時(shí)速300公里動(dòng)車組車體結(jié)構(gòu)研究

王雁飛（中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司國(guó)家軌道客車工程研究中心，長(zhǎng)春　130062）

時(shí)速300公里動(dòng)車組車體結(jié)構(gòu)研究

王雁飛
（中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司國(guó)家軌道客車工程研究中心，長(zhǎng)春130062）

本文時(shí)速300公里動(dòng)車組鋁合金車體做了介紹，并對(duì)車體鋁結(jié)構(gòu)的型材和板材、相關(guān)材質(zhì)的化學(xué)成分及機(jī)械性能、各部位結(jié)構(gòu)形式以及強(qiáng)度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)作了重點(diǎn)闡述。

鋁合金；車體；型材；化學(xué)成分；機(jī)械性能；焊接；分析

0　引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平和環(huán)保意識(shí)逐漸提高，人們對(duì)交通工具的舒適性、安全性、快捷性以及環(huán)保性提出了更高的要求。而高速列車的應(yīng)用在解決上述問題中表現(xiàn)出來的優(yōu)越性已經(jīng)得到了各國(guó)政府的認(rèn)可。我國(guó)從2004年開始相繼引進(jìn)了日本、法國(guó)、德國(guó)的動(dòng)車組，分別命名為CRH2、CRH5、CRH3型動(dòng)車組。這3種動(dòng)車組都采用的是鋁合金車體。鋁合金車體因其具有重量輕、耐腐蝕、剛度好、密封性好、外觀平整度高、制造工藝簡(jiǎn)化、易于制造復(fù)雜美觀曲面車體以及全壽命免維修等優(yōu)點(diǎn)，而在高速動(dòng)車組中得到了廣泛的應(yīng)用。下面就國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的某型時(shí)速時(shí)速300公里動(dòng)車組鋁合金車體做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

1　概述

時(shí)速時(shí)速300公里動(dòng)車組是8輛編組、兩個(gè)牽引單元的電動(dòng)車組，每個(gè)牽引單元2動(dòng)2拖（M-T-M-T）。

鋁合金車體根據(jù)車輛功能的不同，可以概括為兩大類，即中間車鋁合金車體和頭車鋁合金車體。

其中中間車為基礎(chǔ)車型，頭車鋁合金車體由中間車鋁合金車體加上司機(jī)室鋁結(jié)構(gòu)演變而來。

該動(dòng)車組車體為全鋁合金焊接結(jié)構(gòu)，車體承載結(jié)構(gòu)采用與車體等長(zhǎng)的大型中空鋁合金型材組焊而成，為筒型整體承載結(jié)構(gòu)。車體具有優(yōu)良的防振、隔音性能。為減少輔助結(jié)構(gòu)的焊接連接，車體型材帶有滑槽，用于吊裝車下設(shè)備、固定車頂設(shè)備以及安裝車內(nèi)設(shè)備等。

側(cè)墻、車頂、底架形成的筒形結(jié)構(gòu)與端墻、司機(jī)室的連接靠彎曲的連接板焊接組成，連接板的寬度可以現(xiàn)車匹配，以便調(diào)整整個(gè)車體的長(zhǎng)度尺寸。

2　車體鋁型材和板材

時(shí)速300公里動(dòng)車組車體鋁型材共有109種，材質(zhì)主要為6005A。在材料選用上比較單一，車體大部分位置都采用合金6005A，即使是受力比較大的部位，如牽枕部位也采用合金6005A。車體板材主要采用5083－H111和5083－H321。該型車體強(qiáng)調(diào)用料的一致性，對(duì)于車體的不同受力狀況，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來滿足車體的受力要求。車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)很大的特點(diǎn)就是大量采用型材。這樣簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減少了焊縫的數(shù)量，提高了焊縫接頭的裝配精度，提高了焊接接頭的質(zhì)量，同時(shí)也降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

車體材料執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)TB/T3260-2011的有關(guān)規(guī)定。

3　各大部件的結(jié)構(gòu)形式

（1）底架。底架共有5種形式，分成2種類型，頭車底架和中間車底架。底架大致由以下幾個(gè)部分組成：一、二位前端，一、二位邊梁，地板組成、一、二位端固定裙板、一、二位隔墻組成、底架焊接小件等。底架地板由8塊長(zhǎng)大中空擠壓型材組焊而成，然后采用整體加工的方式對(duì)底架的各種眼孔進(jìn)行加工。

