高速动车组概论2(共同体-车体)

1、1 1 第二章第二章 动车组车体技术动车组车体技术 第一节第一节 流线形车体结构流线形车体结构 第二节第二节 动车组车体的轻量化设计动车组车体的轻量化设计 第三节第三节 车体的密封隔声技术车体的密封隔声技术 第四节第四节 防火安全技术防火安全技术 第五节第五节 动车组连接装置动车组连接装置 2 2 一、列车空气动力学一、列车空气动力学 二、动车组头型设计二、动车组头型设计 三、动车组车身外型设计三、动车组车身外型设计 第一节第一节 流线形车体结构流线形车体结构 3 3 一、列车空气动力学一、列车空气动力学 随着列车运行速度的提高，周围空气的动力作用随着列车运行速度的提高，周围空气的动力作用 一

2、方面对列车和列车运行性能产生影响；同时，列车一方面对列车和列车运行性能产生影响；同时，列车 高速运行引起的气动现象对周围环境也产生影响，这高速运行引起的气动现象对周围环境也产生影响，这 就是高速列车的空气动力学问题。其涉及的主要方面就是高速列车的空气动力学问题。其涉及的主要方面 如下如下: : 动车组运行中列车的表面压力；动车组运行中列车的表面压力； 动车组会车时列车的表面压力；动车组会车时列车的表面压力； 动车组通过隧道时的表面压力；动车组通过隧道时的表面压力； 列车风；列车风； 列车空气动力学的力和力矩等。列车空气动力学的力和力矩等。 4 4 1. 动车组运行中列车的表面压力动车组运行中列

3、车的表面压力 从风洞试验结果来看，列车表面压力可以分为从风洞试验结果来看，列车表面压力可以分为 三个区域：三个区域： (1) (1) 头车鼻尖部位正对来流方向为正压区；头车鼻尖部位正对来流方向为正压区； 5 5 (2)(2)车头部附近的高负压区：从鼻尖向上及向两车头部附近的高负压区：从鼻尖向上及向两 侧，正压逐渐减小变为负压，到接近与车侧，正压逐渐减小变为负压，到接近与车 身连接处的顶部与侧面，负压达最大值；身连接处的顶部与侧面，负压达最大值； (3)(3)头车车身、拖车和尾车车身为低负压区。头车车身、拖车和尾车车身为低负压区。 6 6 因此，在动车（头车）上布置空调装置及冷却因此，在动车（头

4、车）上布置空调装置及冷却 系统进风口时，应布置在靠近鼻尖的区域内，系统进风口时，应布置在靠近鼻尖的区域内， 此处正压较大，进风容易；而排风口则应布置此处正压较大，进风容易；而排风口则应布置 在负压较大的顶部与侧面。在负压较大的顶部与侧面。 另外，在有侧向风作用下，列车表面压力分布另外，在有侧向风作用下，列车表面压力分布 发生很大变化，尤其对车顶小圆弧部位表面压发生很大变化，尤其对车顶小圆弧部位表面压 力的影响最大。当列车在曲线上运行又遇到强力的影响最大。当列车在曲线上运行又遇到强 侧风时，还会影响到列车的倾覆安全性。侧风时，还会影响到列车的倾覆安全性。 7 7 2. 动车组会车时列车的表面压力

5、动车组会车时列车的表面压力 列车交会时产生的最大压力脉动值是评价列车列车交会时产生的最大压力脉动值是评价列车 气动外形优劣的一项指标。气动外形优劣的一项指标。 在一运行列车与另一静止不动的列车会车时，在一运行列车与另一静止不动的列车会车时， 以及两列等速或不等速相对运行的列车会车时，以及两列等速或不等速相对运行的列车会车时， 将在两列相对运行列车一侧的侧墙上引起压力将在两列相对运行列车一侧的侧墙上引起压力 波。波。 其原因是相对运动的列车车头对空气的挤压，其原因是相对运动的列车车头对空气的挤压， 在与之交会的另一列车侧壁上掠过，使列车间在与之交会的另一列车侧壁上掠过，使列车间 侧壁上的空气压力

6、产生很大的波动。侧壁上的空气压力产生很大的波动。 8 8 影响动车组会车压力波幅值大小的影响动车组会车压力波幅值大小的6 6个因素个因素： (1)(1)随着会车速度的大幅度提高，会车压力波随着会车速度的大幅度提高，会车压力波 幅值将幅值将急剧增大急剧增大，如图所示。，如图所示。 左图可见，当头部左图可见，当头部 长细比长细比为为2.52.5，两列，两列 车以等速相对运行会车以等速相对运行会 车时，速度由车时，速度由250km/h250km/h 提高到提高到350km/h350km/h，压力，压力 波幅值由波幅值由1015Pa1015Pa增至增至 1950Pa1950Pa，增大近一倍。，增大近一

7、倍。 会车压力波幅值与速度的关系曲线会车压力波幅值与速度的关系曲线 9 9 (2)(2)会车压力波幅值随着头部长细比的增大而近会车压力波幅值随着头部长细比的增大而近 似线性地减小。似线性地减小。 (3)(3)会车压力波幅值随会车动车组侧墙间距增大会车压力波幅值随会车动车组侧墙间距增大 而显著减小。而显著减小。 我国我国铁路主要技术政策铁路主要技术政策中规定：中规定： 200km/h200km/h时，线间距时，线间距4.4m4.4m； 250km/h250km/h时，线间距时，线间距4.6m4.6m； 300km/h300km/h时，线间距时，线间距4.8m4.8m； 350km/h350km/

8、h时，线间距时，线间距5.0m5.0m。 1010 (4) (4)会车压力波幅值随会车长度增大而近似成线会车压力波幅值随会车长度增大而近似成线 性地明显增大。性地明显增大。 (5)(5)会车压力波幅值随侧墙高度增大而逐渐减小。会车压力波幅值随侧墙高度增大而逐渐减小。 (6)(6)高、中速列车会车时，中速车的压力波幅值高、中速列车会车时，中速车的压力波幅值 远大于高速车远大于高速车( (一般高一般高1.81.8倍以上倍以上) )。这主要由于会。这主要由于会 车压力波幅值受到通过车的速度的影响。车压力波幅值受到通过车的速度的影响。 1111 3. 动车组通过隧道时的表面压力动车组通过隧道时的表面压

