车辆工程动车总体结构设计.doc

车辆工程动车总体结构设计第1章 绪论1.1 动车的概述 所谓动车就是由动力车和拖车或全部由若干动力车长期固定地连挂在一起组成的车组，1964年10月1日，世界第一条高速铁路日本的东海道新干线正式投入运营，时速达到210km/h，突破了保持多年的铁路运行速度的世界纪录，从东京至大阪只需运行3小时10分钟。之后，法国在1981年建成了它的第一条高速铁路TGV东南线，列车时速达到270km/h；后来又建成了TGV大西洋线，时速达到300km/h；1990年5月13日试验的最高速度已达到515.3km/h，可使运营速度达到400km/h。生产力的发展，社会的进步，呼唤速度更快，容量更大的现代交通运输方式，这种需求为现代交通运输方式的发展提供了技术条件和市场；而现代交通运输的发展又大大促进了生产力的发展和社会进步。运输市场的竞争最主要的就是速度的竞争，21世纪的航空业大发展，高速公路异军突起，高速铁路方兴未艾的社会背景，必须把速度作为参与市场竞争的主要手段，并努力提高自身的运行速度。 由于铁路运输具有速度快，运量大，能耗低，污染轻，安全性好等优点，因此一直都是世界各国现代化交通运输体系中最为总要的手段，在国民经济的发展过程中起着“中流砥柱”的作用。世界上许多发达国家为了促进经济的发展，一直通过提升本国轨道交通技术装备现代化水平，不断提高机车车辆的运行速度，打造本国的高速列车。高速列车是当今世界高新技术的集成，包括高速轮轨关系，高速转向架，大功率牵引，制动控制，列车运行控制，空气动力学工程，可靠性和安全性等高科技术。动车主要在中国新建的300km/h速度等级的客运专线上运营，并能在中国铁路200km/h速度等级新建的客运专线上以200km/h速度级正常运行,下面将对动车的国内外的发展做简要的介绍。1. 国外动车的发展1964年10月1日，世界第一条高速铁路东京大阪的东海道新干线建成通车，最高速度210km/h；相继建成山阳、东北、上越、长野等新干线，形成了纵贯日本本土的高速铁路网，最高运行速度达到300km/h。法国TGV高速列车，1969年11月，法国研制成功了第一代ETG型燃气轮动车组，最高试验速度达到248km/h。最高速度300km/h，线路最高试验速度515.3km/h。德国ICE高速列车于1985年试制成功2动3拖ICE/V试验型高速电动车组。同年试验最高速度达317km/h。1988年5月ICE/V型列车又在汉诺威维尔茨堡新建高速线上创造了406km/h的世界速度最高记录。瑞典X2000型摆式高速列车，首先是采用主动式倾摆车体技术；其次是采用径向自导向转向架技术；第三个技术是采用三相交流传动技术，这也是当今世界上高速列车普遍采用的先进技术。韩国KTX、HST型高速列车，以310km/h的运行速度进行了试验后，280km/h的最高运营速度得到正式批准，路线为汉城釜山。2. 我国动车的发展从1998年我国第一列动车在南昌铁路局运营以来，目前已有几十列动车奔驰在全国万里铁道线上，成为铁路运输一道亮丽的风景。动车的运营，不仅为我国中短途客运增加了一种新型的铁路交通工具，更重要的是它为铁路运输带来了新的活力。动车虽然在我国真正投入商业运营的时间并不长，但其良好的发展前景已被国内外普遍看好。国外经验表明，除了中长途运输外，在中短途运输、大城市近郊、大城市与卫星城市之间，铁路客运的作用仍然不可忽视。随着我国城市化进程的持续发展和城市化水平的不断提高，城市的数量不仅要增加，城市的规模也在不断扩大，未来城际间的客运市场潜力巨大。蓝箭：由蓝、灰、白三色组成，型号为“蓝箭”的流线型交流传动电动车组由一个动力车、六个拖车（其中一辆为控制拖车）组成，设计最高时速为305公里。中原之星：是160km/h动力分散型交流传动电动车组是为了满足人们对舒适、快捷的旅客运输越来越高的要求而诞生的。中华之星：是采用交直交电力牵引，由分别编组在头部和尾部的两个动力车以前拉后推的方式推挽运行；列车由2辆动力车和9辆拖车组成，中间拖车包括2辆一等座车，6辆二等座车，最高运营速度为270km/h。“先锋”号：是我国第一列时速200公里的电动列车车组，“先锋”号是我国首列动力分散型交流传动电动车组，也是目前国内速度最高的电动车组。它由两个单元组成，每个单元3节车厢，其中两节车自带动力，另一节车为拖车。1.2 现有动车的整体概括1.2.1 供电系统以下是300km/h时动车的供电系统：供电制式：单相交流25 kV 、频率50 Hz供电方式：AT 225 kV 、 直接125 kV接触网电压：标称电压25 kV； 长期最高电压27.5 kV；瞬时（5min）最高电压29 kV；设计最低工作电压20 kV；瞬时（10min）最低电压17.5 kV。