車體支撐在轉(zhuǎn)向架上，其內(nèi)部是容納乘客和駕駛員的地方，其底架下部及車頂上部安裝有大量機械設(shè)備部件及組件，構(gòu)成了車輛的主體結(jié)構(gòu)。為滿足安全運載旅客的需要，城市軌道交通車輛車體應(yīng)當(dāng)有足夠的強度以承受車輛運行過程中的各種載荷，同時在保證足夠的強度和剛度的條件下實現(xiàn)輕量化。車體主要由車體鋼結(jié)構(gòu)、車輛內(nèi)部裝飾組成。車體鋼結(jié)構(gòu)作為承載結(jié)構(gòu)，由底架、側(cè)墻、車頂、端墻等焊接組成。車輛內(nèi)部裝飾的主要作用是使車廂內(nèi)的乘客感覺美觀、舒適、安全。車體內(nèi)部裝飾由客室內(nèi)部裝飾和司機室內(nèi)部裝飾組成。

城市軌道交通車輛主要用作城市或近郊客運，其車體有以下特征：

（1）采用多輛車編組運行，有頭車、中間車以及動車與拖車之分。

（2）車體需承受自重、載重、牽引力、橫向力、制動力等載荷及作用力。

（3）乘客數(shù)量多、上下車頻繁，因此車體內(nèi)部布置特點是座位少、車門多且開度大。

（4）車體鋼結(jié)構(gòu)及設(shè)備盡量采用輕量化設(shè)備，以減輕車輛質(zhì)量，降低線路設(shè)施的投資。

（5）對防火要求嚴(yán)格，要求所有非金屬材料均采用防火、阻燃、低煙、低毒的材料。

（6）對車輛的隔音降噪有嚴(yán)格要求，最大限度降低噪聲對乘客和沿線居民的影響。

（7）在外部造型、裝飾和車頭設(shè)計上要求有現(xiàn)代列車的造型特點，體現(xiàn)現(xiàn)代城市運輸系統(tǒng)的時尚；還應(yīng)適當(dāng)考慮所在城市的人文歷史特色。

一、車體類型

1.按車體使用材料分類

按照使用的材料不同，車體鋼結(jié)構(gòu)又可以分為碳鋼車體、鋁合金車體和不銹鋼車體，采用何種材料的車體對于整車的結(jié)構(gòu)、性能、制造、使用、維修以及經(jīng)濟性有直接影響。

普通碳素鋼車體使用中腐蝕十分嚴(yán)重，為了提高車體的耐腐蝕性，延長車體的使用壽命，現(xiàn)在較多應(yīng)用的是含銅或含鎳鉻等合金元素的耐腐蝕的低合金鋼材料（或稱耐候鋼）。

采用半不銹鋼（地板為不銹鋼，骨架為普通碳素鋼）或全不銹鋼車體，免除了車體內(nèi)壁涂敷防腐蝕涂料和表面涂漆，在保證強度、剛度的前提下，板厚可減小，同時也提高了使用壽命。一般不銹鋼車體自重比普通碳素鋼可減輕1～2t（10%～20%）。

為了進一步實現(xiàn)車體的輕量化，德、日、英等國在近代的高速列車、地鐵車輛和輕軌車輛上采用鋁合金車體。為了充分發(fā)揮材料的承載能力，鋁制和鋼制車體在結(jié)構(gòu)形式上有很大的差異。在鋁制車體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，車體主要承載構(gòu)件一般采用大型中空截面擠壓鋁型材，以提高構(gòu)件的剛度，充分發(fā)揮材料的承載能力，最大限度地減輕車輛的自重。全車的底板、側(cè)墻、車頂均采用大型中空截面的擠壓鋁型材拼焊而成。

