CRH2型高速动车组车辆车体结构总体设计(共51页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业XX 工程学院车辆工程系车辆工程系本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文）题目 ：CRH2 型 高速动车组车辆车体结构总高速动车组车辆车体结构总体设计体设计专业：机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化（城市轨道车辆）（城市轨道车辆）班级： 城轨城轨 081081学号：学生姓名：指导教师：副教授副教授起迄日期：2012.32012.32012.62012.6设计地点：车 辆 工 程 实 验 中 心车 辆 工 程 实 验 中 心精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业摘摘要要随着科技和生活水平的提高，城市之间的距离越来越小，高速动车作为一种新的交通工具，正逐步代替原有的交通。本文对 CRH2 型 200km/h 的高速动车组车体结构进行了总体设计。根据国内外高速动车的发展概况和最新研究成果，以及为实现列车车体气密性和轻量化为目的， 完成了 CRH2 型动车组的车体结构总体设计。基本编组方案采用 2 动 2 拖，整车由 8 辆车组成，主要对头车车体进行了详细研究。首先，是对车体的材料选择，经过对耐候钢，不锈钢和铝合金的比较可以看得出，采用铝合金是最合适的。它可以降低车重，提高车辆加速度，降低运能消耗、牵引及制动能耗，减轻了对线路的磨耗及冲击,扩大了运输能力。其次是对车体的结构进行选择，主要以双壳结构为主，并引入了模块化的概念，把铝合金车体分成若干模块，包块底架模块，侧墙模块，车顶模块，端部模块和车体附件等五大部分，每一种模块单独加工，互不影响。最后把所有模块整合在一起，组成铝合金车体。关键词：车辆工程；高速动车组；车体；铝合金精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业ABSTRACTWith the technology and the improvement of living standards, the distancebetween the cities getting shorter and shorter. High-speed EMU as a new means oftransport is replacing the existing traffic gradually. This paper introduces the designof overall body structure for 200 km/h of CRH2 EMU. According to the developmentoverview and the latest research results of domestic and foreign high-speed EMUs, aswell as to achieve the air tightness and weight of train for purpose, completing thedesign of overall body structure for the 200km /h EMU. 2M2T is selected as the basicformation program and its made up of eight vehicles, mainly taking some study onthe rival car body. First of all, the choice of body material, compared with weatheringsteel, stainless steel and aluminum alloy, aluminum alloy is the most suitable. It canreduce the vehicle weight and improve vehicle acceleration. It also can reduceconsumption of transport capacity, traction and braking, and even can reduce wear onthe line and the impact, expand the transport capacity. Secondly, choose the structureof