動(dòng)車組車體新技術(shù).ppt

1、動(dòng)車組車體新技術(shù),第 六 組 組 員：李 興 輝 郭 亞 洲 陳 理,流線形車體結(jié)構(gòu),隨著列車運(yùn)行速度的提高，周圍空氣的動(dòng)力作用對(duì)列車和列車運(yùn)行性能產(chǎn)生影響；同時(shí)，列車高速運(yùn)行引起的氣動(dòng)現(xiàn)象對(duì)周圍環(huán)境也產(chǎn)生影響，這就是高速列車的空氣動(dòng)力學(xué)問題。 1、動(dòng)車組運(yùn)行中列車承受表面壓力 當(dāng)動(dòng)車組在空曠地帶直線行駛時(shí)，空氣繞流列車外表面。從風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果來看，列車表面壓力可以分為三個(gè)區(qū)域：頭車鼻尖部位正對(duì)來流方向?yàn)檎龎簠^(qū)；頭部附近的高負(fù)壓區(qū)：從鼻尖向上及向兩側(cè)，正壓逐漸減小變?yōu)樨?fù)壓，接近與車身連接處的頂部與側(cè)面處，負(fù)壓達(dá)到最大值；頭車車身、拖車和尾車車身為低負(fù)壓區(qū)。因此，在動(dòng)車（頭車）上布置空調(diào)裝置及冷卻

2、系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口時(shí)，布置在靠近鼻尖的區(qū)域內(nèi)，此處正壓較大，進(jìn)風(fēng)容易，而排風(fēng)口則應(yīng)布置在負(fù)壓較大的頂部與側(cè)面。在有側(cè)向風(fēng)作用下，列車表面壓力分布發(fā)生很大變化，當(dāng)列車在曲線上運(yùn)行又遇到強(qiáng)側(cè)風(fēng)時(shí)，還會(huì)影響到列車的傾覆安全性。,流線形車體結(jié)構(gòu),2、動(dòng)車組會(huì)車時(shí)列車承受表面壓力 當(dāng)一列車與另一列車會(huì)車時(shí)，將在兩列相對(duì)運(yùn)行列車一側(cè)的側(cè)墻上引起壓力波（壓力脈沖）。這是由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的列車車頭對(duì)空氣的擠壓，將在與之交會(huì)的另一列車側(cè)壁上掠過，使列車間側(cè)壁上的空氣壓力產(chǎn)生很大的波動(dòng)。隨著會(huì)車列車速度的大幅度提高，會(huì)車壓力波的強(qiáng)度將急劇增大。這一壓力波動(dòng)產(chǎn)生的沖擊力可造成門窗密封的破壞，車窗玻璃破碎。壓力波傳入車內(nèi)會(huì)引起乘

3、客耳感不適以及影響周圍環(huán)境等。 3、動(dòng)車組通過隧道時(shí)列車承受表面壓力 列車在隧道中運(yùn)行時(shí)，將引起隧道內(nèi)空氣壓力急劇波動(dòng)，因此列車表面上各處的壓力也呈快速大幅度變動(dòng)狀況，完全不同于在明線上的表面壓力分布。壓力波幅值的變動(dòng)與列車速度、列車長(zhǎng)度、堵塞系數(shù)（列車橫截面積與隧道橫截面積的比值）、頭型系數(shù)（又稱長(zhǎng)細(xì)比，即車頭前端鼻形部位長(zhǎng)度與車頭后部車身斷面半徑之比）以及列車側(cè)面和隧道側(cè)面的摩擦系數(shù)等因素有關(guān)，其中以堵塞系數(shù)和列車速度為重要的影響參數(shù)。,（1）當(dāng)列車駛?cè)胨淼浪查g，由于空氣的壓縮性及列車壁和隧道壁限制了空氣側(cè)向流和向上流的空間，使緊貼車頭前的空氣受到壓縮并隨列車向前流動(dòng)，造成列車前方的空氣壓