2.按車體結(jié)構(gòu)承受載荷的方式分類

車體鋼結(jié)構(gòu)是車輛的主體結(jié)構(gòu)，由底架、側(cè)墻、端墻和車頂構(gòu)成，按照承受載荷的方式不同，可以分為底架承載、側(cè)墻和底架共同承載及整體承載結(jié)構(gòu)三類。

（1）底架承載結(jié)構(gòu)。

全部載荷由底架來承擔(dān)的車體結(jié)構(gòu)，稱為底架承載結(jié)構(gòu)，也稱為自由承載結(jié)構(gòu)。

（2）側(cè)墻和底架共同承載結(jié)構(gòu)。

由側(cè)墻、端墻與底架共同承擔(dān)載荷的車體結(jié)構(gòu)，稱為側(cè)墻和底架共同承載結(jié)構(gòu)，也稱為側(cè)墻承載結(jié)構(gòu)。其側(cè)墻、端墻與底架等通過固接形成一個整體，具有較高的強度、剛度。

（3）整體承載結(jié)構(gòu)。

在板梁式側(cè)墻、端墻上固接由金屬板、金屬梁焊接而成的車頂，使車體的底架、側(cè)墻、端墻、車頂連接成一個整體，成為開口或閉口箱形結(jié)構(gòu)，此時車體各部分結(jié)構(gòu)均參與承受載荷，因而稱這種結(jié)構(gòu)為整體承載結(jié)構(gòu)，如圖2-1-1所示。

為滿足安全運載旅客的需求，車體鋼結(jié)構(gòu)必須有足夠的強度。為提高乘坐舒適度，車體必須具有足夠的剛度，保證車體的自振頻率與轉(zhuǎn)向架的自振頻率不一致，避免產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

二、不銹鋼車體

不銹鋼車體鋼結(jié)構(gòu)采用薄壁、筒形整體承載結(jié)構(gòu)，如圖2-1-1所示。采用輕型高強度不銹鋼材料，外板不涂裝，具有車體質(zhì)量輕、防腐性能好、不需要涂漆進行防腐蝕保護的特點，這樣車輛段就不需要設(shè)置維修用的脫漆、涂漆工裝設(shè)備，從而能夠大大降低基建設(shè)備投資和維修費用，也避免了對環(huán)境的污染，綜合成本低。車體強度可以滿足在極端條件下承受靜載荷、動載荷以及沖擊載荷，并在架車、起吊、救援、調(diào)車、連掛、多輛編組回送作業(yè)的工況下，不超過設(shè)計許用應(yīng)力，通常在30年的工作載荷作用下不產(chǎn)生疲勞破壞。

1.不銹鋼材料

不銹鋼按其Cr和Ni含量分為兩大系：高絡(luò)系不銹鋼，包括有馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼兩種；高鉻、鎳系不銹鋼，此種材料含有Cr、Ni元素，耐腐性、延展性及加工性都很優(yōu)越，主要是指奧氏體不銹鋼。奧氏體不銹鋼是指Fe中含有18%的Cr和8%的Ni的合金，其和馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼相比，具有耐腐蝕性強、韌性好、易加工等優(yōu)點。

不銹鋼車體主要采用車體專用不銹鋼SUS301L。這種材料與廣泛采用的SUS304同屬奧氏體不銹鋼，但在成分上含碳量低（wC ≤0.03%），從而大大減小或消除了焊接加熱過程中焊縫形成碳化鉻（CrC）的現(xiàn)象，避免產(chǎn)生晶間腐蝕和應(yīng)力裂紋傾向；另一個特點是板材在冷軋過程中形成加工馬氏體組織的傾向大。這樣就可以在不改變材料的化學(xué)成分的前提下利用壓延率大小的不同得到不同強度級的材料。LT材料為只進行很少壓延的2B表面，DLT～HT通常壓延率為3%～20%，形成由低到高DLT、ST、MT、HT，共計5個強度級，如表2-1-1所示。

圖2-1-1　不銹鋼車體結(jié)構(gòu)