9、力 列车在隧道中运行时，将引起隧道内空气压力列车在隧道中运行时，将引起隧道内空气压力 急剧波动，因此列车表面上各处的压力也呈快急剧波动，因此列车表面上各处的压力也呈快 速大幅度变动状况，完全不同于在明线上的表速大幅度变动状况，完全不同于在明线上的表 面压力分布。面压力分布。 1212 隧道内和隧道口气压变化隧道内和隧道口气压变化 5 511kPa11kPa 车内压力变化要求：车内压力变化要求： 车内压力波动不超过车内压力波动不超过 1000Pa1000Pa，气压变化率不大，气压变化率不大 于于200Pa/s200Pa/s。 隧道截面面积隧道截面面积 普通铁路普通铁路 30m30m2 2 高速铁

10、路：高速铁路： 日本日本 64m64m2 2 德国德国 94m94m2 2 法国法国 100m100m2 2 中国高速铁路拟选中国高速铁路拟选 100m100m2 2 1313 动车组通过隧道时的表面压力除上述动车组通过隧道时的表面压力除上述6 6种影响种影响 因素外还有以下因素外还有以下3 3方面：方面： (1) (1) 堵塞系数堵塞系数 : : 单列车进入隧道时：单列车进入隧道时： 与与（ （1.051.051.551.55）成正比。 成正比。 两列车在隧道内高速会车时：两列车在隧道内高速会车时： 与与（ （2.12.12.222.22）成正比。 成正比。 (2)(2)列车侧面和隧道侧面的

11、摩擦系数。列车侧面和隧道侧面的摩擦系数。 1414 (3)(3)两列车进入隧道的时差对压力变化也有很大的两列车进入隧道的时差对压力变化也有很大的 影响，当形成波的叠加时将引起很高的压力幅影响，当形成波的叠加时将引起很高的压力幅 值和变化率，此时车体表面的瞬时压力可在正值和变化率，此时车体表面的瞬时压力可在正 负数千帕之间变化。负数千帕之间变化。 1515 4. 列车风的影响列车风的影响 当列车高速行驶时，在线路附近产生空气运动，当列车高速行驶时，在线路附近产生空气运动， 这就是列车风。这就是列车风。 当列车以当列车以200km/h200km/h速度行驶时，根据测量，在速度行驶时，根据测量，在

12、轨面以上轨面以上0.814m0.814m、距列车、距列车1.75m1.75m处的空气运动处的空气运动 速度将达到速度将达到17m/s17m/s（61.2km/h61.2km/h，风速，风速7 7级，接近级，接近 8 8级级) )，这是人站立不动能够承受的风速。，这是人站立不动能够承受的风速。 1616 高速列车通过隧道时，所引起的纵向气流速度高速列车通过隧道时，所引起的纵向气流速度 约与列车速度成正比。在隧道中列车风将使得约与列车速度成正比。在隧道中列车风将使得 道旁的工人失去平衡以及将固定不牢的设备等道旁的工人失去平衡以及将固定不牢的设备等 吹落在隧道中，这都是一些潜在的危险。吹落在隧道中，

13、这都是一些潜在的危险。 国外有些铁路规定，在列车速度高于国外有些铁路规定，在列车速度高于160km/h160km/h 行驶时不允许铁路员工进入隧道。行驶时不允许铁路员工进入隧道。 1717 5. 列车空气动力学的力和力矩列车空气动力学的力和力矩 如图所示，作用于车辆上的空气动力学的力如图所示，作用于车辆上的空气动力学的力 和力矩，其中有：空气阻力、上升力、横向力，和力矩，其中有：空气阻力、上升力、横向力， 以及纵向摆动力矩、扭摆力矩和侧滚力矩。下以及纵向摆动力矩、扭摆力矩和侧滚力矩。下 面作一简要介绍。面作一简要介绍。 1818 (1)(1)空气阻力空气阻力 空气阻力表示为：空气阻力表示为：

14、式中式中 CxCx空气阻力系数空气阻力系数 空气密度空气密度 VV列车速度列车速度 AA列车横截面积列车横截面积 AVCR x 2 2 1 1919 法国对法国对TGVTGV动车的空气阻力（动车的空气阻力（R R）的测试结果：）的测试结果： V V100km/h100km/h时，时，R R5.526kN5.526kN； V V200km/h200km/h时，时，R R15.25kN15.25kN。 这说明，当速度提高这说明，当速度提高1 1倍时，空气阻力倍时，空气阻力 （R R）提高约）提高约2 2倍。倍。 2020 (2)(2)升力升力 列车所受的升力与列车速度的平方成正比。列车所受的升力与

15、列车速度的平方成正比。 正升力（向上）将使轮轨的接触压力减小，由正升力（向上）将使轮轨的接触压力减小，由 此将对列车的牵引性能和动力学性能产生重要此将对列车的牵引性能和动力学性能产生重要 影响。影响。 2121 (3)(3)横向力横向力 动车组运行中遇到横向风时，车辆将受到动车组运行中遇到横向风时，车辆将受到 横向力和力矩的作用，当风载荷达到一定程度横向力和力矩的作用，当风载荷达到一定程度 时，横向力及其侧滚力矩、扭摆力矩将影响车时，横向力及其侧滚力矩、扭摆力矩将影响车 辆的倾覆安全性。辆的倾覆安全性。 2222 就车辆形状而言，车顶越有棱角，其阻力越大。就车辆形状而言，车顶越有棱角，其阻力越