接触网采用全补偿简单链型悬挂或全补偿弹性链型悬挂。接触线额定张力：不小于25 kN。接触线悬挂点高度：5300 mm。接触线最低点高度：不小于5150 mm。接触网结构高度：不小于1400 mm。接触线高度变化: CRH3能在满足250 km/h条件的网下以250300 km/h运行，但有限制：接触网名义高度为5300 mm和接触网名义高度公差为-0 mm/+30mm。接触网跨距: 标准跨距60 m。 最大跨距不小于65 m。最小跨距不小于8 m。高速正线接触线采用铜合金材质导线。接触线最大风时对受电弓中心的偏移不大于400 mm。分相供电区长度2358 km。相分段上的中性段总长度不大于190 m,其中，无电区长度约为100 m。列车过分相为自动实施过分相作业。1.2.2动车主要参数及配置1编组结构动车由8辆车组成，其中4辆动车4辆拖车；首尾车辆设有司机室，可双向驾驶，两列动车组可连挂运行，编成后结构如下图1-1。 图1-1 编成结构2车辆尺寸及重量总 长： 201.4 m头 车 长 度： 25.7 m中间车长 度： 25 m车 体 宽 度： 3.38 m车 体 高 度： 3.7 m适应站台高度： 1.25 m编组总重为： 345t3车内布置全列车有1辆一等车和7辆二等车。一等车内座椅2+2布置，二等车2+3布置。座席为旋转式可调靠背座席。一等车座席宽475mm，座间距1160mm，过道宽600mm二等车座席宽440mm，座间距980mm，过道宽600mm。全列车定员610人，一等车座席51人，二等车座席504人，二等座车/餐车座席55人，定员布置如下表1-1。表1-1 定员布置车厢顺位12345678定员5510085100551005164(1) 车厢布置，在单号车厢内设卫生间、小便间和盥洗室，5号车为餐车、座合造车，设置咖啡机、微波炉、冰箱等，设置饮食用简易餐桌椅子，设置可以提供饮食服务的区域，设置广播、联络电话设备。(2) 各车设有广播系统，设视频系统。(3) 单号车厢设有带滑门的坐式厕所、洗面室及带折叠门结构的小便室，在厕所设置节水型清水冲洗式污物处理装置的便器设备、洗手器、紧急呼叫按钮、厕所纸支架（带备用厕所纸盒）、镜子、垃圾桶、便座垫支架、物品架及排气装置；7号车坐式厕所还设置用于更换尿布的折叠床及带温水冲洗下身装置的便座；各厕所装有带检测传感器的臭氧发生除臭器；为残疾人设一个座式厕所；污物箱容积：700升（两车一个）；水箱容积：700升（两车一个）。(4) 门窗客室分隔门设置使用光电开关检测的自动开关电动式分隔滑门；通道滑门，对于8辆编组，在28号车的通道车端部设置有防火性能的不锈钢材质的手动开关门（采用1mm的不锈钢板）,门在全开、全闭时可锁闭。4空调空调装置采用准集中式空调系统， R22制冷剂。具备空气高低压开关保护功能。5车端设备(1) 车钩缓冲装置 动车两端设有全自动车钩，带空气连接和电气连接器，可在司机室操纵两列动车组之间进行自动联挂,车辆间设密接式车钩装置、风挡及空气、电的连接设施等，主要技术参数如下：压缩载荷：约310t（约3040kN）拉伸载荷： 约160t（约1570kN）车钩中心高度：轨道面上 1000 mm。救援回送时采用过渡车钩。(2)车间连接风挡：内风挡为密封式橡胶风挡。衰减系数50kN/m/sec左右。(3) 其他连接:包括高压/低压电缆、控制和通信线以及动车组空气管路。6车体结构车体采用铝合金结构，车门处地板距轨面高度1300mm，侧门采用滑门，不设脚蹬。动车组适应站台高度：1100mm1200mm。7转向架转向架为两轴无摇枕转向架，一系悬挂采用单组钢弹簧及单侧拉板定位，二系悬挂采用空气弹簧及橡胶堆。磨耗形车轮踏面。主要技术参数如下：最大轴重： 14t以下固定轴距： 2500 mm车轮直径：860 mm(磨耗到限790 mm)动力转向架重量：7.5 t以下拖车转向架重量：7.0 t以下8制动系统紧急制动使各车产生按速度进行两级调整的纯空气制动作用：160200km/h速度区段为低压（约0.6m/s2减速度）；160km/h以下速度区段为高压（约0.778m/s2减速度）。在平直道定员载荷下紧急制动距离：200km/h时不超过2000m；160km/h时不超过1400m，常用制动时平均减速度为0.8m/s2，全列动车组在30坡道定员载荷下能安全停放不溜车。本设计的主要内容本设计致力于动车车体钢结构的设计，主要是端墙、侧墙、车顶的结构、选材及各部分的强度校核，还对制动系统和转向架等部分装置构造的选型进行了比较，并对制动系统的参数进行了计算。第2章 车体结构设计2.1 概述2.1.1 车体的简介300公里速度级动车车体是主要采用通长大型中空铝合金挤压型材组焊而成的薄壁筒型整体承载结构，由司机室，底架、车顶、侧墙、端墙及车体各附件等组成，考虑其强度、刚度的关系，图2-1为车体断面结构。