表2-1-1　SUS301L 、SUS304不銹鋼的機械性質(zhì)（JIS E4049）

2.不銹鋼車體鋼結(jié)構(gòu)的焊接

不銹鋼車體采用弧焊組裝鋼結(jié)構(gòu)，靠電弧產(chǎn)生的熱量融化填充金屬，使兩個構(gòu)件熔敷接合?；『杆a(chǎn)生的熱量很大，對構(gòu)件的熱輸入量也很大，這對不銹鋼很不利。由于不銹鋼具有熱傳導(dǎo)率小、熱膨脹率大的物理性能，所以輸入熱量后，其散熱慢而變形大，不利于對構(gòu)件尺寸及形狀的控制，僅焊點之間容易產(chǎn)生晶蝕造成剝離。

不銹鋼的電阻大，所以適于采用電阻焊（即點焊）。所謂點焊，就是將兩個或兩個以上相疊加的金屬用電極加壓，通過大電流后利用金屬的電阻產(chǎn)生高熱，使疊加的金屬在加壓區(qū)產(chǎn)生熔合，從而使金屬連接到一起。點焊的特點是對構(gòu)件的熱輸入量小，容易實現(xiàn)自動控制。

不銹鋼車體中幾乎所有的零部件都是通過點焊連接的，所以點焊的質(zhì)量將直接影響車體鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和強度。為保證車體質(zhì)量，在生產(chǎn)中，必須控制焊點質(zhì)量。目前，采取的方法是，在每次作業(yè)時進行點焊拉伸試驗和切片實驗，檢驗合格后，按照試驗的焊接規(guī)范進行作業(yè)。

3.不銹鋼車體的結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上來說，不銹鋼車體鋼結(jié)構(gòu)主要由底架、側(cè)墻、端墻和車頂四大部分焊接構(gòu)成，如圖2-1-1所示。

（1）底架鋼結(jié)構(gòu)。

底架由端底架、不銹鋼邊梁、主橫梁、波紋地板等主要零部件組成。端底架材料為耐候鋼，主要由牽引梁、枕梁、端梁組成。端底架與不銹鋼底架采用塞焊連接，主橫梁與邊梁利用過渡連接板實現(xiàn)點焊連接，底架邊梁采用4 mm SUS301L-HT材料，以提高底架的整體強度和剛度。

（2）側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)。

側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)由外板、立柱、橫梁、門框、連接板等部件組成。

側(cè)墻選用塞拉門、連續(xù)窗結(jié)構(gòu)。為適應(yīng)該要求，側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)部分采取了比較特殊的方法。一扇連續(xù)窗全長4070 mm，在此范圍內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)必須便于車窗的安裝、固定，不得有任何與車窗相干涉的結(jié)構(gòu)。同時，工藝性要好，結(jié)構(gòu)上必須可實現(xiàn)點焊。設(shè)計中，將窗間有玻璃通過的側(cè)立柱壓出凹形，再通過窗帶過渡與窗框相連接。為便于加工，壓出凹形的立柱采用了強度較低的SUS301L-ST材料，同時為保證該處強度，在其背面加了一根補強梁。為保證窗口及側(cè)墻的平面度，窗口周圍所有梁柱、補強部分均為點焊結(jié)構(gòu)。

由于車門開口對鋼結(jié)構(gòu)的強度和剛度影響很大。為此需采取補強措施，如加長門上框翻邊長度，在門上加補強板，將底架碳素鋼邊梁延長過車門口等。為消除門角應(yīng)力集中的問題，采用在門口外圍進行補強及加過渡圓弧，在門角內(nèi)加門角補強鐵的方法。通常采用上述這些措施來增加車體剛度及強度。