16、大。 风洞试验研究表明，风洞试验研究表明，最佳的车体横断面形状应最佳的车体横断面形状应 当是车体侧面平坦，且上下渐内倾当是车体侧面平坦，且上下渐内倾( (可以降低升可以降低升 力力) )、顶部稍圆、车顶与车体侧面拐角处完全修、顶部稍圆、车顶与车体侧面拐角处完全修 圆圆( (可以降低力矩可以降低力矩) )。 2323 一、列车空气动力学一、列车空气动力学 二、动车组头型设计二、动车组头型设计 三、动车组车身外型设计三、动车组车身外型设计 第一节第一节 流线形车体结构流线形车体结构 2424 二、动车组头型设计二、动车组头型设计 对于高速动车组来说，列车头型设对于高速动车组来说，列车头型设 计非常

17、重要，好的头型设计可以有效地计非常重要，好的头型设计可以有效地 减少运行空气阻力，列车交会压力波和减少运行空气阻力，列车交会压力波和 解决好运行稳定性等问题。解决好运行稳定性等问题。 2525 1.1.头型设计的基本要求头型设计的基本要求 头型设计考虑的两个基本参数是阻力系数和头型设计考虑的两个基本参数是阻力系数和 长细比。长细比。 (1)(1)阻力系数阻力系数C C 一些高速铁路发展比较早的国家，通过试验一些高速铁路发展比较早的国家，通过试验 研究和理论计算，明确提出列车阻力系数的指标。研究和理论计算，明确提出列车阻力系数的指标。 德国德国ICEICE列车技术任务书中规定：列车技术任务书中规

18、定： 列车前端的驱动头车空气阻力系数列车前端的驱动头车空气阻力系数C C0.170.17； 列车末端的驱动头车空气阻力系数列车末端的驱动头车空气阻力系数C C0.190.19。 2626 (2) (2)长细比长细比（头型系数）（头型系数） 长细比，即车头前端鼻形部位长度与车头长细比，即车头前端鼻形部位长度与车头 后部车身断面半径之比。后部车身断面半径之比。 头、尾车阻力系数与流线化头部长细比直头、尾车阻力系数与流线化头部长细比直 接有关接有关 高速列车头部的长细比一般要求达到高速列车头部的长细比一般要求达到3 3左右左右 或者更大，如图所示：或者更大，如图所示： 2727 2828 2.2.动

19、车组头部流线化设计动车组头部流线化设计 (1)(1)头部纵向对称面上的外形轮廓线设计头部纵向对称面上的外形轮廓线设计 要满足司机室净空高、前窗几何尺寸、玻璃形要满足司机室净空高、前窗几何尺寸、玻璃形 状、了望等状、了望等 尽可能降低该轮廓线的垂向高度，使头部趋于尽可能降低该轮廓线的垂向高度，使头部趋于 扁形，这样可以减小压力波，并改善尾部涡流扁形，这样可以减小压力波，并改善尾部涡流 影响影响 将端部鼻锥部分设计成椭圆形状，可以减少列将端部鼻锥部分设计成椭圆形状，可以减少列 车运行时的空气阻力车运行时的空气阻力 2929 (a)(a)一拱方案一拱方案 (b)(b)二拱方案二拱方案(c)(c)设导

20、流板方案设导流板方案 3030 头车外形比较头车外形比较 3131 (2) (2) 俯视图最大轮廓线形设计俯视图最大轮廓线形设计 满足司机室的宽度要求满足司机室的宽度要求 将鼻锥部分设计为带锥度的椭圆形状。这样既将鼻锥部分设计为带锥度的椭圆形状。这样既 有利于减小列车交会时的压力波和改善尾部涡有利于减小列车交会时的压力波和改善尾部涡 流影响，又有利于降低空气阻力。流影响，又有利于降低空气阻力。 设计凹槽形的导流板，将气流引向车头两侧。设计凹槽形的导流板，将气流引向车头两侧。 3232 (3)(3)头部外形与车身外形过渡头部外形与车身外形过渡 在主型线设计完成后，还要做到头部外形与车在主型线设计

21、完成后，还要做到头部外形与车 身外形严格相切身外形严格相切 头部外形中，任意选取的两曲面之间也要严格头部外形中，任意选取的两曲面之间也要严格 相切，这样既可减少空气阻力，又可以降低列相切，这样既可减少空气阻力，又可以降低列 车交会压力波。车交会压力波。 3333 一、列车空气动力学一、列车空气动力学 二、动车组头型设计二、动车组头型设计 三、动车组车身外型设计三、动车组车身外型设计 第一节第一节 流线形车体结构流线形车体结构 3434 三、动车组车身外型设计三、动车组车身外型设计 动车组车身横断面形状设计有以下特点：动车组车身横断面形状设计有以下特点： 1.1.整个车身断面呈鼓形，即车顶为圆弧

22、形，整个车身断面呈鼓形，即车顶为圆弧形， 侧墙下部向内倾斜（侧墙下部向内倾斜（5 5o o左右）并以圆弧过渡到左右）并以圆弧过渡到 底架，侧墙上部向内倾斜（底架，侧墙上部向内倾斜（3 3o o左右）并以圆弧左右）并以圆弧 过渡到车顶。过渡到车顶。 3535 下图为德国下图为德国ICEICE动车组车身断面形状。这不动车组车身断面形状。这不 仅能减小空气阻力，而且有利于缓解列车交会仅能减小空气阻力，而且有利于缓解列车交会 压力波及横向阻力、侧滚力矩的作用。压力波及横向阻力、侧滚力矩的作用。 3636 车体断面比较车体断面比较 3737 2.2.车辆底部形状对空气阻力的影响很大，为了避免车辆底部形状

23、对空气阻力的影响很大，为了避免 地板下部设备的外露，采用与车身横断面形状相地板下部设备的外露，采用与车身横断面形状相 吻合的裙板遮住车下设备，以减少空气阻力，也吻合的裙板遮住车下设备，以减少空气阻力，也 可防止高速运行带来的沙石击打车下设备。可防止高速运行带来的沙石击打车下设备。 3.3.车体表面光滑平整，尽量减少突出物。如侧门采车体表面光滑平整，尽量减少突出物。如侧门采 用塞拉式；扶手为内置式；脚蹬做成翻板式，使用塞拉式；扶手为内置式；脚蹬做成翻板式，使 侧面关闭时可以包住它。侧面关闭时可以包住它。 4.4.两车辆连接处采用橡胶大风挡，与车身保持平齐，两车辆连接处采用橡胶大风挡，与车身保持平