2.1.1概要车体底架是由具有气密载荷为8.0KPa的耐压性能的铝合金构造构成。图2-1 车体断面构造侧墙（车体结构）及车顶车体是为了提高生产率和车体的刚性，采用了由中空框架断面的大型型材构成的，厚度为50mm的双壳车体。因此省略了侧柱、车顶弯梁等内部骨架，使零部件数量达到最小化，减少了外表面的变形。另外，在一部分的中空框架内部，为了减少车体的振动和车内噪音而填加了防振材料；端墙是由外板和骨架经焊接后构成的单外壳结构，在1号车、3号车、5号车、7号车的后部都设置了厕所的搬入口，采用螺栓固定在盖板上的构造。由表及里入口的底架断面采用横梁上面由带加强筋的大型挤压型材作为气密地板构造。2.1.2 车体的主要参数长度： 24500mm（中间车体） 25450mm（车头）宽度： 3380mm高度： 3700mm转向架中心距：17500mm地板面距高度：1300mm车钩距轨面高度：1000mm编组总重为：345t2.1.3 车体主要材料车头、端墙： A5083P-0底架补强板： A7N01P-T4侧墙、车顶、底架:A6N01S-T5底架： A7N01S-T52.2车体的主要结构2.2.1侧墙结构侧墙结构使用大型中空桁架结构的压制型材，以省略客车内侧的侧立柱。同型型材间的焊接在车体长度方向采用连续焊接。但侧墙和车体、侧墙和侧梁间的结合在车内侧用点固焊，车外侧用连续焊。关于侧部的出入口，考虑低噪音化，对侧门的柱门采用压制型材的形状。在侧门外部为确保侧门的拉开空间，使用在外板上整体成形的带筋压制型材，以下将对侧墙进行受力分析。由于侧墙结构受力只受车体自重、列车载重、整备重量，可以算出侧墙受力的总的大小。其自重为48.0t，定员重量为56t， 客车所受总的载荷：F = 48+56=104t根据对车体总体受力分析，侧墙和底架共同承受车体总载荷，而底架受力占全部力的70%，所以，侧墙受力为剩下的30%。此时，动车侧墙所受载荷为： (t) 动车侧墙所受力为： (kN) 图2-2 受力分析图312 (kN) (mm) (2-1) =（312 / 25000） 103 = 12.48 (kN/m)支反力 ( kN) 取距左端（横坐标的原点）为x的任意横截面,按该截面左边梁段上的外力直接计算此截面上的剪力和弯矩，即得梁的剪力方程和弯矩方程分别为： (2-2)= 31.2 (kN) (2-3)=15610-12.485=1544.6 (kNm)可知Q(x)是x的线性函数，因此剪力图为一斜直线，只需确定其上两点（取Q(0)=ql/2,Q(l)=-ql/2），可绘出剪力图2-3。 2-3 剪力图得知M(x)是x的二次函数，弯矩图为二次抛物线，确定其上三个点。对于梁的两端有M(0)=0及M(l)=0,因为外力对称于跨度中点，故抛物线顶点必在跨中，据此可绘出弯矩图2-4。2-4 弯矩图横向力弯曲时，梁的内力除弯矩外还有剪力，因而横截面上也就存在剪引力。对剪引力在横截面上的分布作基本符合实际的假定，利用分离体的平衡条件得出的弯曲剪引力公式。由于上侧梁材质为冷弯矩形钢管，故其横断面积为矩形截面。设横向力作用在矩形截面梁的纵向对称平面内图2-5，则任一截面的剪引力Q必位于对称轴y上图2-6，通常横截面的宽度b总是比高度h小。在这种情况下，对剪引力在横截面上的分布规律可作两个假设：（1）各点处剪引力的方向均与截面侧边平行；（2）剪引力沿截面宽度均匀分布，其分布图为图2-5和图2-6。图2-5 上侧梁受力图2-6 单元体受力根据矩形剪引力的计算公式。 (2-4)于是有： (2-5)图2-7为上侧梁矩形钢管横截面。图2-7 上侧梁矩形钢管横截面已知H=140mm B=100mm厚度为5mm由 mm mm (m2)通过以上的计算可以明确看出：在设计中侧墙所受力完全大于在实际运行中所受的力，在实际运行是所受的力只要在侧墙的弯矩为1544就可以，在实际设计中远大于实际所受力，所以侧墙设计可行。2.2.2 端墙结构端墙由外板和骨架经焊接后构成的单外壳结构，在1号车、3号车、5号车、7号车的后部都设置了厕所FRP的搬入口采用螺栓固定在盖板上的构造。在车体两端设有厕所的端墙车体是由t4外板构成，减少了骨架数量，并在搬入厕所FRP单元设置了开口，在搬入该单元后，用螺栓安装t2.5铝外板和构架焊接成的隔断板，并充填密封材料以保持气密，是为了方便厕所FRP单元的搬入、所以把开口设计到2440mm2150mm的大小。1. 