高速動車組組成功能介紹及技術(shù)參數(shù)

朱峰

摘 要：介紹了我國和世界高速鐵路的發(fā)展概況，我國自主生產(chǎn)的動車組的基本結(jié)構(gòu)，車體構(gòu)造、車體技術(shù)及動車組的基本組成，各部件功能，主要講解了CRH2型動車組的車體結(jié)構(gòu)及車體技術(shù)，和各型號動車組的主要技術(shù)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：組成；結(jié)構(gòu)；參數(shù)；功能

中圖分類號：U266.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）19-0052-02

作為現(xiàn)代化鐵路的代表，動車組列車具有的方便快捷，舒適環(huán)保等特點(diǎn)得到廣大人們的喜愛，通過本論文論述動車組的車體結(jié)構(gòu)及車體技術(shù)，制造出更加舒適，更加人性化的列車。

1 動車組行車標(biāo)志

動車組運(yùn)行方向首端司機(jī)室頭燈向前顯示白色燈光，動車組運(yùn)行方向尾部司機(jī)室頭燈向后顯示紅色燈光。

動車組無動力回送時(shí)及被推行時(shí)，運(yùn)行方向首端司機(jī)室向前顯示白色燈光，運(yùn)行方向尾部司機(jī)室向后顯示紅色燈光，不用掛邊燈。

2 動車組外觀及編組

以CRH2為例：CRH2動車組兩頭車長25700mm、中間車長25000mm、總長201.4米、車寬3380mm、車高3700mm。CRH2動車組以4輛動車和4輛拖車共8輛車構(gòu)成一個(gè)編組。

3 動車組的基本組成

動車組的組成與普通列車大體相同，具體內(nèi)容如下：（1）車體：動車組的車體可分為兩種，帶司機(jī)室和不帶司機(jī)室。車體是容納旅客和司機(jī)的地方，又是安裝和連接其他部位和設(shè)備的主體，是非常重要的組成部分。（2）轉(zhuǎn)向架：動車組轉(zhuǎn)向架也分為兩種，動力轉(zhuǎn)向架和非動力轉(zhuǎn)向架，動力轉(zhuǎn)向架在動車上，非動力轉(zhuǎn)向架在拖車上。轉(zhuǎn)向架是承受車體重量，并且直接與軌道接觸，牽引車輛在軌道上行駛，動車組轉(zhuǎn)向架同樣是動車組安全舒適運(yùn)行的保證。（3）連接緩沖裝置：連接緩沖裝置也就是減緩連接部位的沖擊力等外力，由于動車的速度快，編組列車之間的作用力強(qiáng)，緩解列車之間的作用力就至關(guān)重要。動車組的連接緩沖裝置可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接、高壓電氣連接、輔助系統(tǒng)和供電連接以及控制系統(tǒng)連接。（4）制動裝置：由于動車組列車的高速度，普通的制動裝置就不能保證列車的安全制動。動車組采用的是電氣制動與空氣制動的復(fù)合制動。動車組制動系統(tǒng)包括動力制動系統(tǒng)、空氣制動系統(tǒng)、電子防滑器和基礎(chǔ)制動裝置等。（5）車輛內(nèi)部設(shè)備：車輛內(nèi)部設(shè)備是指為旅客服務(wù)的車內(nèi)固有設(shè)備，例如車內(nèi)的座椅、門窗、電氣、飲水、空調(diào)、取暖、行李架等。（6）牽引傳動系統(tǒng)：牽引傳動系統(tǒng)包括主電路、高壓設(shè)備、受電弓、主斷路器、其他高壓設(shè)備、主變壓器、牽引變流器、牽引電機(jī)及電傳動系統(tǒng)的保護(hù)等。（7）輔助供電系統(tǒng)：用于動車組用電設(shè)備的供電，由輔助供電系統(tǒng)提供，包括冷卻通風(fēng)機(jī)?？諝鈮嚎s機(jī)、水泵電機(jī)、油泵電機(jī)、采暖設(shè)備、應(yīng)急用電、維修用電、通信及其控制等。