24、齐， 避免形成空气涡流。避免形成空气涡流。 3838 第二节第二节 动车组车体的轻量化设计动车组车体的轻量化设计 一、轴重对轮轨相互作用的影响一、轴重对轮轨相互作用的影响 二、车体结构的轻量化技术二、车体结构的轻量化技术 三、车内设备的轻量化技术三、车内设备的轻量化技术 四、转向架结构轻量化技术四、转向架结构轻量化技术 3939 一、一、轴重及轮轨动态作用力的影响轴重及轮轨动态作用力的影响 1.1.轴重对轨道损伤的影响轴重对轨道损伤的影响 随着轴重的增加，钢轨承受轮载而产生的轮随着轴重的增加，钢轨承受轮载而产生的轮 轨接触应力、轨头内部的剪切应力、局部应力轨接触应力、轨头内部的剪切应力、局部应

25、力 和弯曲应力将相应增加，同时疲劳荷载作用下和弯曲应力将相应增加，同时疲劳荷载作用下 的应力水平也将随之提高，从而大大缩短了钢的应力水平也将随之提高，从而大大缩短了钢 轨的使用寿命。轨的使用寿命。 4040 研究结果表明，钢轨头部损伤几乎全是疲研究结果表明，钢轨头部损伤几乎全是疲 劳损伤，钢轨折损率随轴重的增加而增加。劳损伤，钢轨折损率随轴重的增加而增加。 法国依据钢轨疲劳损伤统计资料的分析得法国依据钢轨疲劳损伤统计资料的分析得 出，钢轨疲劳折损率与轴载荷的出，钢轨疲劳折损率与轴载荷的2.252.25次方成正次方成正 比关系。比关系。 美国认为与轴载荷的美国认为与轴载荷的3.83.8次方成正比

26、。次方成正比。 4141 接触理论表明：轮轨之间的接触应力和轨接触理论表明：轮轨之间的接触应力和轨 头内部的剪切应力与轴载荷成正比，且与车轮头内部的剪切应力与轴载荷成正比，且与车轮 直径及踏面外形有关。所以减小轴重可减少钢直径及踏面外形有关。所以减小轴重可减少钢 轨的损伤和提高钢轨的使用寿命。轨的损伤和提高钢轨的使用寿命。 日本高速列车为动力分散式，早期的轴重日本高速列车为动力分散式，早期的轴重 和簧下质量较大，轮轨动力作用和因此产生的和簧下质量较大，轮轨动力作用和因此产生的 钢轨磨耗和破坏严重，所以日本在高速列车的钢轨磨耗和破坏严重，所以日本在高速列车的 发展中非常重视降低轴重。发展中非常重

27、视降低轴重。 4242 2.2.轮轨动态作用力的影响轮轨动态作用力的影响 列车运行中，如果存在车轮偏心和扁疤，列车运行中，如果存在车轮偏心和扁疤， 或者遇到轨道不平顺时，将产生轮轨间的冲击或者遇到轨道不平顺时，将产生轮轨间的冲击 载荷，这种载荷属于载荷，这种载荷属于“动态作用力动态作用力”。下图为。下图为 B B0 0-B-B0 0式电力机车以式电力机车以160km/h160km/h速度进行线路试验速度进行线路试验 得出的过轨接头时轮轨间总载荷的时间历程。得出的过轨接头时轮轨间总载荷的时间历程。 该电力机车的轴重为该电力机车的轴重为20t20t。 4343 上图中，纵坐标为垂向总载荷与车轮静载

28、荷之比，横上图中，纵坐标为垂向总载荷与车轮静载荷之比，横 坐标为时间（坐标为时间（msms）；虚线为轮轨系统冲击响应的理）；虚线为轮轨系统冲击响应的理 论计算值，实线为实测值。由图可见，在这个冲击过论计算值，实线为实测值。由图可见，在这个冲击过 程中，轮轨间的载荷出现两个峰值程中，轮轨间的载荷出现两个峰值P1P1和和P2P2。 4444 P1 P1力出现在轮轨冲击后的瞬时（约力出现在轮轨冲击后的瞬时（约0.30.3 0.4ms0.4ms），频率为），频率为500Hz500Hz1000Hz1000Hz，称之为高频，称之为高频 力，其值为车轮静载的力，其值为车轮静载的5 5倍左右。倍左右。 P1P

29、1力的高频瞬时冲击作用很快被钢轨及轨力的高频瞬时冲击作用很快被钢轨及轨 道的惯性反作用力抵消，很快衰减，来不及向道的惯性反作用力抵消，很快衰减，来不及向 上和向下传播，其破坏作用对钢轨和车轮最严上和向下传播，其破坏作用对钢轨和车轮最严 重。它直接影响钢轨轨头的接触应力，容易发重。它直接影响钢轨轨头的接触应力，容易发 生钢轨剥离等接触疲劳；对车轮产生剧烈的冲生钢轨剥离等接触疲劳；对车轮产生剧烈的冲 击作用，导致车轮扁疤等。击作用，导致车轮扁疤等。 4545 P2 P2力出现在轮轨冲击力出现在轮轨冲击2ms2ms以后，持续时间较以后，持续时间较 长，频率为长，频率为20Hz20Hz100Hz100

30、Hz，称之为中频力，其，称之为中频力，其 值为车轮静载的值为车轮静载的2.52.53.53.5倍。倍。 P2P2力可直接向钢轨以下和车轮以上传递，力可直接向钢轨以下和车轮以上传递， 造成轨枕破裂、道床粉化和板结、严重者引起造成轨枕破裂、道床粉化和板结、严重者引起 路基下陷；造成列车垂向动力学性能恶化，特路基下陷；造成列车垂向动力学性能恶化，特 别是降低滚动轴承的疲劳寿命，在这种脉冲式别是降低滚动轴承的疲劳寿命，在这种脉冲式 激扰下，构架的动应力也将增大。激扰下，构架的动应力也将增大。 4646 上图为各种车速下的轮轨冲击力响应。从图中可上图为各种车速下的轮轨冲击力响应。从图中可 以看出，以看出

