性变形，吸收耗散冲击能量，从而,车体承载结构选材,根据德国标准（,DIN1725,），,主要受力构件：选用,AlMg0.7F26,、,AlMgSi0.5F22,、,AlMgSi1F28,，,侧墙板和车顶板：选用耐腐性好的,AlMg3W19,、,A1Mg3F24,。,车体表面需进行喷丸处理，提高表面强度。,（,2,）底架,车体底架设计型式：,采用上拱型无中梁结构，在两枕梁之间设地板梁和侧梁而无横梁,作用于地板面的垂向载荷和由牵引梁传来的纵向力,(,牵引力或冲击力,),均由地板梁和侧梁承担。,预制挠度,在空载状态下车体中央位置最大上挠度为,10mm,在满载时地板面保持水平，即挠度为零。,A,车司机室端底架的前端设有撞击能量吸收区,在司机室端外侧地板面高度设有防爬装置,构造型式：由低合金高强度钢制成的三筋式可折弯型结构,设计荷载可承受：,垂直力：,3.3410,5,N,纵向力：,5.610,5,N,牵引梁：安装车钩缓冲装置传递车辆之间的牵引力和冲击力，,底架端梁左右各有,8,个圆孔，用于安装电缆及管路。,地铁车辆,A,车底架总图,有司机室的,A,车底架总图，由侧梁、地板梁、枕梁、牵引梁和端梁组成。,大部采用大型中空截面挤压铝型材拼焊而成。,地铁车辆底架端梁、牵引梁,地板梁,横向构造：,由,5,块形状较复杂的中空截面的挤压型材焊起来，高度为,70mm,零件构造：,上下翼板之间有,6,块斜筋板和一块腹板，每块地板梁下部还设有,2,对安装车下设备的吊挂座。,地板梁零件构造图,地铁车辆底架地扳梁零件断面图,底架侧梁,高,325mm,、宽,212mm,的形状复杂的铝合金挤压型材，,在两腹板之间有多块斜筋板和隔板，由于侧梁在车体中受力较大其壁厚为,4mm,，个别地方达,6mm,及,12mm,。,地铁车辆底架侧梁零件图,（,3,）侧墙,型式,左右各有五个车门和四个车窗,侧墙的上部又与车顶部件组合连接。,组装工艺,侧墙不作为独立的整体部件,将一个车窗的：窗框、窗下侧壁及其左右窗问壁或门间壁做成一个部件，及两端,2,块侧壁。,全车共,12,块，直接与底架、车顶组装。,各个侧壁部件均有纵向和横向,L,形、,U,形或口形型材予以加强。,地铁车辆车体侧墙部件图,（,4,）车顶,构造型式：,由复杂形状断面的两端小圆弧部分挤压型材和中部大圆弧部分铝合金挤压车顶板组成,在,车体端,部车顶，因需要安装空调机组，其结构较为复杂。,地铁车辆车顶总图,（,5,）端墙,地铁车辆端墙（司机室）图,地铁车辆端墙（通过台）图,3,、客室内部装饰,客室地板,结构：,由,3,层组成，,8mm,的橡胶布粘贴在铝合金地板上，其上为,16mm,的层压板，最上面的,2mm PVC,地板覆盖层用强力胶与层压板粘结。,性能：,地板整体结构具有防水、防火、隔音、耐磨、无毒性能。客室顶板和内墙板均采用涂有密胺树脂的装饰层压板，用压条固定在车体内壁上。,座椅,配置：,每节车客室两侧各设,4,只长座椅，两端各设,1,只短座椅，全车共,12,只座椅，呈纵向配置。座椅底盘和靠背采用整体结构,材料性能：,采用高阻燃性的玻璃钢制成，由橡胶垫减振，固定在铝合金座箱上，座椅的外形按人体工程学设计，座椅两端设安全挡板。,立柱与扶手,均用铝管制成，立柱与地板联接处，均用强力密封粘胶密封，防水、防火。,4,、客室门、窗结构,设置：,客室两侧各设,5,个车门，沿车长方向均匀分布，采用气动对开内藏式滑动移门。,门叶上方设置一套气动操作机构，它由风缸、钢丝绳、滑轮、导轨、锁钩、地板导槽等组成。