160km/h歐標(biāo)內(nèi)燃動(dòng)車組車體鋼結(jié)構(gòu)研究

王琰

摘 要：本文介紹了160km/h內(nèi)燃動(dòng)車組車體鋼結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)、車體鋼結(jié)構(gòu)組成以及主要部件所采取的新的設(shè)計(jì)理念及特點(diǎn)等。并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，分析表明車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：160km/h歐標(biāo)內(nèi)燃動(dòng)車組；車體鋼結(jié)構(gòu)；強(qiáng)度校核；有限元

中圖分類號(hào)：U270.32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）15-0059-02

1 概述

隨著鐵道交通裝備工程實(shí)踐的推進(jìn)，我國(guó)鐵道車輛研發(fā)水平和制造能力的進(jìn)一步提升，鐵道車輛技術(shù)儲(chǔ)備不斷完善，并逐步擴(kuò)展了國(guó)外市場(chǎng)，為實(shí)現(xiàn)鐵路交通引領(lǐng)世界的目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)[1-2]。但不同國(guó)家的列車具有不同的運(yùn)行環(huán)境，如編組形式，定員特點(diǎn)，線路條件等等，設(shè)計(jì)列車需要與之相適應(yīng)的系統(tǒng)構(gòu)造和結(jié)構(gòu)形式[3]。本文介紹160km/h歐標(biāo)內(nèi)燃動(dòng)車組車體鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核情況，為相應(yīng)新型列車設(shè)計(jì)和既有列車改進(jìn)提供參考。

160km/h歐標(biāo)內(nèi)燃動(dòng)車組（以下簡(jiǎn)稱動(dòng)車組）項(xiàng)目是中國(guó)中車唐山機(jī)車車輛有限公司為滿足歐盟TSI認(rèn)證而進(jìn)行研究的內(nèi)燃動(dòng)車組項(xiàng)目，用動(dòng)車—拖車—?jiǎng)榆?輛車編組方式，運(yùn)行環(huán)境滿足EN 50125-1，線路選擇意大利米蘭-都靈的線路運(yùn)用環(huán)境。公司按照TSI認(rèn)證要求，制定了頂層設(shè)計(jì)指標(biāo)。在該指標(biāo)的指導(dǎo)下，綜合限界要求、編組方式和定員特點(diǎn)等多因素，進(jìn)行了車體鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了強(qiáng)度校核和相應(yīng)部分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，且完成了車體鋼結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析，最終形成了該動(dòng)車組的車體鋼結(jié)構(gòu)方案。

根據(jù)《TSI通用技術(shù)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱規(guī)范）要求，車體鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度按照EN12663-1-2010《鐵路應(yīng)用 鐵路車輛車體結(jié)構(gòu)要求》中P-II類的載荷規(guī)定；車體的耐碰撞性能設(shè)計(jì)及校核按照EN15227《車輛被動(dòng)性安全設(shè)計(jì)》中C-I類的規(guī)定，司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度按照UIC651-2002《機(jī)車、動(dòng)車、動(dòng)車組和帶司機(jī)室拖車的司機(jī)室布置》中的載荷工況的規(guī)定設(shè)計(jì)。

2 主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)參數(shù)表1所示。

3 主要特點(diǎn)