31、，P1P1力和力和P2P2力随行车速度的提高而增大，当速力随行车速度的提高而增大，当速 度由度由80km/h80km/h提高到提高到250km/h250km/h时，时，P1P1力增加力增加1 1倍，倍，P2P2力增力增 加加0.80.8倍。倍。 01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 500 400 300 200 100 0 V=250km/h V=200km/h V=160km/h V=120km/h V=80km/h V=40km/h 时间 t(ms) 轮轨力 P (kN) P1 P2 4747 3.3.高速动车组对轴重及簧下质量的要求高速动车组对轴重及簧下质量的要求 (1) (1)

32、 动车组的最大轴重、平均轴重动车组的最大轴重、平均轴重 牵引动力集中配置的动车组，动力车的轴牵引动力集中配置的动车组，动力车的轴 重为最大。如法国重为最大。如法国TGV-ATGV-A的最大轴重为的最大轴重为17t17t，德，德 国国ICE-2ICE-2的最大轴重为的最大轴重为19.5t19.5t。尽管这些高速列。尽管这些高速列 车的最大轴重比较高，但整列车中大量拖车的车的最大轴重比较高，但整列车中大量拖车的 轴重较轻，因而列车的平均轴重较低，如轴重较轻，因而列车的平均轴重较低，如ICE-ICE- 2 2的平均轴重为的平均轴重为14.2t14.2t，TGVTGV因拖车采用铰接式因拖车采用铰接式

33、转向架，其平均轴重相对高一些，为转向架，其平均轴重相对高一些，为16t16t。 4848 (2) (2) 各国高速动车组的轴重、簧下质量各国高速动车组的轴重、簧下质量 国际铁路联盟国际铁路联盟(UIC)(UIC)在在“高速列车技术条件高速列车技术条件” 中对轴重有明确规定：允许的静态轴重为中对轴重有明确规定：允许的静态轴重为17t17t， 新建线路和新建线路和300km/h300km/h速度运行时，每个轮子作速度运行时，每个轮子作 用在正常维护线路钢轨上的静态和动态力之和用在正常维护线路钢轨上的静态和动态力之和 不得超过不得超过170KN170KN。 表表2-12-1列出了各国高速列车列出了各

34、国高速列车 轴重比较。表轴重比较。表2-22-2列出了若干典型高速机车和列出了若干典型高速机车和 动车的簧下质量。动车的簧下质量。 4949 表表2-1 2-1 动车组最大轴重和平均轴重动车组最大轴重和平均轴重 5050 5151 第二节第二节 动车组车体的轻量化设计动车组车体的轻量化设计 一、轴重对轮轨相互作用的影响一、轴重对轮轨相互作用的影响 二、车体结构的轻量化技术二、车体结构的轻量化技术 三、车内设备的轻量化技术三、车内设备的轻量化技术 四、转向架结构轻量化技术四、转向架结构轻量化技术 5252 二、车体结构的轻量化技术二、车体结构的轻量化技术 普通速度车体结构的自重在普通速度车体结构

35、的自重在14t14t左右，而左右，而 国外高速客车车体结构重量为国外高速客车车体结构重量为10t10t左右。总体左右。总体 上看，实现结构轻量化的主要途径有两个：一上看，实现结构轻量化的主要途径有两个：一 是采用新材料，二是合理优化结构设计。是采用新材料，二是合理优化结构设计。 5353 1.1.车体轻量化材料与结构车体轻量化材料与结构 (1)(1)轻量化材料轻量化材料 耐候钢车体耐候钢车体 不锈钢车体不锈钢车体 铝合金车体铝合金车体 (2)(2)铝合金车体的三种结构铝合金车体的三种结构: : 大型中空挤压铝型材焊接结构大型中空挤压铝型材焊接结构 采用航空骨架式铝合金车体结构采用航空骨架式铝合

36、金车体结构 大型中空挤压铝型材与开口型材的混合结构大型中空挤压铝型材与开口型材的混合结构 5454 采用大型中空挤压铝采用大型中空挤压铝 型材焊接结构型材焊接结构 采用航空骨架式铝合采用航空骨架式铝合 金车体结构金车体结构 德国德国ICEICE铝合金车体断面铝合金车体断面 5555 5656 2.2.车体结构的轻量化设计车体结构的轻量化设计 (1)(1)车体结构的优化设计车体结构的优化设计 日本日本100100系动车组，采用耐候钢（系动车组，采用耐候钢（SPASPA），车体），车体 钢结构自重仅为钢结构自重仅为10.3t10.3t 我国的我国的“168”168”客车，也采用耐候钢制造，车客车，

37、也采用耐候钢制造，车 体钢结构自重为体钢结构自重为13.113.113.2t 13.2t 5757 第二节第二节 动车组车体的轻量化设计动车组车体的轻量化设计 一、轴重对轮轨相互作用的影响一、轴重对轮轨相互作用的影响 二、车体结构的轻量化技术二、车体结构的轻量化技术 三、车内设备的轻量化技术三、车内设备的轻量化技术 四、转向架结构轻量化技术四、转向架结构轻量化技术 5858 三、车内设备的轻量化技术三、车内设备的轻量化技术 车内设备材料，首先应满足功能要求和防车内设备材料，首先应满足功能要求和防 火阻燃要求，装饰板应反映时代感，车内设备火阻燃要求，装饰板应反映时代感，车内设备 约占客车总重量的

