动车组概论2车体ppt课件

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1、第二章第二章动车组车体技术动车组车体技术第一节第一节 流线形车体结构流线形车体结构 第二节第二节 动车组车体的轻量化设计动车组车体的轻量化设计 第三节第三节 车体的密封隔声技术车体的密封隔声技术 第四节第四节 防火安全技术防火安全技术 第五节第五节 动车组连接装置动车组连接装置 1 1一、列车空气动力学一、列车空气动力学 二、动车组头型设计二、动车组头型设计 三、动车组车身外型设计三、动车组车身外型设计 第一节第一节流线形车体结构流线形车体结构2 2一、列车空气动力学一、列车空气动力学 随随着着列列车车运运行行速速度度的的提提高高，周周围围空空气气的的动动力力作作用用一一方方面面对对列列车车和

2、和列列车车运运行行性性能能产产生生影影响响；同同时时，列列车车高高速速运运行行引引起起的的气气动动现现象象对对周周围围环环境境也也产产生生影影响响，这就是这就是高速列车的空气动力学高速列车的空气动力学问题。问题。3 3 从从风风洞洞试试验验结结果果来来看看，列列车车表表面面压压力力可可以以分为三个区域：分为三个区域： （1 1）头车鼻尖部位正对来流方向为正压区；）头车鼻尖部位正对来流方向为正压区； （2 2）车车头头部部附附近近的的高高负负压压区区：从从鼻鼻尖尖向向上上及及向向两两侧侧，正正压压逐逐渐渐减减小小变变为为负负压压，到到接接近近与与车车身连接处的顶部与侧面，负压达最大值；身连接处的

3、顶部与侧面，负压达最大值； （3 3）头车车身、拖车和尾车车身为低负压区。）头车车身、拖车和尾车车身为低负压区。4 4 因因此此，在在动动车车（头头车车）上上布布置置空空调调装装置置及及冷冷却却系系统统进进风风口口时时，应应布布置置在在靠靠近近鼻鼻尖尖的的区区域域内内，此此处处正正压压较较大大，进进风风容容易易；而而排排风风口口则则应应布置在负压较大的顶部与侧面。布置在负压较大的顶部与侧面。 在在有有侧侧向向风风作作用用下下，列列车车表表面面压压力力分分布布发发生生很很大大变变化化，尤尤其其对对车车顶顶小小圆圆弧弧部部位位表表面面压压力力的的影影响响最最大大。当当列列车车在在曲曲线线上上运运行

4、行又又遇遇到到强强侧侧风时，还会影响到列车的倾覆安全性。风时，还会影响到列车的倾覆安全性。5 5 列列车车交交会会时时产产生生的的最最大大压压力力脉脉动动值值的的大大小小是评价列车气动外形优劣的一项指标。是评价列车气动外形优劣的一项指标。 在在一一列列车车与与另另一一静静止止不不动动的的列列车车会会车车时时，以以及及两两列列等等速速或或不不等等速速相相对对运运行行的的列列车车会会车车时时，将将在在静静止止列列车车和和两两列列相相对对运运行行列列车车一一侧侧的的侧侧墙墙上引起压力波（压力脉冲）。上引起压力波（压力脉冲）。 这这是是由由于于相相对对运运动动的的列列车车车车头头对对空空气气的的挤挤压

5、压，在在与与之之交交会会的的另另一一列列车车侧侧壁壁上上掠掠过过，使使列列车间侧壁上的空气压力产生很大的波动。车间侧壁上的空气压力产生很大的波动。6 6 试试验验研研究究和和计计算算表表明明，动动车车组组会会车车压压力波幅值大小与下列因素有关：力波幅值大小与下列因素有关： (1)(1)随随着着会会车车速速度度的的大大幅幅度度提提高高，会会车车压力波的强度将急剧增大，如图所示压力波的强度将急剧增大，如图所示: :7 7会车压力波幅值与速度的关系曲线会车压力波幅值与速度的关系曲线 8 8 由由上上图图可可见见，当当头头部部长长细细比比为为2.52.5，两两列列车车以以等等速速相相对对运运行行会会车

