動車組概論(車體)ppt課件

1、第二章第二章 動車組車體技術動車組車體技術 第一節(jié)第一節(jié) 車體結(jié)構(gòu)的空氣動力學設計車體結(jié)構(gòu)的空氣動力學設計 第二節(jié)第二節(jié) 車體的輕量化設計車體的輕量化設計 第三節(jié)第三節(jié) 車體的密封隔聲技術車體的密封隔聲技術 1 13737；. .一、車體結(jié)構(gòu)的空氣動力學設計的必要性一、車體結(jié)構(gòu)的空氣動力學設計的必要性 二、動車組頭型設計二、動車組頭型設計 三、動車組車身外形設計三、動車組車身外形設計 第一節(jié)第一節(jié) 車體結(jié)構(gòu)的空氣動力學設計車體結(jié)構(gòu)的空氣動力學設計 2 23737；. .一、車體結(jié)構(gòu)的空氣動力學設計的必要性一、車體結(jié)構(gòu)的空氣動力學設計的必要性 隨著列車運行速度的提高，周圍空氣的動力作用一方面對列

2、車和列車運行隨著列車運行速度的提高，周圍空氣的動力作用一方面對列車和列車運行性能產(chǎn)生影響；同時，對周圍環(huán)境也產(chǎn)生影響，這就是高速列車涉及的空氣性能產(chǎn)生影響；同時，對周圍環(huán)境也產(chǎn)生影響，這就是高速列車涉及的空氣動力學問題。其涉及的主要方面如下動力學問題。其涉及的主要方面如下: : 動車組運行中列車的表面壓力；動車組運行中列車的表面壓力； 動車組會車時列車的表面壓力；動車組會車時列車的表面壓力； 動車組通過隧道時的表面壓力等。動車組通過隧道時的表面壓力等。3 33737；. .1.1.動車組運行中列車的表面壓力動車組運行中列車的表面壓力從風洞試驗結(jié)果來看，列車表面壓力可以分為三個區(qū)域：從風洞試驗結(jié)

3、果來看，列車表面壓力可以分為三個區(qū)域：(1) (1) 頭車鼻尖部位正對來流方向為正壓區(qū)；頭車鼻尖部位正對來流方向為正壓區(qū)； 4 43737；. .(2)(2)頭部附近的高負壓區(qū)：從鼻尖向上及向兩側(cè)，正壓逐漸減小變?yōu)樨搲海^部附近的高負壓區(qū)：從鼻尖向上及向兩側(cè)，正壓逐漸減小變?yōu)樨搲?，到接近與車身連接處的頂部與側(cè)面，負壓達最大值；到接近與車身連接處的頂部與側(cè)面，負壓達最大值；(3)(3)頭車車身、拖車和尾車車身為低負壓區(qū)。頭車車身、拖車和尾車車身為低負壓區(qū)。5 53737；. . 2.2.動車組會車時列車的表面壓力動車組會車時列車的表面壓力列車交會時產(chǎn)生的最大壓力脈動值是評價列車氣動外形優(yōu)劣的一項

4、指標。列車交會時產(chǎn)生的最大壓力脈動值是評價列車氣動外形優(yōu)劣的一項指標。影響動車組會車壓力波幅值大小的影響動車組會車壓力波幅值大小的6 6個因素：個因素： (1)(1)隨著會車速度的大幅度提高，會車壓力波幅值隨著會車速度的大幅度提高，會車壓力波幅值 將急劇增大。將急劇增大。(2)(2)會車壓力波幅值隨著頭部長細比的增大而近似會車壓力波幅值隨著頭部長細比的增大而近似 線性地減小。線性地減小。6 63737；. .(3)(3)會車壓力波幅值隨會車動車組側(cè)墻間距增大而顯著減小。會車壓力波幅值隨會車動車組側(cè)墻間距增大而顯著減小。(4)(4)會車壓力波幅值隨會車長度增大而近似成線性地明顯增大。會車壓力波幅