,在门叶上设有定位开关及指示灯。在正常运行时，由司机室集中控制全列车的车门动作，另外在气动操作机构上还设有一套手动装置，在紧急情况下可打开解锁风缸，直接在客室内单独打开车门。,结构构造：,门叶由铝框架、铝板、层压板组成，有较高的强度和刚度,设计门叶中心作用,90kg,集中力时，挠度不得超过,0.4mm,，且不允许产生永久变形。,车窗：,每节车的客室每侧各设,4,扇窗,采用楣窗式结构，由上、下两部分组成，用一根环形的氯丁橡胶密封圈将窗框固定在车体侧墙的窗孔内。,车窗的上、下部用铰链联接，可向车内方向开启,45,角，并可用顶部两锁销锁定在窗框上，窗玻璃采用双层玻璃。,车窗结构,二、我国研制生产的各型地铁客车,长春客车厂自,20,世纪,60,年代开始完全依靠自己的力量为北京地下铁道设计制造了,DK,型地铁客车。,性能变迁与发展,早期,生产,DK,1,、,DK,2,、,DK,4,、,DK,8,与,DK,8,A,型地铁客车采用直流电机，其主电路控制方式为凸轮变阻。,80,年代,生产,DK,9,、,DK,11,、,DK,13,等采用直流电机斩波调压或斩波调阻的控制方式。,90,年代,采用直流电机斩波调阻控制方式，配置无摇枕自由膜式空气弹簧结构转向架。,鼓形车体的,DK,20,型地铁车配用,DK,16,型转向架，改进车体结构，增加了定员,(Mc,车,228,人，,M,车,247,人,),。,出口伊朗的,217,辆德黑兰地铁客车，其型号为,DK,21,DK,24,，,引进日本和韩国技术,采用三相交流异步电机变频变压控制方式（,VVVF,），微机控制模拟电空制动系统，动车配备再生制动等一系列新技术。,该厂为北京新开通的地铁复八线研制的新型地铁客车（,DK,28,DK,31,），,1,、,DK8,型地铁电动客车,DK8,型地铁电动客车是长春客车厂,20,世纪,80,年代为北京地铁研制的地铁车辆,车辆轮廓符合北京地下铁道车辆限界,采用第三轨受电,电气传动控制方式为直流电机凸轮变阻,每两辆为一组，每辆车的一端有司机室，各车均为动车,在运营中据客流的变化可以按四、六、八辆连挂编列运行，司机在首车司机室内对全列车进行集中控制。,（,1,）车体,采用无中梁波纹地板薄壁焊接结构，材质均为碳素结构钢。,底架的牵引梁采用,200mm73mm7mm,的槽钢,侧梁及端梁采用,180mm68ram7mm,的槽钢，金属地板为厚,2mm,的波纹钢板,车顶为厚,2mm,的钢板，侧墙板为厚,2.5mm,的钢板，各梁柱采用角钢或钢板压型件。,车体表面处理,车体钢结构内外表面均经防腐处理，钢结构内壁涂,3,5mm,厚的防震隔热阻尼浆。内外侧墙、端墙板问以及内外顶板间均敷设超细玻璃棉。,客室内顶采用铝合金板，其外露表面喷白色半光醇酸磁漆。客室内侧墙板均用塑料复合铝板，地板为具有防火性能的轻质陶砂乳胶水泥层，表面铺设地板布。全车木梁均涂以防火漆。,（,2,）,DK,8,型地铁车辆配置,所有车轴均单独地由牵引电动机驱动，有较大的启动加速度，满足站距短、启动及制动频繁的运行要求，提高车辆平均运行速度。,全车分为司机室和客室两部分，列车具有最大的编组灵活性,车内座位靠侧墙作纵向长行排列，车内有较宽的通道，便于旅客迅速上下车。,全车座席位,56,，站位,124,，定员总数,180,人，并允许超员,50,。每人按,60kg,计算载重。,客室每侧有,3,对风动拉门，车门有效开度为,1200mm,，可保证乘客迅速上下车，以缩短停车时间。