4 CRH2型動車組車體結(jié)構(gòu)

采用車體輕量化的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）減輕自重降低運(yùn)行阻力，節(jié)省牽引和制動能量。（2）減少車體對軌道的壓力，從而減少車輪對軌道的摩擦。（3）降低車輛和線路的維修保養(yǎng)。（4）減少車輛材料的消耗。基于以上幾點(diǎn)，要想做到車體的輕量化，選用材料就是關(guān)鍵，目前世界上的動車組車體普遍使用的是鋁合金材料。CRH2車體用鋁合金材需具有強(qiáng)度高、焊接性好、擠壓加工性能優(yōu)、耐腐蝕性持特性，主要采用了5000系合金的5083、6000系合金的6N01、7000系合金的7N01等。

CRH2型動車組的車體可以分為兩種形式，即頭車車體和中間車體。兩個(gè)透徹的車體結(jié)構(gòu)基本相同，各中間車體的結(jié)構(gòu)也大體相同，都采用大型中空鋁合金擠壓型材焊接而成，車體結(jié)構(gòu)是由底架、側(cè)墻、車頂、端墻、車下設(shè)備艙、頭部排障裝置、司機(jī)室和客室地板結(jié)構(gòu)等組成。

（1）底架：CRH2車體底架分頭車底架和中間車底架。頭車底架由車身底架和車頭底架兩部分組成，中間車底架只有車身底架。（2）側(cè)墻：CRH2車體側(cè)墻采用大型中空擠壓型材，不設(shè)車內(nèi)側(cè)立柱，頭車與中間車側(cè)墻結(jié)構(gòu)相同但縱向長度不同。型材之間的焊接為在車體長度方向上連續(xù)焊接的方式，側(cè)墻與車頂?shù)穆?lián)結(jié)采用車內(nèi)側(cè)、車外側(cè)連續(xù)焊接，側(cè)墻和底架邊梁之間的聯(lián)結(jié)采用車內(nèi)側(cè)點(diǎn)固焊接，車外側(cè)連續(xù)氣密焊接。（3）車頂：車頂是車體上部結(jié)構(gòu)，是受電弓、高壓電纜等車頂設(shè)備的安裝基礎(chǔ)。CRH2車體車頂由大型中空擠壓型材構(gòu)成，車頂型材之間的焊接采用在車體長度方向連續(xù)焊接。車頂和側(cè)墻的連接采用車內(nèi)側(cè)、車外側(cè)連續(xù)焊接結(jié)構(gòu)。（4）端墻：頭車車體一側(cè)帶有端墻，中間車兩側(cè)均帶有端墻。端墻根據(jù)車輛衛(wèi)生間和洗臉間的布置主要分為兩種結(jié)構(gòu)形式，即分體式和整體式兩種。（5）車下設(shè)備艙：出于保護(hù)設(shè)備及改善列車空氣動力學(xué)性能的考慮，CRH2設(shè)有車下設(shè)備艙。設(shè)備艙主要由側(cè)蓋板、蓋板安裝件和托座等組成。側(cè)罩由鋁合金型材和板材等組裝而成，通過螺栓連接到底架上。側(cè)罩在車長方向分塊組裝，根據(jù)車下設(shè)備的需要，不同的部位設(shè)有通風(fēng)口和檢查門。（6）頭部排障裝置：CRH2在頭車車體的前端設(shè)置結(jié)構(gòu)堅(jiān)固的排障裝置。該裝置能在排障時(shí)撞飛障礙物，絕不允許卷入物品鉆入轉(zhuǎn)向架下。當(dāng)列車以200km/h運(yùn)行時(shí)，可以排除高250mm，質(zhì)量100kg以下的障礙物。靜態(tài)強(qiáng)度可滿足137kN的要求。排障板距軌面的高度是150mm以上。（7）司機(jī)室：CRH2頭車車體前端為司機(jī)室頭部結(jié)構(gòu)，它以骨架外殼結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。頭部結(jié)構(gòu)按車頭斷面形狀變化將縱骨架形成環(huán)狀，與橫向骨架叉接組焊，骨架外焊接鋁制外板。（8）客室地板結(jié)構(gòu)：地板要對車室內(nèi)的負(fù)荷有足夠的強(qiáng)度，并從地板下、地板中間考慮有足夠的隔音結(jié)構(gòu)。地板結(jié)構(gòu)為下部氣密地板和上部蜂巢狀地板組成的雙層結(jié)構(gòu)，在地板中有空調(diào)風(fēng)道和座位配線的空間。

