国内外动车组技术的发展与轻合金应用.ppt

国内外动车组技术的发展与轻合金应用简述,内容提要一、国外高速动车组技术的发展情况二、国内高速动车组技术的发展情况三、高速动车组的轻量化四、轻合金的应用简述与展望,第一部分：国外高速动车组技术的发展情况1.法国高速动车组的发展情况发展概况：1982年第一代：TGV-P高速动车组；第二代：TGV-A、TGV-R、AVE、TGV-PBA（TGV-PBKA）、TGV-Eurostar、TGV-KTX（韩国TGV）；第三代：TGV-D（TGV-2N）等高速动车组；,TGV-R,TGV-PBA/PBKA,TGV-R,TGV-A,第一部分：国外高速动车组技术的发展情况1.法国高速动车组的发展情况发展概况：形成了系列完整，技术独特的产品和技术体系；速度：260km/h270km/h300km/h320km/h；20年以上超过300km/h的商业运营业绩称雄于世界铁路；TGV高速动车组的运营范围遍及法国；成功地解决了与既有线路的技术衔接，实现了与英国、德国、比利时、荷兰等国的跨国联运运营；将TGV技术输出到了西班牙、韩国等欧洲和亚洲国家。,AVE,TGV-Eurostar,第一部分：国外高速动车组技术的发展情况1.法国高速动车组的发展情况主要技术特点：动力集中式高速电动车组；适应多电流制，采用同步电机牵引；速度高，车辆动力学性能好，舒适度高；采用雅可比式转向架与铰接式车体，列车轴重相对平均；除TGV-D（TGV-2N）采用铝合金车体外，其余全部采用低合金钢车体；车辆长度相对较短，定员小，载客能力偏小。,TGV-KTX,TGV-D,第一部分：国外高速动车组技术的发展情况1.法国高速动车组的发展情况最新进展：2007年4月3日，法国用两辆TGV-POS动力车与3节TGV双层拖车组成TGV-V150试验列车，创造了574.8km/h的最高试验速度记录；正在开发AGV动力分散型高速动车组,其中包括：AGV7四动三拖（4M3T），速度300km/h；AGV11六动五拖（6M5T），速度350km/h；AGV14八动六拖（8M6T），速度350km/h；,TGV-V150,第一部分：国外高速动车组技术的发展情况2.日本高速动车组的发展情况发展概况：1964年10月1日开发出世界上第一列高速动车组东海道新干线0系高速动车组；经过40多年的发展，相继开发出了100系、200系、100N系、300系、500系、700系、N700系、E1系、E2系、E3系、E4系、800系等高速动车组；运营速度从0系的210km/h500系的285300km/h。,0系动车组,300系动车组,100系动车组,200系动车组,500系动车组,700系动车组,400系,E2系,E1系,E4系,第一部分：国外高速动车组技术的发展情况2.日本高速动车组的发展情况主要技术特点：动力分散式高速电动车组；两端头形造型较好，空气动力学性能较好，阻力小，噪声低；除0系、100（100N）系、200系外，均采用轻型无摇枕转向架，在500系、700系车辆上采用了半主动悬挂系统。车体结构多以铝合金车体为主，也有少量低合金钢车辆，轻量化水平最高，最低轴重仅为8t。车辆高度较低，但车体较宽，车内空间利用充分、布置合理、实用；编组长，列车总定员多，载客能力强。,N700系,Fastceh360,第一部分：国外高速动车组技术的发展情况2.日本高速动车组的发展情况最新进展：Fastceh360高速试验列车，设计目标速度为360km/h，其中包括：Fastceh360S六动二拖，速度360km/h；Fastceh360Z四动二拖，速度360km/h；E5系高速列车八动二拖，速度：初期300km/h，远期320km/h。,E5系,ICE2,第一部分：国外高速动车组技术的发展情况3.德国高速动车组的发展情况发展概况：1991年，第一代ICE1，动力集中型高速动车组；1997年，第二代ICE2，动力集中型高速动车组；2000年，ICE3、ICT（ICE-T）、ICE-TD等动力分散型高速动车组；运营速度：250km/h330km/h。