6、车时时，速速度度由由250km/h250km/h提提高高 到到 350km/h350km/h， 压压 力力 波波 幅幅 值值 由由 1015Pa1015Pa增增 至至1950Pa1950Pa，增大近一倍。，增大近一倍。 (2)(2)会会车车压压力力波波幅幅值值随随着着头头部部长长细细比比的的增增大大而而近近似似线线性性地地显显著著减减小小。为为了了有有效效地地减减小小动动车车组组会会车车引引起起的的压压力力波波的的强强度度，应应将将动动车车（车车头头）的头部设计成细长而且呈流线型。的头部设计成细长而且呈流线型。9 9 (3)(3)会会车车压压力力波波幅幅值值随随会会车车动动车车组组侧侧墙墙间间

7、距距增增大大而而显显著著减减小小。为为了了减减少少会会车车压压力力波波及及其其影影响，应适当增大铁路的线间距。响，应适当增大铁路的线间距。 我国铁路主要技术政策中规定：我国铁路主要技术政策中规定：160km/hm160km/hm；200km/hm200km/hm；250km/hm250km/hm；300km/hm300km/hm；350km/hm350km/hm。1010 (4)(4)会会车车压压力力波波幅幅值值随随会会车车长长度度增增大大而而近似成线性地明显增大。近似成线性地明显增大。 (5)(5)会会车车压压力力波波幅幅值值随随侧侧墙墙高高度度增增大大明明显显减减小小，但但减减小小的的幅幅

8、度度随随侧侧墙墙高高度度增增大大而逐渐减小。而逐渐减小。 1111 (6)(6)高高、中中速速列列车车会会车车时时，中中速速车车的的压压力力波波幅幅值值远远大大于于高高速速车车( (一一般般高高1.81.8倍倍以以上上) )。这这是是由由于于会会车车压压力力波波的的主主要要影影响响因因素素是是通通过过车车的的速速度度，在在高高、中中速速列列车车会会车车时时，中中速速车车压压力力波波主主要要受受其其通通过过车车高高速速车车速速度度的的影影响响，高高速速车车压压力力波波主主要要受受其其通通过过车车中中速速车车速速度度的的影影响响，所所以以中中速车上的压力波幅值远大于高速车。速车上的压力波幅值远大于

9、高速车。1212 列列车车在在隧隧道道中中运运行行时时，将将引引起起隧隧道道内内空空气气压压力力急急剧剧波波动动，因因此此列列车车表表面面上上各各处处的的压压力力也也呈呈快快速速大大幅幅度度变变动动状状况况，完全不同于在明线上的表面压力分布。完全不同于在明线上的表面压力分布。 1313 试试验验研研究究表表明明，压压力力幅幅值值的的变变动动与与列列车车速速度度，列列车车长长度度，堵堵塞塞系系数数( (列列车车横横截截面面积积与与隧隧道道横横截截面面积积的的比比值值) )、头头型型系系数数（长长细细比比，即即车车头头前前端端鼻鼻形形部部位位长长度度与与车车头头后后部部车车身身断断面面半半径径之之

10、比比），以以及及列列车车侧侧面面和和隧隧道道侧侧面面的的摩摩擦擦系系数数等等因因素素有有关关，其其中中以以堵堵塞塞系系数数和和列列车车速速度度为为重重要要的影响参数。的影响参数。1414国外有的研究报告指出国外有的研究报告指出: : 单单列列车车进进入入隧隧道道的的压压力力变变化化大大约约与与列列车车速速度度的的平平方方成成正正比比，与与堵堵塞塞系系数数的的1.30.251.30.25次次方方成成正比例。正比例。 两两列列车车在在隧隧道道内内高高速速会会车车时时车车体体所所受受到到的的压压力力变变化化更更为为严严重重，此此时时压压力力变变化化与与堵堵塞塞系系数数的的2.160.062.160.

11、06次次方方成成正正比比。并并且且两两列列车车进进入入隧隧道道的的时时差差对对压压力力变变化化也也有有很很大大的的影影响响，当当形形成成波波形形叠叠加加时时将将引引起起很很高高的的压压力力幅幅值值和和变变化化率率，此此时时车车体体表面的瞬时压力可在正负数千帕之间变化。表面的瞬时压力可在正负数千帕之间变化。1515 当当列列车车高高速速行行驶驶时时，在在线线路路附附近近产产生生空空气气运运动动，这这就就是是列列车车风风。当当列列车车以以200km/hm200km/hm、m m处处的的空空气气运运动动速速度度将将达达到到17m/s17m/s（61.2km/h)61.2km/h)，这这是是人人站站立

