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机车车体概述: wusaite 2019-8-15 10:43; 机车车体概述伍赛特 1 总体概述 1.1 车体的组成、作用及现代机车对它的要求机车车体是指内燃、电力机车转向架之上的车厢部分（也称上部结构）。它由司机室、车顶、侧壁、间壁、车架和排障器等部分组成。车体是机车的骨架。它既是各种设备，如柴油机、传动装置、大型电气设备和各种辅助机组的安装基础，又要传递各个方向的力：（ 1 ）将所承受的垂直载荷即各种设备的重力通过旁承传给转向架；（ 2 ）机车运行时通过车钩、缓冲装置传递机车与车辆之间的纵向力，例如牵引力、制动力和冲击力；（ 3 ）承受转向架传来的横向力。同时也起到保护机械、电气设备和乘务人员不受雨、雪、风、沙的侵袭和隔声、隔热的作用。因此，机车的车体是整个机车的主体，受力十分复杂。应具有足够的强度和刚度，以免影响柴油机曲轴的丁作和保证各连接件的同心度，使安装在其上面的各种设备正常工作。现代干线机车向高速大功率方向发展，机车重量也相应增大。而机车轴重却受线路条件的限制。因此，机车重量成为限制增大机车功率的主要因素。如何设法减轻机车各部件，特别是诸如车体等大部件的重量，是实现单节大功率机车重要措施之一。因此，设计制造现代机车的车体时，应满足以下要求：（ 1 ）尽可能满足乘务人员的正常丁作环境，如机车操纵，瞭望方便等；（ 2 ）保证有足够的强度、刚度和运行的安全可靠；（ 3 ）便于安装动力装置、辅助装置和缓冲装置；（ 4 ）在制造及修理时，结构上有较好的工艺性；（ 5 ）外形美观、流线化，具有良好的空气动力学性能，以减小空气阻力，满足高速的要求；（ 6 ）车体外形尺寸应符合国家规定的机车车辆限界；（ 7 ）尽可能减轻重量。 1.2 车体的形式车体按外形，可分为罩式（外走道式）车体和棚式（内走道式）车体两种。车体按承受载荷方式可分为车架承载式车体和整体承载式车体两种。 2 车架承载式车体车架承载式车体车架承载式车体，所有载荷均由车架承担，车体侧壁、车顶不参与承载。对于这种车体车底架上部的测壁和顶盖不必进行特殊的设计，只要求能保证其自身工作所必需的强度和刚度即可。而车底架则要求设计得有较高的强度和刚度。我国早期生产的机车，曾采用这种形式的车体，因为那时机车功率小，对机车减重的要求并不突出。 2.1 车底架承载车体的形式 2.1.1 罩式车体罩式车体（图 1-1 ）外形矮小，走道在车罩外，车架承载。通常司机室布置在机车的一端或中部，高出并宽于车体的其他部分以便于司机暸望。当乘务员检查机器设备时，必须打开车体侧面的门。图 1-1 罩式车体罩式车体结构简单紧凑、造价低，车体易于拆装，便于机组的安装和维修。一般多用于小功率机车，如调车机车，工矿机车，货运机车也有采用。例如我国的 DFz 型、 DFs 型机车及从美国进口的 ND 5 型内燃机车的车体都属于这种类型。最近设计制造的和谐型 HXNs 型内燃机车也采用罩式车体。罩式车体只有车底架承载。 2.1.2 棚式车体棚式车体（图 1-2 ）外形高大，其内部除安装机械、电气设备外，还有可供乘务人员通行的走道，以便在运行过程中随时进行设备的检查和维修。图 1-2 棚式车体 1 —头灯； 2 —司机室； 3 —司机室侧门； 4 —空调换气百叶窗； 5 —冷却室百叶窗； 6 —通风机百叶窗； 7 —动力室小顶盖； 8 —空气滤清器口； 9 —电阻制动通风百叶窗； 10 —司机室侧窗； 11 —牵引装置； 12 —排障器； 13 —司机室座椅； 14 —侧脚蹬； 15 —司机室侧扶手； 16 —牵引拉杆座车体内部根据安装设备的不同，用间壁分成若干个室，如动力室、电气室、冷却室、变压器室等。