the body, mainly double-shell structure. It introduces the modular concept, thealuminum alloy body is to be divided into several modules, including block chassismodules, side-wall modules, roof modules, the end modules and annex to the bottomof vehicle, each module processes separately. Finally, form the aluminum alloy bodywith all modules together.Keywords: Vehicle Engineering; High-speed EMU; Body structure; Aluminum alloy精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业目目录录精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业附件：附件： 1.1.高速动车组头车车体图和司机室图2.2.毕业论文光盘资料精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第一章第一章绪绪论论1.11.1 选题背景与意义选题背景与意义社会的进步和生产力的发展，推动着现代交通运输业的飞速发展。轨道交通历史悠久，由于其自身的特点和优势，成为地面交通的主要支柱之一。从世界第一条铁路建成开始并通车，铁路逐渐成为交通运输中的重要运输方式之一。在几百公里内的短途运输中， 内燃动车组和电力动车组是一种理想的交通工具。由这种固定编组、自带动力的列车，运用灵活，前后行驶无需调头，可增加发车密度，且污染小，能耗低，特别适用于小编组、大密度的客运组织形式。因此，动车组被一些发达国家普遍用于城际旅客运输。2007年4月，我国成功实施了第六次铁路大面积提速，和谐号CRH动车组首次出现在中国铁路上，在既有线上实现了最高时速250公里的高速运营。这标志着我国既有线提速达到了世界先进水平，铁路技术装备进入了世界先进行列。铝合金车体是轨道交通设备的重要组成部分， 它体现了一个国家的工业技术水平， 同时也反应了一个国家的人文特征。随着轨道交通事业的迅速发展和人们生活水平的提高，对车体综合性能的要求越来越高。动车组的车体结构设计不同于我国现行普通客车车体结构设计。为了满足高速列车的运用要求，对车体结构的要求也更加严格：第一是因为高速列车在交会和进入隧道时，压力波动明显增加，并且随着高速化、现代化的实现，需要增加许多设备安装在车体上，所以需要增加车体的强度；第二是由于车速的提高，轮轨间的动力作用加剧，单位重量需要的功率增加，所以需要努力减轻车辆自重。因此，高速动车组车体结构研究就成为一个重要的课题。1.21.2 世界各国高速铁路发展概况世界各国高速铁路发展概况近半个多世纪以来， 世界各国都在努力进行铁路的技术装备和现代管理的研究，努力推进铁路运输技术的进步，在很多发方面取得了突破性的发展。与此同时，随着世界各国经济的发展和人民生活水平的提高，人们对于出行条件、旅行环境的要求越来越高。高速铁路的出现，无疑对铁路复兴产生了积极影响。铁路技术在20世纪60年代开始进入实用阶段。1964年10月1日，日本率先建成世界上第一条高速铁路东海道新干线，在东京大阪间铁路线上，高速列车运行速度达到210km/h， 年运送旅客1.3亿人次， 相当于10条高速公路的运量。 1983精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业年9月，法国巴黎里昂间的TGV东南高速线（全长398km）通车运营，列车速度进一步提高到270km/h。在短短的20年内，铁路高速运输发展已经遍及欧、亚、北美许多国家，在世界范围内引发了一场深刻的“交通革命” 。高速铁路之所以得到快速发展并受到世人的青睐， 其主要优点在于能够满足旅客对缩短旅行时间、舒适方便且节省票价等需求。与航空和高速公路相比，它还具有节约能源和减少环境污染的优势，有利于改善生态环境和实现可持续发展。 日本和法国自高速铁路开通运营以来，从没有发生过因高速技术本身造成的行车事故，增强了旅客乘车旅行的安全感。高速铁路的兴起和发展是社会经济发展的必然结果， 也是不断采用现代科技成果从低水平逐渐向高级阶段发展的必然产物。 世界各国经过第二次世界大战结束后的10年经济复苏，从20世纪50年代中期开始进入发展期。