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1、动车组车体技术,王学忠 城市轨道交通学院,1,主要内容,一、车体概述 二、车体轻量化措施 三、车体的气密性、强度和流线型 四、高速车辆的防火措施 五、我国传统铁路客车车体结构 六、动车组车体结构综述 七、CRH系列动车组车体简介 八、动车组的噪声控制 九、车辆总体布置,2,主要内容,一、车体概述 二、车体轻量化措施 三、车体的气密性、强度和流线型 四、高速车辆的防火措施 五、我国传统铁路客车车体结构 六、动车组车体结构综述 七、CRH系列动车组车体简介 八、动车组的噪声控制 九、车辆总体布置,3,（一）车体的作用 车体是容纳乘客和司机驾驶(对于有司机室的车辆)的部分，又是安装和连接其他设备及组
2、件的基础。,一、车体概述,4,（一）车体的作用 用来安装各种电气设备和机械设备，并保护车体内各种设备不受雨、雪、风沙的侵袭 是供旅客乘坐场所和乘务人员操纵、维修、保养机车的场所。 承受垂向力：承受车体内各种设备的重量，并经支撑装置传给转向架以至钢轨。 传递纵向力：接受转向架传来的牵引力、制动力，并传给设在车体两端的牵引缓冲装置，以便牵引列车运行或实行制动。 传递横向力：在运行时，车辆要承受各种横向力的作用，如离心力、风力等。,一、车体概述,5,（二）动车组车体的构造要求 1.车体轻量化 2.完好的空气动力学外形 3.严格的气密性要求 4.严格的防火要求,一、车体概述,6,（二）动车组车体的构造
3、要求 1.车体轻量化 2.完好的空气动力学外形 3.严格的气密性要求 4.严格的防火要求,一、车体概述,7,（二）动车组车体的构造要求 1.车体轻量化 车体结构既要满足轻量化的要求又必须保证结构的强度和刚度要求全度和可靠性要求。设计寿命达到20年以上。 .车体结构轻量化主要是通过选用轻型的材料及合理的设计得以实现。,一、车体概述,8,（二）动车组车体的构造要求 1.车体轻量化 2.完好的空气动力学外形 3.严格的气密性要求 4.严格的防火要求,一、车体概述,9,（二）动车组车体的构造要求 2.完好的空气动力学外形 主要目的是为了减小高速运行时的空气阻力和降低噪声。 头尾部细长呈流线形状； 列车
4、下部均设有导流罩，且能够方便开启； 列车纵断面尽量采用平滑过渡方式，形状不一致时应加过渡区段； 列车的外表面光滑平整，无明显的突出和凹陷； 列车的受电弓外形具有良好的空气动力学性能。,一、车体概述,10,（二）动车组车体的构造要求 1.车体轻量化 2.完好的空气动力学外形 3.严格的气密性要求 4.严格的防火要求,一、车体概述,11,（二）动车组车体的构造要求 3.严格的气密性要求 （1）要求： 车辆各部不得有渗漏水的现象。 车内外压差由4000KP降至1000KP在关闭门窗及空调设备对外开口的情况下时间应大于50 s。 在车辆间的连接方式上要采用气密式风挡。 （2）实现： 车体结构的密封：连
5、续焊接的方式。 . 车辆间的各种连接应设有防雨措施及解编 。 固定车窗的密封：多琉橡胶等材料，保证耐油性、耐溶剂性等,采用填充式密封，有好的弹性、结合性、耐气候性。 移动车门的密封：采用密封胶条实现。,一、车体概述,12,（二）动车组车体的构造要求 1.车体轻量化 2.完好的空气动力学外形 3.严格的气密性要求 4.严格的防火要求,一、车体概述,13,（二）动车组车体的构造要求 4.严格的防火要求 车辆设计对环境保护的要求，内装选材中的防火考虑及措施，车辆整车隔热系数K值的限制值，列车零部件的保养、维修与换修的通用性、互换住；便利性及可靠性，以及便于对车体内外的机械化清洗作业等诸方面，都具有明
