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ND₅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。

HXN₅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DF₁₀型、DF₁₁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DF₄型、DF₆型内燃机车，SS₁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。HXD₃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

[1] 鲍维千. 机车总体及转向架[M]. 北京：中国铁道出版社, 2010.10:107-112.