4、力突然升高，產(chǎn)生壓縮波。被列車排擠的另一部分空氣則通過環(huán)狀空間向列車后方流動(dòng)。隨著列車的進(jìn)一步駛?cè)胨淼?，環(huán)狀空間長(zhǎng)度逐步增大，使車前隧道空間的空氣壓力繼續(xù)升高，即壓縮波的強(qiáng)度繼續(xù)增大，直到列車全部進(jìn)入隧道為止。該波以聲速向前傳播。波前方的空氣流速為零，而波后方的空氣以一定的流速隨著列車向前流動(dòng)。壓縮波傳播到出口后，一部分以膨脹波形式反射回來，另一部分以微氣壓波形式傳出隧道出口。 （2）當(dāng)列車尾端進(jìn)入隧道后，由于車尾產(chǎn)生的負(fù)壓低于大氣壓力，原先經(jīng)過環(huán)狀空間流到隧道入口外的空氣改變流向，流入列車后方的隧道空間，而且隧道外的空氣也流入該空間。由于經(jīng)環(huán)狀空間流入車后隧道空間的空氣流量小于列車所排擠開的

5、空氣流量，于是在列車尾端形成了低于洞口外大氣壓的壓力，即產(chǎn)生膨脹波，該波沿隧道以聲速向出口方向傳播。傳播到出口端后，大部分以壓縮波形式反射回來，沿隧道長(zhǎng)度方向向進(jìn)口端傳播。 （3）由于壁面摩擦不斷消耗波的能量，以及波在隧道兩端和列車兩端處多次反射和傳遞使得壓縮波和膨脹波相互重疊，所以壓縮波和膨脹波的強(qiáng)度逐漸衰減。同時(shí)，各種傳遞波和反射波的疊加，形成了隧道內(nèi)空氣壓力隨時(shí)間變化而波動(dòng)。 （4）對(duì)于一系列前后相繼的隧道空氣壓縮波，后面的波速比前面的波速快，最終可能疊加在一起而形成激波,流線形車體結(jié)構(gòu),4、列車風(fēng) 當(dāng)列車高速行駛時(shí)，在線路附近產(chǎn)生空氣運(yùn)動(dòng)，這就是列車風(fēng)。當(dāng)列車以時(shí)速200公里行駛時(shí)，在

6、軌面以上0.814米、距列車1.75米處的空氣運(yùn)動(dòng)速度將達(dá)到17米/秒，當(dāng)列車以這樣或更高的速度通過車站時(shí)，列車風(fēng)對(duì)人和物的危害就不可忽視。高速列車通過隧道時(shí)，在隧道中所引起的縱向氣流速度約與列車速度成正比。在隧道中列車風(fēng)將使得道旁的工人失去平衡以及將固定不牢的設(shè)備等吹落在隧道中。鐵路規(guī)定，在列車速度高于160公里/小時(shí)行駛時(shí)不允許鐵路員工進(jìn)入隧道。列車速度稍低時(shí)，也不允讓員工在隧道中行走和工作，必須要在避車洞內(nèi)等待列車通過。 5、運(yùn)動(dòng)列車受力 列車運(yùn)行中受到多個(gè)力的作用，其中有空氣阻力、升力、橫向力以及縱向擺動(dòng)力矩、扭擺力矩和側(cè)滾力矩等。針對(duì)上述動(dòng)車組所受空氣動(dòng)力，必須進(jìn)行滿足空氣動(dòng)力學(xué)特性

7、的動(dòng)車組外型設(shè)計(jì)。對(duì)于高速動(dòng)車組來說，列車頭型設(shè)計(jì)非常重要，好的頭型設(shè)計(jì)可以有效地減少運(yùn)行空氣阻力、列車交會(huì)壓力波，,流線形車體結(jié)構(gòu),可以解決好運(yùn)行穩(wěn)定性等問題。 一般來說，動(dòng)車和拖車的車體長(zhǎng)、寬、高需要根據(jù)內(nèi)部布置的要求由設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定，所以車身的外形設(shè)計(jì)主要是橫斷面形狀設(shè)計(jì)。動(dòng)車組車身橫斷面形狀設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)： 整個(gè)車身斷面呈鼓形，即車頂為圓弧形，側(cè)墻下部向內(nèi)傾斜（5左右）并以圓弧過渡到底架，側(cè)墻上部向內(nèi)傾斜（3左右）并以圓弧過渡到車頂。這不僅能減少空氣阻力，而且有利于緩解列車交會(huì)壓力波及橫向阻力、側(cè)滾力矩的作用。車輛底部形狀對(duì)空氣阻力的影響很大，為了避免地板下部設(shè)備的外露，采用與車身橫斷