端墙的结构受力分析(1) 考虑到为防止撞车时发生“套筒”现象，端墙的顶部和两侧结构强度较大，因此，端墙板(矩形板)与上述部位的连接处可简化为固定边；(2) 端墙板下端与端粱的联结也可视为固定边约束；(3) 中部有立柱(包括折棚柱)与端墙板固结在一起，立柱的上下端分别与顶部端墙(包括上端粱)和端梁(缓冲梁)连结，可简化为两端筒支；(4) 端墙板上的小横梁可以简化为板的一部分，把其刚度折算进板的刚度；(5) 由端墙板几何尺寸的比例关系，可以把端墙板看作矩形薄板。结构对称，在分析时仅考虑结构的一半，由于端立柱突出于端墙板面，所以撞车时冲击载荷首先作用在立柱上。端墙在动车运行时受到自然界风力的作用，当风向垂直与车体端墙时，车体所受的的侧向风力最大。风力按单位风压力乘以车体的侧向投影面积来计算；单位风压力取为5.5 MP。为便于计算，在此假定风向垂直于车体侧壁，投影面积既为侧墙的总体面积245003700（24500mm长度，3700mm高度），则： (2-6) (N)2. 辆载重引起的垂向载荷车辆载重对端墙的静侧压力下图， 载重对端墙的力，车辆定员为100人，假设车辆满座，平均每人重量为60Kg，则力: =40800（kN） (2-7)受力分析图2-8。 图2-8 受力分析3. 上端梁剪力和弯矩上端梁必须满足翻车机作业要求，此时在上端梁的任何位置上承受均布于200mm长度上的120kN垂直力，对于上端梁所受剪力及弯矩受力图如图2-9。图2-9 上端梁受力因为kN，mm；根据公式（2-1），得：(kN/m)由对称关系可知此梁的支反力：(kN)取距左端（横坐标的原点）为x的任意横截面，按该截面左边梁段上的外力直接计算此截面上的剪力和弯矩，由公式(2-2)、(2-3)，得梁的剪力方程和弯矩方程分别为： (2-8) （x取100mm）（KN） (2-9)(kN.m)可绘出剪力图2-10。2-10 端梁剪力图由式(2-9)得知M(x)是x的二次函数，弯矩图为二次抛物线，确定其上三个点。对于梁的两端有M(0)=0及M(l)=0,因为外力对称于跨度中点，故抛物线顶点必在跨中，该横截面上的弯矩M(l/2)=15(kN/m)。据此可绘出弯矩图2-11。图2-11 端梁的弯矩4. 上端梁的剪引力及其强度根据剪应力的计算公式： (2-10) 上端梁矩形钢管横截面如2-12：图2-12 上端梁矩形钢管截面知道H=140mm；B=100mm;厚度为4mm；所以：b=100-10=90mm; h=140-10=130mm; (m2)解出 (2-11) =232.2(MPa)=345(MPa)所以满足强度条件。2.2.3 车顶结构车顶结构是由大型中空挤压成型型材构成，省略了车内的车顶弯梁。型材间的焊接是以车体的长方向进行连续焊接，与侧墙的结合方式采用车内侧点固焊接，车外侧连续焊接方式,在车顶上部进行绝缘子及直接头等安装的车辆和搬入厕所FRP单元的车辆,车顶高度也应相同，没有低车顶的情况出现。另外,由于通到4、5号车厢间的5倾斜的电缆接头的设置原因，车顶车体的端部应呈倾斜状。以下是车顶的受力分析。1. 侧向力对车顶的作用力(1) 风力车辆运行时受到自然界风力的作用，当风向垂直于车顶时，车顶所受的的风力最大。单位风压力取为5.5MP,风力的合力作用在车体侧向投影面积的形心上。如图2-13所示。 图2-13 风力的合力为便于计算，在此假定风向垂直于车顶，车顶的圆弧形近似成平面，所以投影面积。其中，（25500mm为车顶长度，3700mm为车顶的高度，1690mm为车顶宽度的一半），利用(2-7)式得。 （N）(2) 离心力车辆运行在线路的曲线区段时，将承受离心惯性力的作用，整个车辆的离心力作用在车辆的重心上，其方向沿径向指向曲线外侧。离心力用H表示，考虑提速的影响，规定可将H力的数值取为垂向静载荷的10，即(N) (2-12)垂向静载荷包括车体自重、车辆载重以及整备重量。动车车型的主要技术参数车体自重为48.0t，车辆载重为14.16t，整备重量取为1.4t。（t）根据式(2-12)，得（kN）2.扭转载荷对车顶作用在运动过程中，蛇行运动车辆进出曲线或道岔侧线均可以使车体扭转。由于车体重心距心盘面有一定的高度，所以，当第一个转向架进入缓和曲线，而后面转向架仍处于平直道，或当第一个转向架驶出曲线，而后面的转向架仍处于缓和曲线时，都将使车体产生扭转。3. 纵向力当列车运动状态发生变化时，车辆牵引缓冲装置上，因相邻车辆间发生速度差，就会导致纵向拉伸或压缩作用力的产生，它经由车辆底架的前（或后）从板座作用于车体，使其产生偏心拉伸（或压缩）变形。强度规范对纵向力及其组合的表述：纵向力是指列车在各种运动状态时，车辆间所产生的压缩和拉伸的力。在计算和试验一般动车强度时，力产生的应力与垂向总载荷、侧向力、扭转载荷等所产生的应力相加，其和不得大于许用应力。4.车顶所受的应力假定中梁、端梁和横梁（包括斜撑）承受底架自重、载重和底架的整备重量；枕梁、侧墙（包括侧梁）和车顶承受车体自重、载重和底架的整备重量。