（3）端墻鋼結(jié)構(gòu)。

端墻鋼結(jié)構(gòu)主要由板、梁組成。端墻的板、梁均采用點焊結(jié)構(gòu)。

（4）車頂鋼結(jié)構(gòu)。

車頂鋼結(jié)構(gòu)由機組平臺、車頂彎梁、波紋頂板、車頂上邊梁、側(cè)頂板等部件組成。

車頂采用波紋頂板無縱向梁結(jié)構(gòu)，頂板間通過搭接焊縫連接，與車頂彎梁點焊在一起。機組平臺由縱梁、彎梁、頂板點焊組成部件，再與車頂通過點焊及塞焊組成一體。由于車頂是無縱梁結(jié)構(gòu)，波紋頂板要傳遞車體縱向力，所以選擇強度較高的SUS301L-MT材料，厚度為0.6 mm。車頂邊梁是車頂也是整車的主要承載部件，所以選用強度最高的SUS301L-HT材料，整體冷彎成形，材料厚度為1.5 mm。車頂彎梁采用SUS301L-ST材料，厚度為1.5 mm。

三、鋁合金車體

鋁合金車體結(jié)構(gòu)采用大斷面中空鋁合金型材整體承載焊接結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點是零件數(shù)量少，焊接變形小，型材沿車體長度縱向焊縫多，便于實現(xiàn)自動焊接。通常采用模塊化結(jié)構(gòu)或全焊接組裝，是一種新型的車體結(jié)構(gòu)。鋁合金材料密度小、強度大，鋁合金材料構(gòu)造的車體在滿足車體強度和剛度的同時大幅度地減輕了車體的質(zhì)量。

1.鋁合金材料的特點

（1）質(zhì)輕且柔軟。

鋁的密度為2.71g/cm2，約為鋼密度（7.89 g/cm2）的1/3，楊氏模量也約為鋼的1/3。

（2）強度好。

純鋁的抗拉強度約為80 MPa，是低碳鋼的1/5。但經(jīng)過熱處理強化及合金化強化，其強度會大幅增加。如鋁合金車體常用的材質(zhì)6005A-T6，它的最低抗拉強度為360 MPa，能達到低碳鋼相應(yīng)的強度值。

（3）耐蝕性能好。

鋁合金的特性之一是接觸空氣時表面會形成一層致密的氧化膜，這層膜能防止腐蝕，所以耐蝕性能好。若再實施“氧化膜處理法”，就可以全面防止腐蝕。

（4）加工性能好。

車輛用型材擠壓性能好，二次機加工、彎曲加工也較容易。

（5）易于再生。

鋁的熔點低（660℃），再生簡單；在廢棄處理時也無公害，有利于環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

根據(jù)鋁合金車體結(jié)構(gòu)及制造、運用情況，選擇材料時應(yīng)遵循以下原則：

（1）從輕量化方面考慮，要求強度、剛度高，而質(zhì)量輕。

（2）從壽命方面考慮，要求耐蝕性、表面處理性、維護保養(yǎng)性好。

（3）從制造工藝方面考慮，要求焊接性、擠壓加工性、成形加工性高。

根據(jù)以上原則，鋁合金車體主要使用5000系列、6000系列、7000系列的鋁合金，如表2-1-2所示。

表2-1-2　鋁合金材料的機械性質(zhì)

2.鋁合金車體的特點

鋁合金車體的發(fā)展經(jīng)歷了板梁期、開口型材期和現(xiàn)在的大型中空擠壓型材期3個發(fā)展階段，現(xiàn)在逐漸走向成熟。鋁合金車體具有如下特點：

（1）能大幅度降低車輛自重，在車輛長度相同的條件下，與碳素鋼車體相比，鋁合金車體的自重降低30%～35%，強度質(zhì)量比約為碳素鋼車體的2倍。碳素鋼車體、不銹鋼車體、鋁合金車體的質(zhì)量之比約為10∶8∶6。