,ICE1,第一部分：国外高速动车组技术的发展情况3.德国高速动车组的发展情况主要技术特点：既有动力集中型高速动车组为主，也有动力分散型动车组；采用高强度铝合金车体；主要采用SF系列高速转向架无摇枕转向架；采用过磁轨制动与涡流制动等非粘着制动装置；功能齐全，设备较多，功能的完备性、技术先进；定员适中，车内空间宽敞、装饰豪华，注重乘坐舒适度。,ICE3,ICE-TD,第一部分：国外高速动车组技术的发展情况3.德国高速动车组的发展情况主要技术特点：Velaro系列高速动车组的发展，其中包括：VelaroE，四动四拖（4M4T）；VelaroCN，四动四拖（4M4T）；VelaroRUS，四动六拖（4M6T）。,VelaroE,VelaroRUS,第一部分：国外高速动车组技术的发展情况4.意大利高速动车组的发展情况发展概况：1976年，第一代Pendolino摆式列车ETR401摆式高速动车组；1988年，第二代ETR450摆式高速动车组；第三代ETR460、ETR470、SM3（S220）、ETR480、ETR500等高速动车组。Pendolino即为英语中Pendulum“钟摆”之意，表象出了ETR系列摆式高速列车的最突出特征。,ETR450,ETR480,ETR470,ETR460,第一部分：国外高速动车组技术的发展情况4.意大利高速动车组的发展情况主要技术特点：除ETR500是非摆式动力集中型高速动车组外，其余均为动力分散型高速动车组；除ETR450外，其余均采用双电流制牵引供电；运用了迫导向径向转向架技术，采用半主动/主动控制悬挂系统；采用有源（主动式）摆式列车技术，倾摆机构置于转向架二系悬挂装置之上（簧上摆）；采用带有内端墙结构的铝合金车体。,SM3,ETR500,第一部分：国外高速动车组技术的发展情况4.意大利高速动车组的发展情况最新进展：新Pendalino，该动车组的速度等级仍为250km/h，在CRH5之后制造。,ETR600,新Pendalino,第二部分：国内动车组技术的发展情况1.CRH系列动车组国产化制造引进先进技术、联合设计制造、打造自主品牌；消化吸收，设计制造CRH2、CRH5、CRH1、CRH3等四种“和谐号”电动车组。,编组：8辆车(5M3T)运行速度（km/h）：200250定员（人）：668牵引功率（kW）：5300列车长度（m）：213.5头车长度（mm）：26950中间车长度（mm）：26600车辆宽度（mm）：3331车辆高度（mm）：4040,CRH1,第二部分：国内动车组技术的发展情况1.CRH系列动车组国产化制造引进、消化吸收了动车组系统集成、铝合金车体、转向架、牵引控制等九项关键技术；同时，消化吸收受电弓、辅助系统、空调系统等十项重要配套技术；形成完整国产化制造产业链。,编组：8辆车(4M4T)运行速度（km/h）：200250定员（人）：610牵引功率（kW）：4800列车长度（m）：201.4头车长度（mm）：25700中间车长度（mm）：25000车辆宽度（mm）：3380车辆高度（mm）：3700,CRH2,第二部分：国内高速动车组技术的发展情况1.CRH系列动车组国产化制造,编组：8辆车(4M4T)运行速度（km/h）：350定员（人）：601牵引功率（kW）：8800列车长度（m）：201.4头车长度（mm）：25700中间车长度（mm）：25000车辆宽度（mm）：3257车辆高度（mm）：3890,编组：8辆车(5M3T)运行速度（km/h）：200250定员（人）：622牵引功率（kW）4800列车长度（m）：201.4头车长度（mm）：25700中间车长度（mm）：25000车辆宽度（mm）：3200车辆高度（mm）：4270,CRH3,CRH5,第二部分：国内动车组技术的发展情况2.高速列车的十项重要配套技术受电弓设计制造技术。辅助电气系统设计制造技术。车钩缓冲装置（包括前端模块）设计制造技术。风挡设计制造技术。