淺談鐵路客車車體輕量化問題分析

杜坤

摘要：所謂鐵路客車車體的輕量化，就是在確保車體強度及安全的基礎(chǔ)上，通過相關(guān)的技術(shù)手段，最大程度上縮減車體整備質(zhì)量，提高其動力性能，以達(dá)到節(jié)能耗、減少空氣污染。經(jīng)過相關(guān)的實踐證明，如果鐵路客車車體質(zhì)量能夠減小一般的話，燃料消耗也隨之幾乎同樣幅度的削減，已經(jīng)有著非常廣闊的發(fā)展前景。本文通過對我國首列輕量化不銹鋼A型地鐵車輛的實例分析，展望了鐵路客車車體輕量化的未來發(fā)展，希望能對相關(guān)人員提供有價值的參考。

關(guān)鍵詞：鐵路客車；車體輕量化；發(fā)展

引言

鐵路運輸具有運力大、安全穩(wěn)定的優(yōu)勢，承擔(dān)著我國物資及旅客的重要運輸任務(wù)，在我國相關(guān)技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展之下，近年來我國鐵路客車制造取得了舉世矚目的成就，中國自主研發(fā)制造的鐵路客車遠(yuǎn)銷海內(nèi)外，贏得了普遍的贊譽。車輛及交通運輸業(yè)的發(fā)展經(jīng)常伴隨著環(huán)境污染問題，當(dāng)前全球都對節(jié)能環(huán)保理念引起了高度重視，因而我國的鐵路客車制造業(yè)也開始研究車體輕量化，這已經(jīng)成為未來鐵路客車制造業(yè)的發(fā)展趨勢。

一、鐵路客車車體輕量化目的及意義

在鐵路客車車體輕量化的發(fā)展過程中，通過減少車體重量，能夠提高輸出功率、降低噪聲、提升操控性、可靠性和安全性，同時還能提高車速、降低油耗、減少廢氣排放。另外，隨著鐵路客車的車身變輕，對于整車的燃油經(jīng)濟性、車輛控制穩(wěn)定性、碰撞安全性都能夠起到重要的積極作用。

車輛車體結(jié)構(gòu)輕量化以后，將會有效降低運行阻力，節(jié)省牽引以及制動需要的能量；減少對軌道的壓力，降低車輪和軌道的磨損；降低了車輛和軌道的維護成本；還能夠直接減少建造車輛使用的材料，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和新型材料的應(yīng)用，實現(xiàn)車體結(jié)構(gòu)輕量化[1]。

二、我國首列輕量化不銹鋼A型地鐵車輛的應(yīng)用分析

我國首列輕量化不銹鋼A型地鐵車輛，是由青島四方機車車輛股份有限公司生產(chǎn)的，這也是北京軌道交通首列A型車輛，比B型車輛具有更大的載客能力[2]。

特別值得稱道的是，該車輛的設(shè)計充分利用不銹鋼高強度的特點，車輛的“軸重”這一技術(shù)指標(biāo)，在國內(nèi)首次達(dá)到與鋁合金車體同等的16噸水平，既滿足車輛大載荷需求，又達(dá)到節(jié)能降耗的最佳效果；不銹鋼車體十分的平順，采用激光焊接最新的技術(shù)工藝，提高了密閉性和整體剛度；車輛的防撞擊、車體的強度等性能優(yōu)秀，車體縱向靜壓載荷達(dá)到120噸，頭車設(shè)有“防爬吸能裝置和吸能區(qū)”，安全性能更高。

該車輛采用國產(chǎn)自主知識產(chǎn)權(quán)的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、空氣制動系統(tǒng)，與國際先進水平的牽引系統(tǒng)相結(jié)合，保證了列車運行性能與優(yōu)良品質(zhì)；車輛設(shè)置了全面的安防設(shè)施，電視監(jiān)視系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)，及緊急情況下的內(nèi)外緊急解鎖與對講報警等設(shè)備。列車前端設(shè)緊急疏散門，坡道式的逃生通道使乘客在緊急情況下30分鐘內(nèi)疏散完畢；列車輔助供電系統(tǒng)采用四臺電源裝置并網(wǎng)供電的形式，若某一臺發(fā)生故障，可正常供電，安全可靠性更強，即使是列車在動力損失一半的情況下，還可以在30‰的坡道繼續(xù)行駛，并抵達(dá)最近車站。