（2）具有較小的密度及楊氏模量，所以鋁合金對沖擊載荷有較高的能量吸收能力，可降低振動，減少噪聲。

（3）可運用大型中空擠壓型材進行氣密性設(shè)計，提高了車輛的密封性能和乘坐舒適性。

（4）采用大型中空擠壓型材制造的板塊式結(jié)構(gòu)，可減少連接件的數(shù)量和質(zhì)量。

（5）減少維修費用，延長使用壽命。

3.鋁合金車體的結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上來說，鋁合金車體結(jié)構(gòu)主要由底架、側(cè)墻、端墻和車頂四大部分焊接構(gòu)成，如圖2-1-2所示。使用焊接方式將側(cè)墻組件在整個長度方向上與車頂組件和底架組件連接起來；端部組件與車頂、底架、側(cè)墻組件使用焊接式連接；在裝配接口處進行防腐處理。

圖2-1-2　鋁合金車體結(jié)構(gòu)組成

（1）底架。

底架組件由大型中空截面擠壓鋁型材拼焊而成，由邊梁、輔助橫梁、主橫梁和端部組件連續(xù)焊接而成；車體底架設(shè)計成上拱形，在空截狀態(tài)下車體中央位置最大上撓度為10 mm，在滿載時地板面保持水平，即撓度為零。

在帶司機室車體的底架上設(shè)置了防爬器，車體底架和頂蓋各設(shè)置了兩根邊梁，其作用是在嚴(yán)重撞擊情況下，防止過載穿透到車體客室。防爬器是一種可承受壓力相對客室區(qū)域較小的可更換式吸能元件，用來吸收撞擊時產(chǎn)生的能量，減少事故中傷害乘客的風(fēng)險。底架采用無中梁結(jié)構(gòu)，在兩枕梁之間設(shè)地板梁和側(cè)梁而無橫梁，作用于地板的垂向載荷和由牽引梁傳來的縱向力（牽引力或沖擊力）均由地板梁和側(cè)梁承擔(dān)。

（2）側(cè)墻。

從組裝工藝上看，側(cè)墻不作為獨立的整體部件，而是由分塊側(cè)墻拼焊而成，如圖2-1-3所示。側(cè)墻結(jié)構(gòu)使用大型中空桁架結(jié)構(gòu)的壓制型材，以省略客車內(nèi)側(cè)的側(cè)立柱。同型型材間的焊接在車體長度方向采用連續(xù)焊接。但側(cè)墻和車體、側(cè)墻和側(cè)梁間的接合在車內(nèi)側(cè)用點固焊，車外側(cè)用連續(xù)焊。

圖2-1-3　分塊側(cè)墻

（3）車頂。

車頂結(jié)構(gòu)由大型中空壓制型材所組成，相同型材在車體長度方向連續(xù)焊接，和側(cè)墻的接合在車內(nèi)側(cè)采用點固焊，在車外側(cè)為連續(xù)焊，采取有效措施蓋住外部連接件，并設(shè)雨水及空調(diào)冷凝水引導(dǎo)裝置；根據(jù)需要，車頂上有空調(diào)基礎(chǔ)和受電弓安裝平臺。

（4）端墻。

端墻組件為鋁合金結(jié)構(gòu)，框架滿足連掛載荷和吸收能量的要求，地板的結(jié)構(gòu)可支撐渡板，并將載荷從端墻結(jié)構(gòu)傳遞到底架邊梁上。

四、車輛內(nèi)部裝飾

城市軌道交通車輛的主要作用是安全、快速、舒適地運送旅客，因此對于其內(nèi)部裝飾的要求是美觀、適用、隔音、減振、防火并且安全可靠。如圖2-1-4所示，車輛內(nèi)部裝飾分為客室內(nèi)部裝飾和司機室內(nèi)部裝飾，客室內(nèi)部裝飾主要由頂板、側(cè)墻、端墻、地板及車內(nèi)扶手等部分組成，司機室內(nèi)部裝飾主要由頂板、側(cè)墻板、前端墻板、地板、間壁等組成。