,司机室前端采用略为斜倾的平面结构，便于安装和更换钢化玻璃。,DK,8,型地铁电动客车总平面布置图,DK,8,型地铁电动客车断面图,l,插销插座连接器；,2,主隔离开关箱；,3,直流断路电器箱；,4,电空接触器箱；,5,电磁接触器箱；,6,主控制器箱；,7,制动机安装箱；,8,电动空气压缩机组；,9,散热器；,10,油水分离器；,11,总风缸；,12,接线盒；,13,分线盒；,14,蓄电池箱；,15,电阻器；,16,感应分流器；,17,牵引制动转换开关箱；,18,电源变压器；,19,继电器箱；,20,熔断器箱；,2l,电动发电机组；,22,电喇叭,（,3,）客室车窗,采用中空玻璃，司机前窗为钢化玻璃，各门玻璃,(,除前端门和司机室侧门外,),均为统一规格的钢化玻璃。,司机室两侧设有带升降窗的内开侧门，后面正中有隔门与客室相通。,司机室前部右侧装有司机台、左侧装有广播台，司机台与广播台侧的侧墙上装有仪表盘和无线电通话机。,（,4,）司机室,司机室前部右侧装有司机台、左侧装有广播台，司机台与广播台侧的侧墙上装有仪表盘和无线电通话机。,主台主要含两大部分，操纵部分和监视部分：,操纵部分供司机进行手操纵的各部分，有手柄、开关和按钮。,（,1,）司机控制手柄,主手柄和反向手柄，进行列车的牵引，电制动及换向。,（,2,）制动阀手柄或,SD,制动机控制手柄,供司机进行列车的空气制动操纵。,（,3,）,KK,开关,控制回路电源开关。,（,4,）头、中、尾开关,司机台控制回路开关。,（,5,）琴键开关辅助设备的启动开关：,压缩机组、电动发电机组、交流电源机组、客车照明、辅助电路、电源、列车尾灯、电风扇。,（,6,）风门主开关,控制风动门动作的主要开关,(,与副台辅助开关联锁,),。,（,7,）故障恢复及合闸按钮,DS,的合、分闸按钮等。,（,8,）,GGK,开关,各车的隔离开关。,（,9,）前照灯开关。,（,10,）各种按钮开关,AN,。,检测监视部分,仪表,主台正前方有电压表（电机电压表和网压监视表）、电流表,(,每组电机各一块,),和速度表。,司机台右前方有风压表，即总风和均衡风压力表和列车管及制动缸压力表。,各种进路及故障信号显示,2,、,DK,20,鼓形地铁电动客车,DK20,鼓形地铁电动客车为全动车六辆编组，编组形式为,Mc+M+M+M+M+Mc,。,Mc,为带有司机室的电动客车，,M,为不带司机室的电动客车。,配置,受电型式：三轨受电网压,DC750V,电机功率,86kW,，每辆车,344kW,，全组为,2064kW,。,转向架为第一系悬挂采用水平放置钢弹簧、橡胶节点式轴箱定位。中央悬挂装置为自由膜式空气弹簧。,采用焊接或铸钢构架及单侧无石棉合成闸瓦制动装置,联轴节为球面齿式联轴节，构造速度为,80km,h,。平稳性指标,W2.75,。,制动系统采用模拟式电空制动机，电子防滑器。空气制动可与电制动协调配合。,结构特点,鼓形侧墙取代了传统的竖直侧墙，在距底架边梁上平面,550mm,处车体达到最大宽度,2800mm,该处为圆弧形状，圆弧上部和下部沿切线方向与竖直方向内倾一定斜角。客室的圆弧处正好是安装纵向座椅的位置，使室内空间增大，提高站立人数，增加定员。,DK20,型的,Mc,车定员为,228,人，,M,车定员为,247,人,（,1,）结构构造配置,车体结构特点：,DK,20,车体钢结构材质采用低合金耐候钢，,车体侧墙、车顶的梁柱多采用“门”形断面，与包板结合后构成封闭形断面，增加了车体的强度与刚度，提高了承载能力。