38、约占客车总重量的2020，轻量化具有重要意义。，轻量化具有重要意义。 1.1.车内设备如门、窗、行李架、座椅、供水设备、车内设备如门、窗、行李架、座椅、供水设备、 卫生设备等等，均可选用轻合金或高分子工程卫生设备等等，均可选用轻合金或高分子工程 材料和复合材料，使设备重量大大减轻。材料和复合材料，使设备重量大大减轻。 5959 仅座椅一项，日本采用铝钢合制或全铝制双仅座椅一项，日本采用铝钢合制或全铝制双 人座椅，其重量由原钢制的人座椅，其重量由原钢制的56kg56kg分别降为分别降为32kg32kg 和和24kg24kg。 聚碳酸脂（聚碳酸脂（PCPC）板材作为透明车窗材料，重量）板材作为透明

39、车窗材料，重量 约为同厚度玻璃的约为同厚度玻璃的1/151/15，而且透光、耐压、耐，而且透光、耐压、耐 冲击均较普通玻璃好，能方便地制作车辆通长冲击均较普通玻璃好，能方便地制作车辆通长 的车窗。的车窗。 2.2.车内装饰板材广泛采用薄膜铝合金墙板，工程车内装饰板材广泛采用薄膜铝合金墙板，工程 塑料顶板等。塑料顶板等。 6060 3.3.其它设备的轻量化其它设备的轻量化 如日本如日本100100系采用直流牵引电机，每台重量为系采用直流牵引电机，每台重量为 825kg(825kg(功率为功率为230kw)230kw)，而，而300300系采用交流感应电系采用交流感应电 机后，每台重量仅为机后，每

40、台重量仅为390kg(390kg(功率增至功率增至300kw)300kw)。 德国（德国（ICE3ICE3）的主变压器铁芯采用优质铁铝）的主变压器铁芯采用优质铁铝 合金，使导磁率提高合金，使导磁率提高4 45 5倍，又将铜编线改为铝倍，又将铜编线改为铝 编线，冷却使用硅油，这样其总重由编线，冷却使用硅油，这样其总重由11.511.5吨降为吨降为 7 7吨等等。吨等等。 6161 第二节第二节 动车组车体的轻量化设计动车组车体的轻量化设计 一、轴重对轮轨相互作用的影响一、轴重对轮轨相互作用的影响 二、车体结构的轻量化技术二、车体结构的轻量化技术 三、车内设备的轻量化技术三、车内设备的轻量化技术

41、四、转向架结构轻量化技术四、转向架结构轻量化技术 6262 四、转向架结构轻量化技术四、转向架结构轻量化技术 降低转向架自重是高速转向架技术开发的降低转向架自重是高速转向架技术开发的 一个重要方面，它对改善车辆振动性能和减小一个重要方面，它对改善车辆振动性能和减小 轮轨之间的动力作用均具有显著效果。轮轨之间的动力作用均具有显著效果。国外高国外高 速转向架轻量化的主要措施之一是采用无摇枕速转向架轻量化的主要措施之一是采用无摇枕 结构，此外还有很多轻量化措施：结构，此外还有很多轻量化措施： 6363 1 1构架结构轻量化。采用焊接构架可比铸钢结构架结构轻量化。采用焊接构架可比铸钢结 构减重构减重5

42、050左右。左右。 2 2轮对轻量化。采用空心车轴和小直径车轮；轮对轻量化。采用空心车轴和小直径车轮； 采用采用S S形薄辐板车轮。形薄辐板车轮。 德国德国MBBMBB公司研制了玻璃钢（公司研制了玻璃钢（FRPFRP）轮心，）轮心， 车轮由钢质车箍、车轮由钢质车箍、FRPFRP轮心和钢质轮毂三部分轮心和钢质轮毂三部分 组成，其簧下质量至少降低了组成，其簧下质量至少降低了2020（100Kg100Kg左左 右）；采用双排圆锥滚子轴承，同时承受径右）；采用双排圆锥滚子轴承，同时承受径 向和轴向载荷，其重量只有向和轴向载荷，其重量只有40Kg40Kg，约为日本，约为日本 新干线原用轴承重量的一半。新

43、干线原用轴承重量的一半。 6464 3 3轴箱和齿轮箱采用铝合金制作。铝合金轴箱轴箱和齿轮箱采用铝合金制作。铝合金轴箱 的重量只有原来的的重量只有原来的4040左右，齿轮箱亦减到左右，齿轮箱亦减到 原来的原来的5656。 通过对车体结构、转向架结构、车内设通过对车体结构、转向架结构、车内设 备及其它设备从选材和结构优化设计上采取备及其它设备从选材和结构优化设计上采取 措施，可使车辆自重（轴重）明显降低。措施，可使车辆自重（轴重）明显降低。 6565 6666 第三节第三节 车体的密封隔声技术车体的密封隔声技术 一、车体的密封隔声性能一、车体的密封隔声性能 二、车体的密封技术二、车体的密封技术

44、三、车内噪声控制技术三、车内噪声控制技术 6767 一、车体的密封隔声性能一、车体的密封隔声性能 1.1.车体的密封性能车体的密封性能 (1) (1) 压力波对旅客舒适性的影响压力波对旅客舒适性的影响 车外压力的波动会反应到车厢内，使旅客车外压力的波动会反应到车厢内，使旅客 感到不舒服，轻者压迫耳膜，重则头晕恶感到不舒服，轻者压迫耳膜，重则头晕恶 心，甚至造成耳膜破裂。许多国家先后在心，甚至造成耳膜破裂。许多国家先后在 压力波对旅客舒适性的影响方面进行了研压力波对旅客舒适性的影响方面进行了研 究。究。 6868 国外高速列车的运用实践表明，没有交会列国外高速列车的运用实践表明，没有交会列 车时

45、，头、尾车外面的气流压力变化为：头车时，头、尾车外面的气流压力变化为：头 部受部受2.5KPa2.5KPa左右的正压、尾部为左右的正压、尾部为2.0KPa2.0KPa左右左右 的负压；的负压； 有交会列车时特别在隧道内会车时，车外气有交会列车时特别在隧道内会车时，车外气 流压力会大幅度变化，对进入隧道列车的气流压力会大幅度变化，对进入隧道列车的气 流测定结果：速度流测定结果：速度200km/h200km/h时，头部正压为时，头部正压为 3.2KPa3.2KPa、尾部负压为、尾部负压为4.9KPa4.9KPa； 速度为速度为280km/h280km/h时，头部正压为时，头部正压为3.9KPa3.