5、值隨會車長度增大而近似成線性地明顯增大。(5)(5)會車壓力波幅值隨側(cè)墻高度增大而逐漸減小。會車壓力波幅值隨側(cè)墻高度增大而逐漸減小。(6)(6)高、中速列車會車時，中速車的壓力波幅值遠大于高速車高、中速列車會車時，中速車的壓力波幅值遠大于高速車( (一般高一般高1.81.8倍倍以上以上) )。7 73737；. .3.3.動車組通過隧道時的表面壓力動車組通過隧道時的表面壓力除上述除上述6 6種影響因素外種影響因素外, ,還有以下還有以下3 3方面：方面：(1)(1)堵塞系數(shù)堵塞系數(shù) : :兩列車在隧道內(nèi)高速會車時：兩列車在隧道內(nèi)高速會車時：與與（2.12.12.222.22）成正比。成正比。(

6、2)(2)列車側(cè)面和隧道側(cè)面的摩擦系數(shù)。列車側(cè)面和隧道側(cè)面的摩擦系數(shù)。(3)(3)兩列車進入隧道的時差對壓力變化也有很大的影響，當形成波的疊加時兩列車進入隧道的時差對壓力變化也有很大的影響，當形成波的疊加時將引起很高的壓力幅值和變化率。將引起很高的壓力幅值和變化率。8 83737；. .二、動車組頭型設計二、動車組頭型設計1.1.頭型設計的基本要求頭型設計的基本要求頭型設計考慮的兩個基本參數(shù)是阻力系數(shù)和長細比。頭型設計考慮的兩個基本參數(shù)是阻力系數(shù)和長細比。(1)(1)阻力系數(shù)阻力系數(shù)C C：阻力系數(shù)與長細比：阻力系數(shù)與長細比直接有關。直接有關。(2)(2)長細比（頭型系數(shù)）長細比（頭型系數(shù)）

7、：高速列車頭部的長細比一般要求達到：高速列車頭部的長細比一般要求達到3 3左右或者更左右或者更大。大。9 93737；. .頭部長度與阻力系數(shù)對應關系頭部長度與阻力系數(shù)對應關系10103737；. .2.2.動車組頭部流線化設計動車組頭部流線化設計(1)(1)頭部縱向?qū)ΨQ面上的外形輪廓線在滿足司機室凈空高、前窗幾何尺寸、玻頭部縱向?qū)ΨQ面上的外形輪廓線在滿足司機室凈空高、前窗幾何尺寸、玻璃形狀、了望等條件下，盡可能降低該輪廓線的垂向高度；璃形狀、了望等條件下，盡可能降低該輪廓線的垂向高度；(2)(2)俯視圖最大輪廓線應滿足司機室寬度的要求；俯視圖最大輪廓線應滿足司機室寬度的要求；(3)(3)頭部

8、外形與車身外形要嚴格相切。頭部外形與車身外形要嚴格相切。(a)(a)一拱方案一拱方案(b)(b)二拱方案二拱方案(c)(c)設導流板方案設導流板方案 11113737；. . 1. 1.整個車身斷面呈鼓形，即整個車身斷面呈鼓形，即: :車頂為圓弧形，側(cè)墻下部向內(nèi)傾斜（車頂為圓弧形，側(cè)墻下部向內(nèi)傾斜（5 5o o左右）并以圓左右）并以圓弧過渡到底架；側(cè)墻上部向內(nèi)傾斜（弧過渡到底架；側(cè)墻上部向內(nèi)傾斜（3 3o o左右）并以圓弧過渡到車頂。左右）并以圓弧過渡到車頂。三、動車組車身外形設計三、動車組車身外形設計12123737；. .2.2.采用裙板遮擋車下設備。即可以減少空氣阻力，也可防止高速運行帶

9、來的砂采用裙板遮擋車下設備。即可以減少空氣阻力，也可防止高速運行帶來的砂石擊打車下設備。石擊打車下設備。3.3.車體表面光滑平整，盡量減少突出物。如：車體表面光滑平整，盡量減少突出物。如： 塞拉門；塞拉門； 內(nèi)置式扶手；內(nèi)置式扶手； 翻板式腳蹬等。翻板式腳蹬等。4.4.采用橡膠大風擋，與車身保持平齊。采用橡膠大風擋，與車身保持平齊。13133737；. .第二節(jié)第二節(jié) 車體的輕量化設計車體的輕量化設計 一、車體的輕量化設計的必要性一、車體的輕量化設計的必要性 二、車體結(jié)構(gòu)的輕量化技術二、車體結(jié)構(gòu)的輕量化技術 三、車內(nèi)設備的輕量化技術三、車內(nèi)設備的輕量化技術 四、轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)輕量化技術四、轉(zhuǎn)向架結(jié)

