时速300公里动车组车体结构研究

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摘 要：本文时速300公里动车组铝合金车体做了介绍，并对车体铝结构的型材和板材、相关材质的化学成分及机械性能、各部位结构形式以及强度执行标准作了重点阐述。

关键词：铝合金；车体；型材；化学成分；机械性能；焊接；分析

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.194

0 引言

随着国民经济的发展，人们的生活水平和环保意识逐渐提高，人们对交通工具的舒适性、安全性、快捷性以及环保性提出了更高的要求。而高速列车的应用在解决上述问题中表现出来的优越性已经得到了各国政府的认可。我国从2004年开始相继引进了日本、法国、德国的动车组，分别命名为CRH2、CRH5、CRH3型动车组。这3种动车组都采用的是铝合金车体。铝合金车体因其具有重量轻、耐腐蚀、刚度好、密封性好、外观平整度高、制造工艺简化、易于制造复杂美观曲面车体以及全寿命免维修等优点，而在高速动车组中得到了广泛的应用。下面就国内生产的某型时速时速300公里动车组铝合金车体做一个简单的介绍。

1 概述

时速时速300公里动车组是8 辆编组、两个牵引单元的电动车组，每个牵引单元2动2拖（M-T-M-T）。

铝合金车体根据车辆功能的不同，可以概括为两大类，即中间车铝合金车体和头车铝合金车体。

其中中间车为基础车型，头车铝合金车体由中间车铝合金车体加上司机室铝结构演变而来。

该动车组车体为全铝合金焊接结构，车体承载结构采用与车体等长的大型中空铝合金型材组焊而成，为筒型整体承载结构。车体具有优良的防振、隔音性能。为减少辅助结构的焊接连接，车体型材带有滑槽，用于吊装车下设备、固定车顶设备以及安装车内设备等。

侧墙、车顶、底架形成的筒形结构与端墙、司机室的连接靠弯曲的连接板焊接组成，连接板的宽度可以现车匹配，以便调整整个车体的长度尺寸。

2 车体铝型材和板材

时速300公里动车组车体铝型材共有109种，材质主要为6005A。在材料选用上比较单一，车体大部分位置都采用合金6005A，即使是受力比较大的部位，如牵枕部位也采用合金6005A。车体板材主要采用5083-H111和5083-H321。该型车体强调用料的一致性，对于车体的不同受力状况，通过结构优化设计来满足车体的受力要求。车体结构设计中一个很大的特点就是大量采用型材。这样简化了结构，减少了焊缝的数量，提高了焊缝接头的装配精度，提高了焊接接头的质量，同时也降低了工人的劳动强度，提高了生产效率。

车体材料执行标准TB/T3260-2011的有关规定。

3 各大部件的结构形式

（1）底架。底架共有5种形式，分成2种类型，头车底架和中间车底架。底架大致由以下几个部分组成：一、二位前端，一、二位边梁，地板组成、一、二位端固定裙板、一、二位隔墙组成、底架焊接小件等。底架地板由8块长大中空挤压型材组焊而成，然后采用整体加工的方式对底架的各种眼孔进行加工。

（2）侧墙。侧墙均由5块大型中空挤压型材组焊而成，分为侧墙上部型材、窗口下部型材、窗口部型材、侧墙下部型材和窗口上部型材等构件。侧墙的窗口和门口采用整体加工而成，保证了窗口和门口的尺寸精度。

（3）车顶。车顶大致分成2大类，带平顶的车顶和不带平顶的车顶。车顶的平顶部位主要安装受电弓和制动变阻器等设备。

（4）端墙。端墙有3种结构形式。一种是和高顶连接的端墙1，一种是和平顶连接的端墙2，另外一种是和高顶连接，但是上部没有绝缘体安装座的端墙3。

（5）司机室铝结构。车头结构为全铝合金板梁焊接结构，车头的梁柱及蒙皮基本是采用开口型材，蒙皮是由开口型材拉弯成形，梁柱由型材煨弯而成，梁柱焊接在蒙皮的筋上，有利于减小变形，更能增强车头的整体强度。整个车头结构外形流畅，符合空气动力学的要求。

4 车体强度要求

（1）目的。确定铝合金车体承载结构在运用载荷作用下具有的承载能力，保证在超常和运营载荷工况下车体结构的安全性和可靠性。

（2）执行标准。满足EN 12663标准的要求。

（3）载荷工况。m1：工作状态下的车辆质量，即整备状态车体质量。除车辆自重外，还包括水、砂、燃料、食品等物品及工作人员的重量；m2：车辆一个转向架的重量；m3：定员载重（车辆无站立定员时候的重量有效载重）；座位数x80kg +标准行李间载荷[m2]x300kg；m4：最大有效载荷 （车辆有站立定员时候的乘客） 。座位数x80kg+走廊和通过台[m2]x4x80kg+标准行李间载荷[m2]x300kg。

载荷工况种类：

1）车钩连接处1500kN压缩载荷+垂向载荷g×m1

2）车钩连接处1500kN压缩载荷+垂向载荷g×（m1+ m4）

3）车钩连接处1000kN拉伸载荷+垂向载荷g×m1

4）车钩连接处1000kN拉伸载荷+垂向载荷g×（m1+ m4）

5）端部结构地板上方150 mm高度400 kN压缩载荷+垂向载荷g×m1

6）腰带（窗台）高度300 kN压缩载荷+垂向载荷g×m1

7）上边梁高度300 kN压缩载荷+垂向载荷g×m1

8）最大工作载荷1.3×g×（m1+ m4）

9）单端抬车试验1.1×g×（m1+ m2）

10）整车抬车试验1.1×g×（m1+2×m2）

11）支撑点移位抬车试验1.1×g×（m1+2×m2）

12）垂向载荷g×（m1+ m4）±气密强度载荷±6000Pa

5 总结

通过技术引进和消化吸收以及这些年的实际运用，国内动车组制造企业已经掌握了300公里速度等级的铝合金车体的结构特点，铝型材和板材的选用方法，车体静强度、气密强度的分析计算方法以及车体静强度和气密强度的试验方法，为我们开发更高速度等级的动车组奠定了坚实的基础。