46、9KPa、尾、尾 部负压为部负压为5.5KPa5.5KPa。 6969 7070 (2) (2) 对车体密封性能的要求对车体密封性能的要求 日本高速列车密封试验，要求将车体所有开启日本高速列车密封试验，要求将车体所有开启 部位堵塞，车内压力由部位堵塞，车内压力由4000Pa4000Pa降至降至1000Pa1000Pa的时的时 间必须大于间必须大于50s50s。 欧洲高速列车曾采用压力从欧洲高速列车曾采用压力从4000Pa4000Pa降至降至1000Pa1000Pa 的时间大于的时间大于50s(50s(车辆通过台和空调设备关闭车辆通过台和空调设备关闭) )。 德国、意大利等国家采用压力从德国、意

47、大利等国家采用压力从3600Pa3600Pa降至降至 1350Pa1350Pa的时间大于的时间大于18s18s。 7171 我国在我国在200km/h200km/h及以上速度级列车密封设计及以上速度级列车密封设计 及试验鉴定暂行规定及试验鉴定暂行规定中要求：中要求： 整车落成后的密封性能试验，要求达到车内整车落成后的密封性能试验，要求达到车内 压力从压力从3600Pa3600Pa降至降至1350Pa1350Pa的时间大于的时间大于18s18s； 车体结构的密封性能要求压力从车体结构的密封性能要求压力从3600Pa3600Pa降至降至 1350Pa1350Pa的时间须大于的时间须大于36s36s

48、； 组成后的车窗、车门、风挡应能在组成后的车窗、车门、风挡应能在4000Pa4000Pa 的气动载荷作用下保持良好的密封性的气动载荷作用下保持良好的密封性 7272 2.2.车体的隔声性能车体的隔声性能 (1)(1)高速列车的噪声源高速列车的噪声源 轮轨噪声（碰撞、摩擦声）；轮轨噪声（碰撞、摩擦声）； 空气沿车体表面流动产生的摩擦声和受电弓与空气沿车体表面流动产生的摩擦声和受电弓与 接触网导线的摩擦声；接触网导线的摩擦声； 风挡等构件的撞击声。风挡等构件的撞击声。 列车进出隧道产生的压缩波和反射波所产生的列车进出隧道产生的压缩波和反射波所产生的 噪声等。噪声等。 7373 (2)(2)国外高速

49、列车运行噪声的控制国外高速列车运行噪声的控制 德国在联邦铁路城间特快列车德国在联邦铁路城间特快列车ICEICE技术任务书技术任务书 中，对高速列车运行噪声作了技术规定：距铁中，对高速列车运行噪声作了技术规定：距铁 路中心线路中心线25m25m处，当列车运行速度为处，当列车运行速度为250km/h250km/h时，时， 列车通过的最大声级不得高于列车通过的最大声级不得高于88dB(A)88dB(A)；列车；列车 运行速度为运行速度为280km/h280km/h时，通过的最大声级不得时，通过的最大声级不得 高于高于89dB(A)89dB(A)。 7474 日本多年来投入了大量人力物力财力降低新干日

50、本多年来投入了大量人力物力财力降低新干 线铁路噪声，效果显著。目前日本新干线距铁线铁路噪声，效果显著。目前日本新干线距铁 路中心路中心25m25m处列车通过最大声级为：处列车通过最大声级为： 高架桥、高路堤区段高架桥、高路堤区段656575dB(A)75dB(A)，达到了新干线，达到了新干线 环境噪声标准限值。即：环境噪声标准限值。即： 居民住宅室外的最大噪声级居民住宅室外的最大噪声级70dB(A)70dB(A)； 工业，商业区或有少量居民居住混合区的室外工业，商业区或有少量居民居住混合区的室外 75dB(A)75dB(A)。 7575 7676 (3)(3)车内噪声的标准极限值车内噪声的标准

51、极限值 车内噪声一般由以下几部分组成：车内噪声一般由以下几部分组成： 车体外部传入车内的噪声，一般称之为空气声；车体外部传入车内的噪声，一般称之为空气声； 由于各种原因导致的车体内表面结构振动，特别是由于各种原因导致的车体内表面结构振动，特别是 薄壁结构振动产生的辐射声，一般称之为结构振动薄壁结构振动产生的辐射声，一般称之为结构振动 噪声；噪声； 各种车内设备、系统各种车内设备、系统( (如空调通风系统，各类管道如空调通风系统，各类管道 等等) )，作为振源、声源所产生的噪声；，作为振源、声源所产生的噪声； 上述各类噪声在车厢内部传播与反射所形成的混响上述各类噪声在车厢内部传播与反射所形成的混

52、响 声等组成。声等组成。 7777 车内噪声的标准限值车内噪声的标准限值: : 德国铁路规定，速度为德国铁路规定，速度为250km/h250km/h时，一等车时，一等车 噪声不超过噪声不超过65dB(A)65dB(A)，二等车不超过，二等车不超过68dB(A)68dB(A)。 国际铁路联盟（国际铁路联盟（UICUIC）规定：客车车内噪声）规定：客车车内噪声 应小于应小于65dB(A)65dB(A)。在隧道里，噪声可宽限。在隧道里，噪声可宽限 5dB(A)5dB(A)。在过道、厕所、其噪声水平不能超。在过道、厕所、其噪声水平不能超 过过75dB(A)75dB(A)。 7878 第三节第三节 车体

53、的密封隔声技术车体的密封隔声技术 一、车体的密封隔声性能一、车体的密封隔声性能 二、车体的密封技术二、车体的密封技术 三、车内噪声控制技术三、车内噪声控制技术 7979 二、车体的密封技术二、车体的密封技术 列车的密封需要从车体结构和部件上给以考列车的密封需要从车体结构和部件上给以考 虑。当前世界各国在高速列车上采用的密封技虑。当前世界各国在高速列车上采用的密封技 术主要有：术主要有： 1.1.车体结构采用连续焊缝以消除焊接气隙；对不车体结构采用连续焊缝以消除焊接气隙；对不 能施焊的部位，必须用密封胶密封。能施焊的部位，必须用密封胶密封。 8080 2.2.采用固定式车窗，车窗的组装工艺要保证

