某铁路客车车体模块化设计及强度计算

杨小荣 喻海洋

摘 要：本文主要阐述了铁路客车车体的结构特点和主要部件结构，同时对车体的静强度进行了仿真计算，计算结果表明车体结构强度满足标准要求，同时对碳钢侧墙墙板的焊接提出了新的研究方向。

关键词：铁路客车;车体;静强度;仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.043

1 引言

铁路客车车体按照结构材料划分可分为碳钢车车体、铝合金车体及不锈钢车体，目前已经有相关企业已经生产出碳纤维车体，但仍旧处在研发试验阶段，距离实际运用还有很长的路要走。铁路客车车体作为承载设备和乘客的重要载体，其强度及安全性尤为重要。

2 车体结构要求

车辆采用碳钢车体，为满足整车轴重要求，车体设计为整体承载无中梁筒形结构。端部底架需考虑结构的整体稳定性，以提高侧门的密封性能。

材料选用主要是耐候钢，底架边梁、侧墙上边梁及顶盖边梁均采用普通碳素钢型钢，易腐蚀部位采用不锈钢（如洗手间、厨房等区域）。车体结构设计首先要考虑的是先要满足车体强度、刚度的要求，尽可能实现等强度或者冗余强度设计，同时也要考虑到车体制造工艺、防腐性等因素。

3 车体结构设计

3.1 车体结构

整个车体设计采用模块化设计思路，主要由底架、侧墙、车顶、端墙及车钩缓冲装置等组成，在车体方案设计时除考虑总体平面布置等外部接口外，还需对车体各个大部件之间的连接关系进行设计。侧墙墙板与底架边梁、端墙墙板与底架缓冲梁连接均设计成搭接方式，提高整车美观度。

3.2 底架结构

底架作为车体最重要的部件，不仅仅承担着传递整车纵向拉伸和压缩载荷，同时还需要承载底下吊挂设备及车上设备及乘客的载荷。底架主要由端部底架、边梁、横梁、纵梁、设备吊座和底架地板组成。底架横梁的布置根据各设备吊挂位置进行设计，需要吊挂设备位置的底架横梁采用刚度较大的口型梁结构，其余部位采用U型梁结构，U型梁横梁及纵梁可以有效的减轻整车重量，同时能为底架地板提供支撑。

3.3 侧墙结构

侧墙结构主要由乙型立柱、乙型横梁及L型横梁构成的网状结构，侧墙上的窗口根据总体方案布置，窗口四个角区域容易引起应力集中，所以在侧窗窗口四个角设置有补强块。侧墙与车顶连接位置设置上边梁，上边梁采用型钢。侧窗上下横梁及两侧立柱为乙型结构，其余横梁采用L型横梁可以减重。

3.4 车顶结构

车顶由车顶板、车顶弯梁、车顶纵梁、水箱活盖和空调活盖组成，车顶弯梁为乙型结构，在水箱活盖和空调活盖上焊接有安全吊环，不仅能吊装活盖，同时能保证登顶人员检修时的安全作业。两侧车顶板边缘直接压型出雨檐结构，避免了雨水直接沿着侧墙下落而造成的侧墙外侧污迹等问题。

3.5 端墙结构

端墙组成采用骨架蒙皮结构。端墙上布置有登顶扶梯、连接器安装座以及风挡安装柱组成。在設置登顶扶梯时需考虑到蹬车人员的舒适性及安全性。

4 车体静强度及模态计算

依据《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范（TB/T 1335-1996）》确定了车体静强度和模态分析的载荷条件和评价标准。采用HyperWorks有限元软件进行计算。

计算载荷工况有以下四种：工况1、静载工况;工况2、压缩工况;工况3、拉伸工况;工况4、扭转工况。

计算结果：安全系数最小值为1.00，工况为纵向拉伸载荷组合工况，位置为侧墙窗角（193.3MPa）。

该车体各个工况及其组合工况下的最大von Mises应力均小于标准中规定的材料的许用应力，该车体满足标准TB/T 1335的静强度要求。

5 结论

通过此客车车体的设计及强度计算，得出以下结论：

（1）采用整体框架式端部底架能有效的提高刚度，优化了力的传递路径，同时也提高了侧门密封性;

（2）侧墙墙板、端墙板采用塞焊形式，能有效的减小变形，提高了车体整体的美观性，但后工序仍然需要进行调平处理，后续将针对侧墙墙板的激光焊接工艺进行研究;

（3）本客车车体强度满足标准要求，安全系数最低位置为侧墙窗角，为了冗余设计，可以在不影响侧窗安装条件下适当的增加补强板的厚度或者是采用更高强度的钢板材料。

参考文献：

[1]马洪光，阎锋，邓海.轨道客车车体结构材料选择分析[J].铁道机车车辆，2015，35（04）：54-58.

[2]卢耀辉，曾京，邬平波.铁路客车车体轻量化问题的研究[J].机械强度，2005，27（01）：099-103.

[3]TB/T 1335-1996，铁道车辆强度设计及试验鉴定规范[S].

作者简介：杨小荣（1986-），男，湖北荆门人，研究生，工程师，研究方向：轨道车辆车体结构。