160km/h歐標(biāo)內(nèi)燃動車組車體鋼結(jié)構(gòu)研究

王琰

摘 要：本文介紹了160km/h內(nèi)燃動車組車體鋼結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)、車體鋼結(jié)構(gòu)組成以及主要部件所采取的新的設(shè)計理念及特點等。并進行了結(jié)構(gòu)強度分析，分析表明車體結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：160km/h歐標(biāo)內(nèi)燃動車組；車體鋼結(jié)構(gòu)；強度校核；有限元

中圖分類號：U270.32 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0059-02

1 概述

隨著鐵道交通裝備工程實踐的推進，我國鐵道車輛研發(fā)水平和制造能力的進一步提升，鐵道車輛技術(shù)儲備不斷完善，并逐步擴展了國外市場，為實現(xiàn)鐵路交通引領(lǐng)世界的目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)[1-2]。但不同國家的列車具有不同的運行環(huán)境，如編組形式，定員特點，線路條件等等，設(shè)計列車需要與之相適應(yīng)的系統(tǒng)構(gòu)造和結(jié)構(gòu)形式[3]。本文介紹160km/h歐標(biāo)內(nèi)燃動車組車體鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計與強度校核情況，為相應(yīng)新型列車設(shè)計和既有列車改進提供參考。

160km/h歐標(biāo)內(nèi)燃動車組（以下簡稱動車組）項目是中國中車唐山機車車輛有限公司為滿足歐盟TSI認(rèn)證而進行研究的內(nèi)燃動車組項目，用動車—拖車—動車3輛車編組方式，運行環(huán)境滿足EN 50125-1，線路選擇意大利米蘭-都靈的線路運用環(huán)境。公司按照TSI認(rèn)證要求，制定了頂層設(shè)計指標(biāo)。在該指標(biāo)的指導(dǎo)下，綜合限界要求、編組方式和定員特點等多因素，進行了車體鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并進行了強度校核和相應(yīng)部分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，且完成了車體鋼結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析，最終形成了該動車組的車體鋼結(jié)構(gòu)方案。

根據(jù)《TSI通用技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱規(guī)范）要求，車體鋼結(jié)構(gòu)強度按照EN12663-1-2010《鐵路應(yīng)用 鐵路車輛車體結(jié)構(gòu)要求》中P-II類的載荷規(guī)定；車體的耐碰撞性能設(shè)計及校核按照EN15227《車輛被動性安全設(shè)計》中C-I類的規(guī)定，司機室鋼結(jié)構(gòu)的強度按照UIC651-2002《機車、動車、動車組和帶司機室拖車的司機室布置》中的載荷工況的規(guī)定設(shè)計。

2 主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)參數(shù)表1所示。

3 主要特點

本列車研發(fā)結(jié)合規(guī)范要求，結(jié)合了我國先進技術(shù)，其主要技術(shù)特點：（1）模塊化設(shè)計。采用模塊化設(shè)計是當(dāng)今車輛的先進技術(shù)之一，為便于各個接口部位的統(tǒng)一，阿根廷內(nèi)燃動車組采用模塊化設(shè)計理念，減少了各大部件的附件的數(shù)量，零件要求盡量統(tǒng)一，工藝性好，生產(chǎn)率得到進一步提高。（2）頂置式動力包放置。以往碳鋼內(nèi)燃動車組車頂放置空調(diào)等設(shè)備，相比于動力包，空調(diào)重量較輕，歐標(biāo)車體考慮當(dāng)車下空間受限，車頂設(shè)置動力包的結(jié)構(gòu)，在我公司的國內(nèi)、外項目中從未使用過車頂放置重量較大的動力包方式，為滿足整車的車體結(jié)構(gòu)強度，該種車頂結(jié)構(gòu)采用加強型車頂。此種結(jié)構(gòu)為我公司以后車頂放置大重量設(shè)備提供新的設(shè)計思路，為今后滿足不同用戶的需求提供了一種新的解決辦法。（3）低地板車體結(jié)構(gòu)。為滿足北美、南美、歐洲等不同國家的限界及低站臺的上車需求，同時要保證在充分利用限界的條件下滿足車內(nèi)乘坐的空間高度，因此不銹鋼的低地板車體亟待開發(fā)，該項目中低地板的車體結(jié)構(gòu)設(shè)計為我們今后滿足低站臺上車需求的用戶提供一定的技術(shù)支持。（4）輕量化設(shè)計。不銹鋼的車體結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)功能滿足強度要求的前提下，需要的板材厚度更薄，重量更輕，為今后輕量化的設(shè)計思路提供一定的技術(shù)支持。（5）車體外觀。不銹鋼的車體外表面，對車體的外形及大部件的公差控制更嚴(yán)，對工藝方法的要求更嚴(yán)，產(chǎn)品的質(zhì)量要求更高，良好的外觀質(zhì)量為我們今后進入高端市場打下基礎(chǔ)。

