动车组结构及原理课件：动车组车体概述

动车组车体概述

动车组车体

1.能理解车体结构功能2.了解动车组车体结构的构造原则3.掌握动车组车体结构的承载方式4.掌握车体结构的制造材料5.了解车体设计相关技术学习目标1动车组车体结构及承载形式分类2动车组车体相关技术学习知识点动车组八大基本组成复习回顾“1.2节动车组基本组成”车体

动车组车体

车顶底架侧墙端墙1.结构组成分类：有司机室车体和无司机室车体两种。作用：安装基础+承载骨架+乘客乘坐空间组成：底架、端墙、侧墙和车顶等。材料：铝合金等轻金属结构或钢结构。

1车体结构组成及承载形式分类中间车车体结构

头车车体结构

车体由底架、车顶、侧墙、端墙、车头（仅头车）等组成。底架端墙车顶右侧墙左侧墙底架端墙车顶右侧墙左侧墙司机室

1车体结构组成及承载形式分类CRH5的Tc车体承载结构分解示意图CRH5的Mc车体承载结构部件分解示意图端墙车顶侧墙底架司机室底架端墙底架车顶侧墙

1车体结构组成及承载形式分类动车组车体功能（1）运载功能：为旅客提供乘坐环境且具备一定的行李装载空间（2）承载安全功能：承受车辆运行中的各种载荷，并应具备减缓各种振动和噪声、抵抗变形、使用耐久性和确保乘员安全的能力。运载功能+承载安全功能

1车体结构组成及承载形式分类高速车辆车体结构要素与运行性能之间的关系动车组车体功能

1车体结构组成及承载形式分类动车组车体结构的构造原则（1）有足够的强度和刚度。即在允许的设计结构速度内，保证车体骨架结构不发生破坏和较大变形，以确保运行安全和正常使用，以保证运行的安全和平稳性；(刚强足）（2）为了提高速度，必须减轻车体的自重，而且要求在各个方向上做到重量匀称、重心低。(轻量化）（3）车体结构必须提供足够的空间保证设备安装、检查、保养以及检修更换的便利。(空间够）（4）车体必须纳入国家规定的机车车辆限界尺寸中。（限尺寸）（5）完好的空气动力学外形：头尾部细长流线型，裙板平滑过渡，受电弓良好的空气动力学性能。（阻力低）（6）严格的气密性要求：连续焊缝，气密性风挡。（密封好）（7）严格的防火要求：耐火材料，防火设备。（防火严）（8）在满足车体基本功能和空气动力学车体外形的基础上，应使车体外形设计美观、大方，富有时代气息。（外观美）补充知识

1车体结构组成及承载形式分类1动车组车体结构组成及承载形式分类轨道车辆车体承载结构一般可以划分为底架、侧墙、端墙及车顶等几大部件。2.承载形式分类（1）底架承载型（2）侧壁承载型（侧壁和底架共同承载型）（3）整体承载型前两种承载结构主要应用于货车车体结构，而现代动车组车体采用的均是筒形整体承载结构。筒形整体承载结构的最大特点是增强了车体承载能力，减轻了车体自重，可降低能耗、减少运行成本和维护成本等。

2.动车组车体结构的承载方式

（1）整体承载型载荷主要由底架、侧墙、司机室、端墙及车顶承担。动车组承担的各项载荷中纵向载荷和垂向载荷最为重要。车体纵向力传递底架纵向力传递纵向载荷传递示意图1动车组车体结构的承载方式

动车组车体结构的制造材料首选铝合金因为铝合金的比重约为钢的1/3，可以减轻车辆自重。而且其挤压性能好，可以制成筒型挤压型材整体焊接结构而使车体结构轻量化。与一般钢结构相比，人工费节省约40%，车辆重量减少约30%；其次是不锈钢

由于不锈钢的耐腐性能好，可以不用考虑因为锈蚀而增加金属的厚度；第三种材料是耐候钢最差的材质是碳素钢其自重最大，价格最便宜，抗腐蚀性最差。动车组车体结构材质车体结构重量（t）0系耐候钢（SPA）10.5100系耐候钢（SPA）10.3200系铝合金7.5300系铝合金（大型挤压型材）6（6.5）表4-1日本高速动车组车体结构材质及其重量扩展阅读：铁路客车车体结构材料的演变与展望，铁道机车车辆，2019，39（2）：119-1241.车体材质的选择补充知识

机械力学性能项目含铜耐候钢铝合金A7N01不锈钢301抗拉强度σ/Mpa410～5203401050抗拉屈服极限σ/MPa250280770伸长率/%171010纵向弹性模量E/kg·cm-22.1×1067.2×1052.0×106硬度（HB）约130约100＜380剪切强度/Mpa约3021.556疲劳强度/MPa180～290103430比强度σ/γ低高中等比重γ/g·cm37.852.797.93主要采用含铜耐候钢、铝合金、不锈钢。动车组车体结构的制造材料