（2）側(cè)墻。側(cè)墻均由5塊大型中空擠壓型材組焊而成，分為側(cè)墻上部型材、窗口下部型材、窗口部型材、側(cè)墻下部型材和窗口上部型材等構(gòu)件。側(cè)墻的窗口和門口采用整體加工而成，保證了窗口和門口的尺寸精度。

（3）車頂。車頂大致分成2大類，帶平頂?shù)能図敽筒粠巾數(shù)能図?。車頂?shù)钠巾敳课恢饕惭b受電弓和制動(dòng)變阻器等設(shè)備。

（4）端墻。端墻有3種結(jié)構(gòu)形式。一種是和高頂連接的端墻1，一種是和平頂連接的端墻2，另外一種是和高頂連接，但是上部沒有絕緣體安裝座的端墻3。

（5）司機(jī)室鋁結(jié)構(gòu)。車頭結(jié)構(gòu)為全鋁合金板梁焊接結(jié)構(gòu)，車頭的梁柱及蒙皮基本是采用開口型材，蒙皮是由開口型材拉彎成形，梁柱由型材煨彎而成，梁柱焊接在蒙皮的筋上，有利于減小變形，更能增強(qiáng)車頭的整體強(qiáng)度。整個(gè)車頭結(jié)構(gòu)外形流暢，符合空氣動(dòng)力學(xué)的要求。

4　車體強(qiáng)度要求

（1）目的。確定鋁合金車體承載結(jié)構(gòu)在運(yùn)用載荷作用下具有的承載能力，保證在超常和運(yùn)營(yíng)載荷工況下車體結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。

（2）執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。滿足EN 12663標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表1　在超常載荷下的許用應(yīng)力值

（3）載荷工況。m1：工作狀態(tài)下的車輛質(zhì)量，即整備狀態(tài)車體質(zhì)量。除車輛自重外，還包括水、砂、燃料、食品等物品及工作人員的重量；m2：車輛一個(gè)轉(zhuǎn)向架的重量；m3：定員載重（車輛無站立定員時(shí)候的重量有效載重）；座位數(shù)x80kg +標(biāo)準(zhǔn)行李間載荷［m2］x300kg；m4：最大有效載荷（車輛有站立定員時(shí)候的乘客）。座位數(shù)x80kg+走廊和通過臺(tái)［m2］x4x80kg+標(biāo)準(zhǔn)行李間載荷［m2］x300kg。

載荷工況種類：

1）車鉤連接處1500kN壓縮載荷+垂向載荷g×m1

2）車鉤連接處1500kN壓縮載荷+垂向載荷g×（m1+m4）

3）車鉤連接處1000kN拉伸載荷+垂向載荷g×m1

4）車鉤連接處1000kN拉伸載荷+垂向載荷g×（m1+m4）

5）端部結(jié)構(gòu)地板上方150mm高度400kN壓縮載荷+垂向載荷g×m1

6）腰帶（窗臺(tái)）高度300kN壓縮載荷+垂向載荷g×m1

7）上邊梁高度300kN壓縮載荷+垂向載荷g×m1

8）最大工作載荷1.3×g×（m1+m4）

9）單端抬車試驗(yàn)1.1×g×（m1+m2）

10）整車抬車試驗(yàn)1.1×g×（m1+2×m2）

11）支撐點(diǎn)移位抬車試驗(yàn)1.1×g×（m1+2×m2）

12）垂向載荷g×（m1+m4）±氣密強(qiáng)度載荷±6000Pa

5　總結(jié)

通過技術(shù)引進(jìn)和消化吸收以及這些年的實(shí)際運(yùn)用，國(guó)內(nèi)動(dòng)車組制造企業(yè)已經(jīng)掌握了300公里速度等級(jí)的鋁合金車體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鋁型材和板材的選用方法，車體靜強(qiáng)度、氣密強(qiáng)度的分析計(jì)算方法以及車體靜強(qiáng)度和氣密強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，為我們開發(fā)更高速度等級(jí)的動(dòng)車組奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.194