8、面形狀相吻合的裙板遮住車下設(shè)備，以減少空氣阻力，也可防止高速運(yùn)行帶來的沙石擊打車下設(shè)備。車體表面光滑平整，減少突出物。如側(cè)門采用塞拉門；。,流線形車體結(jié)構(gòu),扶手為內(nèi)置式；腳蹬做成翻板式，使側(cè)門關(guān)閉時(shí)可以包住它。兩車輛連接處采用橡膠大風(fēng)擋，與車身保持平齊，避免形成空氣渦流,密封技術(shù),高速動(dòng)車組車體密封技術(shù),壓力波的作用 （一）對(duì)列車的作用 將車輛看成有多個(gè)泄漏出（諸如車窗、腳蹬門、車輛連接部、端墻門、空調(diào)設(shè)備和廁所設(shè)備等）的彈性封閉容器，如果容器內(nèi)部壓力和外部壓力之間存在差異，則會(huì)出現(xiàn)兩種情況：1.車體變形； 2.由于泄漏而造成的內(nèi)外壓力平衡。 （二）對(duì)旅客的影響 高速列車在會(huì)車時(shí)，特別是在隧道

9、內(nèi)高速會(huì)車時(shí)，車體表面將承受正負(fù)數(shù)千帕的瞬時(shí)壓力變化。如果列車不密封，則壓力波輝傳到車廂內(nèi)，旅客會(huì)感到不舒服，輕者耳膜受壓迫，重者頭暈惡心，甚至耳膜破裂。,高速動(dòng)車組車體密封技術(shù),高速動(dòng)車組的密封措施 高速動(dòng)車組所采取的密封措施主要涉及到車體結(jié)構(gòu)、車窗、車門、（側(cè)門、端墻門）、通過臺(tái)、空氣系統(tǒng)和廁所設(shè)備。 1.車體密封 對(duì)車體要進(jìn)行計(jì)算與試驗(yàn)，車體應(yīng)能承受規(guī)定的壓力（6000Pa）。現(xiàn)代高速動(dòng)車組車體的總體結(jié)構(gòu)師由鋁合金大型擠壓型材制成，筒形車體由地板、側(cè)墻和車頂組成，三部分焊接在一起，從設(shè)計(jì)上就是整體密封的，因此車體的密封主要取決于焊接工藝，在車體的結(jié)構(gòu)焊接完成后要按照上述方法進(jìn)行漏氣檢查和

10、氣密性試驗(yàn)，來保證車體的密封性要求。直通車下山的管路和合電纜穿孔等都要采取密封措施。 2.車窗密封 由于車廂內(nèi)要求壓力密封，因此高速動(dòng)車組車窗不需要考慮開關(guān)問題。從外形看來，高速動(dòng)車組的車窗一般是看不見的窗框，但實(shí)際上是有窗框的。為了達(dá)到外觀的要求，需采用粘合劑將玻璃粘到窗框中去。車窗玻璃是順著壓力的方向，從外向里安裝，然后用螺栓擰緊。螺栓的縫隙最后用有彈性的填料充填蓋嚴(yán)，德國(guó)的高速動(dòng)車組ICE的車窗結(jié)構(gòu)（見圖717）就是典型的示例。同時(shí)，要求車窗在規(guī)定的壓力（6000Pa）下不損壞、不變形。,高速動(dòng)車組車體密封技術(shù),3.側(cè)門密封 現(xiàn)代高速動(dòng)車組的側(cè)門一般采用塞拉門，必須就有良好的密封性能。于