车辆种类结构重量（kg）减重比列（％）钢结构铝结构米兰地铁6700300055东京地铁9540410056西德地铁9500467051瑞士客车9350395057法国市郊车ER153009400610035意大利铁路包车11800620048瑞士KABDE8/12尾本国铁通勤电车9650465048采用铝合金材料后与钢结构车辆重量比较动车组车体结构的制造材料

普通碳钢车体为8.6万美元奥氏体不锈钢车体为9.2万美元铝合金车体为12.2万美元制造和维修费用制造成本：普通钢车体1.0不锈钢1.14铝合金1.57（不涂漆）、1.66（涂漆）维修成本：普通钢>铝合金>不锈钢动车组车体结构的制造材料

项目普通钢结构全不锈钢结构全铝合金构成底架、地板SSSUS(两端SS)Al侧墙、端墙SSSUSAl车顶SSSUSAl重量/t7.06.02.0特性轻量化很差一般标准低重心化差一般标准气密性标准差标准地板下设备防火性良良标准纵向强度良优标准成本初期优良标准检修差良标准以铝合金车体为基准，以车体重量、轻量化、成本等特性指标对三类车体结构作定性比较。动车组车体结构的制造材料

2.动车组车体结构的制造材料（1）不锈钢（EN1.4301,1.4307,1.4318）/低碳钢——CRH1动车组车体（2）铝合金——CRH2、CRH3、CRH5、CRH380A/B/C动车组车体高速动车组铝合金车体材料主要有5000系、6000系和7000系。5000系合金是形变Al-Mg合金；6000系合金是形变Al-Mg-Si合金；7000系合金是形变Al-Zn-Mg合金。动车组车体结构的制造材料

3.铝合金车体四种形式第一种：铝板和实心型材结构车体由铝板和实心型材通过铆钉、连续焊接进行连接。第二种：板条骨架结构车体由铝板和纵向加固件应用气体保护焊的溶焊而成。第三种：大型开口型材结构车体由板皮和纵向加固件组成高强度大型开口型材整体结构通过焊接。第四种：大型空心截面结构车体结构为与车体等长的大型中空型材通过自动连续焊接互相连接。动车组车体结构的制造材料

采用与车体等长的大型中空挤压型材铝合金车体整体通长铝型材，大幅减少零件数量，提高自动化焊接程度，降低制造成本，提高质量。车体质量轻，从而降低轴重、降低运营成本。隔音效果好，从而提高车内乘车舒适度。双壳结构，提高车体的整体刚性。维护小，寿命周期成本低。防腐性好，可以实现无涂装设计动车组车体结构的制造材料

铝合金车体结构特点（1）车体采用铝合金整体承载筒形结构（2）车体的断面形状可分为鼓形断面、梯形断面和矩形断面。（3）底架、侧墙和车顶采用大型空心截面的挤压铝型材拼焊而成。中空挤压型材，长度可达车体全长。（4）整体装配车体车体基本由6大部件即地板、车顶、两个端墙及两个侧墙装配而成。铝合金车体经过了近50年的发展，先后经历了板梁结构铝合金车体、板梁和型材混合结构铝合金车体、完全闭式的大型中空型材结构铝合金车体3个发展过程。动车组车体结构的制造材料

（1）车辆轻量化的意义1）可因减少材料消耗量而降低了制造成本；2）可减少牵引动力的消耗．同时也减少制动时产生的热能和粉尘；3）可减少对轨道线路的压力，从而减轻线路的损耗，降低线路的维修费用；4）可以提高运行速度，缩短乘客的旅行时间。减小旅客的乘车疲劳。间接地提高人们的工作效率；5）车辆轻量化，尤其是簧下质量的减轻，不仅减小轮轨间的作用力。而且减小了噪声，减小环境污染。1.车体轻量化技术2动车组车体相关技术

（2）车辆轻量化的设计原则1)采用比强度高的材料作为车体结构的承载件。有效地利用材料的强度和刚度保证设计要求。2)采用变截面的方法(改变结构截面形状)提高结构刚度。采用最少的材料获得最大的刚度和强度。3)尽量减少独立部件的数量，使用长尺寸构件。这样可以减少焊缝数量，提高焊接自动化水平，保证焊接质量，提高车体结构的抗疲劳强度。4)车辆轻量化设计必须满足技术条件的要求和使用性能。应减少制造和维修费用，降低生产成本。2动车组车体相关技术

（3）轻量化车辆的关键技术1）车体材质的选择2）车体结构轻量化3）转向架轻量化4）内部设备轻量化5）车钩缓冲装装置轻量化普通速度车体结构的自重在14t左右，而国外高速客车车体结构重量为10t左右。实现结构轻量化的主要途径有两个：一是合理优化结构设计；二是采用新材料。2动车组车体相关技术

