動(dòng)車組概論2車體ppt課件

1、1,第二章 動(dòng)車組車體技術(shù),第一節(jié) 流線形車體結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 動(dòng)車組車體的輕量化設(shè)計(jì) 第三節(jié) 車體的密封隔聲技術(shù) 第四節(jié) 防火安全技術(shù) 第五節(jié) 動(dòng)車組連接裝置,2,一、列車空氣動(dòng)力學(xué) 二、動(dòng)車組頭型設(shè)計(jì) 三、動(dòng)車組車身外型設(shè)計(jì),第一節(jié) 流線形車體結(jié)構(gòu),3,一、列車空氣動(dòng)力學(xué) 隨著列車運(yùn)行速度的提高，周圍空氣的動(dòng)力作用一方面對(duì)列車和列車運(yùn)行性能產(chǎn)生影響；同時(shí)，列車高速運(yùn)行引起的氣動(dòng)現(xiàn)象對(duì)周圍環(huán)境也產(chǎn)生影

2、響，這就是高速列車的空氣動(dòng)力學(xué)問題。,4,1.動(dòng)車組運(yùn)行中列車的表面壓力 從風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果來看，列車表面壓力可以分為三個(gè)區(qū)域： （1）頭車鼻尖部位正對(duì)來流方向?yàn)檎龎簠^(qū)； （2）車頭部附近的高負(fù)壓區(qū)：從鼻尖向上及向兩側(cè)，正壓逐漸減小變?yōu)樨?fù)壓，到接近與車身連接處的頂部與側(cè)面，負(fù)壓達(dá)最大值； （3）頭車車身、拖車和尾車車身為低負(fù)壓區(qū)。,5,因此，在動(dòng)車（頭車）上布置空調(diào)裝置及冷卻系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口時(shí)，應(yīng)布置在靠近鼻尖的區(qū)域

3、內(nèi)，此處正壓較大，進(jìn)風(fēng)容易；而排風(fēng)口則應(yīng)布置在負(fù)壓較大的頂部與側(cè)面。 在有側(cè)向風(fēng)作用下，列車表面壓力分布發(fā)生很大變化，尤其對(duì)車頂小圓弧部位表面壓力的影響最大。當(dāng)列車在曲線上運(yùn)行又遇到強(qiáng)側(cè)風(fēng)時(shí)，還會(huì)影響到列車的傾覆安全性。,6,,2.動(dòng)車組會(huì)車時(shí)列車的表面壓力 列車交會(huì)時(shí)產(chǎn)生的最大壓力脈動(dòng)值的大小是評(píng)價(jià)列車氣動(dòng)外形優(yōu)劣的一項(xiàng)指標(biāo)。 在一列車與另一靜止不動(dòng)的列車會(huì)車時(shí)，以及兩列等速或不等速相對(duì)運(yùn)行的列車會(huì)

4、車時(shí)，將在靜止列車和兩列相對(duì)運(yùn)行列車一側(cè)的側(cè)墻上引起壓力波（壓力脈沖）。 這是由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的列車車頭對(duì)空氣的擠壓，在與之交會(huì)的另一列車側(cè)壁上掠過，使列車間側(cè)壁上的空氣壓力產(chǎn)生很大的波動(dòng)。,7,試驗(yàn)研究和計(jì)算表明，動(dòng)車組會(huì)車壓力波幅值大小與下列因素有關(guān)： (1)隨著會(huì)車速度的大幅度提高，會(huì)車壓力波的強(qiáng)度將急劇增大，如圖所示:,8,,會(huì)車壓力波幅值與速度的關(guān)系曲線,9,由上圖可見，當(dāng)頭部長(zhǎng)細(xì)比γ為2.5，兩列車以等速相

5、對(duì)運(yùn)行會(huì)車時(shí)，速度由250km/h提高到350km/h，壓力波幅值由1015Pa增至1950Pa，增大近一倍。 (2)會(huì)車壓力波幅值隨著頭部長(zhǎng)細(xì)比的增大而近似線性地顯著減小。為了有效地減小動(dòng)車組會(huì)車引起的壓力波的強(qiáng)度，應(yīng)將動(dòng)車（車頭）的頭部設(shè)計(jì)成細(xì)長(zhǎng)而且呈流線型。,10,(3)會(huì)車壓力波幅值隨會(huì)車動(dòng)車組側(cè)墻間距增大而顯著減小。為了減少會(huì)車壓力波及其影響，應(yīng)適當(dāng)增大鐵路的線間距。 我國《鐵路主要技術(shù)政策》中規(guī)定：160

6、km/h時(shí)，線間距≥4.2m；200km/h時(shí)，線間距≥4.4m；250km/h時(shí)，線間距≥4.6m；300km/h時(shí)，線間距≥4.8m；350km/h時(shí)，線間距≥5.0m。,11,(4)會(huì)車壓力波幅值隨會(huì)車長(zhǎng)度增大而近似成線性地明顯增大。 (5)會(huì)車壓力波幅值隨側(cè)墻高度增大明顯減小，但減小的幅度隨側(cè)墻高度增大而逐漸減小。,12,(6)高、中速列車會(huì)車時(shí)，中速車的壓力波幅值遠(yuǎn)大于高速車(一般高1.8倍以上)。這是由于會(huì)車