因此，车顶的应力按下式换算: (2-13)；试验载荷下测量的应力查表得：=150Mpa 试验载荷=300kN 根据式(2-13)：（Mpa） =450 Mpa,所以符合强度要求。2.2.4 车头结构因为要以300km/h的速度营业运行，所以形成了把沿着头部形状的竖骨架构成环状采用由横骨架连结并在这个骨架外贴有外板的构造。而且头部形状为了减低其在进入隧道时由微气压波引起的噪音，从而把断面面积的变化率变得平缓。动车的司机室设在1号车和8号车，室内设有司机席、助手席和两组弹簧升降式座椅，完备的操控设备，整个动车的操纵控制功能几乎都可以在司机室内完成，同时对整个动车组的监视故障诊断和信息显示等也全部集中在司机操纵台上。2.3 小结在设计中动车车体是通过采用长大型中空铝合金挤压型材组焊而成的薄壁筒形整体结构，车辆设计吸取轻量化设计理念，较好的考虑其强度、刚度的关系。车体采用全流线化外形设计，起设计新颖、现代具有良好的空气动力学性能。 车内主要装置设计 3.1 车内环境的概述环境是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的各种因素的综合体。人类环境可分为自然环境和人工环境。动车组车内环境属于典型的人工环境，它是以车厢围护结构为边界，一切与乘车人相关的周围事物的总称。动车组车内环境由多方面因素共同作用而构成。包括：车内空气环境、车内声环境、以及车内光环境，但本设计的内容将不涉及声、光环境。要使动车组的车内环境达到规定的要求，就必须有一整套的设备及相应的控制系统加以保障。车内环境控制系统是使车内环境达到预期要求的所有设备的集合体。它的基本功用是满足车内的照明和噪声要求，并维持车厢中规定的空气温度、相对湿度、洁净度和压力，对于车内空气清洁度要求的标准规定。空气中的二氧化碳容积浓度不大于0.15%，空气中的含尘量不得超过0.5mg/m3，客室内人均新风量夏季应达到1520m3/h，冬季应达到1015m3/h，司机室内人均新风量夏季应达到30m3/h，冬季应达到25m3/h。车内平均微风流速不允许超过0.3m/s，在制冷系统工作时，气流速度要高于0.07m/s，以避免出现“静态区域”。干球温度：用一般的温度计所测得的空气温度，称为干球温度。干球温度是湿空气的真实温度。干球温度就是环境温度；湿球温度代表水或湿物料在空气中被冷却的最低温度，二者结合可以表示空气的温度及湿度。湿球温度：当液面水的蒸发所消耗的热量恰好等于空气传给液面的热量时，液面的温度维持不变，进行等温蒸发，等温蒸发时液面的温度，称湿空气的湿球温度。3.2 车内部分装置设计车内环境控制的基本方法就是根据客室内环境质量的不同要求，分别应用供暖通风或空气调节技术来消除各种干扰，进而在车内建立并维持一种具有特定使用功能且能按需调控的“人造环境”。表3-1就是车内环境的空气参数。表3-1 车内环境的空气参数空调参数 控 制 标 准控 制 标 准夏季冬季温度范围/oC相对湿度/%空气流速/m/s新鲜空气量/M3/h.人空气中含尘量/mg/m3空气中容积浓度/%2428700.25202510.151820300.20152010.153.2.1 车内环境设计所谓“系统”指的是若干设备构件按一定功能、序列集合而成的总体，在广义的系统概念中尚应包括受控的环境空间，以下分别简要介绍这些车内环境控制技术的基本概念。1.供暖 供暖技术一般用于冬季在寒冷地区运行的列车。动车在冬季运行的时候，外界温度比较低，车内外温差很大，经车体隔热壁的热损失较多，车内旅客散发出的热量不足以抵偿车体热损失；如果要保证车内达到规定的温度，空气在送入车内之前必须进行加热。在寒冷地区运行的空调客车上，冬季除了采用空气预热器外，通常还采用在车内两侧地板面上设置暖气设备来补偿车体的热损失。 所以，客车空气调节的加热过程一般由两部分组成，一部分是对送入车内的空气进行预热，另一部分是对车体的热损失实施补偿。2.通风 在工程上，将为保持室内环境中有害物质含量在一定卫生要求范围内的技术称为通风。通风是为改善生产和生活条件，采用自然或机械的方法，对某一空间进行换气，以形成安全、卫生等适宜空气环境的技术。换句话说，通风是利用室外空气(称新鲜空气或新风)来置换建筑物内的空气(简称室内空气)以改善室内空气品质。 通风的功能主要有： 提供人呼吸所需要的氧气； 稀释室内污染物或气味； 排除室内生产过程产生的污染物； 除去室内多余的热量(称余热)或湿量(称余湿)； 提供室内燃烧设备燃烧所需的空气。 3.空气调节 是使房间或封闭空间的空气温度、湿度、洁净度和气体流动速度(俗称“四度”)等参数达到给定要求的技术。空气调节简称空调。