动车组概论车体ppt课件.ppt

第二章第二章  动车组车体技术动车组车体技术 第一节第一节 车体结构的空气动力学设计车体结构的空气动力学设计 第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计 第三节第三节 车体的密封隔声技术车体的密封隔声技术 1 1／／3737；；. .一、车体结构的空气动力学设计的必要性一、车体结构的空气动力学设计的必要性 二、动车组头型设计二、动车组头型设计 三、动车组车身外形设计三、动车组车身外形设计 第一节第一节   车体结构的空气动力学设计车体结构的空气动力学设计 2 2／／3737；；. .一、车体结构的空气动力学设计的必要性一、车体结构的空气动力学设计的必要性 随着列车运行速度的提高，周围空气的动力作用一方面对列车和列车运行随着列车运行速度的提高，周围空气的动力作用一方面对列车和列车运行性能产生影响；同时，对周围环境也产生影响，这就是高速列车涉及的空气性能产生影响；同时，对周围环境也产生影响，这就是高速列车涉及的空气动力学问题其涉及的主要方面如下动力学问题其涉及的主要方面如下: :•动车组运行中列车的表面压力；动车组运行中列车的表面压力；•动车组会车时列车的表面压力；动车组会车时列车的表面压力；• 动车组通过隧道时的表面压力等。

动车组通过隧道时的表面压力等3 3／／3737；；. .1.1.动车组运行中列车的表面压力动车组运行中列车的表面压力•从风洞试验结果来看，列车表面压力可以分为三个区域：从风洞试验结果来看，列车表面压力可以分为三个区域：(1) (1) 头车鼻尖部位正对来流方向为正压区；头车鼻尖部位正对来流方向为正压区； ⅠⅠⅡⅡⅢⅢ4 4／／3737；；. .(2)(2)头头部部附附近近的的高高负负压压区区：：从从鼻鼻尖尖向向上上及及向向两两侧侧，，正正压压逐逐渐渐减减小小变变为为负负压压，，到接近与车身连接处的顶部与侧面，负压达最大值；到接近与车身连接处的顶部与侧面，负压达最大值；(3)(3)头车车身、拖车和尾车车身为低负压区头车车身、拖车和尾车车身为低负压区ⅠⅠⅡⅡⅢⅢ5 5／／3737；；. . 2.2.动车组会车时列车的表面压力动车组会车时列车的表面压力•列车交会时产生的最大压力脉动值是评价列车气动外形优劣的一项指标列车交会时产生的最大压力脉动值是评价列车气动外形优劣的一项指标•影响动车组会车压力波幅值大小的影响动车组会车压力波幅值大小的6 6个因素：个因素： (1)(1)随着会车速度的大幅度提高，会车压力波幅值随着会车速度的大幅度提高，会车压力波幅值 将急剧增大。

将急剧增大2)(2)会车压力波幅值随着头部长细比的增大而近似会车压力波幅值随着头部长细比的增大而近似 线性地减小线性地减小6 6／／3737；；. .(3)(3)会车压力波幅值随会车动车组侧墙间距增大而显著减小会车压力波幅值随会车动车组侧墙间距增大而显著减小4)(4)会车压力波幅值随会车长度增大而近似成线性地明显增大会车压力波幅值随会车长度增大而近似成线性地明显增大5)(5)会车压力波幅值随侧墙高度增大而逐渐减小会车压力波幅值随侧墙高度增大而逐渐减小6)(6)高高、、中中速速列列车车会会车车时时，，中中速速车车的的压压力力波波幅幅值值远远大大于于高高速速车车( (一一般般高高1.81.8倍倍以上以上) )7 7／／3737；；. .3.3.动车组通过隧道时的表面压力动车组通过隧道时的表面压力•除上述除上述6 6种影响因素外种影响因素外, ,还有以下还有以下3 3方面：方面：(1)(1)堵塞系数堵塞系数η η : :两列车在隧道内高速会车时：两列车在隧道内高速会车时：与与ηη（（2.12.1～～2.222.22））成正比2)(2)列车侧面和隧道侧面的摩擦系数列车侧面和隧道侧面的摩擦系数。