10、構(gòu)輕量化技術 14143737；. .一、車體的輕量化設計的必要性一、車體的輕量化設計的必要性 1.1.軸重對軌道損傷的影響軸重對軌道損傷的影響隨著軸重的增加，鋼軌承受輪載而產(chǎn)生的輪軌接觸應力、軌頭內(nèi)部的剪切應力、隨著軸重的增加，鋼軌承受輪載而產(chǎn)生的輪軌接觸應力、軌頭內(nèi)部的剪切應力、局部應力和彎曲應力將相應增加，同時疲勞荷載作用下的應力水平也將隨之提局部應力和彎曲應力將相應增加，同時疲勞荷載作用下的應力水平也將隨之提高，從而大大縮短了鋼軌的使用壽命。高，從而大大縮短了鋼軌的使用壽命。國外研究結(jié)果表明，鋼軌頭部損傷幾乎全是疲勞損傷，鋼軌的疲勞折損率與軸國外研究結(jié)果表明，鋼軌頭部損傷幾乎全是疲勞損

11、傷，鋼軌的疲勞折損率與軸載荷的載荷的2.252.253.83.8次方成正比。次方成正比。15153737；. .2.2.速度對輪軌間垂向動力作用的影響速度對輪軌間垂向動力作用的影響 列車運行中，如果車輪存在偏心和扁疤，或者遇到軌道不平順時，將產(chǎn)生輪列車運行中，如果車輪存在偏心和扁疤，或者遇到軌道不平順時，將產(chǎn)生輪軌間的沖擊載荷，這種載荷屬于軌間的沖擊載荷，這種載荷屬于“動態(tài)作用力動態(tài)作用力”。 右圖為右圖為B B0 0-B-B0 0式軸重為式軸重為20t20t的電力機的電力機車，以車，以160km/h160km/h速度過鋼軌接頭時輪軌速度過鋼軌接頭時輪軌間總載荷的時間歷程。間總載荷的時間歷程。

12、16163737；. . P1 P1力的高頻瞬時沖擊作用很快被鋼軌及軌道的慣性反作用力抵消，很快力的高頻瞬時沖擊作用很快被鋼軌及軌道的慣性反作用力抵消，很快衰減，來不及向上和向下傳播，其破壞作用對鋼軌和車輪最嚴重。它直接影衰減，來不及向上和向下傳播，其破壞作用對鋼軌和車輪最嚴重。它直接影響鋼軌軌頭的接觸應力，容易發(fā)生鋼軌剝離等接觸疲勞；對車輪產(chǎn)生劇烈的響鋼軌軌頭的接觸應力，容易發(fā)生鋼軌剝離等接觸疲勞；對車輪產(chǎn)生劇烈的沖擊作用，導致車輪扁疤等。沖擊作用，導致車輪扁疤等。17173737；. . P2 P2力可直接向鋼軌以下和車輪以上傳遞，造成軌枕破裂、道床粉化和板結(jié)、力可直接向鋼軌以下和車輪以上

13、傳遞，造成軌枕破裂、道床粉化和板結(jié)、嚴重者引起路基下陷；造成列車垂向動力學性能惡化，特別是降低滾動軸承的嚴重者引起路基下陷；造成列車垂向動力學性能惡化，特別是降低滾動軸承的疲勞壽命，在這種脈沖式激擾下，構(gòu)架的動應力也將增大。疲勞壽命，在這種脈沖式激擾下，構(gòu)架的動應力也將增大。 18183737；. .19193737；. .3.3.高速動車組對軸重及簧下質(zhì)量的要求高速動車組對軸重及簧下質(zhì)量的要求(1) (1) 動車組的軸重要求動車組的軸重要求 國際鐵路聯(lián)盟（國際鐵路聯(lián)盟（UICUIC）規(guī)定：靜態(tài)軸重允許值為）規(guī)定：靜態(tài)軸重允許值為17t17t。(2)(2)動車組的簧下質(zhì)量要求動車組的簧下質(zhì)量要