1）合理设计结构；2）优化梁柱断面；3）用压型件代替型钢；4）在满足腐蚀寿命要求的前提下适当减薄构件的壁厚；5）大断面梁件开减重孔。6）采用结构优化设计方法，对整个车体进行结构优化设计，使车体各构件仅可能充分发挥各自的承载能力。车体结构的优化设计经验证明，对耐候钢车体进行合理优化结构设计，重量一般可减轻10%左右。2动车组车体相关技术

2.车体密封降噪技术（1）隧道压力波的形成列车运行时常伴有“列车风”，也就是产生空气流动。当高速列车在隧道中高速运行时，尤其是两列车在隧道交会时会产生瞬时变化的强烈压力波。压力波的大小及其变化率与隧道的横截面和长度，交会列车的速度与长度有关。2动车组车体相关技术

（2）高速动车组的密封性能试验将车辆看成有多个泄露处的弹性封闭容器。如果容器内部压力和外部压力之前存在差异，则会出现两种情况：1）对列车的作用车体变形由于泄露而造成的内外压力平衡123外部压力作用下车体变形1-未变形时；2-超压变形时；3-降压变形时车体结构漏气检查车体气密性试验车门气密性试验车窗气密性试验风挡气密性试验空调装置气密性试验整车气密性试验整车水密性试验2动车组车体相关技术2）对旅客的影响高速列车会车时，特别是在隧道内高速会车时，车体表面将承受正负数千帕的瞬时压力变化。如果列车不密封，则压力波会传到车厢内，旅客会感到不舒服，轻者耳膜受压，重者头晕恶心，甚至耳膜破裂。压力变化（kPa）生理现象2可忍受3开始不舒服4非常不舒服5不舒服的上限、开始耳鸣8很痛>9剧烈疼痛>13耳膜可能破裂>23耳膜破裂压力变化对旅客生理的影响2动车组车体相关技术

（3）高速动车组密封性要求高速列车通过隧道时，特别是两列车高速交会时引起的剧烈压力波动，对旅客舒适性造成了极坏影响。为了减少这种压力波动，保证旅客的舒适性，要求对车辆进行空气压力的密封。各国铁路对高速列车密封性的要求是通过车辆的密封试验，测量静态泄露时间。其密封试验主要有两种：一种是日本新干线高速列车的标准；另一种是欧洲高速列车的标准。2动车组车体相关技术

（1）降低压差阻力压差阻力主要来自车体头部正面压力和尾部涡流形成的负压力，大约占列车总气动阻力的7%~14%；细长呈流线型的头尾部，能降低高速动车组压差阻力3.流线型车体技术2动车组车体相关技术

（2）减少表面摩擦阻力表面摩擦阻力主要是由于超长车体的表面与空气摩擦所造成的，它是列车总气动阻力的主要组成部分，约占26%~55%；车体平潜、光顺的车体表面，能减少高速动车组的表面摩擦阻力；（3）减少干扰阻力干扰阻力是由列车底部安装在转向架上的各种悬挂阻力及其相互之间以及与钢轨间的干扰阻力组成，根据车体底部是否安装整流罩，其大约占列车总阻力的24%~58%。车顶的受流器的干扰阻力也是比较大的，约占列车总阻力的4%~9%。完善的气动外形、光滑的车体表面和合理的车底车顶整流罩能降低气动阻力。（1）防火系统设计原则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。系统集成：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、信号传递和信息显示；预防为主：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，将火情发生因素降到最小程度，达到预防火灾的要求；应急对策：一旦火灾发生，有严格的分级应急对策，将火灾限制在区域内，限制在低等级火警之下；以人为本：一切应急对策均以“以人为本”为出发点，防止措施的最终手段要以实现旅客的安全转移为目的。4.防火安全技术2动车组车体相关技术

1）选用耐火材料①车辆使用的耐火材料，主要指阻燃、低烟、低毒的高分子材料和耐火涂料。如英国和法国规定，通过海峡隧道区间列车的内装饰和包覆材料，必须采用阻燃无毒的酚醛纤维增强塑料（FRP）材料。（2）防火结构设计国内目前也在大力开发车辆上使用的酚醛玻璃钢材料，用来制造车内设备、装饰板、通风管道等。国外车辆为了提高窗帘隔热和耐火程度，采用聚酯纤维上喷镀不锈钢或采用玻璃纤维做基底的纺织窗帘布。2动车组车体相关技术

②根据车型和部位不同选择不同等级的防火、防烟毒材料。例如，法国TGV高速列车车体材料的防火、防烟毒等级远高于速度200km/h的VTU、VU系列车；车顶部位高于侧墙和地板。③卧车包间的隔墙全部采用防火板包上，隔墙里添加阻燃材料；