间壁上设有通道门，既便利通行又可将各室隔开。司机室布置在一端或两端，暸望视线开阔，外形可设计成流线型。干线机车一般都采用这种类型的车体。车体由外皮和骨架组成。骨架一般用型钢或用 3 ～ 4 mm 厚的钢板压制成的压型件。为便于机器设备的安装和维修，同时也为了车体制造的方便，车体可分成司机室、动力室、冷却室和电气室几部分分开制造。然后再相互组焊在车架上。为了吊装机器设备，通常会在车顶上设有各种窗口和顶罩。车体骨架外面敷设 2.5 mm 厚的钢板作为车体的外皮，司机室内壁的胶合板固结在骨架内的木结构上。在外皮与内壁之间，填充隔声、隔热材料。如果棚式车体的侧壁不参与承载，则该车体就是车底架承载式车体。一些老式机车就用这种车体，例如东风型内燃机车。现在棚式车体的侧壁都和车底架一起参与承载，就成为整体承载式车体。 2.2 承载车底架承载车架，一般为中梁承载式车架（图 1-3 ），东风型内燃机车的车架就属于这种结构。图 1-3 DF 型内燃机车车架 1 —前端梁； 2 一架车座； 3 —上心盘； 4 —下补强板； 5 —侧梁； 6 —上旁承座； 7 —车钩牵引箱； 8 —后端梁； 9 —蓄电池箱； 10 —上补强板； 11 —左右侧盖板； 12 —横梁； 13 —中梁； 14 —立板； 15 —上盖板； 16 —底板；中梁承载式车架包括中梁、侧梁、立板、横梁、牵引箱、上心盘、架车座等部分，由钢板、型钢和铸钢件焊接而成。中梁是车架的主要受力部件，有两根 45a 号工字钢，上、下翼板分别用断面为 340 X 20 和 340 X 16 的盖板加强。下盖板与中梁等长，上盖板只占中梁的中间部分，两个中梁用中间立板连接。侧梁是 16 号槽钢，中梁与侧梁用横梁连接。侧梁的载荷经横梁传递给中梁。柴油机—发电机组先安装在机座上，然后通过弹性支点用螺栓将机座固装在车架中梁上，以保护柴油机曲轴不受中梁变形的影响。车架下面焊有两个心盘、八个旁承座和四个架车座。牵引箱焊接在前后端梁上。中梁承载式车架在设计时只考虑两根中梁承受全部载荷，而没有考虑车体承载的可能性，所以有车架粗大笨重、机车重心高的缺点。 HXN 5 型内燃机车的车体也是车架承载式。车架的两根中梁为箱形结构，而且把吊车车架中部的燃油箱与车架合为一体，也参与承载。这增加了车架的强度与刚度，又减轻了重量。 3 整体承载式车体整体承载式车体，均为棚式车体。为近代干线客、货运机车普遍采用的车体。车体由司机室、车顶、侧壁、间壁和车架组焊成的一个整体，具有足够的强度和刚度，能很好地承受各个方向的作用力。但车顶为了吊装设备方便要开出大孔，设计成可拆卸的顶盖；有的部分还要安装固定的百叶窗。车架地板不一定处于同一平面内，又开有许多冷却风道和安装设备所需的开口，使承载能力大为削弱。从受力角度看，间壁把左右侧壁和车架连成一个整体。这种形式车体的特点是侧壁和车架为主要受力部件。因此，整体承载式车体又称为侧壁承载式车体。整体承载式车体能充分利用材料和空间，与同样重量的车架承载式车体相比，其承载能力有很大的提高。或者在承受同样的载荷下其重量就可以大大减轻，而且提高了整个车体的强度和刚度，为发展单节大功率机车提供了有利的条件。整体承载式车体按侧壁结构的不同，又可分为桁架式侧壁承载车体和框架式侧壁承载车体两种。 3.1 桁架式侧壁承载车体桁架式侧壁承载车体（图 1-4 ）由车架、左右侧壁、车顶、间壁、司机室及覆盖在这些构件外面的蒙皮组成。