空调可以对室内热湿环境、空气品质进行全面调节与控制，它包含了通风的部分功能，以保证生产工艺和科学实验过程或人们对温度的舒适度需要为避免由于吸烟造成室内浮游粉尘物增加，在3、6号车的吸烟车厢内端间壁上部设置空气净化机。空气净化机有右侧用（BQ02E0型）和左侧用（BQ02F0型）两种，1辆车使用4台空气净化机。图3-1为空气进化机，空气净化机采用原装德国EBM风机，通风效率为一般风机3-6倍，使其在拥有大风量的同时却只消耗极低的能源，该机器的最大特点就是功能强大，具有物理吸附除臭功能、纳米钛的化学分解除臭功能，对氨、醋酸、甲醛三种异味的除臭率达到了业内最高的99。可以在40分钟内把超标的甲醛迅速清除分解。 图3-1 空气净化机3.2.2室内地板设计地板构造是下部为气密地板和上部为铝蜂窝地板的二层地板结构，确保了地板中间的空调通风管道以及座椅配线的空间。气密地板是在大型挤压成型型材上焊接地板托架的结构。但为了确保地板中间通风管道的空间，靠近连接端墙部分的车端部分把肋板朝下。上部地板使用总厚度为21.7mm的铝制蜂窝地板。在转向架的上部，牵引变压器的上部，使用把面板换成铁面板的蜂窝地板。地板的衬垫为了降低固体传播音，使用极难燃烧性的橡胶垫。地板沿车长方向布置，车宽无接缝，减少了地板数目安装简。气密地板和蜂窝地板之间的车体纵向方向布有送风、新风、回风、废排的通风管道。气密地板上面装厚为50mm的隔热材料，蜂窝地板中预埋安装座椅用的螺栓衬套。3.2.3车窗车门结构设计3.2.3.1 窗1动车组客室车窗使用钢化玻璃等材料，设置与外板平滑的多层固定车窗，采用防止发生噪音的结构，为防止意外发生，客室四角设有逃生窗。2乘务员室设有可横向打开车窗，便于乘务员在非常状况下可以打开。在软席车厢，每个座椅分配1面客室车窗；在二等车厢，大致每2个座椅分配1面大窗。 表3-2 车窗参数 种类玻璃构成有效开口玻璃尺寸大窗LHP3P3A6TP665016006741624小窗LHP3P3A6TP66508006748243.2.3.2 车门1.动车组车门的种类客室分隔门：设置使用光电开关检测的自动开光电动式分隔滑门，门上有信息显示屏。通道滑门：对于8辆编组，在1-8号车的通道车端部设置具备防火性能的不锈钢材质的手动开关门，门在全开和全闭时都可以锁闭。 动车侧门：动车乘客门为侧拉门,设置在车辆四角,除7号车每车设4个侧拉门，7号车设两个侧门，7号车侧门和8号车一位端两侧门为适用于残疾人的宽幅侧拉门。它们由手动操作：从驾驶室里面由把手打开移动门，或者从驾驶室外面由司机方键打开。当车门打开时，车门的电子开关会打开一盏驾驶室的车灯。如下就是所设计的门的图3-2。 图3-2 车门3.2.4车座的设计1.司机室设计动车的司机室设在1号车和8号车，室内设有司机席、助手席和两组弹簧升降式座椅，设有完备的操控设备，整个动车组的所有操纵、控制功能几乎都可以在司机室内完成，同时对整个动车组的监视、故障诊断和信息显示等也全部集中在司机操纵台上。2乘务员室设计通过设计对乘务员室的设计和布局做了如下图3-3的安排。 图3-3 乘务员室布局3 客座设计由1辆一等车和7辆二等车组成，其中一等车客室，设在7号车，座椅为22布置，座椅间距为1160mm，宽度为650mm，通道宽度757mm；二等车23布置，座椅间距980mm，座椅宽度为520mm，通道宽度600mm。两种座椅得靠背角度都可以调节，座椅上安装有脚踏式回转装置，可根据列车前进方向调节椅背的方向，下图3-4就是二等车客座。 图3-4 二等车客座3.2.5 厕所、盥洗室设计动车在奇数号车厢设置洗面室；带滑门的坐式厕所；带折叠门结构的小便室在厕所设置节水型清水冲洗式污物处理装置的便器设备、洗手器、紧急呼叫按钮、厕所纸支架、镜子、垃圾桶、便座垫支架、物品架及排气装置。7 号M1s车（头等车）坐式厕所还设置用于更换尿布的折叠床及带温水冲洗下身装置的座便器。各厕所都装有带检测传感器的臭氧发生除臭器。同时本车在7号车为残疾人提供一个座式厕所。小结动车组室内是直接与顾客接触的部分，设计考虑到了人的多方面需求，特别是人的心理需求，不仅需要从美学、人机工程学等不同角度考虑，采取模块化设计，满足乘客需求，完善客车功能。客车内部设计追求简洁与优雅，突出灯光、色彩对环境氛围的渲染，客室布置宽敞明亮。第4章 转向架选型4.1 转向架的概述高速转向架是列车高速运动最重要的基础条件之一，其结构是否合理直接影响机车车辆的运行品质、动力性能和行车安全，作为执行机构，高速转向架在保证列车高速稳定运行时承担列车的减振减噪作用；作为承载机构，高速转向架在各种振动的工况下确保结构的强度安全可靠性：首先确定列车在线路上各种运用工况需按的安全运行条件；其次，研究列车悬挂装置的结构、参数、和性能对振动和载荷传递的影响，以保证列车高速、安全、平稳的运行。