,经强度试验其钢结构均满足强度和刚度规范值的要求。,客室内端、顶、侧墙板,全部采用了玻璃钢，玻璃钢表面平整度好、色泽均匀、表面硬度高、耐腐蚀易清洁。,玻璃钢本身的强度、刚度完全满足结构需要，阻燃性好，是理想的车内装饰材料。,侧墙、车顶、端墙均采用大块玻璃钢，自然缝连接，实现了少用或不用压条结构，使车内显得简洁、明快、宽敞、大方。,DK,20,型车体长、车辆定距与,DK,8,型相同,DK,20,型地铁电动客车平面布置图,DK,20,型地铁电动客车断面图,（,2,）车门,每侧有四个对开侧拉门,门洞宽,1300mm,比,DK,8,增加了一对侧拉门，提高了旅客上、下车的速度，缩短了停站时间。,3,、北京复八线交流传动电动车组,北京复八线地铁车辆是具有,20,世纪,90,年代国际先进水平的车辆。,它采用了具有当代先进水平的,VVVF,逆变器控制的交流传动系统、静止逆变器,(SIV),辅助低压电源、模拟式电空制动系统、风动门传动系统,对上述设备的状态进行监视和故障数据处理、记录的列车监控系统、列车自动保护,(ATP),车载设备、车载无线通讯设备等。,车辆走行装置采用了具有运行品质好、结构简单、重量轻的无摇枕转向架。,作为承载结构的车体，采用了耐候钢板经过防腐预处理后焊接而成的整体承载薄壁筒形结构，强度高，重量轻，设计使用寿命超过,30,年。,车体内装饰和设备也借鉴和采用了国内外先进技术。,车辆设计中，特别注意了符合国情和北京地下地上联运的实际需要。,Mc,车的总体布置图,Mc,车客室断面图,采用,VVVF,交流相对直流的优点,车辆所采用的电气传动系统由变压变频,(VVVF),逆变器和三相交流牵引电动机组成，与传统的直流传动系统相比，该系统具有如下明显的优良性能：,可以充分利用粘着,，减少列车编组中动车的比例。,主电路无接点化，交流牵引电机无换向器无电刷,，可以显著提高列车运行的可靠性，并极大地减少了维修作业。,再生制动可以从高速持续到,5km/h,以下,扩大了恒转矩速度控制范围，节省了电能，并且没有电阻发热的危害。,电力制动与空气制动的混合使用,，可以充分发挥电力制动的作用，减少空气制动闸瓦的磨耗。,利用系统中的监控和显示功能，在系统发生故障时可以引导司机迅速采取对策,，入库后可迅速查找故障原因。,与直流电机相比，交流牵引,电机结构简单、可靠、检修周期长、使用寿命长，并且重量轻、体积小。,本系统的,优良调速性能,更是直流传动系统无法相比的，具有,20,世纪,90,年代世界先进水平。,第三节 小断面地铁车辆,(K,型地铁车辆,),对于城市交通中等运量的地铁线路，为了最大限度地降低地铁建造费用，特别是隧道开挖工程耗费，最大限度地利用隧道所提供的空间，发展小断面地铁是一行之有效的途径。,柏林工业大学,(TUBerlin)H.Bugarcic,教授所推荐的,K,型地铁车辆结构方案遵循以下原则：,(1),车辆的断面轮廓应在限界安全空间内。,(2),应保证乘客具有适当的舒适度。,(3),车顶轮廓形状设计成与隧道顶部圆弧相配合，客室内高应不小于,1.97m,。,(4),为尽可能降低车顶距轨面高度，以减缩隧道的直径，车底架制成下凹形，两转向架之间的地板面距轨面降低至,50.5cm,。,(5),车门、车窗设计成特殊的结构形式，其上部向车内折弯，呈圆弧或折线形。,(6),原吊挂于车底架的设备箱移置于转向架上方的车体内。,(7),采用小轮径车轮和线性电机驱动。