铁路客车车体钢结构设计技术精

铁路客车车体钢结构设计技术 作者 杜彦品 内容提要本文叙述了铁路客车车体钢结构的特点及分类,重点介绍了 25型客车 碳钢车体钢结构的组成部分、结构设计及主要技术要求,对铁路客车车体钢结构材 料的选用及结构设计将有积极的帮助。 ※ ※ ※ 1 概述 车体钢结构是铁路客车最基本的结构,为铁路客车走行部、制动装置、连接缓 冲装置、车辆内部设备以及内装提供了安装的空间和基础。新造 25型客车车体钢 结构为碳钢车体全钢焊接结构,由底架、侧墙、车顶和端墙等四部分焊接而成,俗称 薄壁筒形车体结构。目前我国的新造 25 型车有两种承载结构一种是无中梁薄壁筒 型整体承载结构,另一种是有中梁薄壁筒型整体承载结构如行李车和邮政车。随着 车辆的用途和生产工艺条件的不同,各种 25型客车的结构不全相同,但其外形尺寸和 结构形式则基本一致。 2 车体结构的分类 车体结构按车体所用材料分为以下三种 碳素结构钢车体我国新造 25型客车车体; 不锈钢车体我公司正在研制的 200km/h 客车车体, CRH1“和谐号”动车组的 车体; 铝合金车体部分地铁车体、CRH2、CRH3、CRH5“和谐号”动车组的车 体。 3 车体钢结构组成 车体钢结构按部位可分为四个大部件底架钢结构、侧墙钢结构、车顶钢结 构、端墙钢结构。车钩缓冲装置、风挡、脚蹬等安装在大部件上。现就 YZ25GT 型硬座车无中梁薄壁筒型整体承载结构和 XL25G型行李车有中梁薄壁筒型整体 承载结构来详细说明车体钢结构的构造和特点。YZ25G硬座车车体钢结构如图 1 所示。 4 底架钢结构 4.1 底架结构组成 底架钢结构由端牵枕、枕内横梁、枕外横梁、枕后纵向梁、侧梁、枕外铁地板 和枕内波纹地板等组成,如图 2所示。 端牵枕分为端梁、牵引梁和枕梁,如图 3所示。 4.2 底架结构设计 4.2.1 端梁 端梁由 6mm 厚钢板压制而成,断面为“[”,YZ25G型硬座车端梁高 400mm 靠近侧 梁处高 180mm,称为“转角”。在转角下翼面焊有 3mm 的围板,围板可以在端部遮挡 脚蹬,起到美观的作用。在端梁中部开有安装车钩用的缺口,宽度为 345mm,俗称 “钩 门”。YZ25T型硬座车端梁高度为 458mm,钩门的宽 度尺寸为 790mm,端梁在钩门处与牵引梁相互组焊。 4.2.2 牵引梁 自枕梁到端梁间的中梁称为牵引梁,YZ25G型硬座车牵引梁由两根 30b型槽钢 及牵引梁上下盖板组焊而成。其上盖板厚 4mm,宽 464mm,下盖板厚 8mm,宽 490mm。为了符合在牵引梁腹板间安装车钩和缓冲器的尺寸要求,两槽钢腹板间距 为 350mm,并将牵引梁靠近端梁的一端加高到 400。在牵引梁两槽钢腹板内侧铆接 有前后从板座、焊有磨耗板和防跳板。YZ25T 型硬座车牵引梁由两根 8mm 的钢板 压制而成,其上盖板厚 4mm,宽 524mm,下盖板厚 6mm,宽 560mm。为了符合在牵引 梁腹板间安装车钩和缓冲器的尺寸要求,两牵引梁腹板间距为 440mm,靠近端梁一端 为喇叭状,间距为 790mm,高度为 458mm。在牵引梁两腹板内侧铆接有车钩安装 座。 4.2.3 枕梁 YZ25G型硬座车枕梁由厚 8mm、间距为 350mm 的两重向腹板及厚 10mm、宽 600mm 的下盖板,厚 6mm、宽 600mm 的上盖板组焊而成的闭口箱形断面“Ⅱ”,枕梁 近侧梁端为小端,近牵引梁端为大端,它是一个近似的等强度鱼腹梁。在枕梁下盖板 下面与牵引梁交叉处安装有心盘座,以提高该处的承载作用,提高枕梁和牵引梁的连 接强度和刚度。