1、 動車組總體題 目 CRH2型動車車體結(jié)構(gòu)分析 姓 名 學(xué) 號 成 績 二一四年十二月摘要：隨著國內(nèi)高速鐵路各方面的快速發(fā)展，原有的CRH1型動車已經(jīng)滿足不了國內(nèi)客貨重載、高速的要求。在這樣情況下，為了滿足鐵道鐵路的運(yùn)營正常運(yùn)行，就由南車四方、川崎重工、三菱電機(jī)、株洲所、株洲南車電機(jī)及石家莊國祥運(yùn)輸設(shè)備六家公司聯(lián)合研發(fā)。并在2007年CRH2型獲年度全國鐵路科學(xué)技術(shù)獎一等獎。而車體作為容納客貨最主要部分，其結(jié)構(gòu)也是動車中設(shè)計最重要部分之一。關(guān)鍵詞：CRH2型動車；車體結(jié)構(gòu)組成；車體結(jié)構(gòu)發(fā)展 1. CRH2型動車現(xiàn)狀CRH2系列為動力分布式、交流傳動的電力動車組，采用了鋁合金空心型材車體，主要型

2、號有：CRH2A、CRH2B、CRH2E型。直至于2014年7月，共有314組CRH2系列動車組已出廠，編號分別為CRH2-001A CRH2-060A、CRH2-061C CRH2-110C、CRH2-111B CRH2-120B、CRH2-121E CRH2-140E、CRH2-141C CRH2-150C、CRH2-151A CRH2-204A、CRH2-206A CRH2-208A、CRH2-211A CRH2-317A。CRH2型動車，在國內(nèi)鐵路局都有配屬。2. 車體結(jié)構(gòu)作用車體是車輛上供裝載貨物或乘客的部分，又是安裝與連接車輛其他組成部分的基礎(chǔ)，同時還必須為廣大旅客提供安全、舒適的

3、乘坐空間。3. 主要技術(shù)參數(shù)及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.1 主要技術(shù)參數(shù)動車組采用4動4拖共8輛車編組的形式，車體結(jié)構(gòu)主要分為頭車車體和中間車車體兩種。頭車車體有底架、側(cè)墻、車端墻、車體附件及司機(jī)室頭部結(jié)構(gòu)組成，中間車車體由底架、側(cè)墻、車頂、端墻及車體附件組成。下面是車體主要技術(shù)參數(shù)：長度頭車25450mm中間車2450mm寬度3380mm高度（軌距面）3700mm轉(zhuǎn)向架中心距17500mm地板面距軌面高度1300mm車鉤鋸軌面高度1000mm車體彎曲固有頻率10Hz3.2 車體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由于采用采用雙殼結(jié)構(gòu)和鋁合金材料，使車體具有以下特點(diǎn)：車體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）車體斷面：寬幅車體，車體橫斷面最大寬度為3380

4、mm， 高3700mm，地板面距離軌面為1300mm，設(shè)備倉底罩距離軌面為200mm。（2）車體結(jié)構(gòu)采用雙殼結(jié)構(gòu)，大幅減少零件數(shù)量，其剛性高，降噪效果好，乘車舒適性好。（3）質(zhì)量比鋼制車體輕，大幅降低軸重，從而降低運(yùn)營成本。（4）車體使用鋁合金材料，可回收，對環(huán)境損害低，壽命周期成本低。（5）防腐性好，可以實(shí)現(xiàn)無涂裝設(shè)計。（6）采用不燃性材料，防火性能好。（7）能擴(kuò)大自動化焊接范圍，提高生產(chǎn)效率，降低制造成本，提高質(zhì)量。（8）在部分中空鋁型材的中空空腔內(nèi)部貼有防振材料以達(dá)到隔音減振的目的。4. 車體結(jié)構(gòu)4.1車體結(jié)構(gòu)組成CRH2型動車車體主要由底架、側(cè)墻、車頂、端墻、車體附件等組成：（1） 底