,小断面地铁与常规地铁隧道横截面尺寸对照,(a)VV,快速轻轨车；,(b)VV,地铁车辆；,(c),小断面地铁车辆,车型与隧道横截面积之对照,车,型,隧道最小直径,DT(m),隧道最小截面积,AT(m2),车辆极限面积,AF(m2),隧道截面积比,矩形隧道,圆形隧道,V,V,快速轻轨,5.5,23.8,10.8,1.37,1.62,V,V,地铁,4.8,18.1,10.3,1.34,1.5,小断面地铁,3.4,9.1,6.5,1,小断面地铁车辆与一般城市轨道车辆对照,三节式双铰八轴小断面地铁单元车组,小断面地铁车辆承载车体结构,第四节 车辆碰撞能量吸收装置的原理及设计,一、概述,在客运交通中车辆运行安全是至关重要的，尤其对行驶中的车辆发生意外碰撞、断轴或脱轨等重大事故十分关注。一旦这类事故发生，如果不能在短时间内将其巨大的动能吸收掉，将会严重地危害着人身生命的安全和财产的损失。,因此，近几年来，很多国家在高速铁路客车,(,其中包括机车,),、城市轨道车辆的结构设计中考虑将客室部分结构加强，以提高其耐撞性，对非客室部分的特定部位处安置能量吸收装置和设置一些特殊的结构形式，以期达到吸收大部分碰撞动能和防止爬车的目的，从而最大限度地减少人员的伤亡。,能量吸收装置应具备的基本要求,(1),能使动能的耗散以一种有控制的方式进行，即不但能吸收掉所设计要求的碰撞能量，而且，能按设计要求控制碰撞力和减速度的变化。,(2),为了使减速度,a,最小，应有足够大的变形行程，而且是不可逆的将冲击动能转变为塑性变形能而耗散掉，无回弹碰撞，使遭受碰撞人员的损伤最小。,(3),能量吸收装置要性能稳定，可靠，重量轻，成本低，易于制造。,二、能量吸收装置的元件结构形式、塑性变形能和极限载荷,（,1,）能量吸收装置的基本原理,是利用其元件材料的塑性变形能来耗散所遭受的冲击动能，该元件是处在塑性大变形状态。,（,2,）极限状态,在外载荷达到某一定值时，理想刚塑性体可在外载荷不变的情况下发生塑性流动，即无限制的塑性变形，这时称元件或结构处于极限状态。,（,3,）极限承载能力,元件或结构在极限状态所承受的载荷,与之相应的速度场称为塑性损伤机构，或塑性流动,(,可动,),机构。,1,、结构极限荷载的确定,在极限状态下，元件或结构若有不同的几个塑性流动机构，则对应地可求得几个不同的极限载荷值。,极限状态是唯一的，即极限载荷是唯一确定的。,故选取其最小值作为该元件或结构的极限载荷，则更接近或等于该元件或结构的真实的极限载荷值。,2,、能量吸收装置的元件型式,为了获得性能稳定可靠，满足设计要求，能量吸收装置多采用弯曲变形或压缩变形的元件。,1,受弯曲变形的元件,(1)W(,或,V),形,(2),圆管或圆环元件对径受压,受集中载荷对径压缩的圆环,物体,M,以低速,v,0,碰撞圆环,圆环在两平行刚性体间准静态碰撞,变形元件型式,-1,W,形能量吸收元件,变形元件型式,-2,、,3,受集中载荷对径压缩的圆环,物体,M,以低速,v,0,碰撞圆环,变形元件型式,-4,Ps,/D,关系曲线,圆环在两平行刚性体间准静态碰撞,2,受轴向压力作用的圆管,(,或圆筒,),(1),圆管轴对称屈曲,弯曲变形能,管壁伸张塑性变形能,(2),圆管非轴对称屈曲,(3),圆管在轴向被压入模具中的变形,受轴向压力作用的圆管或圆筒，可能出现三种屈曲模式：即欧拉压杆式的弹性屈曲，轴对称屈曲和非轴对称屈曲，作为能量吸收装置中的元件，采用后两者屈曲后的大变形。