3)(3)两两列列车车进进入入隧隧道道的的时时差差对对压压力力变变化化也也有有很很大大的的影影响响，，当当形形成成波波的的叠叠加加时时将将引起很高的压力幅值和变化率引起很高的压力幅值和变化率8 8／／3737；；. .二、动车组头型设计二、动车组头型设计1.1.头型设计的基本要求头型设计的基本要求•头型设计考虑的两个基本参数是阻力系数和长细比头型设计考虑的两个基本参数是阻力系数和长细比1)(1)阻力系数阻力系数C C：阻力系数与长细比：阻力系数与长细比γγ直接有关直接有关2)(2)长长细细比比（（头头型型系系数数））γ γ ：：高高速速列列车车头头部部的的长长细细比比一一般般要要求求达达到到3 3左左右右或或者者更更大9 9／／3737；；. .头部长度与阻力系数对应关系头部长度与阻力系数对应关系1010／／3737；；. .2.2.动车组头部流线化设计动车组头部流线化设计(1)(1)头头部部纵纵向向对对称称面面上上的的外外形形轮轮廓廓线线在在满满足足司司机机室室净净空空高高、、前前窗窗几几何何尺尺寸寸、、玻玻璃形状、了望等条件下，尽可能降低该轮廓线的垂向高度；璃形状、了望等条件下，尽可能降低该轮廓线的垂向高度；(2)(2)俯视图最大轮廓线应满足司机室宽度的要求；俯视图最大轮廓线应满足司机室宽度的要求；(3)(3)头部外形与车身外形要严格相切。

头部外形与车身外形要严格相切a)(a)一拱方案一拱方案(b)(b)二拱方案二拱方案(c)(c)设导流板方案设导流板方案 1111／／3737；；. . 1. 1.整个车身断面呈鼓形，即整个车身断面呈鼓形，即: :车顶为圆弧形，侧墙下部向内倾斜（车顶为圆弧形，侧墙下部向内倾斜（5 5o o左右）并以圆左右）并以圆弧过渡到底架；侧墙上部向内倾斜（弧过渡到底架；侧墙上部向内倾斜（3 3o o左右）并以圆弧过渡到车顶左右）并以圆弧过渡到车顶三、动车组车身外形设计三、动车组车身外形设计1212／／3737；；. .2.2.采采用用裙裙板板遮遮挡挡车车下下设设备备即即可可以以减减少少空空气气阻阻力力，，也也可可防防止止高高速速运运行行带带来来的的砂砂石击打车下设备石击打车下设备3.3.车体表面光滑平整，尽量减少突出物如：车体表面光滑平整，尽量减少突出物如：–塞拉门；塞拉门；–内置式扶手；内置式扶手；–翻板式脚蹬等翻板式脚蹬等4.4.采用橡胶大风挡，与车身保持平齐采用橡胶大风挡，与车身保持平齐1313／／3737；；. .第二节第二节 车体的轻量化设计车体的轻量化设计 一、车体的轻量化设计的必要性一、车体的轻量化设计的必要性 二、车体结构的轻量化技术二、车体结构的轻量化技术 三、车内设备的轻量化技术三、车内设备的轻量化技术 四、转向架结构轻量化技术四、转向架结构轻量化技术 1414／／3737；；. .一、车体的轻量化设计的必要性一、车体的轻量化设计的必要性 1.1.轴重对轨道损伤的影响轴重对轨道损伤的影响•随随着着轴轴重重的的增增加加，，钢钢轨轨承承受受轮轮载载而而产产生生的的轮轮轨轨接接触触应应力力、、轨轨头头内内部部的的剪剪切切应应力力、、局局部部应应力力和和弯弯曲曲应应力力将将相相应应增增加加，，同同时时疲疲劳劳荷荷载载作作用用下下的的应应力力水水平平也也将将随随之之提提高，从而大大缩短了钢轨的使用寿命。