5、架：CRH2車體底架分頭車架和中間車架。頭車底架由車身底和車頭底架兩部分組成，T1c車底架如圖4.1.1所示。中間車底架只有車身底架，如圖：車身底架包括牽引梁、枕梁、側(cè)梁、端梁、橫梁、和波紋地板等組成。側(cè)梁采用通長鋁合金擠壓型材拼焊而成。中梁主要由鋁合金擠壓型材和鋁合金板焊接而成，車鉤安裝部位用鉚釘鉚接鋁合金板加強(qiáng)，并為車鉤安裝設(shè)置相應(yīng)的安裝座。枕梁由鋁合金擠壓型材和鋁板焊接而成，枕梁為轉(zhuǎn)向架安裝提供相應(yīng)結(jié)構(gòu)，枕梁外側(cè)有抬車座。端梁由鋁合金擠壓型材和鋁合金板焊接而成。橫梁為鋁合金擠壓型材。（2） 車頂及側(cè)墻：車頂及側(cè)墻采用大型中空框架結(jié)構(gòu)的擠壓型材，不設(shè)車內(nèi)側(cè)立柱。型材之間的焊接為在車體長度方

6、向上連續(xù)焊接的方式，側(cè)墻和車頂及側(cè)墻和側(cè)梁之間的連結(jié)采用車內(nèi)側(cè)點(diǎn)固焊接，車外側(cè)連續(xù)焊接。在車體的高度中間位置、行李架位置和側(cè)頂板的安裝位置，通長擠壓型材上設(shè)置了通長的T型槽，便于內(nèi)裝部件的安裝（3） 端墻：根據(jù)車輛廁所和洗面所的布置主要分為兩種結(jié)構(gòu)形式，整體式和分體式兩種結(jié)構(gòu)。車體端部設(shè)有盥洗間和廁所的端墻使用厚4mm的外板，骨架較少，外板上設(shè)有用于搬運(yùn)衛(wèi)生間的開口，搬運(yùn)完后，用螺栓安裝由厚2.5mm鋁外板和骨架組焊接而成的閉塞板，并填充密封材料保持氣密性。車端沒有盥洗間和廁所的端墻使用厚2.5mm外板和型材骨架構(gòu)成的焊接結(jié)構(gòu)。整體式為兩端角柱，兩門立柱，門上橫梁，門檻及端頂彎梁拼焊成框架外面

7、鋪墻板構(gòu)成，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)需要在內(nèi)部增焊縱向梁和小橫梁。（4）頭部結(jié)構(gòu)：頭部結(jié)構(gòu)形狀對列車運(yùn)行的空氣阻力、氣動噪音、列車交會壓力波、隧道微氣壓效應(yīng)及移動壓力場等影響較大，是影響列車空氣動力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。頭部結(jié)構(gòu)按車頭斷面形狀變化將縱骨架形成環(huán)狀，與橫向骨架叉接組焊，骨架外焊接鋁板。縱向?yàn)殡p曲拱面，橫向?yàn)槲迩懊妫哂辛己玫臍鈩有阅堋RH2型動車組頭部結(jié)構(gòu)設(shè)計利用現(xiàn)代的流場計算CFD軟件進(jìn)行三維建模分析，并進(jìn)行模型的風(fēng)洞試驗(yàn)和三維隧道駛?cè)敕治觥＃?）型材地板：型材地板采用通長擠壓鋁合金型材，型材預(yù)設(shè)坡口及搭邊，便于焊接。型材截面采用平板和丁字型筋板相組合的結(jié)構(gòu)形式，提高型材的強(qiáng)度、和剛度。（

8、6）設(shè)備倉：保證動車組具有良好的動力學(xué)性能和防止高速運(yùn)行時石擊發(fā)生，車下設(shè)備外設(shè)有設(shè)備倉，設(shè)備倉由裙板、底板（采用不銹鋼板）、骨架、端板和防雪板等組成。為滿足動車組輕量化設(shè)計要求，骨架、裙板采用鋁合金材料，利用大設(shè)備底面作為設(shè)備倉底板，利用設(shè)備底部安裝座安裝底板減少骨架設(shè)置；考慮限界、轉(zhuǎn)向架彈簧撓度、空簧無氣狀態(tài)、輪緣磨耗等因素，設(shè)備倉底面至軌面高度為200mm。 安全性：在動車組運(yùn)行中不會脫落。 操作：在構(gòu)造上應(yīng)當(dāng)拆裝方法簡單、輕量化設(shè)計。維護(hù)性：設(shè)備的維護(hù)檢修容易。強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)：裙板：3750Pa（包括安全率1.5倍）底板：3150Pa（包括安全率1.5倍）（7）前罩開閉裝置：CRH2頭車設(shè)有