5 動車組車體技術(shù)

5.1 列車空氣動力學(xué)

列車在高速運(yùn)行當(dāng)中，空氣對列車的運(yùn)行會產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。而且隨著列車速度的提高，不僅僅空氣對列車的影響增大，高速運(yùn)行中的列車所產(chǎn)生的周圍的空氣變化同樣會對周圍環(huán)境產(chǎn)長影響，這就需要研究高速列車的空氣動力學(xué)問題。

5.2 動車組頭形設(shè)計(jì)

由于高速列車所帶來的空氣阻力等問題，動車組頭型的設(shè)計(jì)就顯得至關(guān)重要。好的頭型可以有效的減少空氣對列車運(yùn)行的阻力，還能解決運(yùn)行穩(wěn)定性等問題。

頭部縱向?qū)ΨQ面上外形輪廓線，要滿足司機(jī)室凈空高、前窗幾何尺寸、玻璃形狀，以及瞭望等條件。還應(yīng)做到的是盡可能降低該輪廓線的垂向高度，使頭部趨于扁形，這樣做可以減少沖擊，改善尾部渦流影響。同時(shí)，端部的鼻錐部位設(shè)計(jì)成橢圓形狀，這樣做可以減少列車運(yùn)行時(shí)的空氣阻力。

5.3 動車組車身外形設(shè)計(jì)

動車組必須具有完善的氣動外形，以使其具有良好的空氣動力學(xué)性能。列車練好空氣動力學(xué)性能的實(shí)現(xiàn)主要通過車體外形的特殊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。（1）頭尾部為細(xì)長，呈流線型。（2）車身斷面為鼓形，及車頂為圓弧形，側(cè)墻下部向內(nèi)傾斜以圓弧形過渡到底架，上部同樣向內(nèi)傾斜，以圓弧形過渡到車頂。（3）列車下部設(shè)有導(dǎo)流罩，且能夠方便開啟。（4）列車縱斷面盡量使用平滑過渡方式，形狀不一致是應(yīng)加過渡區(qū)段。（5）采用與車身橫斷面形狀相吻合的裙板遮住車下設(shè)備，以減少空氣阻力，也能防止高速運(yùn)行下濺起的沙石打壞車下設(shè)備。（6）列車表面光滑平整，無明顯的凸出和凹陷。（7）兩車輛連接處采用橡膠大擋風(fēng)，與車身保持平齊，避免形成空氣渦流。（8）列車受電弓外形具有良好的空氣動力學(xué)性能。

5.4 車體結(jié)構(gòu)的輕量化技術(shù)

輕量化主要有三大優(yōu)點(diǎn)：一是節(jié)能；二是減小對軌道的破壞；三是改善振動噪聲引起的環(huán)境問題。節(jié)能主要體現(xiàn)在牽引和制動消耗的能量上，重量越輕，所需牽引和制動功率就越小。列車超重，對軌道的振動沖擊越嚴(yán)重，易造成軌道的破壞。重量越大，振動噪聲越大。

要想實(shí)現(xiàn)車體的輕量化，主要有2個(gè)辦法：一是選用新型的輕質(zhì)材料，而是優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。目前車體輕量化材料一般選用耐候鋼車體、不銹鋼車體、鋁合金車體等。

5.5 車內(nèi)設(shè)備的輕量化技術(shù)

車內(nèi)設(shè)備首先要滿足防火阻燃的要求之后再考慮輕量化。車內(nèi)設(shè)備約占車體總質(zhì)量的20%，所以車內(nèi)設(shè)備輕量化對車體輕量化具有重要意義。

車內(nèi)設(shè)備均可采用輕合金或高分子工程材料或復(fù)合材料，使設(shè)備重量大大減輕。

5.6 轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)