6、确的栗求与限制。,一、车体概述,14,（三）车体的类型 1.按车体材质分： 耐候钢车车体 不锈钢车体 铝合金车体 2.按车体承载方式分 底架承载结构 侧墙和底架共同承载结构 整体承载结构,一、车体概述,15,（三）车体的类型 2.按车体承载方式分 (1)底架承载结构：全部载荷由底架来承担的车体结构，也称自由承载结构。 (2)侧墙和底架共同承载结构：由侧、端墙与底架共同承担载荷的车体结构，也称侧墙承载结构。 (3)整体承载结构：在板梁式侧、端墙上固接由金属板、梁组焊而成的车顶，使车体的底架、侧墙、端墙、车顶连接成一个整体，成为开口或闭口箱形结构，此时车体各部分结构均参与承受载荷，因而称这种结构为
7、整体承载结构。,一、车体概述,16,一、车体概述,17,（五）动车组车体组成 动车组车体一般由底架、侧墙、车顶、前端墙（或车头）、后端墙以及波纹地板或空心型材加强的地板构成一个带门窗切口的薄壁筒形整体承载结构。,一、车体概述,18,（五）动车组车体组成 动车组车体应满足以下要求： （1）车体钢结构有足够的强度 安全 （2）车体必须具有足够的刚度 舒适度 （3）车体结构需具有隔音、隔热、耐腐蚀性能 （4）车头流线型、所有车体采用密封型结构,一、车体概述,19,主要内容,一、车体概述 二、车体轻量化措施 三、车体的气密性、强度和流线型 四、高速车辆的防火措施 五、我国传统铁路客车车体结构 六、动车
8、组车体结构综述 七、CRH系列动车组车体简介 八、动车组的噪声控制 九、车辆总体布置,20,二、车体轻量化措施 车体结构轻量化的意义主要有四个方面： (1)车辆自重减轻可以降低运行阻力，节省牵引和制动动力(能量)； （2）可减少对轨道的压力，减少车轮和轨道的磨耗； (3)降低车辆和线路的维护保养费用； (4)直接减少车辆材料的消耗。,21,二、车体轻量化措施,车体结构轻量化采取的措施主要有两个： 采用不锈钢材料和采用铝合金材料 1采用不锈钢材料 采用半不锈钢(包板为不锈钢，骨架为普通碳索钢)或全不锈钢车体，免除了车体内壁涂敷防腐涂料和表面油漆，在保证强度、刚度的前提下，板厚可减小，从而达到车体
9、薄壁化和轻量化的目的。一般不锈钢车体自重比普通碳素钢车体可减轻12t。,22,二、车体轻量化措施,车体结构轻量化采取的措施主要有两个： 采用不锈钢材料和采用铝合金材料 2采用铝合金材料 由于铝合金的密度仅为钢的1/3，而弹性模量也为钢的1/3，铝制和钢制车体在结构形式上有很大的差异。铝制车体主要承载构件一般采用大型中空宽辐挤压型材，以提高构件的刚度，充分发挥材料的承载能力，达到最大程度地减轻车体自重。 如果全车的底架、侧墙和车顶均采用大型中空截面的挤压铝型材拼焊，则与钢制车体相比，其焊接工作量可减少40-60，且制造工艺大为简化，重量也可减轻3-5t，同时，可保证车体承载结构在使用期内(25-
10、30年)不必维修或少维修。,23,铝合金车体,24,25,CRH5车体横断面,3采用碳素钢、不锈钢和铝合金材料制造车体时的重量和费用等比较。,二、车体轻量化措施,26,3采用碳素钢、不锈钢和铝合金材料制造车体时的重量和费用等比较。,二、车体轻量化措施,27,28,动车组部分车型车体结构的重量比较,3采用碳素钢、不锈钢和铝合金材料制造车体时的重量和费用等比较。,主要内容,一、车体概述 二、车体轻量化措施 三、车体的气密性、强度和流线型 四、高速车辆的防火措施 五、我国传统铁路客车车体结构 六、动车组车体结构综述 七、CRH系列动车组车体简介 八、动车组的噪声控制 九、车辆总体布置,29,30,（
11、一）车体的气密性 1.隧道微气压波的形成,三、车体的气密性、强度和流线型,三、车体的气密性、强度和流线型,31,如此高的空气压力波动如果不采取适当措施加以隔离而直接传入车厢以内，将对旅客的身体(特别是耳朵)产生严重伤害。 为降低隧道的气压波，在隧道方面可采用如下相应措施： 设置隧道入口缓冲盖、斜坑或竖坑、用带缝隙的挡板连接相邻隧道等，这些都已经达到了实用化。 车辆方面的采取的相应措施有：车辆断面积的缩小以及车头形状的最优化等方法。,三、车体的气密性、强度和流线型,32,（一）车体的气密性 2压力波对旅客舒适性的影响 国外高速列车的运用实践表明，没有交会列车时，头、尾车外面的气流压力变化为： 头