车辆内装结构（包括行李架）、酒吧与厨房设备设计制造技术。空调系统设计制造技术。卫生间及集便装置设计制造技术。塞拉门设计制造技术。车窗与前挡风玻璃设计制造技术。座椅设计制造技术。,第二部分：国内动车组技术的发展情况2.高速列车的九大关键技术高速列车系统集成技术；转向架设计制造技术；铝合金车体设计制造技术；牵引变压器设计制造技术；牵引变流器设计制造技术；牵引电机设计制造技术；牵引控制技术；列车网络系统设计制造技术；制动系统设计制造技术。,第二部分：国内动车组技术的发展情况3.自主创新与CRH380,CRH380BL高速列车总体布置,第二部分：国内动车组技术的发展情况3.自主创新与CRH380,一等头车平面布置及内装效果,第二部分：国内动车组技术的发展情况3.自主创新与CRH380,VIP车平面布置及内装效果,第二部分：国内动车组技术的发展情况3.自主创新与CRH380,一等座车平面布置及内装效果,第二部分：国内动车组技术的发展情况3.自主创新与CRH380,二等座车平面布置及内装效果,第二部分：国内动车组技术的发展情况5.5自主创新与CRH380,餐座合造车平面布置及内装效果,第三部分：高速动车组的轻量化1.轻量化的需求轻量化是降低轴重、减轻车辆对线路的动力破坏作用的基础；是降低运行阻力、实现节能、环保的重要条件；动车组运行速度提高到250350km/h以上，轻量化问题更为突出。,图1,第三部分：高速动车组的轻量化2.轻量化与轻合金化车体与转向架的轻量化是动车组轻量化的重要内容；动车组的车窗、车门、行李架、座椅等非承载主体部件也需要轻量化；车体结构的轻量化也不完全等同于轻合金化，也需要根据材料特性进行结构优化；自上世纪80年代，铝合金材料应用于制造高速动车组车体，在车体轻量化中发挥了重要作用，得到了广泛的应用和迅速发展；铝合金材料绝不仅仅局限于应用于制造承受现代铁道车辆主要载荷的铝合金车体；在继续挖掘铝合金的潜力进一步推动铁道车辆轻合金化和轻量化的同时，至少还寻找出一种比铝合金更轻、且可实现工程化生产和具有商业应用价值的轻合金材料，应用于现代铁道车辆制造业；按当前金属材料工业发展的现状和水平，镁合金最有希望满足这一需求，成为继铝合金之后的应用于现代铁道车辆的轻合金材料。,第四部分：轻合金的应用简述与展望1.铝合金的应用应用简述当前铝合金在动车组中的应用情况动车组车载系统主体结构，其中包括：铝合金车体结构；转向架中的过渡枕梁、轴箱、传动齿轮箱等。动车组中非承载系统或次重要承载部件，其中包括：车下裙板、制动风缸、车下水箱；折棚风挡框架、塞拉门及门框、内外端门；行李架支架、座椅骨架、小茶桌。动车组内部的各种装饰件。,第四部分：轻合金的应用简述与展望2.铝合金的应用简述铝合金材料的挖潜研究并开发适用于铝合金车体的的高强度变形铝合金材料；耐低温、耐腐蚀、挤压、轧制、可焊性。研究铝合金特征结构、激光焊接、复合热源焊接、摩擦搅拌焊等先进制造工艺。,第四部分：轻合金的应用简述与展望2.镁合金的应用简述(1)镁合金的特点镁合金以其重量轻、密度是铝合金的的2/3、比强度比刚度高；吸振性能好、有利于减振降噪；切削阻力小、可回收性和环保性好；电磁屏蔽性优良；其弹性模量也是铝合金的2/3，镁及镁合金的冲击韧性比起铝及铝合金大约低810%左右；镁合金的晶体结构导致其机械性能各向异性要比铝合金强烈得多，而且还与镁合金材料及产品的制造工艺有关；镁合金的耐热性和抗蠕变性能不佳，普通镁合金的工作温度范围不能超过150；焊接性和耐腐蚀不及铝合金且易燃等弱点。,表1：变形镁合金与现代铁道车辆常用变形铝合金机械性能对照表,第四部分：轻合金的应用简述与展望2.镁合金的应用简述(2)与铝合金的比较,表2：铸造镁合金与现代铁道车辆常用铸造铝合金机械性能对照表,第四部分：轻合金的应用简述与展望2.镁合金的应用简述(2)与铝合金的比较,第四部分：轻合金的应用简述与展望,2.