由于经济和科技发展较快，对交通运输提出了高效、快速的要求。这时，铁路开始引入现代科技新成果，以改变列车运行速度较低的被动局面。首先将航空工业的新技术、新材料移植到机车车辆的结构之中，使车辆的自重大幅度减轻；电气化铁路的崛起，为高速运行提供了牵引动力的保证；电子和计算机信息技术的发展，又为列车牵引采用先进的交直交传动装置和实现列车的自动化控制开辟了广阔的前景。最早致力于铁路高速运行的国家是法国，早在20世纪60年代初，其客运列车最高运行速度已达到160km/h。但是，善于引用别国技术为己所用的日本，在交通运输极端紧张压力的推动下，经过较短时间的努力，于1964年10月开出了世界第一列运行速度超过200km/h的高速列车，这给一些铁路发达国家很大的启示。从那以后许多国家迅速展开了铁路高速化的研究工作。除日、法、德、英起步较早之外，先后又有美、前苏联、意、西班牙、瑞典、比利时等国投入了人、财、物力改善本国的铁路，以提高运行速度。到目前为止，已有十几个国家的铁路旅客列车的最高运行速度达200km/h以上，其中有些国家修建了高速客运专用线。列车最高运行速度已超过300km/h。在高速铁路运营的40多年中，已经显示出其具有强大的生命力，产生了巨大的经济效益和社会效益。目前，不仅发达国家继续扩大高速铁路， 而且一些铁路不甚发达的国家和地区也迫不及待地邀请日、 法、德专家共谋高速铁路和机车车辆的发展规划。高速铁路之所以获得成功，是因为与其他交通工具比较具有独特的优点。其一是运量大，一列车可载运近千人；二是能耗低，运送每位旅客消耗的能源，飞机比铁路多45倍，汽车比铁路多1倍以上；三是安全，日本东海道新干线运用40多年未发生重大行车事故；四是乘坐舒服；五是节省时间，对于中等运程（600700km）的旅客，乘坐高速列车与乘坐飞机所花费的时间相当（因乘飞机需先乘车到远离市中心的机场） 。高速铁路是铁路科技进步的重要标志之一。 铁路高速技术包括了新型列车牵精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业引方式、 轻型高速车辆、 运行控制指挥自动化以及高性能的线路结构等先进技术。列车整体成流线型，可最大限度的减少高速运行时的阻力。高速列车的动力，采用电动车组或电力机车牵引。电动车组具有中心低、结构轻、轻轨间作用力小和舒适性好等特点。目前，世界已建成投入运营的高速铁路总长已超过5 000km。预计到21世纪20年代，高速新线有可能增加到1.82万千米。可以认为，世界各国铁路正在步入新的兴盛时期，必将会出现一个历史性的大发展。应强调的是在大交通的环境中， 交通运输结构可能还会发生一些调整变化，但铁路的骨干作用将会得到进一步的加强和巩固。1.31.3 模块化铝合金车体发展现状模块化铝合金车体发展现状动车组， 就是自带动力、 固定编组、 可双向开行的旅客列车， 具有安全可靠、运行快捷、乘坐舒适、编组灵活等特点，是高效率、大密度的旅客运载工具。随着轨道交通事业的迅速发展和人们生活水平的提高， 对车体综合性能的要求越来越高。车辆制造商一方面要不断提高车辆性能，以确保车辆运行安全、可靠、舒适，且易于维护保养；另一方面又要尽量降低造车及车辆维护成本，使车辆具有市场竞争力。模块化概念的应用为铁道车辆的设计和装配、实现车辆制造的高性能和低成本的目标提供了新的途径。1.3.11.3.1 动车车体模块化概念动车车体模块化概念动车车辆的模块化是指在车辆设计时，将整车结构进行分解，形成若干独立而又相互联系的分系统，即模块，如车顶模块、侧墙模块、底架模块、司机室模块、中间端模块等。模块中包含骨架和内装以及内部相应的配线、配管、防寒材等。目前，在欧洲铁路行业中，模块化概念在车辆设计中已得到应用。采用铝合金地铁车体在减轻质量的同时也提高了车体的美观和耐腐蚀性。 车头采用流线性设计，不仅美观流畅，也可以减少阻力节约能源。同时，改进制造方法， 将通常的整车焊接改为几大模块之间的铆接，大大减少了焊接工作量和各种防止焊接变形的夹具定位问题。1.3.21.3.2 车体材料的选用车体材料的选用车体是车辆结构的主体。车体的防腐耐腐能力、表面保护和装饰方法，关系到车辆外观、寿命和检修制度；车体的重量，则关系到能耗、加减速度、载客能力乃至列车编组形式。这些都影响列车的运营质量和经济效益。车体结构形式、性能和技术经济指标主要取决于车体材料。 故车体选材成为车体结构设计考虑的重大要素之一。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业车辆的轻量化主要是车体的轻量化， 而降低车体自重的主要方法之一就是采用轻量化材料制造。车体结构按使用的主要材料可分为普通碳钢车（已停产）、耐候钢车、不锈钢车和铝合金车。