7、壓力波的主要影響因素是通過車的速度，在高、中速列車會(huì)車時(shí)，中速車壓力波主要受其通過車高速車速度的影響，高速車壓力波主要受其通過車中速車速度的影響，所以中速車上的壓力波幅值遠(yuǎn)大于高速車。,13,3.動(dòng)車組通過隧道時(shí)列車的表面壓力 列車在隧道中運(yùn)行時(shí)，將引起隧道內(nèi)空氣壓力急劇波動(dòng)，因此列車表面上各處的壓力也呈快速大幅度變動(dòng)狀況，完全不同于在明線上的表面壓力分布。,14,試驗(yàn)研究表明，壓力幅值的變動(dòng)與列車速度，列車長(zhǎng)度，堵塞系數(shù)(

8、列車橫截面積與隧道橫截面積的比值)、頭型系數(shù)（長(zhǎng)細(xì)比，即車頭前端鼻形部位長(zhǎng)度與車頭后部車身斷面半徑之比），以及列車側(cè)面和隧道側(cè)面的摩擦系數(shù)等因素有關(guān)，其中以堵塞系數(shù)和列車速度為重要的影響參數(shù)。,15,國外有的研究報(bào)告指出: 單列車進(jìn)入隧道的壓力變化大約與列車速度的平方成正比，與堵塞系數(shù)的1.3±0.25次方成正比例。 兩列車在隧道內(nèi)高速會(huì)車時(shí)車體所受到的壓力變化更為嚴(yán)重，此時(shí)壓力變化與堵塞系數(shù)的2.16&#

9、177;0.06次方成正比。并且兩列車進(jìn)入隧道的時(shí)差對(duì)壓力變化也有很大的影響，當(dāng)形成波形疊加時(shí)將引起很高的壓力幅值和變化率，此時(shí)車體表面的瞬時(shí)壓力可在正負(fù)數(shù)千帕之間變化。,16,4.列車風(fēng) 當(dāng)列車高速行駛時(shí)，在線路附近產(chǎn)生空氣運(yùn)動(dòng)，這就是列車風(fēng)。當(dāng)列車以200km/h速度行駛時(shí)，根據(jù)測(cè)量，在軌面以上0.814m、距列車1.75m處的空氣運(yùn)動(dòng)速度將達(dá)到17m/s（61.2km/h)，這是人站立不動(dòng)能夠承受的風(fēng)速，當(dāng)列車以這樣或更

10、高的速度通過車站時(shí)，列車風(fēng)將給鐵路工作人員和旅客帶來危害。,17,高速列車通過隧道時(shí)，在隧道中所引起的縱向氣流速度約與列車速度成正比。在隧道中列車風(fēng)將使得道旁的工人失去平衡以及將固定不牢的設(shè)備等吹落在隧道中，這都是一些潛在的危險(xiǎn)。 國外有些鐵路規(guī)定，在列車速度高于160km/h行駛時(shí)不允許鐵路員工進(jìn)入隧道。列車速度稍低時(shí)，也不讓員工在隧道中行走和工作，必須要在避車洞內(nèi)等待列車通過。,18,5.列車空氣動(dòng)力學(xué)的力和力矩

11、 如圖所示，作用于車輛上的空氣動(dòng)力學(xué)的力和力矩，其中有：空氣阻力、上升力、橫向力，以及縱向擺動(dòng)力矩、扭擺力矩和側(cè)滾力矩。下面作一簡(jiǎn)要介紹。,,,,19,（1）空氣阻力 減少動(dòng)車組的空氣阻力對(duì)于實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行和節(jié)能都有重要意義，因此，需要對(duì)車體外形進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，以便最大可能地降低空氣阻力。 動(dòng)車組的運(yùn)行阻力主要由空氣阻力和機(jī)械阻力（即輪軌摩擦阻力、軸承等滾動(dòng)部件的摩擦阻力等）組成。,20,空氣阻力可以簡(jiǎn)略地用下面

12、公式表示： 式中 Cx—空氣阻力系數(shù) ρ—空氣密度 V—列車速度 A—列車橫截面積,21,空氣阻力主要由以下三個(gè)部分組成：壓差阻力：頭部及尾部壓力差所引起的阻力；摩擦阻力：由于空氣的粘性而引起的、作用于車體表面的剪切應(yīng)力造成的阻力；干擾阻力：車輛的突出物(如手柄、門窗、轉(zhuǎn)向架、車體底架、懸掛設(shè)備、車頂設(shè)備、及車輛之間的連接風(fēng)擋等)所引起的阻力。,22,研究表明，空氣阻力與速度的平方成正比，機(jī)械