12、立不不动动能能够够承承受受的的风风速速，当当列列车车以以这这样样或或更更高高的的速速度度通通过过车车站站时时，列列车车风风将将给给铁铁路路工作人员和旅客带来危害。工作人员和旅客带来危害。1616 高高速速列列车车通通过过隧隧道道时时，在在隧隧道道中中所所引引起起的的纵纵向向气气流流速速度度约约与与列列车车速速度度成成正正比比。在在隧隧道道中中列列车车风风将将使使得得道道旁旁的的工工人人失失去去平平衡衡以以及及将将固固定定不不牢牢的的设设备备等等吹吹落落在在隧隧道道中中，这这都都是是一一些些潜潜在在的危险。的危险。 国国外外有有些些铁铁路路规规定定，在在列列车车速速度度高高于于160km/h16

13、0km/h行行驶驶时时不不允允许许铁铁路路员员工工进进入入隧隧道道。列列车车速速度度稍稍低低时时，也也不不让让员员工工在在隧隧道道中中行行走走和和工工作，必须要在避车洞内等待列车通过。作，必须要在避车洞内等待列车通过。 17175.5.列车空气动力学的力和力矩列车空气动力学的力和力矩 如如图图所所示示，作作用用于于车车辆辆上上的的空空气气动动力力学学的的力力和和力力矩矩，其其中中有有：空空气气阻阻力力、上上升升力力、横横向向力力，以以及及纵纵向向摆摆动动力力矩矩、扭扭摆摆力力矩矩和和侧侧滚滚力力矩矩。下下面作一简要介绍。面作一简要介绍。1818（1 1）空气阻力）空气阻力 减减少少动动车车组组

14、的的空空气气阻阻力力对对于于实实现现高高速速运运行行和和节节能能都都有有重重要要意意义义，因因此此，需需要要对对车车体体外外形形进进行行最优化设计，以便最大可能地降低空气阻力。最优化设计，以便最大可能地降低空气阻力。 动动车车组组的的运运行行阻阻力力主主要要由由空空气气阻阻力力和和机机械械阻阻力力（即即轮轮轨轨摩摩擦擦阻阻力力、轴轴承承等等滚滚动动部部件件的的摩摩擦擦阻阻力等）组成。力等）组成。 1919空气阻力可以简略地用下面公式表示：空气阻力可以简略地用下面公式表示： 式中式中 Cx Cx空气阻力系数空气阻力系数 空气密度空气密度 V V列车速度列车速度 A A列车横截面积列车横截面积 2

15、020空气阻力主要由以下三个部分组成：空气阻力主要由以下三个部分组成：压差阻力：压差阻力：头部及尾部压力差所引起的阻力；头部及尾部压力差所引起的阻力；摩摩擦擦阻阻力力：由由于于空空气气的的粘粘性性而而引引起起的的、作作用用于于车体表面的剪切应力造成的阻力；车体表面的剪切应力造成的阻力；干干扰扰阻阻力力：车车辆辆的的突突出出物物( (如如手手柄柄、门门窗窗、转转向向架架、车车体体底底架架、悬悬挂挂设设备备、车车顶顶设设备备、及及车车辆之间的连接风挡等辆之间的连接风挡等) )所引起的阻力。所引起的阻力。2121 研研究究表表明明，空空气气阻阻力力与与速速度度的的平平方方成成正正比比，机械阻力则与速

16、度成正比。机械阻力则与速度成正比。速速度度为为100km/h100km/h时时，空空气气阻阻力力和和机机械械阻阻力力各各占一半；占一半；速速度度提提高高到到200km/h200km/h时时，空空气气阻阻力力占占7070，机械阻力只占机械阻力只占3030；250km/h250km/h速速度度平平稳稳运运行行时时，空空气气阻阻力力约约占占列列车总阻力的车总阻力的80809090以上。以上。2222 法国对法国对TGVTGV动车的空气阻力（动车的空气阻力（R R）的测试结果：）的测试结果：V V100km/h100km/h时，时，R R5.526KN5.526KN；V V200km/h200km/h时，时，R R15.25KN15.25KN。 这这说说明明，当当速速度度提提高高1 1倍倍时时，空空气气阻阻力力（R R）提高约）提高约2 2倍。倍。2323（2 2）升力）升力 把把动动车车组组表表面面的的局局部部压压力力高高于于周周围围空空气气压压力力的的称称为为正正，局局部部压压力力低低于于周周围围空空气气压压力力的的称称为为负负。作作为为一一个个整整体体，车车辆辆是是受受正正的的( (向向