高，从而大大缩短了钢轨的使用寿命•国外研究结果表明，钢轨头部损伤几乎全是疲劳损伤，钢轨的疲劳折损率与轴国外研究结果表明，钢轨头部损伤几乎全是疲劳损伤，钢轨的疲劳折损率与轴载荷的载荷的2.252.25～～3.83.8次方成正比次方成正比1515／／3737；；. .2.2.速度对轮轨间垂向动力作用的影响速度对轮轨间垂向动力作用的影响 列列车车运运行行中中，，如如果果车车轮轮存存在在偏偏心心和和扁扁疤疤，，或或者者遇遇到到轨轨道道不不平平顺顺时时，，将将产产生生轮轮轨间的冲击载荷，这种载荷属于轨间的冲击载荷，这种载荷属于“动态作用力动态作用力” 右图为右图为B B0 0-B-B0 0式轴重为式轴重为20t20t的电力机的电力机车，以车，以160km/h160km/h速度过钢轨接头时轮轨速度过钢轨接头时轮轨间总载荷的时间历程间总载荷的时间历程1616／／3737；；. . P1P1力力的的高高频频瞬瞬时时冲冲击击作作用用很很快快被被钢钢轨轨及及轨轨道道的的惯惯性性反反作作用用力力抵抵消消，，很很快快衰衰减减，，来来不不及及向向上上和和向向下下传传播播，，其其破破坏坏作作用用对对钢钢轨轨和和车车轮轮最最严严重重。

它它直直接接影影响响钢钢轨轨轨轨头头的的接接触触应应力力，，容容易易发发生生钢钢轨轨剥剥离离等等接接触触疲疲劳劳；；对对车车轮轮产产生生剧剧烈烈的的冲冲击击作作用，导致车轮扁疤等用，导致车轮扁疤等1717／／3737；；. . P2P2力力可可直直接接向向钢钢轨轨以以下下和和车车轮轮以以上上传传递递，，造造成成轨轨枕枕破破裂裂、、道道床床粉粉化化和和板板结结、、严严重重者者引引起起路路基基下下陷陷；；造造成成列列车车垂垂向向动动力力学学性性能能恶恶化化，，特特别别是是降降低低滚滚动动轴轴承承的的疲劳寿命，在这种脉冲式激扰下，构架的动应力也将增大疲劳寿命，在这种脉冲式激扰下，构架的动应力也将增大 1818／／3737；；. .1919／／3737；；. .3.3.高速动车组对轴重及簧下质量的要求高速动车组对轴重及簧下质量的要求(1) (1) 动车组的轴重要求动车组的轴重要求 国际铁路联盟（国际铁路联盟（UICUIC）规定：静态轴重允许值为）规定：静态轴重允许值为17t17t2)(2)动车组的簧下质量要求动车组的簧下质量要求•指转向架第一系弹性悬挂以下部分的质量指转向架第一系弹性悬挂以下部分的质量•簧下质量越小越有利簧下质量越小越有利2020／／3737；；. .二、车体结构的轻量化技术二、车体结构的轻量化技术 实现结构轻量化的主要途径有两个：一是采用轻量化材料，二是结构优化实现结构轻量化的主要途径有两个：一是采用轻量化材料，二是结构优化设计。