普通碳钢耐腐蚀性能差，耐候钢虽然可以延缓腐蚀，但不能完全防止腐蚀，更为重要的一点，这两种材料不能有效地减轻车辆的自重，因此，不适宜作为制造高速客车车体的材料。不锈钢具有优异的耐腐蚀性能，车体无需涂装，与普通碳钢相比，车体重量可以减轻 10%-20%。但我国制造不锈钢的原材料较为缺乏，而且在不锈钢薄板加工、 制造和焊接方面还存在一定的问题，这些很大程度上限制了不锈钢车辆的发展，因此国内在近几年成批生产不锈钢车辆还有很大的难度。铝合金密度小、强度高、耐腐蚀性和成型性能好，和钢制车辆相比，可减重30%-50%。由于轻量化，减少了制动力和对轨道线路的静、动载荷，使线路的维修周期和钢轨的使用寿命大大延长， 可以降低维修费用和制造费用， 延长大修期；而且铝合金材料挤压成型容易，易于车体结构的优化，大量减少制造工时，可以挤压出各种复杂的断面，使各部件厚度分配更趋合理。表 1.1 列出了几种常用的材料制造的车体的特性，并与铝合金车体进行了对比分析。表 1.1各种车体材料对照2碳钢车体铝合金车体不锈钢车体造型一般容易困难塑性加工一般容易困难轻量化困难容易一般材料强度一般一般高制造成本低高高原材料价格低高高耐腐蚀性差不好好耐热性好不好好焊接性能好不好好气密性好好不好维修不好好好精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业铝合金车体的弱点是铝的纵弹性模小，约为普通钢的 1/3，因而往往使车体刚度下降。一般铝合金车体比普通钢车体、不锈钢车体的刚度都要小。这是铝合金车体设计时加大板厚和尽量加大车体断面以提高车体抗弯刚度的重要原因。铝合金车体的另一个不尽人意之处就是耐腐蚀性差， 不能像不锈钢那样达到不用涂漆的程度。不涂漆的铝合金车体虽然也有，但用过一段时间后，由于大气中的腐蚀条件，表面总会出现面蚀、点蚀、变色，影响美观，故大部分车都涂漆。综上所述， 由于铝合金车体采用与车体基本等长的用通长的纵向焊接而成的大型中空铝合金型材，其气密性将明显好于采用点焊工艺的不锈钢车体，同时在减重及整车刚度方面也优于不锈钢车体。目前，日本的新干线、德国的 ICE 和发过的 AGV 等高速列车均采用了铝合金车体。铝合金因其良好的耐腐蚀性、重量轻、表面平整度高、气密性好、结构及生产制造简单、可翻新等优点已被全世界广泛采用。由此确定车体材料主要采用铝合金。1.41.4 主要研究内容及本文结构主要研究内容及本文结构1.4.11.4.1 主要研究内容主要研究内容动车车体是整个动车产品的重要组成部分， 其性能主要决定于其结构的动态特性。车体结构和受力都较复杂。在结构上，车体必须满足动车车体总体布置的要求，强度上须满足其疲劳寿命要求，还必须具有足够的弯曲和扭转刚度，以承受运行过程中所受到的各种动载荷，保证在多种工况下，不致产生过大的应力和变形而损坏。城市轨道车辆要发展，车体轻量化是关键。车体轻量化可以减少列车运行阻力，降低列车牵引功率，提高速度。轻量化对于客车来说就是节能，通过减轻客车自重、降低每位旅客所占的重量，从而降低每位定员的牵引消耗。车辆轻量化减轻了对线路的磨耗，降低了线路的损耗量，延长使用寿命。因而，从车体动态特性、设计轻量化、车体强度来考虑，车体开发中存在着很多关键技术有待研究解决。以下为本方案设计的高速动车组头车车体设计要求：1. 最高运营速度为250km/h；2. 车体最大长度头车 25700mm,中间车 25000mm；3. 车体最大宽度3380mm，最大高度 3700mm；4. 车门处地板面高度1300mm；5. 车厢天花板高度2277mm；1.4.21.4.2 本文结构本文结构全文共分五章，各章内容安排如下：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第一章：在了解国内外高速动车发展历史的基础上，阐述了本论文的研究背景、课题来源及要研究的主要内容；讨论了国内外研究现状与发展趋势；同时阐述了本论文的研究意义。第二章： 简单介绍了 CRH2 的编组以及主要技术参数， 通过查阅资料得到车体设计所需的简单参数。第三章：介绍了国内外动车的车体材料和结构选型，并通过对比择优选取车体的材料和结构。通过对高速动车的车体进行了详细的介绍，为本课题的研究工作提供了很好的落点和依据。第四章：简单介绍车体气密性的要求和措施并对车体垂向静载荷进行校核。第五章：总结了全文的研究成果，并对以后课题研究的发展进行了展望。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第二章第二章CRH2 动车组介绍动车组介绍2.12.1 编组编组3CRH2 型 200km/h 的动车组，其最高运营速度为 250km/h，可在中国铁路既有线路和客运专线上运行。 