14、求指轉(zhuǎn)向架第一系彈性懸掛以下部分的質(zhì)量指轉(zhuǎn)向架第一系彈性懸掛以下部分的質(zhì)量簧下質(zhì)量越小越有利簧下質(zhì)量越小越有利20203737；. .二、車體結(jié)構(gòu)的輕量化技術二、車體結(jié)構(gòu)的輕量化技術 實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的主要途徑有兩個：一是采用輕量化材料，二是結(jié)構(gòu)優(yōu)化實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的主要途徑有兩個：一是采用輕量化材料，二是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計。車體輕量化材料有：耐候鋼、不銹鋼和鋁合金。設計。車體輕量化材料有：耐候鋼、不銹鋼和鋁合金。1.1.車體輕量化材料車體輕量化材料(1)(1)耐候鋼：抗腐蝕性能，一般相當于普通碳素鋼的耐候鋼：抗腐蝕性能，一般相當于普通碳素鋼的2 23 3倍。倍。(2)(2)不銹鋼：與普通鋼制車體結(jié)構(gòu)相

15、比，可減輕重量不銹鋼：與普通鋼制車體結(jié)構(gòu)相比，可減輕重量10%10%20% 20% 21213737；. .(3)(3)鋁合金鋁合金制造工藝簡單，節(jié)省加工費用制造工藝簡單，節(jié)省加工費用減重效果好減重效果好良好的運行品質(zhì)良好的運行品質(zhì)耐腐蝕，可降低維修費耐腐蝕，可降低維修費外表平滑美觀外表平滑美觀22223737；. .采用大型中空擠壓鋁型采用大型中空擠壓鋁型材焊接結(jié)構(gòu)材焊接結(jié)構(gòu)采用骨架式鋁合金車體結(jié)采用骨架式鋁合金車體結(jié)構(gòu)構(gòu)大型中空擠壓鋁型材與開口型大型中空擠壓鋁型材與開口型材的混合結(jié)構(gòu)材的混合結(jié)構(gòu) 2. 2. 鋁合金車體的結(jié)構(gòu)形式鋁合金車體的結(jié)構(gòu)形式23233737；. .CRH2CRH2型

16、頭車制造型頭車制造24243737；. .三、車內(nèi)設備的輕量化技術三、車內(nèi)設備的輕量化技術 車內(nèi)設備重量約占客車總重量的車內(nèi)設備重量約占客車總重量的2020，輕量化具有重要意義。，輕量化具有重要意義。1.1.車內(nèi)設備如門、窗、行李架、座椅、供水設備、衛(wèi)生設備等，均可選用輕合車內(nèi)設備如門、窗、行李架、座椅、供水設備、衛(wèi)生設備等，均可選用輕合金或高分子工程材料和復合材料。金或高分子工程材料和復合材料。2.2.車內(nèi)裝飾板材：墻板廣泛采用薄膜鋁合金，頂板采用工程塑料等。車內(nèi)裝飾板材：墻板廣泛采用薄膜鋁合金，頂板采用工程塑料等。3.3.其它設備的輕量化：如電動機和變壓器等其它設備的輕量化：如電動機和變壓

17、器等25253737；. .四、轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)輕量化技術四、轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)輕量化技術1.1.采用焊接構(gòu)架，可比鑄鋼構(gòu)架減重采用焊接構(gòu)架，可比鑄鋼構(gòu)架減重5050左右。左右。2.2.輪對采用空心車軸和小直徑、輪對采用空心車軸和小直徑、S S形薄輻板車輪。形薄輻板車輪。3.3.軸箱和齒輪箱采用鋁合金軸箱，軸箱重量只有原來鋼制的軸箱和齒輪箱采用鋁合金軸箱，軸箱重量只有原來鋼制的4040左右，齒輪箱左右，齒輪箱亦減到原來的亦減到原來的5656。26263737；. .第三節(jié)第三節(jié) 車體的密封隔聲技術車體的密封隔聲技術 一、車體密封和隔聲性能的要求一、車體密封和隔聲性能的要求二、車體的密封技術措施二、車體的密封

