淺談鐵路客車車體輕量化問題分析

杜坤

摘要：所謂鐵路客車車體的輕量化，就是在確保車體強度及安全的基礎上，通過相關的技術手段，最大程度上縮減車體整備質量，提高其動力性能，以達到節(jié)能耗、減少空氣污染。經過相關的實踐證明，如果鐵路客車車體質量能夠減小一般的話，燃料消耗也隨之幾乎同樣幅度的削減，已經有著非常廣闊的發(fā)展前景。本文通過對我國首列輕量化不銹鋼A型地鐵車輛的實例分析，展望了鐵路客車車體輕量化的未來發(fā)展，希望能對相關人員提供有價值的參考。

關鍵詞：鐵路客車；車體輕量化；發(fā)展

引言

鐵路運輸具有運力大、安全穩(wěn)定的優(yōu)勢，承擔著我國物資及旅客的重要運輸任務，在我國相關技術的不斷創(chuàng)新發(fā)展之下，近年來我國鐵路客車制造取得了舉世矚目的成就，中國自主研發(fā)制造的鐵路客車遠銷海內外，贏得了普遍的贊譽。車輛及交通運輸業(yè)的發(fā)展經常伴隨著環(huán)境污染問題，當前全球都對節(jié)能環(huán)保理念引起了高度重視，因而我國的鐵路客車制造業(yè)也開始研究車體輕量化，這已經成為未來鐵路客車制造業(yè)的發(fā)展趨勢。

一、鐵路客車車體輕量化目的及意義

在鐵路客車車體輕量化的發(fā)展過程中，通過減少車體重量，能夠提高輸出功率、降低噪聲、提升操控性、可靠性和安全性，同時還能提高車速、降低油耗、減少廢氣排放。另外，隨著鐵路客車的車身變輕，對于整車的燃油經濟性、車輛控制穩(wěn)定性、碰撞安全性都能夠起到重要的積極作用。

車輛車體結構輕量化以后，將會有效降低運行阻力，節(jié)省牽引以及制動需要的能量；減少對軌道的壓力，降低車輪和軌道的磨損；降低了車輛和軌道的維護成本；還能夠直接減少建造車輛使用的材料，通過優(yōu)化結構設計和新型材料的應用，實現(xiàn)車體結構輕量化[1]。

二、我國首列輕量化不銹鋼A型地鐵車輛的應用分析

我國首列輕量化不銹鋼A型地鐵車輛，是由青島四方機車車輛股份有限公司生產的，這也是北京軌道交通首列A型車輛，比B型車輛具有更大的載客能力[2]。

特別值得稱道的是，該車輛的設計充分利用不銹鋼高強度的特點，車輛的“軸重”這一技術指標，在國內首次達到與鋁合金車體同等的16噸水平，既滿足車輛大載荷需求，又達到節(jié)能降耗的最佳效果；不銹鋼車體十分的平順，采用激光焊接最新的技術工藝，提高了密閉性和整體剛度；車輛的防撞擊、車體的強度等性能優(yōu)秀，車體縱向靜壓載荷達到120噸，頭車設有“防爬吸能裝置和吸能區(qū)”，安全性能更高。

該車輛采用國產自主知識產權的列車網絡控制系統(tǒng)、空氣制動系統(tǒng)，與國際先進水平的牽引系統(tǒng)相結合，保證了列車運行性能與優(yōu)良品質；車輛設置了全面的安防設施，電視監(jiān)視系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)，及緊急情況下的內外緊急解鎖與對講報警等設備。列車前端設緊急疏散門，坡道式的逃生通道使乘客在緊急情況下30分鐘內疏散完畢；列車輔助供電系統(tǒng)采用四臺電源裝置并網供電的形式，若某一臺發(fā)生故障，可正常供電，安全可靠性更強，即使是列車在動力損失一半的情況下，還可以在30‰的坡道繼續(xù)行駛，并抵達最近車站。