9、前罩開閉裝置如圖。該裝置可通過自動控制實(shí)現(xiàn)開閉，在打開狀態(tài)下可以露出車鉤裝置，完成車輛連掛。玻璃鋼前罩分左右，閉合后外形圓滑過渡。前罩動作部分采用氣缸驅(qū)動，氣缸分開閉氣缸和鎖緊氣缸，開閉氣缸完成前罩開閉動作，鎖緊氣缸完成對機(jī)構(gòu)的鎖固，維持開閉狀態(tài)。動作部分主要由主體框架、氣缸、直線軸承、滑板、推拉桿、安裝翼、鎖緊裝置等組成。（8）前頭排障裝置：CRH2在頭車車體的前端設(shè)置結(jié)構(gòu)堅固的排障裝置，該裝置能在排障時撞飛障礙物，絕不允許障礙物卷入轉(zhuǎn)向架下。出于保護(hù)車體人員及車體安全的目的，即使造成裝置損壞也要保證車體不受損或只輕微受損。排障裝置由排障板、橡膠排障裝置、排障板蓋板、緩沖板、緩沖板支撐、緩沖

10、板安裝座等部件組成。其中，抗沖擊結(jié)構(gòu)外板為鋼板制成的排障板，在排障板前端下緣設(shè)排雪犁。排雪犁的下部裝有輔助排障橡膠，起輔助清掃軌面的作用。緩沖板是鋁板疊成結(jié)構(gòu)，裝在排雪犁的后方，可以通過自身的變形吸收沖擊能量。緩沖裝置：在軌距內(nèi)由于和障礙物的沖撞、排除，為緩和車輛所承受的沖擊力，在排障器后方有適當(dāng)?shù)拈g隙，并設(shè)有緩沖裝置。橡膠排障裝置：橡膠排障裝置設(shè)在排障器下方左右軌道位置，能排除運(yùn)行中鋼軌頂面上的小障礙物。4.2 車體氣密性4.2.1車體氣密性要求 高速列車特別是在隧道內(nèi)高速運(yùn)行以及列車交匯時，車體結(jié)構(gòu)上要承擔(dān)較大的交變壓力載荷。同時這種壓力變化會引起車內(nèi)的壓力變化，從而使乘客耳朵產(chǎn)生耳鳴、疼

11、痛感，嚴(yán)重時甚至?xí)舸┒ぁＲ蚨咚佘囕v須保證良好的氣密性。高速車輛的車體結(jié)構(gòu)中，應(yīng)該采取密封處理的部位必須采用全面連續(xù)焊接或打密封膠，并能夠承受由壓力變動而形成的反復(fù)應(yīng)力。 CRH2型動車組車體結(jié)構(gòu)的氣密耐壓載荷為8kPa。側(cè)墻及車頂結(jié)構(gòu)采用通長中空大型鋁型材構(gòu)成，外部采用氣密焊接保證其氣密性。實(shí)車試驗(yàn)表明CRH2型動車組車體有良好的氣密性。 4.2.2 車體氣密性試驗(yàn) 車體氣密性試驗(yàn)為例行試驗(yàn)，目的是研究評價車體組焊完成后是否滿足氣密要求。 列車在高速運(yùn)行時，車體四周要不斷承受正負(fù)氣壓。不同運(yùn)行速度承受的氣壓值不同。CRH2型動車組要求運(yùn)行速度為200km/h，試驗(yàn)載荷規(guī)定為4kPa。如試

12、驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有漏氣現(xiàn)象，漏氣部位可通過加焊或涂抹密封膠等措施處理。 氣密試驗(yàn)考核指標(biāo)為車內(nèi)壓力從4kPa降至1kPa所需時間t（衡量標(biāo)準(zhǔn)值t50s）。CRH2型動車組各車輛試驗(yàn)測得所需時間均大于100s ，滿足氣密性要求。4.3空氣動力學(xué)對車體結(jié)構(gòu)的影響因?yàn)檐囶^結(jié)構(gòu)形狀直接會對運(yùn)行空氣阻力、氣動噪聲、列車交匯壓力波、隧道微氣壓效應(yīng)及移動壓力場等影響較大，是影響空氣動力學(xué)性能的關(guān)鍵因素，所以要對它進(jìn)行空氣動力學(xué)分析。考慮影響因素：車輛相關(guān)空氣動力學(xué)現(xiàn)象影響因素空氣阻力速度提升，節(jié)能側(cè)風(fēng)的影響強(qiáng)風(fēng)時的安全性、運(yùn)行限制隧道隧道、地下鐵路內(nèi)的壓力、風(fēng)速變動舒適度作用于車輛的非恒定力乘坐舒適度微氣壓波環(huán)境問題