降低轉(zhuǎn)向架自重是高速轉(zhuǎn)向架技術(shù)開發(fā)的一個(gè)重要方面，它對改善車輛振動性能和減小輪軌之間的動力作用均有顯著效果。國外高速轉(zhuǎn)向架輕量化的主要措施之一是采用無搖枕結(jié)構(gòu)，此外還有很多輕量化措施。

通過對車體結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)、車內(nèi)設(shè)備及其它設(shè)備在選材和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取措施，可使車輛自重（軸重）明顯減輕。

6 車體氣密性及隔音技術(shù)

6.1 車體氣密性

我們在坐車時(shí)經(jīng)常會產(chǎn)線這樣的狀況，當(dāng)列車駛?cè)胨淼罆r(shí)，我們會感到耳鳴，甚至感到疼痛。這是因?yàn)楦咚倭熊囋偻ㄟ^隧道時(shí)，車體結(jié)構(gòu)上要承受較大的交變壓力載荷。這種壓力變化還會引起車內(nèi)壓力的變化，從而使乘客產(chǎn)生耳鳴、疼痛感，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)舸┒?。所以高速車輛必須保證良好的氣密性。

6.2 隔音技術(shù)

減少車內(nèi)的噪音，一是減少噪聲源發(fā)出的噪聲強(qiáng)度，二是提高車體的隔音性能。（1）消弱噪聲源發(fā)出的噪聲強(qiáng)度：在車輪上安裝消音器和開發(fā)彈性車輪，這樣可以有效的降低輪軌摩擦產(chǎn)生的噪聲；車體外形設(shè)計(jì)成流線型，車體表面平整、光滑都有利于減小空氣與車體的摩擦聲；采用橡膠風(fēng)擋，可減小撞擊聲；在空調(diào)系統(tǒng)上安裝消音器，降低牽引電機(jī)風(fēng)扇的噪音、驅(qū)動裝置等設(shè)備的振動噪音。（2）提高車體隔音性能：采用雙層墻結(jié)構(gòu)，可增加隔音量；在車體金屬表面涂刷防震阻尼層，使鋼結(jié)構(gòu)的聲頻震動轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉；采用雙層車窗，減少從側(cè)面?zhèn)魅胲噧?nèi)的噪聲；車內(nèi)選用吸聲效果好的高分子聚合材料；而且提高車體氣密性也可以起到隔音作用。

7 防火安全技術(shù)

7.1 防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

在全封閉、高速的的動車組列車上如果發(fā)生火災(zāi)，情況會是非常危險(xiǎn)的。所以動車組上的防火技術(shù)非常重要。

高速列車防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則是：系統(tǒng)集成、預(yù)防為主、應(yīng)急對策、以人為本。

7.2 防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）要選用防火阻燃的材質(zhì)：車輛使用的耐火材料，主要是指阻燃、低煙、低毒的高分子材料和耐火涂料；根據(jù)車型位的不同選擇不同等級的防火、防煙毒材料。（2）緊急設(shè)備：車門除自動開關(guān)外應(yīng)設(shè)有手動開關(guān)，車窗上應(yīng)設(shè)有應(yīng)急手錘，發(fā)生事故時(shí)旅客可自行脫離現(xiàn)場。

7.3 火災(zāi)預(yù)測和滅火裝置設(shè)計(jì)

（1）車體內(nèi)應(yīng)設(shè)有煙霧報(bào)警器，并與地面防火系統(tǒng)聯(lián)防。（2）每個(gè)拖車乘務(wù)室應(yīng)設(shè)置一個(gè)手動的火災(zāi)報(bào)警按鈕。（3）每個(gè)列車內(nèi)應(yīng)設(shè)有一個(gè)6L便攜式噴霧滅火器和一個(gè)6kg干粉滅火器。

8 結(jié)語

高速鐵路以其安全、舒適、快捷的優(yōu)點(diǎn)深得人心，符合現(xiàn)代人出行的需要。再加上動車組的節(jié)能環(huán)保，必將在未來快速發(fā)展，成為人們出行的首選交通工具。中國人口眾多，客流量大，高速鐵路的發(fā)展必將改善客流密度，使人們出行不在困難，加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使我們的國家更加富強(qiáng)。