车体轻量化材料有：耐候钢、不锈钢和铝合金车体轻量化材料有：耐候钢、不锈钢和铝合金1.1.车体轻量化材料车体轻量化材料(1)(1)耐候钢：抗腐蚀性能，一般相当于普通碳素钢的耐候钢：抗腐蚀性能，一般相当于普通碳素钢的2 2～～3 3倍2)(2)不锈钢：与普通钢制车体结构相比，可减轻重量不锈钢：与普通钢制车体结构相比，可减轻重量10%10%～～20% 20% 2121／／3737；；. .(3)(3)铝合金铝合金•制造工艺简单，节省加工费用制造工艺简单，节省加工费用•减重效果好减重效果好•良好的运行品质良好的运行品质•耐腐蚀，可降低维修费耐腐蚀，可降低维修费•外表平滑美观外表平滑美观2222／／3737；；. .采用大型中空挤压铝型采用大型中空挤压铝型材焊接结构材焊接结构采用骨架式铝合金车体结采用骨架式铝合金车体结构构大型中空挤压铝型材与开口型大型中空挤压铝型材与开口型材的混合结构材的混合结构 2. 2. 铝合金车体的结构形式铝合金车体的结构形式2323／／3737；；. .CRH2CRH2型头车制造型头车制造2424／／3737；；. .三、车内设备的轻量化技术三、车内设备的轻量化技术 车内设备重量约占客车总重量的车内设备重量约占客车总重量的2020％，轻量化具有重要意义。

％，轻量化具有重要意义1.1.车车内内设设备备如如门门、、窗窗、、行行李李架架、、座座椅椅、、供供水水设设备备、、卫卫生生设设备备等等，，均均可可选选用用轻轻合合金或高分子工程材料和复合材料金或高分子工程材料和复合材料2.2.车内装饰板材：墙板广泛采用薄膜铝合金，顶板采用工程塑料等车内装饰板材：墙板广泛采用薄膜铝合金，顶板采用工程塑料等3.3.其它设备的轻量化：如电动机和变压器等其它设备的轻量化：如电动机和变压器等2525／／3737；；. .四、转向架结构轻量化技术四、转向架结构轻量化技术1.1.采用焊接构架，可比铸钢构架减重采用焊接构架，可比铸钢构架减重5050％左右2.2.轮对采用空心车轴和小直径、轮对采用空心车轴和小直径、S S形薄辐板车轮形薄辐板车轮3.3.轴轴箱箱和和齿齿轮轮箱箱采采用用铝铝合合金金轴轴箱箱，，轴轴箱箱重重量量只只有有原原来来钢钢制制的的4040％％左左右右，，齿齿轮轮箱箱亦亦减到原来的减到原来的5656％2626／／3737；；. .第三节第三节 车体的密封隔声技术车体的密封隔声技术 一、车体密封和隔声性能的要求一、车体密封和隔声性能的要求二、车体的密封技术措施二、车体的密封技术措施三、车内噪声控制技术措施三、车内噪声控制技术措施 2727／／3737；；. .一、车体密封和隔声性能的要求一、车体密封和隔声性能的要求1.1.车体的密封性能的要求车体的密封性能的要求(1)(1)压力波对旅客舒适性的影响压力波对旅客舒适性的影响 国外高速列车的运用实践表明：国外高速列车的运用实践表明：•有交会列车时特别在隧道内会车时，速度有交会列车时特别在隧道内会车时，速度200km/h200km/h时，头部正压为时，头部正压为3.2kPa3.2kPa、、尾部负压为尾部负压为4.9kPa4.9kPa；；•速度为速度为280km/h280km/h时，头部正压为时，头部正压为3.9kPa3.9kPa、尾部负压为、尾部负压为5.5kPa5.5kPa。

2828／／3737；；. .2929／／3737；；. .(2) (2) 对车体密封性能的要求对车体密封性能的要求•我国在我国在《《200km/h200km/h及以上速度级列车密封设计及试验鉴定暂行规定及以上速度级列车密封设计及试验鉴定暂行规定》》中要求：中要求：–整车落成后的密封性能试验，要求达到车内压力从整车落成后的密封性能试验，要求达到车内压力从3600Pa3600Pa降至降至1350Pa1350Pa的的时间大于时间大于18s18s；；–车体结构的密封性能要求压力从车体结构的密封性能要求压力从3600Pa3600Pa降至降至1350Pa1350Pa的时间须大于的时间须大于36s36s；；–组成后的车窗、车门、风挡应能在组成后的车窗、车门、风挡应能在±6000Pa±6000Pa的气动载荷作用下保持良好的气动载荷作用下保持良好的密封性的密封性3030／／3737；；. .2.2.车体的隔声性能要求车体的隔声性能要求(1)(1)国外高速列车运行噪声的控制国外高速列车运行噪声的控制3131／／3737；；. .(2)(2)车内噪声的标准极限值车内噪声的标准极限值 国际铁路联盟（国际铁路联盟（UICUIC）规定：）规定：-客车车内噪声应小于客车车内噪声应小于65dB(A)65dB(A)；；-在隧道里，噪声可宽限在隧道里，噪声可宽限5dB(A)5dB(A)；；-在过道、厕所、其噪声水平不能超过在过道、厕所、其噪声水平不能超过75dB(A)75dB(A)。