动车采用 8 辆编组， 4 动 4 拖， 由两个动力单元组成，每个动力单元由 2 个动车和 2 个拖车（T-M-M-T）组成。动车组编组见图 2.1，动车组编组代号意义参见表 2.1 。动车组前后两端均设驾驶室，列车通常运行时在前端的驾驶室内进行操作，受电弓设在 4 号和 6 号车上，动车组运行时采用单弓受流，另一受电弓处于折叠状态。两列动车可联挂运行，联挂时受电弓采取双弓受流。图 2.1CRH2 型动车组编组示意图表 2.1 动车组编组代号含义车辆代号代号含义类型举例符号意义及说明T拖车（Trailer coach）T1c,T2c,T1k,T2M动车（Motor coach）M1,M2,M1sc带驾驶室（cabin）T1c,T2c带驾驶室的拖车k带餐车（kitchen）T1k带餐车的拖车s头等车（special）M1s头等车注：数字 1,2 表示不同型号2.22.2 主要技术参数主要技术参数精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业CRH2 型动车组是动力分散型动车组，配置为 4 动 4 拖，2 辆动力车可组成一个基本动力单元。 全列车设置 7 辆二等车和 1 辆一等车， 2 辆头车为二等座车，分别定员 64、55 人，一等座车为 7 号车，定员 51 人，其余二等座车中 3 辆定员100 人，1 辆定员 85 人，餐座合造车为 5 号车，定员 55 人，总计 610 定员。动车组中设有 2 个受电弓， 在单号车上设置卫生间和洗脸间。 动车组可以单列运行，也可两列连挂组成一个长编组运行。动车组主要技术参数见表 2.2。表 2.2CRH2 型动车组车体主要技术参数车辆号12345678车型二等座二等座二等座二等座餐座合造车二等座一等座二等座代号T1cM2M1T2T1kM2M1sT2c定员/人5510085100551005164车体长度/mm2540024500245002450024500245002450025400车体宽度/mm3380车体高度/mm3700转向架中心距/mm17500地板面距轨面高度/mm1300车钩距轨面高度/mm10002.32.3 其余参数其余参数4本论文主要设计头车车体 T1c。2.3.12.3.1 车门车门车体设有 4 个侧拉门。 侧门结构简单， 门板和车体外表面存在 35mm 的高度差，不会增加外部噪声。侧门规格和参数如下：门口宽度*高度730mm(1080mm)*1850mm门口净开度660mm(1010mm)拉门行程冲程711mm(1061mm)精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业两个侧拉门之间的空间为通过台。通过台是乘客上下车的通道，通道台旁设有大件行李存放处。在相邻两车辆间设防火外端门。材料采用不锈钢。外端门基本参数如下：门口宽度820mm门口高度1900mmT1c 车端端部设卫生间、小便池和洗脸间。车辆中部为客车区，客室两端设自动感应式内端门。2.3.22.3.2 座椅座椅座椅采用 2+3 布置，座间距为 980mm，走廊宽度为 600mm。2.3.32.3.3 车窗车窗司机室的侧门窗为气密侧开窗，其余全为气密构造的固定窗，固定车窗尺寸可分 800mm 和 1600mm 宽两种规格。每两排座椅对应一个大窗。车窗外表面相对车体外侧面内凹 8mm，四周平滑过渡，有利于减少噪声。在每车客室的四角各设 1 个逃生用的紧急窗，其余为普通窗。普通窗玻璃的有效开口尺寸有650mm*800mm 和 650mm*1600mm 两种。所以，根据座椅的座间距 980mm 和大车窗尺寸 1600mm，可求得车窗之间距是 360mm。 （ （98010-16005）5=360mm）2.42.4 设计标准设计标准动车组拖车铝合金车体的强度、刚度及气密性按200km/h 及以上速度级铁道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定和200km/h 及以上速度级列车密封设计及试验鉴定暂行规定 （科教装200121 号文）设计。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第三章第三章高速动车车体结构设计高速动车车体结构设计3.13.1 概述概述高速动车组比传统机车车辆的运营速度有大幅度增加， 这要求动车组车体结构的设计需考虑：（1） 为了减少空气阻力，车体外形需要设计成流线型；（2） 为了提高乘车舒适度，车体需采用气密结构；（3） 为了降低能耗，车体需采用轻量化设计。