12、部受2.5kPa左右的正压、尾部为2.0 kPa左右的负压。 有交会列车时，特别是在隧道内会车时，车外气流压力会大幅度变化，对进入隧道列车的气流测定结果： 速度200 km/h时，头部正压为32kPa、尾部负压为4.9kPa。 速度为280 km/h时，头部正压为3.9kPa、后部负压为5.5kPa。,三、车体的气密性、强度和流线型,33,34,英国铁路舒适性指标,三、车体的气密性、强度和流线型,35,日本铁路采用的舒适度耳感极限图,三、车体的气密性、强度和流线型,36,德国的试验研究表明，压力波对旅客舒适的影响除了取决于空气压力波变化的幅度(Pa)和压力上升或下降的梯度(Pa/s)之外，还取
13、决于发生该波动的频繁性。图中曲线为大多数乘客“正好还没有不舒适感觉”的压力变化与所需时间的关系。,三、车体的气密性、强度和流线型,37,日本高速列车密封试验，要求将车体所有开启部位堵塞，车内压力由4000Pa降至1000Pa的时间必须大于50s。 欧洲高速列车曾采用压力从4000Pa降至1000Pa的时间大于50s(车辆通过台和空调设备关闭)。 现在，德国、意大利等国家采用压力从3600Pa降至1350Pa的时间大于18s。,（一）车体的气密性 3.对车辆压力密封性的要求,三、车体的气密性、强度和流线型,38,（一）车体的气密性 3.对车辆压力密封性的要求 我国在200km/h及以上速度级列车
14、密封设计及试验鉴定暂行规定中要求： 1.整车落成后的密封性能试验，要求达到车内压力从3600Pa降至1350Pa的时间大于18s； 2.车体结构的密封性能要求压力从3600Pa降至1350Pa的时间须大于36s； 3.组成后的车窗、车门、风挡应能在4000Pa的气动载荷作用下保持良好的密封性,三、车体的气密性、强度和流线型,39,4气密处理的方法 高速车辆的车体结构中，应该采取密封处理的部位必须使用全面连续焊接，使其能够承受由压力变动而形成的、作用在列车车体表面上的反复应力。具体需要处理的部位包括：固定部、可动部、排水部和换气部，各部位气密处理的方法如图。,（一）车体的气密性,三、车体的气密性
15、、强度和流线型,4气密处理的方法,（一）车体的气密性,三、车体的气密性、强度和流线型,40,（一）车体的气密性 5高速列车速度和气密耐压的关系,三、车体的气密性、强度和流线型,41,（二）车体的强度,三、车体的气密性、强度和流线型,由图可见，作用在整个车体断面上的压力被的大小和方向都是不同的并且是随时变化，这将引起车体各部位产生各种不同形式的变形，有的部位受正法力作用呈内凹，有的部位受负压力作用呈外凸。而且，这些压力是正、负反复交替作用在车体上，将对车体的疲劳强度产生不可忽视的影响。,42,（二）车体的强度,三、车体的气密性、强度和流线型,43,（二）车体的强度 比刚度是指材料的弹性模量与其密
16、度的比值，亦称为“比模数” 或“比弹性模量” 。 比刚度较高说明相同刚度下材料重量更轻，或相同质量下刚度更大。,三、车体的气密性、强度和流线型,44,（三）车体的流线型 高速列车车体流线型主要包括两个方面的内容：车头头型和车身的外形。它们都与高速列车的空气动力学密不可分。,三、车体的气密性、强度和流线型,45,46,列车纵截面头部表面压力分布图,（三）车体的流线型 1.列车空气动力学 1) 列车运行时的列车表面压力,47,列车纵截面尾部表面压力分布图,（三）车体的流线型 1.列车空气动力学 1) 列车运行时的列车表面压力,（三）车体的流线型 1.列车空气动力学 1) 列车运行时的列车表面压力 从风洞试验结果来看，列车顶面与侧面压力可以分为三个区域： (1)头车鼻尖部位正对来流方向为正压区； (2)车头部附近的高负压区：从鼻尖向上及向两侧，正压逐渐减小变为负压，到接近与车身连接处的顶部与侧面，负压达最大值； (3)头车车身、拖车和尾车车身为低负压区。,48,