3232／／3737；；. .二、车体的密封技术措施二、车体的密封技术措施(6(6方面方面) )1.1.车车体体结结构构采采用用连连续续焊焊缝缝以以消消除除焊焊接接气气隙隙；；对对不不能能施施焊焊的的部部位位，，必必须须用用密密封封胶胶密封；密封；2.2.采采用用固固定定式式车车窗窗，，保保证证在在气气动动载载荷荷下下( (我我国国规规定定±6000Pa)±6000Pa)不不会会造造成成变变形形和和破破坏；坏；3.3.侧门采用密封性能良好的塞拉门；侧门采用密封性能良好的塞拉门； 4.4.空调环控设备设立压力控制，如在客室进排气风口安装压力保护阀等；空调环控设备设立压力控制，如在客室进排气风口安装压力保护阀等；3333／／3737；；. .5.5.厕厕所所、、洗洗脸脸室室的的水水要要通通过过密密封封装装置置排排到到车车外外；；对对直直通通车车下下的的管管路路和和电电缆缆孔孔应应采取必要的密封措施；采取必要的密封措施；6.6.车辆出厂前都要通过整车气密性、水密性试验车辆出厂前都要通过整车气密性、水密性试验3434／／3737；；. .三、车内噪声控制技术措施三、车内噪声控制技术措施 有有两两方方面面措措施施：：一一方方面面要要削削弱弱噪噪声声源源发发出出噪噪声声的的强强度度，，另另一一方方面面要要提提高高车车体体的隔声性能。

的隔声性能1.1.削弱噪声源发出噪声强度的措施（削弱噪声源发出噪声强度的措施（4 4个）个）: :(1)(1)在车轮上安装消音器和开发弹性车轮；在车轮上安装消音器和开发弹性车轮；(2)(2)车体外形设计成流线形车体外形设计成流线形; ;(3)(3)采用橡胶风挡；采用橡胶风挡；(4)(4)在空调系统上安装消音器在空调系统上安装消音器3535／／3737；；. .2.2.提高车体隔声性能的措施（提高车体隔声性能的措施（5 5个）个）(1)(1)采采用用双双层层墙墙结结构构，，即即地地板板、、侧侧墙墙、、车车顶顶等等多多层层结结构构，，在在层层间间采采用用橡橡胶胶垫隔开，可增加隔声量垫隔开，可增加隔声量4 4～～5dB(A)5dB(A)；；(2)(2)在在车车体体金金属属（（如如地地板板））表表面面涂涂刷刷防防振振阻阻尼尼层层，，使使钢钢结结构构的的声声频频振振动动转转化化为为热热能能消消散散，，减减少少了了声声波波的的辐辐射射和和声声波波振振动动的的传传递递，，从从而而减减少少车车内噪声；内噪声；(3)(3)采用双层车窗；采用双层车窗；3636／／3737；；. .(4)(4)车内选用吸声效果好的高分子聚合材料；车内选用吸声效果好的高分子聚合材料；(5)(5)提高车体气密性的措施，同样可以起隔声作用。

提高车体气密性的措施，同样可以起隔声作用 法法国国TGVTGV－－A A高高速速列列车车，，通通过过各各种种隔隔声声措措施施，，速速度度达达300km/h300km/h时时客客室室内内噪噪声声值值为为66dB(A)66dB(A)3737／／3737；；. .。