由于铝合金材料的密度低，质量较轻，具有强度大、刚度好的特点，所以在高速动车组车体上得到了广泛应用。3.1.13.1.1 车体承载结构特点车体承载结构特点由于车体需要承受旅客的质量和各种设备的质量， 以及动车组在运行过程中的纵向、横向、垂向和扭转等载荷，所以车体需要有足够的强度和刚度。高速动车组车体采用铝合金筒形承载结构，能够达到足够的强度和刚度，同时实现结构轻量化。筒形铝合金车体结构的最大优点是工艺性好、减轻车辆自重、降低能耗、减少运行成本和维护成本。近年来车体大量采用大型、中空、薄壁的铝合金挤压型材，实现了纵向大幅度自动焊接工艺，提高了质量和生产效率。3.1.23.1.2 车体用铝合金材料车体用铝合金材料高速动车组铝合金车体材料主要有 5000 系、6000 系和 7000 系。5000 系铝合金是变形铝-镁系合金；6000 系铝合金是变形铝-镁-硅系合金；7000 系铝合金是变形铝-锌系合金。200km/h 动车组车体用铝合金材料需要具有强度高、焊接性好、挤压加工性能优、耐腐蚀性强等特性，主要采用 5000 系的 5083、6000 系的 6N01、7000 系的 7N01 等。这些合金的主要机械性能如表 3.1。表 3.1CRH2 型动车组车体用主要铝合金材料主要机械性能4材料杨氏模量（GPa）泊松比弹性极限（MPa）疲劳强度（MPa）母材部分焊接部分母材部分焊接部分A5083P-O690.312512510339A6N01S-T5690.32051207839A7N01P-T4690.319517613539A7N01S-T5690.324520511939精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业各种铝合金材料的具体技术特征如下：（1） 5083 是非热处理合金中迁都最大的高耐磨腐蚀性合金，适合于焊接结构。但其挤压加工性较差，难以得到薄壁及中空型材。（2） 6N01 是中等强度的耐磨腐蚀性铝合金，挤压加工性、加压淬火行均比较优良，能制造出复杂形状的大型薄壁型材，而耐磨腐蚀性、焊接性较好。（3） 7N01 也是焊接结构用铝合金，其强度高，并且通过常温时效处理，焊接部分的强度能够恢复到接近于母材的强度，且耐腐蚀性非常好。3.23.2 车体轻量化车体轻量化3.2.13.2.1 轻量化的目的轻量化的目的高速动车组轻量化的主要着眼点在于轴重、能耗和制动三方面。1. 降低轴重轨道的承重是有一定限制的，因此要规定机车车辆的最大轴荷重。列车速度越高对轨道的冲击力就越大， 因此对于速度大于 120km/h 的车辆轴重要随速度的增高而减小。轴重超过规定的机车车辆将不允许上路运行，否则会使钢轨过度磨耗和损伤，增加线路的维修工作量，重者还会毁坏线路，酿成重大事故。高速列车的轴重问题更加严重，与常规列车相比，高速列车在高速运行时对轨道的冲击和振动要大得多，因此对高速列车列车轴重的规定要严格的多。所以我国对高速列车的轴重规定为：动车：19.5t，拖车：14.5t。2. 节省能源列车运行依靠消耗能源，电动车组消耗电能。列车运行还须克服气动阻力和机械摩擦阻力。高速列车由于运行阻力，特别是气动阻力的大幅度增加，而使能源消耗急剧增长， 高速列车要克服的阻力是现有列车的 1030 倍， 所需的动能则是普通列车的 4 倍以上。因此，高速列车必须减轻质量，减少能源消耗。3. 缩短制动距离高速列车在短距离内制动停车， 并及时地消散制动时的巨大动能也是一个很困难的问题。一般高速列车采用再生制动和盘形制动相结合的方式，对盘形制动盘和闸片性能的要求十分严格。 因此高速列车轻量化对于减轻制动系统负担十分有利。3.2.23.2.2 车体轻量化的主要措施车体轻量化的主要措施高速动车组的车体系统占整个列车质量的一半以上， 因此高速动车组的轻量化的关键是车体的轻量化。车体轻量化主要从以下几方面入手：1. 采用新材料、新工艺高速动车组车体材料早已摒弃普通的钢质材料，耐候钢也已很少使用。现代精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业高速动车组主要采用不锈钢和铝合金材料， 纤维复合增强塑料已在车体头部流线型部分和车体内装修中得到愈来愈多的应用。近些年来，由于多品种异型截面和中空大型截面铝合金挤压型材的发展， 从而使铝合金材料成为高速动车组车体的主导材料。这主要是由于铝合金具有质量轻、性能好、易制造、耐腐蚀、维修费用低和外形美观等优点。2. 改变车体结构高速动车组的车体采用矮车体（4000mm）以下和鼓型断面，以减小车体质量和气动阻力。为了加大车内净高，保证旅客有较好的舒适性，宜采用分体式空调或诱导式空调系统。3. 