在枕梁两端的上旁承安装处焊有上旁承加强板,枕梁端部还焊有供 顶车用的顶车垫板。YZ25T型硬座车枕梁腹板厚 8mm,间距为 424mm,下盖板厚 12mm,宽 600mm,上盖板厚 6mm、宽 600mm。在枕梁两端焊有空气弹簧安装座,枕 梁端部也焊有供顶车用的顶车垫板。 4.2.4 地板梁 枕内横梁位于两枕梁之间,横梁均布, 间距在 1m 以内,也可根据车下设备的位置 进行调整。枕外横梁位于端梁和枕梁间,有 2对,断面为“[”,高 180mm、厚 4mm有集 便器的为 6mm,翼面宽 50mm; 有集便器的为 60mm。枕内外第一根横梁一般距枕 中 17002000mm,具体还要根据转向架所占据的空间而定。这些横梁的两端分别与 侧梁和牵引梁或是两端与侧梁焊接。这些横梁的作用一是把牵引梁结构与侧梁连 接起来形成底架钢结构骨架,从而保证底架有足够的强度和刚度,以承受作用于底架 上的各种载荷;二是成为平地板和波纹地板的支撑,在纵向力作用下防止波纹地板的 失稳。 枕后纵向梁在枕内,靠近枕梁每端四组,第一组为鱼腹形槽形断面,其余三组断面 同枕内横梁。枕后纵向梁主要起传递纵向力的作用。 4.2.5 侧梁 底架两侧有通长的侧梁,其断面为 18 型槽钢。在横向,底架的枕梁及全部横梁的 端部都与侧梁焊接,金属地板也与侧梁的上翼面搭接;侧墙的立柱、侧墙板分别焊在 侧梁的上翼面和腹板外表面上,所以,侧梁是连结侧墙和底架的重要构件。其连接关 系如图 1 所示。 底架的牵枕缓、侧梁和横梁共同形成底架钢骨架。 4.2.6 金属地板 在底架钢骨架的上面焊上金属地板。在端梁和枕梁上盖板间为平地板,板厚为 2mm;两枕梁间为纵 向波纹金属地板,波纹地板断面为 1.5mm。由底架钢结构骨架和金属地板共同 组成底架钢结构。由于两枕梁间无贯通的中梁,因而作用于底架上的纵向拉压力均 由波纹地板和侧梁来承担。由车体钢结构静强度试验表明,波纹地板能承受三分之 一以上的总纵向拉伸或压缩力,这种结构的底架称为无中梁底架。 4.3 有中梁底架结构 另外一种有中梁底架,如行李车,下面以 XL25G型行李车为例来说明有中梁底 架的结构。图 4 是 XL25G底架钢结构,XL25G 型行李车底架钢结构由端牵枕、中 梁、枕内横梁布置、一位枕外横梁布置、二位枕外横梁布置、主横梁、一位端铁地 板、二位端铁地板、枕内铁地板、站铁组成、底架线管布置、底架配件布置、侧梁 组成、侧梁、补强梁等组成。牵枕缓和侧梁结构与 YZ25G型硬座车类似,不同之处 为枕内均布有四组鱼腹形的主横梁,厚度为 6mm,断面为“”,下翼面尺寸为 120mm。 在大拉门处有两组补强梁,厚度为 6mm,断面为“”,高度尺寸为 280mm,下翼面尺 寸为 110mm。XL25G型行李车无枕后纵向梁,有两根 30b 型槽钢组焊成的中梁,间 距为 350mm。枕内外横梁断面均为“”,高度尺寸为 110mm,下翼面尺寸为 70mm,厚 度为 4 或 6mm。行李间地板为 4mm 的花纹钢板,其余部分为 2mm 的平地板。 底架钢结构主要构件断面尺寸见表 1 表 1 底架钢结构主要构件断面尺寸 5 侧墙钢结构 5.1 侧墙结构组成 YZ25GT型硬座车车体钢结构的侧墙主要由立柱、纵向梁、上侧梁、门柱、 门上横梁、门框组成YZ25T型硬座车无、侧墙板等组成。侧墙外表面为平板无压 筋,在平整的外墙板内侧焊有垂直立柱和水平纵向梁,形成板梁式平面承载侧墙结构, 如图 5 所示。 5.2 侧墙结构设计 侧墙上侧梁断面为“”形,