北京交通大学
硕士学位论文
城市轨道交通A型车辆研究姓名：王洪斌
申请学位级别：硕士
专业：车辆工程
指导教师：吴作伟
20070601
３车体的设计要求
车体是车辆的最重要的基本结构之一，Ａ型地铁车辆由于车辆的轴重较大，使对车体结构强度的要求也很高，车体结构的设计除满足结构和强度的基本要求以及安全可靠以外，还要保证其舒适性和运行品质，同时还应注意车体的外部造型、内部装饰、设备安装、乘客视野、隔音隔热等因素。

在这里以铝合金车体结构的结构形式的设计过程进行介绍。

３．１车体的结构形式ｂ，６１
车体采用大型中空挤压铝型材，轻量化、底架无中梁整体承载结构，使用寿命不低于３５年。

车体的结构可以分为全焊接和模块化的铆接两种结构。

３．Ｉ．１焊接车体结构
焊接结构具有能够适合多变的车体设备安装要求，例如：可以适合内藏门、外挂门、塞拉门的结构形式，保证车体的不同载荷下的车体挠度要求等。

目前国内的上海ｌ号线、２号线、３号线、４号线、广州ｌ号线、广州３号线、４＆５号线等车辆采用焊接车体结构。

图３－１位典型的焊接车体模型。

图３一ｌ典型的焊接车体模型
３．１．２模块化铆接结构
地铁车辆的模块化是指在车辆设计时，将整车结构进行分解，形成若干独立而又相互联系的分系统，即模块，它们分别是车顶模块、侧墙模块、底架模块、司机室模块、中间端模块等等。

模块中包含骨架和内装以及内部相应的配线、配管、防寒材等等。

目前，在欧洲铁路行业中，模块化概念在车辆设计中己得到应用实践。

模块化的铆接结构具有优秀的生产工艺特性，部件的生产布局和加工分模块进行，预装配工序可以把相关的部件完全的装配在一起，最终装配只需要将车体、车顶、侧墙、司机室和中间端铆接在一起，大大简化了最终装配的过程，减少了装配时间，可以利用简单的工艺布局实现高速出车的目的。

目前国内运营的广州２号线、深圳ｌ号线、上海１号线延长线的车辆采用模块化的车体结构。

图３－２位典型的模块化车体模型，图３－３位模块化车体的连接方式。

图３—２典型的模块化车体模型
图３－３模块化车体的连接方式
３．２车体的计算‘１０３
无论哪一种结构的车体结构必须要通过有限元的分析计算来来对车体进行结构校核和优化，有限元的分析首先需要对车体的结构进行建模，网格的疏密要按照分析的程度来决定。

司机室部分的有限元模型见图３－４，良好的车门和车窗转角部分的有限元模型网格见３－５，牵引梁部分有限元模型（司机室）见图３—６，牵引梁和枕梁有限元模型（中间端）见图３—７。

图３－４司机室部分的有限元模型图图３－５良好的车门和车窗转角部分的有限元模
型网格
图３－６牵引梁部分有限元模型（司机室）图３—７牵引粱和枕梁有限元模型（中间端）
计算的形式要按照车辆不同的工况来进行，通过对模型的不同工况计算分析来确定车体结构的应力情况。

下图为车辆部分结构在一定工况下的应力情况。

牵引梁（司机室）在一定压力载荷下的应力情况见图３－８，牵引梁（中间端）在一定压力载荷下的应力情况见图３—９，牵引梁（中间端）在一定拉力载荷下的应力情况见图３一１０，一定载荷下对角架车应力分析见图３一１１。

图３－８牵引梁（司机室）在一定压力荷载下的应力情况图３－９牵引梁（中间端）在一定压力载荷下的应力情况
图３．１０牵引梁（中间端）在一定拉力载荷下的应力情况
１７
空气簧泄漏时的车体变形应力分析
８
图３．１１一定载荷下对角架车应力分析
经过车辆有限元模型的静态和动态分析可以得到车体的高应力区域的状态，在对结构的形式进行分析后需要对不能满足应力要求的区域进行相关部件的重新设计或采用补强的方式来最终优化车体结构，如有必要以上的计算分析重新进行，最后达到满足设计的要求。

的概念图（见图５－２）。

图５－１不同列车运行条件下部件的工作情况
图５－２不同车辆的噪音源的概念图
为了确保车辆级噪音要求，在设计的过程中需要对主要的车辆部件进行噪音值的限定，通过综合的考虑组合来最终确定车辆的控制噪音目标。

对车辆主要噪音源部件的要求见表５．１。

表５．１对车辆主要嗓音源部件的要求如下：
声音源数值备注
主压缩机ＬＷ（Ａ）＜＝９２ｄＢ（ａ）
客室空调单元ＬＷ（Ａ）＜－９２ｄＢ（Ａ）ＬＷ（Ａ）相关外部噪音
司机室空调单元ＬＷ（Ａ）＜＿８５ｄＢ（Ａ）ＬＷ㈧相关外部噪音
辅助设备箱（ＰＡｂｏｘ）Ｌｗ（Ａ）＜＿９５ｄＢ（Ａ）满冷却风扇两个模块
没有。

这些非智能化单元完全受控于车辆及列车控制单元（ＣＣＵ）。

所有同一类型的单元可完全互换，并易于更换。

所有的控制交换信息通过车辆问的列车总线（ＭＶＢ）实现传递，ｃｃｕ收集和存储这些信息，所要求的一些重要信息将在司机台上的显示器上显示，为司机操作提供依据。

图５－３位典型的Ａ型地铁的拓扑图。

ＴｒａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ＆ＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ
图５－３典型的Ａ型地铁的拓扑图
列车控制系统包括列车控制、牵引控制及与子系统的接口和通信。

列车控制系统采用的是ＭＶＢ总线控制方式．
与运行及安全有关的控制除由列车通信网络进行控制外，该系统还提供了其它形式的冗余设计。

该结构包含５个．ＷＢ网络，其中１个用于列车级控制，每套牵引系统各１个和一个以太网（ＩＰ）结构。

列车控制的主要目的是监视和控制关键性车辆功能并对车辆运行非关键性的各种子系统监视。

列车控制也负责储存诊断信息以及将事件、故障显示在司机显示器（ＨＭＩ）上。

另外，列车控制还能够储存环境数据用于储存列车运行的数据如运行距离，运行时间等。

关于控制系统的冗余，系统有两个ＶＣＵ，两个Ｄｘ和Ａｘ用于司机台的输入／输出接口。

列车控制主要是负责控制和监督牵引和辅助设备、制动系统、司机台操作和其它子系统。

事件信息（例如：在牵引控制中发生的时间）作为列车级的数据被发送到列车诊断系统中。