优化结构设计高速动车组的高速运行，给高速动车组的车体结构设计带来了许多新课题，例如高速动车组在隧道中运行或两列车高速交会时的空气动力学载荷问题， 高速动车组车体采用铝合金材料而使整体刚度下降的问题等。4. 模块化和集成化高速动车组采用模块化和集成化，以使车体以最小的体积实现规定的功能。3.33.3 动车组车体结构动车组车体结构3.3.13.3.1 国外典型的铝合金车体结构国外典型的铝合金车体结构5铝合金车体经过了 50 多年的发展，先后经历了板梁结构铝合金车体、板梁和型材混合结构铝合金车体、完全封闭式的大型中空铝合金车体 3 个发展过程。1. 日本日本新干线从 200 系开始就采用铝合金结构的车体，板梁式结构。300 系高速动车的车体铝合金结构见图 3.1，底架边梁采用大型中空挤压型材，地板采用大型开口型材，最大宽度为 600mm，长度为 24500mm，最小板厚为 2.3mm。这对于传统的钢质车体和 200 系的板梁结构来讲是一个突破，但车体仍存在立柱、弯梁等，可见尚未达到完善的程度。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图 3.1300 系车体结构500 系高速电动车组的车体铝合金结构见图 3.2。车体大部分使用大型挤压铝合金，采用通长的纵向焊缝连接，但侧墙外板和地板在日本至全世界首次使用了 30mm 厚的钎焊铝合金蜂窝板，不但实现了轻量化，而且因铝合金蜂窝板对800Hz 以上频率的噪声有很好的隔音性，有效地降低车内噪声。图 3.2500 系车体结构700 系高速电动车组的车体铝合金结构见图 3.3， 车体部件采用长 24500mm、宽 500mm 左右的大型开口或闭口挤压型材，采用通长的纵向焊缝连接，彻底取消了钢质车体的横梁和立柱等，不但实现了轻量化，而且简化了制造工艺，突出了铝合金车体的特点。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图 3.3700 系铝合金车体结构2. 欧洲欧洲铝合金车体发展较快，在目前运用的高速列车中，德国的 ICE 系列、法国的 TGV-2N 及正在研制的 AGV、意大利的 ETR460 和 ETR500 型等高速列车均采用铝合金车体。 铝合金车体已发展为由大型中空挤压铝型材组焊而成的新结构形式。其中比较典型的结构式属 ICE-2 型车的型式，见图 3.4.其结构完全跳出传统的模式， 整个结构沿车体纵向全部采用与车体基本等长的用通长的纵向焊缝焊接的大型中空挤压铝型材，没有立柱、横梁和弯梁等结构件，型材的宽度均为 600mm 左右，其中车顶和侧墙型材的壁厚相对较薄，地板型材的壁厚要厚一些，以实现各部位的等强度设计。底架边梁的壁厚相对较厚，且伸出地板面190mm,不但增加了车体的刚度，同时还利用边梁下部的滑槽解决了车下悬挂物的吊挂及裙板的安装问题，整个结构有效地降低了车体的自重，提高了车体的强度和刚度，充分地突出铝合金结构的特点。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图 3.4ICE-2 型车体结构上述国外的几种典型车体铝合金结构中，ICE-2 型车在结构尺寸及强度设计标准等方面均与我国的情况比较相近， 故在高速列车的铝合金车体的结构选型时可借鉴 ICE-2 型车的结构。3.3.23.3.2 单壳车体和双壳车体的比较单壳车体和双壳车体的比较6最初列车挤压型材是以使用薄挤压型材的单壳车体结构为主， 在车和侧墙外板上采用补强。也有部分底架结构采用中空挤压型材的。但由于中空挤压型材比单壳的重，因此当时只有有限度地使用。此种类型的车体结构如图 3.5。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图 3.5薄挤压型材（单壳）结构一般说来，双壳结构（以中空挤压型材为主构成的结构）相对单壳结构要重一些，但是，由于中空挤压材料具有强度高、刚度大、降噪性好等特性，可以省略在单壳结构中必须使用的加强材料， 从而在车体的实际结构中不仅能够减少材料，而且还能极大提高产品的各种其他性能。近年来，由于强调车辆的舒适性，业内认为在不影响列车动力学性能的前提下， 适当增加车体的重量可以增加车体刚度，提高车体舒适性指标，因此，高速车辆的车顶和侧墙结构开始使用合理设计的双壳结构，在重量和列车动力学性能之间找到平衡点，这种结构的车体见图3.6。图 3.6中空挤压型材（双壳）结构双壳结构最大的特点是完全取消了侧墙中的立柱和车顶内的拱梁， 整个侧墙精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业和车顶全部由若干长度与车身等长的大型中空铝合金挤压型材焊接而成。