中國標準250km/h動車組鋁合金車體結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

毛哲騫 呂昊

中車長春軌道客車股份有限公司

一、概述

隨著高鐵技術(shù)的不斷創(chuàng)新，中國標準動車組的設(shè)計在時速、性能、安全等方面都有了顯著的提高。動車組的車體設(shè)計采用了鋁合金車體結(jié)構(gòu)，具有輕量化，強度高，耐腐蝕等諸多優(yōu)點。以中國標準250km/h動車組鋁合金車體為例，研究鋁合金車體的發(fā)展現(xiàn)狀及結(jié)構(gòu)特點。

二、鋁合金車體結(jié)構(gòu)概述

（一）鋁合金車體

中國標準250km/h動車組車體承載結(jié)構(gòu)采用與車體基本等長輕薄優(yōu)質(zhì)的大型中空鋁合金型材組焊而成，為統(tǒng)一的薄壁筒型整體承載結(jié)構(gòu)。主要由底架、側(cè)墻、車頂、端墻等結(jié)構(gòu)組成。焊接方式采用對接和搭接的連接方式。同時，為了達到最優(yōu)性能，在車頭結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選擇等方面都遵循了空氣動力學(xué)原理，使其發(fā)揮最大作用。

（二）鋁合金車體結(jié)構(gòu)組成

1.底架結(jié)構(gòu)

底架主要由兩大部分組成，底架端部結(jié)構(gòu)和底架中部結(jié)構(gòu)，底架中部結(jié)構(gòu)包括地板和邊梁組成，地板與邊梁焊接，縱向貫通。底架兩端為底架端部結(jié)構(gòu)，集成有車鉤安裝座、電氣連接安裝空間以及風(fēng)擋安裝接口。

2.側(cè)墻結(jié)構(gòu)

側(cè)墻由側(cè)墻上部型材、側(cè)墻下部型材、窗口下部型材、窗口上部型材、側(cè)窗型材五塊大型中空鋁型材拼焊而成，各車側(cè)墻的外部輪廓及型材斷面組成均相同。側(cè)墻集成有車門、車窗、新風(fēng)口、外顯等開口，車門兩側(cè)焊有門立柱用于補強及安裝塞拉門設(shè)備。

3.車頂結(jié)構(gòu)

車頂由車頂型材、端部過渡連接型材等構(gòu)成,提供空調(diào)機組、新風(fēng)口及車頂電氣部件等設(shè)備的安裝接口。

4.端墻結(jié)構(gòu)

端墻主要由端墻板、兩側(cè)端角柱、彎梁組成，端墻外輪廓型材上集成有與車頂及側(cè)墻連接的接口。

（三）車體強度要求

為了確定鋁合金車體承載結(jié)構(gòu)在運用載荷作用下具有的承載能力，保證在超常和運營載荷工況下車體結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。執(zhí)行標準滿足EN 12663標準的要求。

三、鋁合金車體結(jié)構(gòu)設(shè)計

（一）輕量化設(shè)計

在對整車輕量化設(shè)計的同時要綜合考慮到低噪聲、低振動以及良好的穩(wěn)定性和可靠性。通過對鋁合金車體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，采用先進的鋁車體結(jié)構(gòu)和輕量化材料來實現(xiàn)整車的降重。

由于動車組每節(jié)車體較長，鋁合金車體使用大量金屬材料，為保障所使用材料的強度和耐用度，并降低車體的重量，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)選用輕量化材料并盡可能減少型材內(nèi)部加強筋數(shù)量，以達到減輕重量的目的。

為使動車組的整體重量得到進一步減輕，也可以考慮將較厚的型材減薄，對型材結(jié)構(gòu)及選用的材料進行優(yōu)化，使鋁車體結(jié)構(gòu)的材料厚度得到減小從而減輕了車體的重量。

另外，動車組車頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅要考慮實用性，也要考慮美觀性，因此在制造成本和材料的選取方面都要適應(yīng)未來高速動車組的發(fā)展趨勢。

（二）鋁車體結(jié)構(gòu)的靜強度試驗及分析

通過對標準動車組車體鋁結(jié)構(gòu)的靜強度試驗分析，當鋁車體靜強度的試驗值與測量值趨勢相同，所計算的數(shù)據(jù)的低于規(guī)定的標準數(shù)據(jù)，測量應(yīng)力小于許用應(yīng)力時，則表示該動車組的車體結(jié)構(gòu)設(shè)計符合規(guī)定的標準，車體的安全性和可靠性才能夠達到設(shè)計要求，這也是保證車輛安全的重要依據(jù)。

總結(jié)：綜上所述，中國標準250km/h動車組鋁合金車體在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須結(jié)合動車組車體的結(jié)構(gòu)特點和發(fā)展現(xiàn)狀，按照設(shè)計標準和試驗規(guī)定的要求，在保證車體安全穩(wěn)定的前提下進行結(jié)構(gòu)改進和優(yōu)化。因此，仍需要在研究和設(shè)計過程中仍需要不斷創(chuàng)新，引進新技術(shù)和新理念，在保證車輛安全運行的同時，促進動車組鋁合金車體不斷向前發(fā)展，為中國標準動車組的研發(fā)設(shè)計做好充足的準備。