高速列车在全世界各地的疾速奔驰，现代城轨车辆的飞速发展，无一不与转向架技术的进步发展息息相关，可以说，转向架技术是“靠轮轨接触驱动运行的现代机车车辆”得以生存发展的核心技术之一。1转向架的任务(1）承载承受车架以上各部分的重量（包括：车体、车架、动力装置和辅助装置等等），并使轴重均匀分配； (2) 牵引（动力转向架）保证必要的轮轨粘着，并把轮轨接触处产生的轮周牵引力传递给车架、车钩、牵引列车前进； (3) 缓冲缓和线路不平顺对车辆的冲击，保证车辆具有良好的运行平稳性和稳定性； (4) 转向保证车辆顺利通过曲线； (5) 制动产生必要的制动力，以使车辆在规定的距离内减速或停车。2. 转向架的主要技术要求：(1) 保证最佳的粘着条件轴重转移应尽量小,且轮轨间不产生粘滑振动；(2) 良好的动力学性能尽量减小轮轨间的动作用力，减少轮轨间的应力和磨耗； (3) 重量轻，工艺简单尽可能减轻自重，且制造和修理工艺简易； (4) 良好的可接近性易于接近，便于检修； (5) 零部件标准化和统一化结构和材质尽可能统一化。4.2 动车转向架的要求4.2.1概要随着速度的提高，转向架运用环境发生了质的变化，转向架必须克服转向架振动性能产生影响的因素，以适应高速运行动态环境的变化CRH-2EMU 的转向架是以E2系列新干线车辆用转向架的规格为基本、充分利用新干线车辆用转向架的设计基准和经验进行设计的。但同时考虑CRH2-EMU的特定使用条件、提高可靠性 (采用有实际成绩的零件、构成零件数量的减少化、工装夹具作业的缩小化) 以及容易国产化等因素，采用了转臂式轴箱定位方式、无摇枕转向架。CRH2-EMU的转向架有动车转向架和拖车转向架两种，结构基本相同。在设计时我们必须全面考虑构架与各有关零、部件的相互位置关系，合理布置结构；各梁应尽可能设计成等强度梁，以保证能获得最大强度和最小自重；各梁的布置应尽可能对称，以简化设计和制造；各梁本身以及各梁组成构架时，必须注意减少应力集中； 除了保证强度外，应合理设计构架的刚度；焊缝的结构尺寸和布置应选择合理，并注意消除焊接应力。 4.2.2转向架承载力要求1.轮轨动力总作用加剧 轮轨间的垂向动作用力会给铁轨带来损伤和引起轨道变形或破坏：运行速度提高后，轮轨间的横向作用力也会因轨道激扰的加剧，蛇行运动频率的提高而增大，从而影响运行安全，加大了脱轨的危险性和轨道的破坏。2. 运行噪音增大列车在运行时，其与轨道之间的噪音很大，运行速度越快其噪音越大。4.2.3 转向架的稳定要求要保证转向架的稳定性，提高列车运行临界速度；1. 选择适当的踏面形状和等效锥度减小踏面等效锥度可以提高转向架蛇形临界速度，但是要防止锥度时发生振型失稳现象，应采用磨耗型踏面，并精心设计踏面形状，以保持转向架长期运用的稳定性2. 确保一系悬挂的定位刚度轮对轴箱定位装置的纵向和横向定位刚度对转向架临界速度具有决定性作用，当轮对轴箱定位装置存在一定间隙或者定位刚度很小时，转向架在很低速度下就会发生运动失稳，因此在保证转向架具备足够高的临界速度时，一般课选择尽量小的横向定位刚度，这样可以同时改善曲线3. 设置适当的二系悬挂回转阻力矩可能出现失稳的模态振型中存在转向架蛇行运动失稳，在确定一系悬挂定位刚度条件下，转向架二系悬挂的回转阻力矩还可有效抑制转向架蛇行运动，以提高列车的临时速度，但是过大的回转阻力矩将使转向架与车体之间的转向受到限制，导致转向架曲线通过能力降低，严重时会引起转向架通过曲线时产生轮缘磨耗，甚至在直线运动中出现磨耗现象。所以要保证优良运动平稳性，必须要以一系定位刚度为主，辅以二系回转阻力矩的约束即可基本实现转向架较高的临界速度，与保证运动稳定，保证足够大的悬挂挠度要求以下几点：（1）选择适当的悬挂阻尼（2）关注柔性系数（3）保证足够的曲线通过能力（4）无磨耗、低维修、长寿命4.3 转向架的选择本设计动车转向架选用了南车四方生产的原型日本新干线E21000，主要考虑了轻量化和耐腐蚀设计。动车转向架质量达到7.5t以下，拖车转向架质量达到7t以下，动、拖车每轴簧下质量达到2t以下。所选转向架核心制动控制装置是将制动控制器、空气制动所需的各种阀门以及风缸整体组成，吊在车辆地板下，真正实现了系统化、模块化、集成化。制动系统和牵引系统200km/h动车组采用电气指令式复合制动系统，即动车使用电制动、拖车使用空气制动的复合制动方式。动车组各车辆的制动控制装置采用微机控制，由动车的电制动及各车的空气制动构成。以下图4-1为动车转向架。 图4-1 动车转向架4.3.1 转向架的基本结构特征1. 无摇振H型构架转向架；2. 采用轻量、小型、简洁的结构；3. 采用小轮径（860mm ）的车轮以减少簧下重量；4. 采用内孔为60mm的空心车轴，该内孔同时有 利于对车轴进行超声波探伤；5. 