,圆管轴对称屈曲模型,圆管非轴对称屈曲模式,圆管的卷曲变形,3,超静定结构的极限载荷,（,1,）一端固定一端铰支的超静定悬臂梁,（,2,）超静定刚架,超静定悬臂梁,刚架破坏可动机构简图,三、车辆碰撞纵向设计载荷与变形的关系,对各种能量吸收元件和结构的塑性分析，可得到它们的塑性功。,塑性功是不可逆的，需要消耗与之相当的能量,(,外力功,),。由此，可根据一定的条件和要求，将它们应用于车辆结构设计中，在列车发生碰撞事故时，用以吸收冲击动能，这为防撞车辆设计提供了可靠的、比较方便的分析方法，也为其发展提供了扎实的理论基础。同时，由于现代运输业中，其中包括铁路运输和城市轨道列车等，,行车事故频频发生，根据文献介绍，英国在,1972,1981,年,10,年间，铁路运输发生事故次数多达,83,次，死亡人数共计,68,人；在,1980,1989,年,10,年间，死亡人数高达,165,人，后者比前者上升了,140,，情况严重，迫使人们去寻找所谓的第二安全措施,(,相对于行车信号而言,),，即车辆自身防碰撞性能的研究，这样防撞车辆的设计研究便应运而生。此外，防撞车辆的设计与车辆的轻量化，提高列车运行速度和运用经济性是完全一致的。,车辆纵向设计载荷与车辆变形分级,车辆纵向设计载荷,(,或车体纵向阻抗力,),与车辆变形关系，大致分为四个等级。对应大致有,4,个碰撞速度范围：,(1),速度为,2.5m/s,，重型调车 动能耗散主要靠车钩缓冲器,(2),碰撞速度为,5m/s,，为轻度碰撞 考虑车体有一定的变形量,(,行程,),约,0.2m,。其最大冲击力值限制在,800kN,左右。,(3),速度大于,5m/s,，小于,10m/s,时的碰撞，为中等碰撞。,(4),速度大于,10m/s,时的碰撞，为严重碰撞事故,车体纵向力,(,阻力,),与变形关系,四、防撞车车体结构设计,1,BR,防撞车,用来进行超越,(,爬车,),和非超越碰撞试验,(,准静态,),各部分结构作用：,(1),牵引缓冲装置，,起牵引联结缓冲作用，吸收一定冲击动能。,用一个受剪切的螺栓将它与底架相联结，螺栓的剪切破坏载荷为,480kN,。即当纵向力为,480kN,时，缓冲器已达到最大容量，牵引缓冲装置与底架脱离。,(2),可更换式能量吸收装置,在车钩两侧缓冲梁上，原安装缓冲饼的位置处，各安装一个玻璃钢增强塑料,(GRP),圆管。圆管的根部固定在缓冲梁上，另一端头部装有带加强肋的防爬板。,当车辆碰撞时，使之与对面车的防爬板接触，并阻止其垂向移动。在塑料圆管内防爬板的内侧焊有心轴，而心轴支承在底架上，当,GRP,圆管折曲时，心轴向底架内滑入。,(3),底架结构,底架包括下侧梁、横梁、缓冲梁、斜撑和波纹地板组成。,两根斜撑上设有弯曲转向结，以诱导起始屈曲。,下侧梁在前侧门柱的下方设有几个剪切连接结，将下侧梁分为前段和后段两部分，前段为引导部分，当纵向力达到某一定值时，连接结被剪断后，它便滑入略大一点的后段主下侧梁内。车体发生折曲。,期间，除了车体结构折曲吸收能量外，还需借助专门设置的能量吸收装置以控制其阻力为常数。,续,(4),上部结构,由端门柱,(,缓冲柱,),、角柱、上侧梁、上缓冲梁、车顶弯梁和上侧门框、顶板、侧墙板和端墙板等组成。,上侧梁和上侧门框上开有切口，使之向外折曲，以减少入侵容纳司机的空间。,(5),各构件的连接结,对各构件的结合点处的连接结要求在大的塑性变形情况下，保持其完整性。