镁合金应用简述(3)已经应用产品25G行李车镁合金空调通风格栅产品结构与应用情况镁合金材料应用比较成功的实例是空调系统通风格栅;应用部位：长春轨道客车股份有限公司制造的25G行李车中，装于行李车内门上；主要功能：保证空调系统的回风；结构：主要由外框和隔格等零部件组成，该产品实物见右图。,第四部分：轻合金的应用简述与展望,表4：镁合金AZ31R的物理机械性能,表3：镁合金AZ31R的化学成份,2.镁合金应用简述(3)已经应用产品25G行李车镁合金空调通风格栅材质外框和格栅均采用镁合金挤压型材制造，型材的材料是牌号AZ31R，其化学成份和物理机械性能分别如表3和表4所示。,组成方式和表面处理：格栅与外框型材之间采用插接方式的连接，外框本身采用焊接的方式制造，产品成型后表面进行喷塑处理。应用批量：在76辆25G型客车上进行了试装。,第四部分：轻合金的应用简述与展望,2.镁合金应用简述(4)已经开发出产品镁合金卧铺框架主要功能：托住软卧垫，并承受相应的载荷；产品结构：其结构（试制出的产品样件）如图所示，主要由卧铺边框、底板、扶手和支座等零部件组成；材质卧铺边框、底板、扶手等零部件均采用镁合金制造，支座采用牌号为ZK60的镁合金制造；卧铺边框和扶手使用牌号为AZ31B的镁合金制造，底板使用牌号为AZ31的镁合金制造；上述材料的化学成份和物理机械性能分别如表5和表6所示。,图4,表6：卧铺框架的主要材料的物理机械性能,表5：卧铺框架的主要材料的化学成份,第四部分：轻合金的应用简述与展望,2.镁合金应用简述(4)已经开发出的产品,组成方式和表面处理卧铺框架及其与底板、扶手之间采取焊接的方式连接，框架与支座之间采取机械联结方式连接。正规的产品需要做表面喷塑处理，喷塑的颜色根据运用列车的美工设计方案确定。,2.镁合金应用简述(5)正在开发的产品座椅安装型材和地板布安装型材目前正在开发应用于铁道车辆上的镁合金零部件还有分别如下图所示的座椅安装型材和地板布安装型材。这两个零件断面形状并不复杂，其成品是连续通长的制件，仅需要通过机械加工的方法钻出若干个小圆孔，非常适合用镁合金挤压型材制造。,第四部分：轻合金的应用简述与展望,2.镁合金应用简述(5)正在开发的产品全镁合金蜂窝板主要用途：用于制造铁道车辆的间壁板和平顶板（见图）。当前状态：由镁合金面板和铝蜂窝芯组成的镁-铝合金蜂窝夹层板；做为其面板的镁合金板材的轧制工艺还有一定欠缺，面板的表面质量还达不到在铁道车辆中的应用的质量要求；暂时未能实际用于制造铁道车辆的内间壁和平顶板。,第四部分：轻合金的应用简述与展望,第四部分：轻合金的应用简述与展望2.镁合金应用简述(5)正在开发的产品主要用途：铁路动车组座椅后部小茶桌(见图)；应用目的：减轻座椅的整体重量，满足铁路用户对座椅轻量化提出的严格要求。,第四部分：轻合金应用简述与展望2.镁合金应用简述(6)当前镁合金在铁道车辆的应用中主要存在和需要解决的问题镁合金材料冶炼的纯净度还不够高，还轧制不出厚度2mm的薄板，更轧制不出可以制造蜂窝芯材的镁箔，还制造不出像铝蜂窝夹层板一样的全镁合金蜂窝夹层板。大断面或宽幅镁合金型材的挤压成型工艺技术还不成熟，现阶段所能挤压出的镁合金型材的断面或幅宽尺寸都还比较小，还满足不了现代铁道车辆的使用需求，如，动车组车下裙板的制造。现有镁合金挤压型材的还很难进行二次成型加工，如折角、煨弯，还难以用于制造车窗窗框、其它整体框架结构零部件。,第四部分：轻合金的应用简述与展望2.镁合金应用简述(6)当前镁合金在铁道车辆的应用中主要存在和需要解决的问题镁合金材料的焊接性较差，十分难于进行焊接组装制造，镁合金的可焊性和焊接工艺技术急需提高。镁合金的燃点较低，镁合金制件的防火阻燃问不仅制约了镁合金零部件的焊接组装制造，也制约了用其制造外露于车体的零部件。镁合金的耐腐蚀性能和防腐涂装方法，即表面喷涂工艺，如表面喷漆、覆塑、本色氧化等工艺技术还需要有所突破，以适应现代铁道车辆的防腐和涂装要求。现阶段镁合金材料及其制件的生产规模太小，没有实现产业化，生产没有延续性、成本偏高，令应用者望而却步。,第四部分：轻合金的应用与展望3.镁合金应用的分步实施策略与目标既要抓紧时间，又不要急于求成，安下心来