54、密封采用固定式车窗，车窗的组装工艺要保证密封 的可靠性和耐久性，同时保证在压力波造成的的可靠性和耐久性，同时保证在压力波造成的 气动载荷下气动载荷下( (我国我国“高速列车密封技术暂行规高速列车密封技术暂行规 定定”确定组成后的车窗应能承受确定组成后的车窗应能承受6000Pa6000Pa的气的气 动载荷，动载荷，) )不会造成变形和破坏。不会造成变形和破坏。 3.3.侧门采用密封性能良好的塞拉门；头、尾的端侧门采用密封性能良好的塞拉门；头、尾的端 门要采用可充压缩空气的橡胶条；通过台风挡门要采用可充压缩空气的橡胶条；通过台风挡 采用橡胶大风挡，并注意处理好渡板处的密封采用橡胶大风挡，并注意处理

55、好渡板处的密封 问题。问题。 8181 4.4.空调环控设备设立压力控制：如在客室进排气空调环控设备设立压力控制：如在客室进排气 风口安装压力保护阀，在排气风道中装设带节风口安装压力保护阀，在排气风道中装设带节 气阀的排风机，安装压力保护通风机等，主要气阀的排风机，安装压力保护通风机等，主要 目的是既保证正常的通风换气又保证车内压力目的是既保证正常的通风换气又保证车内压力 变化在限值之内。变化在限值之内。 5.5.厕所、洗脸室的水不能采用直排式，而要通过厕所、洗脸室的水不能采用直排式，而要通过 密封装置排到车外；对直通车下的管路和电缆密封装置排到车外；对直通车下的管路和电缆 孔应采取必要的密封

56、措施。孔应采取必要的密封措施。 6.6.车辆出厂前都要通过整车气密性、水密性试验。车辆出厂前都要通过整车气密性、水密性试验。 8282 第三节第三节 车体的密封隔声技术车体的密封隔声技术 一、车体的密封隔声性能一、车体的密封隔声性能 二、车体的密封技术二、车体的密封技术 三、车内噪声控制技术三、车内噪声控制技术 8383 三、车内噪声控制技术三、车内噪声控制技术 为了降低车内噪声，一方面要削弱噪声源为了降低车内噪声，一方面要削弱噪声源 发出噪声的强度，另一方面要提高车体的隔声发出噪声的强度，另一方面要提高车体的隔声 性能。性能。 1.1.削弱噪声源发出噪声强度的措施削弱噪声源发出噪声强度的措施

57、: : 在车轮上安装消音器和开发弹性车轮，可有效在车轮上安装消音器和开发弹性车轮，可有效 地降低轮轨噪声；地降低轮轨噪声； 8484 车体外形设计成流线形，车体表面平整、光滑车体外形设计成流线形，车体表面平整、光滑 都有利于减小空气与车体的摩擦声；都有利于减小空气与车体的摩擦声； 采用橡胶风挡，可减小撞击声；采用橡胶风挡，可减小撞击声； 在空调系统上安装消音器，降低牵引电机风扇在空调系统上安装消音器，降低牵引电机风扇 的噪声、驱动装置等设备的振动噪声。的噪声、驱动装置等设备的振动噪声。 8585 2.2.提高车体隔声性能的措施提高车体隔声性能的措施 采用双层墙结构，可增加隔声量采用双层墙结构，

58、可增加隔声量4 45 dB(A)5 dB(A)。 所谓双层墙，就是指地板、侧墙、车顶等多层所谓双层墙，就是指地板、侧墙、车顶等多层 结构，在层间采用橡胶垫隔开，一方面起隔振结构，在层间采用橡胶垫隔开，一方面起隔振 作用，同时使声波不能通过金属螺钉（声桥）作用，同时使声波不能通过金属螺钉（声桥） 传递，有效地提高了车体的隔声性能；传递，有效地提高了车体的隔声性能； 在车体金属（如地板）表面涂刷防振阻尼层，在车体金属（如地板）表面涂刷防振阻尼层， 使钢结构的声频振动转化为热能消散，减少了使钢结构的声频振动转化为热能消散，减少了 声波的辐射和声波振动的传递，从而减少车内声波的辐射和声波振动的传递，从

59、而减少车内 噪声；噪声； 8686 采用双层车窗，减少从侧面传入车内的噪声；采用双层车窗，减少从侧面传入车内的噪声； 车内选用吸声效果好的高分子聚合材料；车内选用吸声效果好的高分子聚合材料； 提高车体气密性的措施，同样可以起隔声作用。提高车体气密性的措施，同样可以起隔声作用。 法国法国TGVTGVA A高速列车，通过各种隔声措施，高速列车，通过各种隔声措施， 速度达速度达300km/h300km/h时客室内噪声值为时客室内噪声值为66 dB(A)66 dB(A)。 8787 第四节第四节 防火安全技术防火安全技术 一、防火系统设计原则一、防火系统设计原则 二、防火结构设计二、防火结构设计 三、

60、火灾预测和灭火装置设计三、火灾预测和灭火装置设计 四、火灾发生时的对策四、火灾发生时的对策 8888 一、防火系统设计原则一、防火系统设计原则 高速列车防火系统设计原则：系统集成、高速列车防火系统设计原则：系统集成、 预防为主、应急对策、以人为本。预防为主、应急对策、以人为本。 系统集成：系统集成：防火措施按区域配套，通过列车网防火措施按区域配套，通过列车网 络构成防火系统的集成响应、信号传递和信息络构成防火系统的集成响应、信号传递和信息 显示；显示； 8989 预防为主：预防为主：所有材料与器件的选用以防止不会所有材料与器件的选用以防止不会 发生火燃或防止火种蔓延为主体，将火情发生发生火燃或