,全部焊接连接结设计的均由结点处较弱的构件承受该结点处的全部塑性弯矩，在结构折曲时，连接结构继续传递各构件之间的弯矩和最终载荷,防撞车司机室结构简图,1-,侧门上框；,2-,上缓冲梁；,3-,角柱；,4-,侧墙板承梁；,5-,端墙板承梁；,6-,端门柱；,7-,防爬缓冲器；,8-,缓冲梁；,9-,车钩；,10-,能量吸收牵引装置；,11-,斜撑；,12-CRP,能量吸收元件；,13-,下侧梁；,14-,铝质蜂窝扳；,15-,下侧梁 剪切连接铰；,16-,下侧梁导板；,17-,横粱；,18-,牵引缓冲盒；,19-,后门柱；,20-,前门柱；,2l-,车顶弯梁,BR,防撞车在实验室非超越碰撞后的结构变形情况,2,ORE,防撞车,与前述,BR,防撞车主要不同点为,(1),牵引缓冲装置安装能吸收弹性能的缓冲器，在纵向力为,600kN,时，可吸收能量,80kJ,。用一受剪切的连接结使之与底架联结，该连接结的破坏载荷为,750kN,。,(2),司机室侧墙和端墙,(,瞭望窗台以下,),内敷设能量吸收衬层,铝质蜂窝板。,(3),底架上焊有钢质的蜂窝板块，斜撑和下侧梁开有切口，以控制其折曲方向和能量吸收。,ORE,防撞车司机室底架结构简图,l-,横梁；,2-,能量吸收装置；,3-,缓冲梁；,4-,前端缓冲梁；,5-,前斜撑；,6-,牵引盒,(,安装车钩,),；,7-,防爬板；,8-GRP,能量吸收元件；,9-,前下侧梁；,10-,铝质蜂窝板；,11-,下侧梁剪切连接结；,12-,下侧梁；,13-,斜撑；,14-,过渡梁；,15-PKPET21,机车,ORE,防撞试验车在非超越碰撞后底架变形简图,第五节 车门结构,地铁和轻轨车辆的车门采用有风动车门、螺杆和齿型带电动门,压缩空气为动力的风动门,它由压缩空气驱动传动风缸，再通过钢丝绳、滑轮、导轨、电磁阀等组成机械传动控制机构完成车门的开关动作。风动门具有结构简单、故障率低、容易控制、安全可靠等优点，可由司机操纵全列车所有车门同步动作。,一、机械联动系统,原理,机械传动系统的作用是将传动风缸活塞杆运动传递至车门，使门动作。,1,传动风缸,传动风缸是实现风动门动作的主要部件。,风动门的气路系统,双重活塞双向作用传动风缸,2,机械传动部分,原理,对开风动侧移门结构的作用是将传动风缸活塞杆的运动传递至车门，使车门动作。,主要组成,钢丝绳，导轮，大、小滚轮，上、下导轨，门卡。,对开风动侧移门结构,1-,风缸；,2-,滚轮；,3-,行程开关；,4-,钢丝绳；,5-,导轨；,6-,小滚轮；,7-,拉门,3,、电磁阀,完成对空气通路控制之目的的元件。,主要类型,开式阀，闭式阀两种，它们是根据其电磁线圈失电时阀所处的状态命名的。,开式阀,在电磁线圈失电时，该阀开放被控元件与风源的通路，关闭被控元件与大气的通路。,闭式阀,在电磁线圈失电时，该阀关闭被控元件与风源的通路，开放被控元件与大气的通路。,开式阀与闭式阀,1-,阀；,2-,阀杆；,3-,衔铁；,4-,电磁线圈；,5-,阀体；,6-,上阀；,7-,阀座；,8-,阀弹簧,二、风动门的电气系统,风动门电气系统组成：,包括风动门的控制，再开门的控制，车门动作情况监视及车门动作与列车控制电路的联锁等内容，其作用是为了确保行车安全。,风动门信号监视系统,(a),关门时“关门灯”电路示意图；,(b),关门时“开门灯”电路示意图,三、车门的结构型式,地铁和轻轨车辆的车门，按其开启方式可分为以下四种型式：,1,内藏嵌入式侧移门,2,外侧移门,3,拉塞门,4,外摆式车门,车门型式简图,外侧移门,拉塞门,外摆式车门,