18、技術措施三、車內(nèi)噪聲控制技術措施三、車內(nèi)噪聲控制技術措施 27273737；. .一、車體密封和隔聲性能的要求一、車體密封和隔聲性能的要求1.1.車體的密封性能的要求車體的密封性能的要求壓力波對旅客舒適性的影響壓力波對旅客舒適性的影響 國外高速列車的運用實踐表明：國外高速列車的運用實踐表明：有交會列車時特別在隧道內(nèi)會車時，速度有交會列車時特別在隧道內(nèi)會車時，速度200km/h200km/h時，頭部正壓為時，頭部正壓為3.2kPa3.2kPa、尾部負壓為尾部負壓為4.9kPa4.9kPa；(1)(1) 速度為速度為280km/h280km/h時，頭部正壓為時，頭部正壓為3.9kPa3.9kPa、

19、尾部負壓為、尾部負壓為5.5kPa5.5kPa。 28283737；. .29293737；. .(2) (2) 對車體密封性能的要求對車體密封性能的要求我國在我國在200km/h200km/h及以上速度級列車密封設計及試驗鑒定暫行規(guī)定及以上速度級列車密封設計及試驗鑒定暫行規(guī)定中要求：中要求：整車落成后的密封性能試驗，要求達到車內(nèi)壓力從整車落成后的密封性能試驗，要求達到車內(nèi)壓力從3600Pa3600Pa降至降至1350Pa1350Pa的時間大于的時間大于18s18s；車體結(jié)構(gòu)的密封性能要求壓力從車體結(jié)構(gòu)的密封性能要求壓力從3600Pa3600Pa降至降至1350Pa1350Pa的時間須大于的時

20、間須大于36s36s；組成后的車窗、車門、風擋應能在組成后的車窗、車門、風擋應能在6000Pa6000Pa的氣動載荷作用下保持良的氣動載荷作用下保持良好的密封性。好的密封性。30303737；. .2.2.車體的隔聲性能要求車體的隔聲性能要求(1)(1)國外高速列車運行噪聲的控制國外高速列車運行噪聲的控制31313737；. .(2)(2)車內(nèi)噪聲的標準極限值車內(nèi)噪聲的標準極限值 國際鐵路聯(lián)盟（國際鐵路聯(lián)盟（UICUIC）規(guī)定：）規(guī)定：- 客車車內(nèi)噪聲應小于客車車內(nèi)噪聲應小于65dB(A)65dB(A)；- 在隧道里，噪聲可寬限在隧道里，噪聲可寬限5dB(A)5dB(A)；- 在過道、廁所、其

21、噪聲水平不能超過在過道、廁所、其噪聲水平不能超過75dB(A)75dB(A)。32323737；. .二、車體的密封技術措施二、車體的密封技術措施(6(6方面方面) )1.1.車體結(jié)構(gòu)采用連續(xù)焊縫以消除焊接氣隙；對不能施焊的部位，必須用密封車體結(jié)構(gòu)采用連續(xù)焊縫以消除焊接氣隙；對不能施焊的部位，必須用密封膠密封；膠密封；2.2.采用固定式車窗，保證在氣動載荷下采用固定式車窗，保證在氣動載荷下( (我國規(guī)定我國規(guī)定6000Pa)6000Pa)不會造成變形和不會造成變形和破壞；破壞；3.3.側(cè)門采用密封性能良好的塞拉門；側(cè)門采用密封性能良好的塞拉門； 4.4.空調(diào)環(huán)控設備設立壓力控制，如在客室進排氣風口安裝壓力保護閥等；空調(diào)環(huán)控設備設立壓力控制，如在客室進排氣風口安裝壓力保護閥等；33333737；. .5.5.廁所、洗臉室的水要通過密封裝置排到車外；對直通車下的管路和電纜孔廁所、洗臉室的水要通過密封裝置排到車外；對直通車下的管路和電纜孔應采取必要的密封措施；應采取必要的密封措施；6.6.車輛出廠前都要通過整車氣密性、水密性試驗。車輛出廠前都要通過整車氣密性、水密性試驗。34343737；. .三、車內(nèi)噪聲控制技術措施三、車內(nèi)噪聲控制技術措施 有兩方面措施：一方面要削弱噪聲源發(fā)出噪聲的強