1.客室頂板

客室頂板分為中頂板和側(cè)頂板，中頂板通常采用表面噴漆的鋁蜂窩結(jié)構(gòu)，通過螺釘安裝在二次骨架上面，主要起裝飾作用，通常不需要拆卸檢修，但在頂板上裝有帶通風(fēng)口的檢查門，用于空調(diào)機組的回風(fēng)和檢修。

中頂板兩側(cè)布置空調(diào)送風(fēng)格柵和燈帶，照明燈具在客室的整個長度內(nèi)沿頂板縱向布置，照明燈具有透光良好的面罩，并方便更換燈管和清潔燈具，格柵采用鋁型材。

側(cè)頂板通常選用鋁型材，表面噴漆處理，側(cè)頂板安裝在車頂兩側(cè)，均為可開啟式的活門結(jié)構(gòu)，其中折頁固定在車頂二次骨架結(jié)構(gòu)上，鎖擋板固定在側(cè)板上。這種活門結(jié)構(gòu)便于里面的機構(gòu)和設(shè)備的檢修。

2.客室側(cè)墻

側(cè)墻板通常采用玻璃鋼墻板，材料具有良好的抗拉強度、耐磨性、阻燃性和防化學(xué)腐蝕性能，表面噴漆，起裝飾作用，不需要拆卸和檢修。

圖2-1-4　車輛內(nèi)部裝飾

3.客室端墻

端墻位于車輛端部，采用聚酯玻璃鋼材料，表面噴漆，主要起裝飾作用，不需要拆卸檢修，通常上面安裝扶手，供貫通道附近站立的乘客使用。

4.地板

地板通常采用鋁蜂窩隔音地板和粘貼地板布的結(jié)構(gòu)形式。地板布選用PVC聚合材料，施膠黏接在鋁蜂窩地板上。為減少接縫，車輛采用寬幅地板布，其厚度為3 mm，具有抗壓、抗拉、耐磨、防火、防滑、隔熱、吸音、減振、耐酸、耐堿、壽命長、不開裂等特性，而且具有美觀、易于清潔的特點。地板及地板布的安裝牢固可靠，在長期運營中能夠保證良好的外觀質(zhì)量。

5.客室扶手

客室扶手主要供站立乘客使用，包括座椅區(qū)橫桿扶手、門區(qū)橫桿扶手、立罩板扶手、端部扶手和中立柱扶手，通常采用不銹鋼管，表面拉絲。座椅區(qū)橫桿扶手、門區(qū)橫桿扶手通過三通與擋風(fēng)板扶手連接，中立柱扶手分別與二次骨架和鋼結(jié)構(gòu)底架地板固定。在座椅區(qū)橫桿扶手上設(shè)有一定數(shù)量的吊環(huán)，滿足不同身高乘客的乘車需求。

6.客室座椅

客室座椅通常采用不銹鋼或玻璃鋼材料，其造型美觀、乘坐舒適。座椅的安裝采用懸臂結(jié)構(gòu)，通過座椅支架與鋼結(jié)構(gòu)側(cè)墻連接，座椅和座椅骨架之間通過橡膠墊減振、降噪。在寒冷地區(qū)，座椅下方通常安裝有電熱器，用于在冬季對客室進行加熱。

7.間　壁

間壁位于司機室和客室之間，采用聚酯玻璃鋼材料，主要作用是將客室和司機室隔開，在間壁上安裝有間壁門，一般情況下只允許司機打開。在間壁內(nèi)部安裝有大量電氣設(shè)備，在間壁上安裝有檢查門，可以打開對內(nèi)部設(shè)備進行檢修。

8.司機室座椅

司機室座椅是按照人體工程學(xué)的原理進行設(shè)計的，可以使駕駛員在長時間的駕駛過程中保持最舒適的坐姿。座椅透氣性好，乘坐舒適，可以上下、前后調(diào)節(jié)。