時速300公里動車組車體結構研究

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

時速300公里動車組車體結構研究

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

本文時速300公里動車組鋁合金車體做了介紹，并對車體鋁結構的型材和板材、相關材質的化學成分及機械性能、各部位結構形式以及強度執行標準作了重點闡述。

鋁合金；車體；型材；化學成分；機械性能；焊接；分析

0　引言

隨著國民經濟的發展，人們的生活水平和環保意識逐漸提高，人們對交通工具的舒適性、安全性、快捷性以及環保性提出了更高的要求。而高速列車的應用在解決上述問題中表現出來的優越性已經得到了各國政府的認可。我國從2004年開始相繼引進了日本、法國、德國的動車組，分別命名為CRH2、CRH5、CRH3型動車組。這3種動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、制造工藝簡化、易于制造復雜美觀曲面車體以及全壽命免維修等優點，而在高速動車組中得到了廣泛的應用。下面就國內生產的某型時速時速300公里動車組鋁合金車體做一個簡單的介紹。

1　概述

時速時速300公里動車組是8輛編組、兩個牽引單元的電動車組，每個牽引單元2動2拖（M-T-M-T）。

鋁合金車體根據車輛功能的不同，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。

其中中間車為基礎車型，頭車鋁合金車體由中間車鋁合金車體加上司機室鋁結構演變而來。

該動車組車體為全鋁合金焊接結構，車體承載結構采用與車體等長的大型中空鋁合金型材組焊而成，為筒型整體承載結構。車體具有優良的防振、隔音性能。為減少輔助結構的焊接連接，車體型材帶有滑槽，用于吊裝車下設備、固定車頂設備以及安裝車內設備等。

側墻、車頂、底架形成的筒形結構與端墻、司機室的連接靠彎曲的連接板焊接組成，連接板的寬度可以現車匹配，以便調整整個車體的長度尺寸。

2　車體鋁型材和板材

時速300公里動車組車體鋁型材共有109種，材質主要為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。該型車體強調用料的一致性，對于車體的不同受力狀況，通過結構優化設計來滿足車體的受力要求。車體結構設計中一個很大的特點就是大量采用型材。這樣簡化了結構，減少了焊縫的數量，提高了焊縫接頭的裝配精度，提高了焊接接頭的質量，同時也降低了工人的勞動強度，提高了生產效率。

車體材料執行標準TB/T3260-2011的有關規定。

3　各大部件的結構形式

（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塊長大中空擠壓型材組焊而成，然后采用整體加工的方式對底架的各種眼孔進行加工。

（2）側墻。側墻均由5塊大型中空擠壓型材組焊而成，分為側墻上部型材、窗口下部型材、窗口部型材、側墻下部型材和窗口上部型材等構件。側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，帶平頂的車頂和不帶平頂的車頂。車頂的平頂部位主要安裝受電弓和制動變阻器等設備。

（4）端墻。端墻有3種結構形式。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）司機室鋁結構。車頭結構為全鋁合金板梁焊接結構，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，更能增強車頭的整體強度。整個車頭結構外形流暢，符合空氣動力學的要求。

4　車體強度要求

（1）目的。確定鋁合金車體承載結構在運用載荷作用下具有的承載能力，保證在超常和運營載荷工況下車體結構的安全性和可靠性。

（2）執行標準。滿足EN 12663標準的要求。

表1　在超常載荷下的許用應力值

（3）載荷工況。m1：工作狀態下的車輛質量，即整備狀態車體質量。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：車輛一個轉向架的重量；m3：定員載重（車輛無站立定員時候的重量有效載重）；座位數x80kg +標準行李間載荷［m2］x300kg；m4：最大有效載荷（車輛有站立定員時候的乘客）。座位數x80kg+走廊和通過臺［m2］x4x80kg+標準行李間載荷［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）端部結構地板上方150mm高度400kN壓縮載荷+垂向載荷g×m1

6）腰帶（窗臺）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1.1×g×（m1+m2）

10）整車抬車試驗1.1×g×（m1+2×m2）

11）支撐點移位抬車試驗1.1×g×（m1+2×m2）

12）垂向載荷g×（m1+m4）±氣密強度載荷±6000Pa

5　總結

通過技術引進和消化吸收以及這些年的實際運用，國內動車組制造企業已經掌握了300公里速度等級的鋁合金車體的結構特點，鋁型材和板材的選用方法，車體靜強度、氣密強度的分析計算方法以及車體靜強度和氣密強度的試驗方法，為我們開發更高速度等級的動車組奠定了堅實的基礎。

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