轴箱采用转臂式定位，轴箱弹簧采用双圈钢圆簧。6. 二系采用具有高度自动调节装置的空气弹簧，其辅助风缸由无缝钢管制成的横梁内腔承担；7. 采用抗蛇行减振器兼顾高速稳定性和曲线通过性能； 8. 采用单拉杆式中央牵引装置传递纵向力； 9. 动车转向架上装用轻型交流异步牵引电机； 10.采用挠性浮动齿式联轴式牵引电动机架悬式驱动装置； 11. 基础制动装置采用液压油缸卡钳式盘型制动； 12. 全部车轮装有机械制动盘（轮盘）； 13. 拖车转向架车轴上装有机械制动盘（轴盘）； 14. 利用踏面清扫装置改善轮轨间运行噪声和粘着状态。4.3.2 转向架结构特点1. 驱动装置采用牵引电动机体悬式结构，由悬挂在车底架上的牵引电机通过垂直万向轴将扭矩传给直角锥齿轮，进而驱动车轮；2. 轴箱采用上、下双拉杆定位结构； 3. 基础制动装置采用单元式空气盘形制动（轴盘），但单元制动装置通过专门的制动梁安装到构架侧梁和横梁上；4. 采用两套抗侧滚扭杆装置配合空气弹簧来抑制车体的侧滚； 5. 车体与转向架间采用“Z”字形布置的牵引拉杆配合中央牵引销传递纵向力。4.3.3 转向架设计参数1主要参数表4-1 主要参数转向架形式项目动车SKMB-300拖车SKMB-300转向架重量7.151一般转向架：6.544固定轴距2500车轮直径860（最小使用直径790）轴承中心间距2000转向架最大长度3416一般转向架：3416车头转向架：3566转向架最大宽度3102（两空气弹簧最大承受面）空气弹簧左右间隔2460空气弹簧有效直径520驱动方式平行万向节挠性轴连轴器齿轮比85：28304：1车轴轴承130自密封圆锥滚珠轴承制动方式气液转换，轮盘方式气液转换，轮盘与轴盘并用锁紧装置油压气缸：452油压气缸：322制动倍率18367（増圧比）2（摆杆比）3673闸片烧结合金（锻钢制动盘用）设计最高速度/km/h350 营业最高速度/km/h300额定轴重/kN137.2 （14t）满员时最大轴重/kN156.8 （16t）2.转向架部分构件（1）轮对为减轻重量，进行了高频淬火并采用了空心车轴。车轮直径为860mm。制动采用盘式制动。动车转向架采用轮盘方式。拖车转向架采用轮盘和轴盘并用方式。安装在车轮上的制动盘为一体型锻钢制造。但分为M车(动力车)用、T车(拖车)用的两种，而车用制动盘提高了磨耗余量而谋求长寿命化。动车转向架的横梁支座由牵引电机安装座、齿轮箱吊座、制动卡钳安装座和中央牵引拉杆安装座等构成，而拖车转向架的横梁支座仅由制动卡钳安装座和中央牵引拉杆安装座等构成。 （2）车轴使用自密封式的双列圆锥滚子轴承（油脂润滑方式），以此来达到减轻重量和降低维修的频度，轴箱体、后盖由锻压铝合金制造，前盖由铸造铝合金制成，这样来达到减重的目的。为了在保证强度的同时减轻质量，采用空心车轴当然这也使超声波探头可以直接穿过该通孔，使探伤容易化，由于车轴上加装部件的不同，车轴可分为动车向架用和拖车转向架用两种，车轴材质为S38C。（3）轴箱定位装置采用转臂方式，以此来减轻磨耗并简化调整方法，从而达到降低维修频度及减轻其重量。一系为垂向减振器。防振橡胶，弹簧夹板。定位节点提供适当的纵向。横向定位刚度，垂向的载荷由轴箱弹簧全体承担，采用轴向定位钢弹簧。转向架构架的形状为“H”形，由两根侧梁和一个横梁组成，而横梁又由两根无缝钢管、两个连接梁和若干横梁支架（或支座）等组成。（4）牵引装置牵引装置为单连杆方式，以此来达到减轻重量及降低维修的频度。（5）基础制动装置由装载在转向架上的增压气缸将空气压力进行气液转换后，再由杠杆与气缸一体化的锁紧装置来产生制动力，以此来减轻重量。空气制动的橡胶囊事被内部空气压压入上盖板和下盖板的密封部。4.4 小结 选择这样的转向架具有良好的制动性能和较轻的簧下质量，采用与转臂式轴箱定位方式相对应的结构形式，缩短了构架的整体长度，装有动力转向架和非动力转向架，其转向架均为无摇枕结构，轮对轴箱定位采用转臂式定位，采用空心车轴、二系悬挂装置采用空气弹簧无摇枕形式、单拉杆牵引装置，牵引电机为架悬式，动车采用轮盘，拖车采用轮盘和轴盘的基础制动装置，转向架设为踏面清扫装置。该转向架能保证动车的安全、可靠、快速的特点。第5章 制动系统选型5.1 制动系统概述制动系统是高速列车的重要组成部分，其性能的好坏和制动能力的大小直接涉及到列车能否安全运行，由于列车在紧急制动情况下的安全需要，列车制动距离远小于列车的牵引距离，制动系统在制动时所需要提供的制动功率不但与列车速度的三次方成正比，而其与列车的制动距离成反比，所以速度提高是对列车制动系统的考验，相对其他系统来说更为严峻。高速列车制动系统的发展过程大致包括三个阶段：第一阶段，高速列车发展的初期，制动系统以当时的一些成