本列車研發(fā)結(jié)合規(guī)范要求，結(jié)合了我國(guó)先進(jìn)技術(shù)，其主要技術(shù)特點(diǎn)：（1）模塊化設(shè)計(jì)。采用模塊化設(shè)計(jì)是當(dāng)今車輛的先進(jìn)技術(shù)之一，為便于各個(gè)接口部位的統(tǒng)一，阿根廷內(nèi)燃動(dòng)車組采用模塊化設(shè)計(jì)理念，減少了各大部件的附件的數(shù)量，零件要求盡量統(tǒng)一，工藝性好，生產(chǎn)率得到進(jìn)一步提高。（2）頂置式動(dòng)力包放置。以往碳鋼內(nèi)燃動(dòng)車組車頂放置空調(diào)等設(shè)備，相比于動(dòng)力包，空調(diào)重量較輕，歐標(biāo)車體考慮當(dāng)車下空間受限，車頂設(shè)置動(dòng)力包的結(jié)構(gòu)，在我公司的國(guó)內(nèi)、外項(xiàng)目中從未使用過車頂放置重量較大的動(dòng)力包方式，為滿足整車的車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，該種車頂結(jié)構(gòu)采用加強(qiáng)型車頂。此種結(jié)構(gòu)為我公司以后車頂放置大重量設(shè)備提供新的設(shè)計(jì)思路，為今后滿足不同用戶的需求提供了一種新的解決辦法。（3）低地板車體結(jié)構(gòu)。為滿足北美、南美、歐洲等不同國(guó)家的限界及低站臺(tái)的上車需求，同時(shí)要保證在充分利用限界的條件下滿足車內(nèi)乘坐的空間高度，因此不銹鋼的低地板車體亟待開發(fā)，該項(xiàng)目中低地板的車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為我們今后滿足低站臺(tái)上車需求的用戶提供一定的技術(shù)支持。（4）輕量化設(shè)計(jì)。不銹鋼的車體結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)功能滿足強(qiáng)度要求的前提下，需要的板材厚度更薄，重量更輕，為今后輕量化的設(shè)計(jì)思路提供一定的技術(shù)支持。（5）車體外觀。不銹鋼的車體外表面，對(duì)車體的外形及大部件的公差控制更嚴(yán)，對(duì)工藝方法的要求更嚴(yán)，產(chǎn)品的質(zhì)量要求更高，良好的外觀質(zhì)量為我們今后進(jìn)入高端市場(chǎng)打下基礎(chǔ)。

4 車體鋼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

車體鋼結(jié)構(gòu)為無中梁全鋼焊接整體承載結(jié)構(gòu)，如圖1所示。車體由底架、側(cè)墻、端墻、車頂以及司機(jī)室等部件組成，各大部件互相之間形成一個(gè)完整的整體承載結(jié)構(gòu)。同時(shí)車體結(jié)構(gòu)保證了雨水及冷凝水有效排除，防止存水和車窗處出現(xiàn)流水現(xiàn)象。

4.1 底架

底架由牽引梁、縱梁、枕梁、緩沖梁、邊梁、橫梁和波紋地板等結(jié)構(gòu)組成，如圖2所示。枕內(nèi)邊梁上設(shè)頂車位。牽引梁采用耐候鋼組焊而成，枕梁采用箱型組焊結(jié)構(gòu)，邊梁采用異性斷面、橫梁均采用乙型斷面。在高低地板連接處采用連接板進(jìn)行過渡，底架上設(shè)有防爬器，防止車輛相撞時(shí)互相爬疊。

4.2 側(cè)墻

側(cè)墻主要由側(cè)柱、縱梁、側(cè)墻上邊梁、窗間縱梁等結(jié)構(gòu)組焊而成。如圖3所示。側(cè)墻上邊梁、側(cè)柱及縱梁采用乙型梁。側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)上設(shè)側(cè)門門框，保證側(cè)墻門框開口處強(qiáng)度要求。

4.3 端墻

端墻由門立柱、端角柱、端頂彎梁、門上橫梁、立柱等組焊而成，如圖4所示，同時(shí)與貫通道相連接的部分采取了局部的補(bǔ)強(qiáng)。

4.4 車頂

車頂由高頂和平頂組成，平頂采用頂置式動(dòng)力包放置方式，如圖5所示，因此在放置動(dòng)力包區(qū)域骨架進(jìn)行加強(qiáng)，高頂處放置空調(diào)，在高頂處設(shè)置出風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口，在車頂焊有安裝座，供各部位連接使用。

5 車體鋼結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)

根據(jù)《規(guī)范》要求，在車體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)EN12663-2000，UIC651-2002標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了解讀，最終對(duì)車體鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了10個(gè)工況的靜強(qiáng)度和模態(tài)分析。計(jì)算工況如表2所示。

通過對(duì)車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜強(qiáng)度、振動(dòng)模態(tài)、穩(wěn)定性等計(jì)算分析，得出結(jié)論：（1）強(qiáng)度。通過計(jì)算分析，較高應(yīng)力區(qū)域主要分布于車體底架牽引梁下蓋板板區(qū)域，最大應(yīng)力值為402MPa，其它位置應(yīng)力值均小于材料屈服極限，車體強(qiáng)度滿足車體設(shè)計(jì)的要求。（2）剛度。最大垂向載荷下，車體底架邊梁最大垂向位移為12mm，等于車輛定距的0.631%，小于1%，滿足車體剛度設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)160km/h歐標(biāo)內(nèi)燃動(dòng)車組的車體結(jié)鋼進(jìn)行分析有限元計(jì)算，該車的強(qiáng)度、剛度均滿足要求。

參考文獻(xiàn)

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