图 1-4 桁架式侧壁承载车体结构示意图 1 —司机室； 2 —车顶； 3 —侧壁桁架； 4 —上弦梁； 5 —斜撑； 6 —立柱； 7 —牵引梁 8 —下弦梁； 9 、 10 —横梁； 11 、 12 —纵粱； 13 —车架侧壁桁架由上弦梁、下弦梁（即车架的侧梁）、上下弦梁间用立柱和斜撑焊接组成。司机室坐落在车架的端部，与侧壁、车架和车顶焊接。桁架式侧壁承载车体的特点是由于侧壁桁架的斜撑存在，侧壁具有极好的稳定性，立柱、斜撑主要承受轴向力，使其截面受力均匀，从而充分利用了车体的材质。即使在侧壁上开孔也不至损坏车体整体刚度（蒙皮不参与承载）。但侧壁开孔的大小和位置受到限制．特别是给较大部件的更换带来一定的难度。我国生产的 DF 10 型、 DF 11 型以及 DF 8B 型内燃机车均为桁架式侧壁结构。 3.2 框架式侧壁承载车体框架式侧壁承载车体（图 1-5 ），其侧壁框架由上、下弦梁、立柱、中间梁及覆盖在这些构件外面的蒙皮组成，共同承载。图 1-5 框架式侧壁承载车体结构示意图 1 —司机室骨架； 2 —车顶骨架； 3 —上弦梁； 4 —中间梁； 5 —立柱； 6 —下弦梁； 7 —侧壁； 8 —车顶； 9 —车体间壁框架侧壁承载车体其特点是车体侧壁开孔不受骨架限制，易于布置用于采光、通风、冷却的孔。由于框架结构更多依赖于侧壁的蒙皮，因此，过多或过大的开孔将使侧壁刚度受到一定的影响。该结构一般用于轴重不太紧张的机车上。在同样负荷下框架式结构的变形（受弯曲）比桁架要大。总之两种结构比较各有优缺点，桁架式车体更具减重优势，而在重量条件允许的情况下，从检修维护出发，应选择框架结构。因此，目前两种侧壁结构均得到广泛采用。我国生产的 DF 4 型、 DF 6 型内燃机车， SS 1 型电力机车，和谐型电力机车都采用框架式侧壁承载车体。 3.3 整体承载式车体的车架整体承载式车体的车架结构有两种，即有中梁和无中梁结构。国内过去通常采用的是无中梁结构形式。最近设计生产的和谐型电力机车，车体底架为有中梁结构，中梁为主要受力件。无论是桁架式还是框架式侧壁承载车体，其车架具有基本相同的结构。无中梁时，侧梁是主要受力件，因此要选用截面较大的构件。根据不同机车安装各设备的需要，再设置截面大小不同的横梁和长短不一的纵向辅助梁，通过横梁将左右两根侧梁连成一体。前后端则根据传递纵向力、冲击力的需要设置前后端梁、牵引梁和缓冲座。这样连成的车架，其整体刚度较差。但与侧壁组焊成一体后就能大大提高其刚度。车架各梁大都采用压型钢或各种厚度（ 3 ～ 6 mm ）的钢板组焊成箱形结构。在车架的两端下部设有下骨架及排障器。下骨架焊于车架下部，排障器用螺栓与下骨架相连。下骨架与排障器具有较强的强度和刚度，能有效地排除线路上的障碍物，保护机车走行部和防止机车发生脱轨颠覆。随着铁路向高速发展，对车体提出了更为苛刻的减重要求。车体的结构形式由原来的框架、桁架式结构向网架式结构发展。在原结构上加密横梁，梁的疏密间隔距离约为 250 ～ 500 mm ，同时减小和变薄各粱本身的轮廓尺寸和厚度。这样布置的结果，使侧壁形成类似飞机机身的网架结构，类似有加强筋的簿壳结构，以实现现代机车车体具有较好的刚度和强度，以及较轻的重量。 HXD 3 型电力机车车体侧壁朝此方向作了有益的探索。为了减轻重量，对于一些非承载部件，如车顶上的活动顶盖、门、护板以及罩盖等均可采用铝合金制造，有些部件亦可采用玻璃纤维或碳纤维增强的塑料制造。参考文献鲍维千 . 机车总体及转向架 . 北京：中国铁道出版社 , 2010.10:107-112.; 个人分类: 科普集锦|10404 次阅读|0 个评论

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