4 車體鋼結(jié)構(gòu)簡介

車體鋼結(jié)構(gòu)為無中梁全鋼焊接整體承載結(jié)構(gòu)，如圖1所示。車體由底架、側(cè)墻、端墻、車頂以及司機室等部件組成，各大部件互相之間形成一個完整的整體承載結(jié)構(gòu)。同時車體結(jié)構(gòu)保證了雨水及冷凝水有效排除，防止存水和車窗處出現(xiàn)流水現(xiàn)象。

4.1 底架

底架由牽引梁、縱梁、枕梁、緩沖梁、邊梁、橫梁和波紋地板等結(jié)構(gòu)組成，如圖2所示。枕內(nèi)邊梁上設(shè)頂車位。牽引梁采用耐候鋼組焊而成，枕梁采用箱型組焊結(jié)構(gòu)，邊梁采用異性斷面、橫梁均采用乙型斷面。在高低地板連接處采用連接板進行過渡，底架上設(shè)有防爬器，防止車輛相撞時互相爬疊。

4.2 側(cè)墻

側(cè)墻主要由側(cè)柱、縱梁、側(cè)墻上邊梁、窗間縱梁等結(jié)構(gòu)組焊而成。如圖3所示。側(cè)墻上邊梁、側(cè)柱及縱梁采用乙型梁。側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)上設(shè)側(cè)門門框，保證側(cè)墻門框開口處強度要求。

4.3 端墻

端墻由門立柱、端角柱、端頂彎梁、門上橫梁、立柱等組焊而成，如圖4所示，同時與貫通道相連接的部分采取了局部的補強。

4.4 車頂

車頂由高頂和平頂組成，平頂采用頂置式動力包放置方式，如圖5所示，因此在放置動力包區(qū)域骨架進行加強，高頂處放置空調(diào)，在高頂處設(shè)置出風(fēng)口和進風(fēng)口，在車頂焊有安裝座，供各部位連接使用。

5 車體鋼結(jié)構(gòu)靜強度設(shè)計

根據(jù)《規(guī)范》要求，在車體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時對EN12663-2000，UIC651-2002標(biāo)準(zhǔn)進行了解讀，最終對車體鋼結(jié)構(gòu)進行了10個工況的靜強度和模態(tài)分析。計算工況如表2所示。

通過對車體結(jié)構(gòu)進行靜強度、振動模態(tài)、穩(wěn)定性等計算分析，得出結(jié)論：（1）強度。通過計算分析，較高應(yīng)力區(qū)域主要分布于車體底架牽引梁下蓋板板區(qū)域，最大應(yīng)力值為402MPa，其它位置應(yīng)力值均小于材料屈服極限，車體強度滿足車體設(shè)計的要求。（2）剛度。最大垂向載荷下，車體底架邊梁最大垂向位移為12mm，等于車輛定距的0.631%，小于1%，滿足車體剛度設(shè)計要求。

6 結(jié)語

通過對160km/h歐標(biāo)內(nèi)燃動車組的車體結(jié)鋼進行分析有限元計算，該車的強度、剛度均滿足要求。

參考文獻

[1]方炅任.城軌車車頭結(jié)構(gòu)設(shè)計方法[J].鐵道車輛，2010，（10）：27-35.

[2]廖愛華，孫麗萍.200km/h高速客車車體結(jié)構(gòu)分析及改進[J].鐵道車輛，2002，（4）：18-22.

[3]徐鳳妹，廖平，朱亮.出口突尼斯內(nèi)燃動車組車體鋼結(jié)構(gòu)研制[J].鐵道車輛，2011，（11）：24-28.