13、空氣動力噪聲環(huán)境問題（噪聲）表.車輛空氣動力學(xué)現(xiàn)象的影響因素根據(jù)一系列計算得出的各種結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)結(jié)果下圖4.3.1，確定最終車頭形狀和車下裙板等結(jié)構(gòu)外形，經(jīng)過設(shè)計、試驗(yàn)后最終確定CRH2頭型。圖4.2.1車下形狀與中間車輛的空氣阻力車頭形狀3D模型4.4車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算分析 車體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分為承受垂直載荷、車端壓縮載荷等的靜態(tài)強(qiáng)度以及承受垂向振動、氣密交變載荷等的動態(tài)強(qiáng)度。靜強(qiáng)度計算以材料彈性極限為標(biāo)準(zhǔn)值，動態(tài)強(qiáng)度以材料的疲勞強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)值。在工程實(shí)際中，評估動態(tài)強(qiáng)度時的應(yīng)力是加載交變載荷的最大應(yīng)力。為此，動態(tài)強(qiáng)度也可以參照靜態(tài)強(qiáng)度的評估方法，可以將發(fā)生附加載荷的應(yīng)力與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，由此來進(jìn)行評

14、估，即采用“動化靜”的方法。 CRH2型動車組選擇了1號車(T1C)、6號車(M2)和7號車(M1S) 3個車種進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)證分析。T1C車車體有限元分析模型如下圖4.4.1T1c車體有限元分析模型通過分析計算，CRH2型動車組車體結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度、剛度要求。5. 車體發(fā)展方向5.1合理設(shè)計車體結(jié)構(gòu)外形尺寸與斷面形狀在一定的限界條件下，車體結(jié)構(gòu)外形尺寸與斷面形狀是相互關(guān)聯(lián)的。因此，應(yīng)合理設(shè)計車體結(jié)構(gòu)外形尺寸和斷面形狀，盡可能增大車內(nèi)空間，增加載客能力或提高乘坐舒適度（增加乘客活動空間）。在特定區(qū)域運(yùn)用的車輛，可根據(jù)該區(qū)域的限界進(jìn)行車體結(jié)構(gòu)外形尺寸和斷面形狀設(shè)計，以充分利用限界。3.2平臺化、模塊化設(shè)

15、計建立鐵路客車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計平臺，采用模塊化設(shè)計方法，可以節(jié)省大量的設(shè)計開發(fā)時間，使交貨期大大縮短，有效降低制造成本。5.3輕量化設(shè)計車體結(jié)構(gòu)輕量化具有降低能耗、降低運(yùn)營成本、減小軌道損傷、增加載重量（乘客或貨物）等優(yōu)點(diǎn)。我國干線鐵路客車采用碳鋼車體，車體結(jié)構(gòu)較重，輕量化設(shè)計的余地較大。5.4開發(fā)混合復(fù)合材料車體結(jié)構(gòu)最近多年來，國外已研制了混合復(fù)合材料車體結(jié)構(gòu)。并且，國外還在進(jìn)行全復(fù)合材料車體結(jié)構(gòu)的研究。車體結(jié)構(gòu)部分或全部采用復(fù)合材料，可大大降低車體結(jié)構(gòu)的重量。因此，我國開展混合復(fù)合材料車體結(jié)構(gòu)的研制已迫在眉睫。5.5采用新的制造工藝近年來，鋁合金摩擦攪拌焊、不銹鋼激光焊和金屬間的膠接技術(shù)已在其他行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。另外，還有一種由粘接和點(diǎn)焊組合的粘焊復(fù)合技術(shù)，也具有類似于膠接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。因此，我們應(yīng)該積極利用其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，探討和積極推進(jìn)其技術(shù)在鐵路客車車體結(jié)構(gòu)制造中的實(shí)際應(yīng)用，對提高車體結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量和生產(chǎn)效率有著十分重要的意義。6、總結(jié) 通過上述對CRH2型車車體進(jìn)行介紹，是我更加深刻的了解了車體結(jié)