該車輛的外形時尚而又簡約，不銹鋼金屬原色別致典雅，人性化的車內(nèi)設(shè)計融入了“綠色園林”元素，清新而又舒心；車廂內(nèi)采用大功率“下出風(fēng)式”薄型空調(diào)系統(tǒng)，送風(fēng)效果更加均勻，采用符合人體工程學(xué)的座椅和觸手可及的扶手桿，座椅下設(shè)有電加熱裝置，在天冷時也能保持適宜的溫度；在車內(nèi)還設(shè)有特需乘客座位，并設(shè)有輪椅區(qū)，極具人性化。成熟的列車廣播系統(tǒng)、LCD信息顯示系統(tǒng)及人性化的電子地圖，為旅客提供及時周到的車輛到站等信息[3]。

三、鐵路客車車體輕量化發(fā)展問題研究

1.鋁合金新方向

當(dāng)前，日本新干線的旅客快速增加，鐵路高速化的實現(xiàn)使人們再次考慮車體輕量化的問題。車輛結(jié)構(gòu)輕量化的方法有三種，即結(jié)構(gòu)方式、適用材料的材質(zhì)（由鋼制改為鋁合金制）、內(nèi)裝品組成的變更。對于新干線的車輛，除骨干、臺框等部件采用高強度鋼之外，外板同樣采用，并改進了兩者的接合度，實現(xiàn)了較好的輕量化。

2.不銹鋼與鋁合金的對比分析

不銹鋼車體的機械性能和防火性能強于鋁合金車體，熔點較高，因此具有更好的安全性。鋁合金車體的屈服強度、抗拉強度、延伸率和彈性模量約為不銹鋼車體的1/3，且比不銹鋼車體的剛度要小，因此鋁合金車體設(shè)計時一般采用加大板厚和盡量加大車體端面的辦法，來提高車體的抗彎剛度。不銹鋼車體采用板梁組合整體承載全焊結(jié)構(gòu)，為了不降低板材強度和減小變形，應(yīng)盡量采用點焊，特別是強度更高的材料不允許任何形式的弧焊，采用接觸焊代替弧焊，是不銹鋼車體的又一特征和技術(shù)關(guān)鍵[4]。

在價格方面，SUS304不銹鋼和6000系鋁合金的原材料單價相差無幾，但不銹鋼車體是板梁結(jié)構(gòu)，需大量工裝、模具、夾具、樣板和中間檢查手段，生產(chǎn)工藝極其復(fù)雜，費工費料；鋁合金車體則普遍采用大型桁架式中空型材組焊式，中空鋁型材是制造廠一次軋制而成的，車輛制造廠只需下料、拼裝、氬弧焊接，工藝簡單，省工省料，因此成品價格還是不銹鋼車體偏高；不同材料車體的抗腐蝕能力對于車體的使用壽命起到重要作用，不銹鋼的抗腐蝕性能相較于鋁合金的優(yōu)勢明顯；防火性上，不銹鋼熔點在1400℃以上，而鋁合金只有630℃ ～650℃，且到300℃以上就發(fā)軟變形，因此不銹鋼車體的防火性能也更高。綜合以上分析，不銹鋼車體的使用壽命要比鋁合金車體更長。

結(jié)語

總之，隨著全球?qū)Νh(huán)境為的日漸重視，以及我國節(jié)能減排戰(zhàn)略的提出，鐵路客車車體輕量化具有重要的現(xiàn)實意義，相關(guān)人員要科學(xué)選擇車體材料，如不銹鋼與鋁合金等，綜合化考慮車輛壽命、安全性、成形性等各種方面，不斷提高我國裝備制造業(yè)的技術(shù)水平，堅持創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，制造出更為經(jīng)濟、安全且優(yōu)質(zhì)的列車。

參考文獻：

[1]黃在告，陳剛，陳喜紅，高平平.7075鋁合金傳動軸空心軸身的擠壓鑄造工藝研究[J].特種鑄造及有色合金，2014（11）：80-81.

[2]覃彥龍，傅新生，王丹丹，王峰.測速齒輪流變擠壓成形缺陷的形成機理及改進措施[J].鑄造，2015（10）：28-29.

[3]廖連瑩，左言言，陳冬冬.鋁合金地鐵車內(nèi)噪聲預(yù)測與控制技術(shù)研究[J].機械設(shè)計與制造，2015（11）：20-21.

[4]趙文春，孫麗萍，陳亮，王玉艷.提速客車車體鋼結(jié)構(gòu)改進方案[J].大連交通大學(xué)學(xué)報，2013（6）：45-46.endprint