铝合金车体设计的工艺性问题分析

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1、铝合金车体设计的典型工艺性问题浅析一、车辆典型结构特点分析1、车体结构铝合金车体几种典型结构有：板梁结构、型材结构、钢-铝混搭结构。各种结构具有各自优缺点，制造模式也有区别，结构的先进性和合理性对简化制造的难度、提高生产效率产品、保证质量有重大影响。1）板梁结构采用板材和型材结合，大量采用段焊、点焊、塞焊连接的办法。板梁结构最大的优点是保持车体质量最低，缺点是制造工艺繁琐、自动化程度低、外观平整度较差。车型举例：重庆单轨车、上海中低速磁悬浮实验车、北京机场线、科技部100%低地板车（车顶），又如其深圳、沙

2、特、广佛、上海6/8号线等城铁车辆的端墙结构，均采用板梁结构。图1-1重庆车体结构和断面图图1-2重庆端墙图1-3典型板梁结构端墙2)型材结构第1页共14页双层闭式型材是目前高速车和A型、B型城铁铝合金车辆普遍采用的铝合金车体结构。优点：由于大量使用插口型材，便于自动焊作业；通过T型槽和灵活的断面设计，使结构简化，制造效率提高；能获得理想的外观平整度。车型举例：所有CRH高速车整体结构、大多数A型和B型铝合金城铁车辆的底架、侧墙、车顶结构。图1-4深圳A型地铁车体结构3)钢-铝混合结构部分城铁车辆中，底架

3、铝结构整体或者牵枕缓部分采用钢结构，其余全部采用铝结构。钢铝之间通常使用铆钉铆接。优点：有利于增加车体强度，减小底架焊接作业量，焊接变形减少。缺点：增加了铆接工序，需要占用较多的生产场地，还必须采用涂漆、胶等钢铝隔离措施避免电化学腐蚀问题，生产效率有所降低。采用钢结构的实例：北京机场线（底架组成）、上海6/8号线车辆（牵枕缓）。图1-5上海6/8号线牵枕和底架间的钢铆结构2、车体挠度问题车体挠度是车体制造重点保证的尺寸。组成前首先要在工装支撑上预制挠度，车体组成定位底架时要使用下拉装置保证底架和支撑紧密贴

4、严，安装侧墙、车顶时也要保证在和底架第2页共14页有同样的挠度情况下才能进行组焊，保证车体出胎后自由状态下挠度在要求的范围内。参见图1-6和1-7示意图。图1-6车体组成工装图1-7上海九号线车体挠度示意图较大的预制挠度通常会影响车体组成的其它尺寸，对于A、B型城铁车尤为明显。由于底架从中间到两端形成拱形曲线，整体式侧墙两端与车顶、底架的连接处就产生间隙，需要使用下拉装置从车顶处拉严，这样两端的下拉造成的变形应力集中到车体中部，焊接时很容易造成车体中部的高度变小。上海、深圳等城铁项目车体中心处高度容易低排

5、除部件尺寸小的第3页共14页因素，主要是该原因造成的。A、B型城铁车很多采用分块侧墙的结构，门口较多，分块侧墙的间距即是门口尺寸，分块侧墙在自由状态下放入底架边梁后门口上方宽度会大于下方，门口对角线差较大。如果使用宽度固定装置强制使门口上下宽度相等，则侧墙上下焊接插接口容易出现间隙，这时若要要保证各侧墙上下插接口能正常焊接，就需要通过不断调整各侧墙之间的排列，反复调整门口形状以达到折中的最佳效果，即使这样也很难保证所有的门口上下宽度一致，并且宽度和对角线差在公差范围内。最终分析，这是由于分块侧墙上下宽度相

6、等，而在车体预制挠度较大的情况下侧墙整体没有挠度造成的。可能的解决办法是考虑将尺寸容易超差的门口附近的分块侧墙设计成梯形而非正常的矩形，即分块侧墙上方宽度稍大于下方的宽度，有利于保证门口尺寸。（此建议仅为理论分析，仅供设计师参考，期待后续项目能够实际验证）由于高速车仅两端有门口，整体侧墙制出了挠度，不会出现门口不合格的问题。纵上分析：制作挠度的过程中引发的车体其它尺寸变化问题需要设计和工艺部门共同考虑，力求避免。通常较小的挠度带来的问题也少，在必需要求较大设计挠度的情况下，考虑到预制挠度的大小，要对车体部

7、件形状和尺寸公差进行适当调整或放宽，达到产品质量和制造效率的最佳匹配。下表列出了典型项目的车体挠度情况：典型铝合金车体挠度和预制挠度类型项目名称设计挠度a预制挠度最大高度CRH5时速250公里动车组0≤a≤88mmCRH3时速350公里公车组0≤a≤88mmA型城铁深圳地铁二号线7≤a≤1321mmA型城铁沙特麦加项目7≤a≤1321mmA型城铁上海九号线9≤a≤1320mmB型城铁伊朗455项目10≤a≤1521mmB型城铁广佛地铁9≤a≤1319mmC型城铁上海6/8号线3≤a≤1315mmC型城铁重

8、庆三号线单轨车0≤a≤68mm备注：预制挠度最大处的高度选择，通常是为了达到设计挠度范围的中间值。二、车体断面和型材的设计由于国内型材厂家制造水平逐渐提高，因此车体设计师在型材设计上有了更大的空间，越来越多的新型材断面被开发出来。型材设计在满足相关设计规范的前提下，将设计技术、工艺技术、质量控制技术等更多细节考虑在内，才能做到合理先进，经济性好。在实际生产中总结的经验可以作为设计水平提高的有益补充。以下是几个典型的方面：1、车