同时，为了提高车体的隔热隔音效果， 还在铝合金型材的中空内腔注入泡沫材料或粘接橡胶片。所以， 本论文设计的动车组车体车顶及侧墙采用大型中空铝合金挤压型材双面焊接结构，也就是双壳结构；地板采用单壳结构型材。3.3.33.3.3 断面结构的选择断面结构的选择目前，世界上铝合金车体的铁路客车及城市轨道车辆越来越多，铝合金车体结构形式也多种多样。铝合金车体是由各种断面的铝型材组成的，铝合金型材种类繁多，但从型材断面结构形状看，可分为封闭形断面和开口形断面，封闭形型材又有斜肋式和直肋式种。如图 3.7 和图 3.8 所示为斜肋式下边梁和直肋式中间顶板。图 3.7斜肋式底架精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图 3.8直肋式中间顶板从铝合金车体的断面形状分，可分为鼓形断面、梯形断面和矩形断面。从所用材料形状来分，又可分为型材结构的铝合金车体和板梁结构的铝合金车体。从车体连接形式来分， 铝合金车体可分为全焊接铝合金车体和铆焊结合的铝合金车体；也有的制造厂家制造出了铝、钢结合的车体，其大部件主要采用铝合金挤压型材，端梁、枕梁、车钩箱形梁为钢制部件，并且在工艺上采用了铆焊结合的方式。根据车辆的不同要求，车辆设计时应选用不同的型材断面。车体结构一般由底架、侧墙、车顶和端墙组成。底架地板大都选用斜肋式的封闭断面型材；侧墙型材种类较多，直肋和斜肋的封闭形断面都有，也有选择开口断面的；车顶型材有封闭式和开口式的，但封闭式型材多数为直肋式；端墙使用的型材和侧墙差不多，但目前有的端墙使用板式结构，而且板上没有加强筋。为了满足车体的力学性能要求，在车体设计中，底架侧梁和车顶侧梁都采用特殊形状断面的铝型材，多数都是封闭式结构。3.43.4 动车组车体的结构组成动车组车体的结构组成动车组车体结构主要分为头车车体和中间车体两种。 头车车体由底架、 侧墙、车顶、端墙、车体附件及司机室头部结构组成，中间车体由底架、侧墙、车顶、端墙及车体附件组成。各型车体根据其功能、附属设备等不同而在车体结构上不尽相同，但其主要结构形式类似。头车车体如图 3.9 所示，中间车体如图 3.10所示。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图 3.9头车车体图 3.10中间车体3.4.13.4.1 底架底架动车组车体底架分头车底架和中间车底架。 头车底架由车身底架和车头底架两部分组成，头车底架如图 3.11 所示。中间底架只有车身底架，如图 3.12 所示。图 3.11头车底架图 3.12中间车底架车身底架包括牵引梁、枕梁、边梁、缓冲梁、横梁和波纹地板等组成。牵引梁主要由铝合金挤压型材和铝合金板焊接而成， 连接车体底架的缓冲梁和枕梁，并为车钩缓冲装置设置相应的附加结构。车钩缓冲装置传递的纵向载荷精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业通过固定在牵引梁的从板座作用到牵引梁上， 从而再通过枕梁等结构传递到整个车体结构，实现整体承载。从板座与牵引梁采用铆接联结，车钩缓冲装置对应的牵引梁相应部位进行局部加强。枕梁由铝合金挤压型材和铝板焊接而成，支撑车体载荷。枕梁为转向架安装提供相应结构，保证与转向架悬挂系统的正常连结。枕梁与牵引梁焊接联结。枕梁外侧设置顶车座，便于救援和维修时顶车作业。边梁是位于底架地板下左右两侧的纵向梁， 是底架和侧墙连接形成筒体的关键部件，采用通长铝合金挤压型材拼焊而成。缓冲梁由铝合金挤压型材和铝合金板材焊接而成。横梁采用铝合金挤压型材，位于底架地板下方，起到吊挂设备和均衡载荷的作用， 质量较大的设备安装采用底架横梁下吊挂方式。为了使机器负重都在横梁中心线上并便于机器的维修，采用了特殊螺栓悬挂结构。特殊螺栓从底架横梁上的切口插入，通过定位垫板和沉头螺钉固定的安装方式。螺母采用防松动能力较强的双层锁紧螺母，利用上下的螺母的偏心结构进行紧固。横梁需要根据车下设备的布置情况进行断面和位置的调整，在质量打的设备安装处，还需对横梁进行加强。底架型材地板是由通长的挤压铝型材通过自动焊接而成， 为了增强地板的纵向强度，在纵向设置了加强筋结构。为了适应司机室头部结构的安装，车头底架相对于车身底架，其边梁部分做了相应调整。3.4.23.4.2 侧墙侧墙侧墙联结底架与车顶，形成车体结构的两个侧面。车体侧墙采用大型中空框架结构的挤压型材，不设车内侧立柱。头车与中间车侧墙结构相同但纵向长度不同。 型材之间的焊接为在车体长度方向上连续焊接的方式，侧墙与车顶的连接采用车内侧、车外侧连续焊接，侧墙和底架边梁之间的连接采用车内侧段焊，车外侧为连续焊接。在行李架、侧顶板及侧墙板等安装位置，挤压