11、常用的斜面密封塞拉門不同，高速動(dòng)車組用的高壓密封塞拉門，還必須具有如下的密封要求： （1）就有一個(gè)環(huán)繞的密封面，也就是實(shí)現(xiàn)所謂的“密封蓋”原則，以避免密封面偏移； （2）采用雙重密封（雙緣密封），他能夠在高壓和低壓兩種情況下具有相同的密封性能； （3）門扇就有走狗的鋼度和強(qiáng)度，以保證密封處不偏移； （4）附加閉鎖或止動(dòng)裝置。,CRH3的列車車門,高速動(dòng)車組車體密封技術(shù),4.通過臺(tái) 高速動(dòng)車組的通過臺(tái)是兩個(gè)車廂之間的連接通道，是人員來往的必經(jīng)之路，因此對(duì)其密封性也有嚴(yán)格的要求。通過臺(tái)一般分為外套式的通過臺(tái)和波紋折棚式的通過臺(tái)。 外套式通過臺(tái)在車體的外墻加一個(gè)外套連接。由于這種外套在換掛時(shí)的男的較

12、大，造成不必要的麻煩，因此這種外套式的通過臺(tái)在高速動(dòng)車組上已很少使用。 波紋折棚式通過臺(tái)在高速動(dòng)車組上得到廣泛的應(yīng)用。波紋折棚安裝在中間緩沖車鉤的橫向構(gòu)件上，將中間緩沖車鉤所屬的空間全部包圍起來。整個(gè)通過臺(tái)為密封性結(jié)構(gòu)。,CRH3列車的連接處,高速動(dòng)車組車體密封技術(shù),5.端墻門密封 由于通過臺(tái)進(jìn)行了密封，端墻門似乎就不用密封了。但是，對(duì)于機(jī)車牽引的高速列車，在列車編組時(shí)，最前邊和最后面的端墻門還得進(jìn)行密封。對(duì)于高速動(dòng)車組，由于她沒有尾車，車廂的兩頭都掛在動(dòng)力車上，因此也必須有密封的通過臺(tái)，以便動(dòng)力車上的人員能夠進(jìn)入車廂。另外，由于機(jī)械控制車不是密封的，所以通往車廂的端墻門也必須是密封的。 端墻

13、門的密封要比側(cè)門容易多，這種門表面看起來與其他自動(dòng)化的端墻門并無多大區(qū)別，只是將強(qiáng)一些密封措施，例如轉(zhuǎn)動(dòng)手把的密封要比傳統(tǒng)車門上的好一些；門框上多安裝一條能充氣的橡皮管，能充氣鼓起來密封；通過手控密封開關(guān)，可以給密封軟管充氣；門關(guān)閉密封后被門閂暫時(shí)鎖住等。 6.空調(diào)裝置密封 空調(diào)裝置的主要功能之一就是將新鮮空氣連續(xù)輸入車廂，吧污濁的空氣排出車外。因此在裝置上開有一個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)或幾個(gè)排氣口，空氣的運(yùn)送通過一個(gè)進(jìn)氣風(fēng)機(jī)和一個(gè)排氣風(fēng)機(jī)?？照{(diào)裝置密封的目的是防止車外的空氣壓力波從進(jìn)氣口進(jìn)入車內(nèi)。解決的方法基本上有三種： （1）采用過壓保護(hù)閥 在空氣的進(jìn)出口個(gè)個(gè)安裝一個(gè)閥門。當(dāng)車內(nèi)外壓差超過規(guī)定值時(shí)，

14、兩個(gè)閥門同時(shí)關(guān)閉。在此期間進(jìn)排氣中止。這種方法的缺點(diǎn)是：如果閥門關(guān)不時(shí)間過長(zhǎng)，旅客會(huì)感到不舒服。,高速動(dòng)車組車體密封技術(shù),（2） 采用節(jié)流閥控制空壓機(jī) 空氣壓縮機(jī)安裝在排氣口，是兩個(gè)氣口在全壓差的情況下，空氣流動(dòng)方向與原來保持不變。通過節(jié)流閥來控制空氣流量，并使其相等。 （3）采用過壓保護(hù)風(fēng)機(jī) 過壓保護(hù)風(fēng)機(jī)起空壓機(jī)的作用，它具有坡度較大的特性曲線，從而使其輸送的而空氣流量不受車內(nèi)為壓差的影響。在理想情況下，每臺(tái)進(jìn)排氣風(fēng)機(jī)的空氣流量保持不變，因此車外進(jìn)入車內(nèi)的空氣流量和車內(nèi)排出車外的空氣流量也是一個(gè)常數(shù)。 空調(diào)裝置密封最常采用的方法是第一種，也有采用兩種方法組合的方案，列入德國(guó)鐵路的高速動(dòng)車組I