該車輛的外形時尚而又簡約，不銹鋼金屬原色別致典雅，人性化的車內設計融入了“綠色園林”元素，清新而又舒心；車廂內采用大功率“下出風式”薄型空調系統(tǒng)，送風效果更加均勻，采用符合人體工程學的座椅和觸手可及的扶手桿，座椅下設有電加熱裝置，在天冷時也能保持適宜的溫度；在車內還設有特需乘客座位，并設有輪椅區(qū)，極具人性化。成熟的列車廣播系統(tǒng)、LCD信息顯示系統(tǒng)及人性化的電子地圖，為旅客提供及時周到的車輛到站等信息[3]。

三、鐵路客車車體輕量化發(fā)展問題研究

1.鋁合金新方向

當前，日本新干線的旅客快速增加，鐵路高速化的實現(xiàn)使人們再次考慮車體輕量化的問題。車輛結構輕量化的方法有三種，即結構方式、適用材料的材質（由鋼制改為鋁合金制）、內裝品組成的變更。對于新干線的車輛，除骨干、臺框等部件采用高強度鋼之外，外板同樣采用，并改進了兩者的接合度，實現(xiàn)了較好的輕量化。

2.不銹鋼與鋁合金的對比分析

不銹鋼車體的機械性能和防火性能強于鋁合金車體，熔點較高，因此具有更好的安全性。鋁合金車體的屈服強度、抗拉強度、延伸率和彈性模量約為不銹鋼車體的1/3，且比不銹鋼車體的剛度要小，因此鋁合金車體設計時一般采用加大板厚和盡量加大車體端面的辦法，來提高車體的抗彎剛度。不銹鋼車體采用板梁組合整體承載全焊結構，為了不降低板材強度和減小變形，應盡量采用點焊，特別是強度更高的材料不允許任何形式的弧焊，采用接觸焊代替弧焊，是不銹鋼車體的又一特征和技術關鍵[4]。

在價格方面，SUS304不銹鋼和6000系鋁合金的原材料單價相差無幾，但不銹鋼車體是板梁結構，需大量工裝、模具、夾具、樣板和中間檢查手段，生產工藝極其復雜，費工費料；鋁合金車體則普遍采用大型桁架式中空型材組焊式，中空鋁型材是制造廠一次軋制而成的，車輛制造廠只需下料、拼裝、氬弧焊接，工藝簡單，省工省料，因此成品價格還是不銹鋼車體偏高；不同材料車體的抗腐蝕能力對于車體的使用壽命起到重要作用，不銹鋼的抗腐蝕性能相較于鋁合金的優(yōu)勢明顯；防火性上，不銹鋼熔點在1400℃以上，而鋁合金只有630℃ ～650℃，且到300℃以上就發(fā)軟變形，因此不銹鋼車體的防火性能也更高。綜合以上分析，不銹鋼車體的使用壽命要比鋁合金車體更長。

結語

總之，隨著全球對環(huán)境為的日漸重視，以及我國節(jié)能減排戰(zhàn)略的提出，鐵路客車車體輕量化具有重要的現(xiàn)實意義，相關人員要科學選擇車體材料，如不銹鋼與鋁合金等，綜合化考慮車輛壽命、安全性、成形性等各種方面，不斷提高我國裝備制造業(yè)的技術水平，堅持創(chuàng)新驅動戰(zhàn)略，制造出更為經濟、安全且優(yōu)質的列車。

參考文獻：

[1]黃在告，陳剛，陳喜紅，高平平.7075鋁合金傳動軸空心軸身的擠壓鑄造工藝研究[J].特種鑄造及有色合金，2014（11）：80-81.

[2]覃彥龍，傅新生，王丹丹，王峰.測速齒輪流變擠壓成形缺陷的形成機理及改進措施[J].鑄造，2015（10）：28-29.

[3]廖連瑩，左言言，陳冬冬.鋁合金地鐵車內噪聲預測與控制技術研究[J].機械設計與制造，2015（11）：20-21.

[4]趙文春，孫麗萍，陳亮，王玉艷.提速客車車體鋼結構改進方案[J].大連交通大學學報，2013（6）：45-46.endprint