15、CE采用帶有過壓保護(hù)閥的過壓把偶風(fēng)機(jī)方案。由于過壓保護(hù)風(fēng)機(jī)在車內(nèi)外壓力接近時(shí)消耗能量較多，因此在正常工作時(shí)它是關(guān)閉的，這時(shí)通過旁通管道來循環(huán)車內(nèi)外的空氣。當(dāng)列車高速進(jìn)入隧道壓力超過規(guī)定值時(shí)，列車通過列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（LZB）自動(dòng)報(bào)警。 7.廁所密封 高速動(dòng)車組的廁所都是采用密封式的廁所，通過一套真空設(shè)備將糞便排入集便器。而集便器一般裝于列車地板下方。,隔音技術(shù),高速動(dòng)車組車體隔音技術(shù),高速動(dòng)車組車體隔音技術(shù),高速動(dòng)車組的噪聲源 1.輪軌的噪聲 輪軌噪聲是高速動(dòng)車組的主要噪聲源，車內(nèi)噪聲有一半以上是直接或間接由輪軌作用產(chǎn)生的。輪軌噪聲主要包括:車輪通過鋼軌接頭處的沖擊聲，車輪踏面的沖擊噪聲，在彎

16、道運(yùn)行時(shí)由于輪軌相對(duì)滑移產(chǎn)生的尖叫聲，車輪滾到時(shí)由于表面粗糙而產(chǎn)生的滾動(dòng)噪聲，鋼軌波紋磨損產(chǎn)生的噪聲等。 2.空氣動(dòng)力學(xué)噪聲 空氣動(dòng)力學(xué)噪聲主要是由于車體表面的空氣的湍流邊界層對(duì)車體表面的激勵(lì)。另外，在高速列車進(jìn)入隧道及兩車交匯時(shí)產(chǎn)生的壓力波動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生噪聲?？諝鈩?dòng)力學(xué)噪聲隨著車速的提高而加大，當(dāng)運(yùn)行速度到達(dá)300km/h以上時(shí)，高速動(dòng)車組的空氣動(dòng)力學(xué)噪聲將在總噪聲聲強(qiáng)中占主要成分。 3.結(jié)構(gòu)的振動(dòng)噪聲 車體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)噪聲大致可分為：（1）車體鋼結(jié)構(gòu)的噪聲傳遞； （2）表面覆層的聲輻射。 4.受電器噪聲 受電器噪聲可分為：（1）滑動(dòng)噪聲； （2）弧光噪聲； （3）氣動(dòng)噪聲。,高速動(dòng)車組車體隔音技

17、術(shù),高速動(dòng)車組車體隔音技術(shù),高速動(dòng)車組噪聲的防治措施 1.降低輪軌的噪聲 除了在鋼軌方面采用打磨光順、吸聲道碴材料措施以外，在高速動(dòng)車組上采取的降低輪軌噪聲的措施有： （1）盤形制動(dòng)代替踏面制動(dòng)。采用盤型制動(dòng)要比踏面制動(dòng)噪聲級(jí)低10dB； （2）保持車輪踏面形狀。設(shè)法保持車輪踏面的光滑和修正時(shí)減少滾動(dòng)噪聲的有效方法； （3）在車輪側(cè)面加裝隔聲材料； （4）采用彈性車輪； （5）在轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)時(shí)，提高懸掛系統(tǒng)的高頻隔振性能等。 2.降低空氣動(dòng)力學(xué)噪聲 （1）改善車體的氣動(dòng)外形。車頭采用平滑光順的流線型外形，可使氣動(dòng)噪聲降低10dB左右 （2）降低微氣壓波。除了在隧道入口處設(shè)置緩沖段以外，降低微氣壓波的主