13、阻力則與速度成正比。速度為100km/h時(shí)，空氣阻力和機(jī)械阻力各占一半；速度提高到200km/h時(shí)，空氣阻力占70％，機(jī)械阻力只占30％；250km/h速度平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，空氣阻力約占列車總阻力的80～90％以上。,23,法國對(duì)TGV動(dòng)車的空氣阻力（R）的測(cè)試結(jié)果：V＝100km/h時(shí)，R＝5.526KN；V＝200km/h時(shí)，R＝15.25KN。 這說明，當(dāng)速度提高1倍時(shí)，空氣阻力（R）提高約2倍。,24,（2）升力

14、 把動(dòng)車組表面的局部壓力高于周圍空氣壓力的稱為正，局部壓力低于周圍空氣壓力的稱為負(fù)。作為一個(gè)整體，車輛是受正的(向上的)升力還是受負(fù)的(向下的)升力，取決于車輛所有截面的表面壓力累加結(jié)果是正還是負(fù)。 升力也與列車速度的平方成正比。正升力將使輪軌的接觸壓力減小，為此將對(duì)列車的牽引和動(dòng)力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響。,25,（3）橫向力 動(dòng)車組運(yùn)行中遇到橫向風(fēng)時(shí)，車輛將受到橫向力和力矩的作用，當(dāng)風(fēng)載荷達(dá)到一定程度時(shí)，

15、橫向力及其側(cè)滾力矩、扭擺力矩將影響車輛的傾覆安全性。,26,側(cè)向阻力可以簡(jiǎn)略地用下面公式表示： 式中 CD—側(cè)面阻力系數(shù) ρ—空氣密度 V—列車速度 A—列車側(cè)面投影面積,27,就車輛形狀而言，車頂越有棱角，其阻力越大。通過風(fēng)洞試驗(yàn)研究認(rèn)為，最佳的車體橫斷面形狀應(yīng)當(dāng)是：車體側(cè)面平坦，且上下漸內(nèi)傾(可以降低升力)、頂部稍圓、車頂與車體側(cè)面拐角處完全修圓(可以降低力矩)。,28,二、動(dòng)車組頭型設(shè)計(jì)

16、 對(duì)于高速動(dòng)車組來說，列車頭型設(shè)計(jì)非常重要，好的頭型設(shè)計(jì)可以有效地減少運(yùn)行空氣阻力，列車交會(huì)壓力波和解決好運(yùn)行穩(wěn)定性等問題。,29,1.頭型設(shè)計(jì)的基本要求 (1)阻力系數(shù) 一些高速鐵路發(fā)展比較早的國家，通過試驗(yàn)研究和理論計(jì)算，明確提出了各自的列車阻力系數(shù)指標(biāo)。 在“德國聯(lián)邦鐵路城間特快列車ICE技術(shù)任務(wù)書”中規(guī)定：列車前端的驅(qū)動(dòng)頭車空氣阻力系數(shù)C＝0.17；列車末端的驅(qū)動(dòng)頭車空氣阻力系數(shù)C＝0.

17、19。,30,(2)頭型系數(shù)（長(zhǎng)細(xì)比） 長(zhǎng)細(xì)比，即車頭前端鼻形部位長(zhǎng)度與車頭后部車身斷面半徑之比。 頭、尾車阻力系數(shù)與流線化頭部長(zhǎng)細(xì)比直接有關(guān)，高速列車頭部的長(zhǎng)細(xì)比一般要求達(dá)到3左右或者更大，如圖所示：,31,,32,2.動(dòng)車組頭部流線化設(shè)計(jì) 頭部縱向?qū)ΨQ面上的外形輪廓線，要滿足司機(jī)室凈空高、前窗幾何尺寸、玻璃形狀，以及了望等條件。在此基礎(chǔ)上，盡可能降低該輪廓線的垂向高度，使頭部趨于扁形，這樣可以減小壓力沖

18、擊波，并改善尾部渦流影響。同時(shí)，將端部鼻錐部分設(shè)計(jì)成橢圓形狀，可以減少列車運(yùn)行時(shí)的空氣阻力，如圖所示。,33,,,,,(a)一拱方案,(b)二拱方案,(c)設(shè)導(dǎo)流板方案,34,,,頭車外形比較,35,在設(shè)計(jì)俯視圖最大輪廓線形時(shí)，首先要滿足司機(jī)室的寬度要求，然后再將鼻錐部分設(shè)計(jì)為帶錐度的橢圓形狀。這樣既有利于減小列車交會(huì)壓力波和改善尾部渦流影響的梭形，又兼顧到有利于降低空氣阻力的橢球面形狀。 此外還應(yīng)設(shè)計(jì)凹槽形的導(dǎo)流板，將氣流

19、引向車頭兩側(cè)。,36,在主型線設(shè)計(jì)完成后，還要做到頭部外形與車身外形嚴(yán)格相切；頭部外形中，任意選取的兩曲面之間也要嚴(yán)格相切，以保證頭部外形的光滑性，這樣既減少空氣阻力，又可以降低列車交會(huì)壓力波幅值。,37,三、動(dòng)車組車身外型設(shè)計(jì) 動(dòng)車組車身橫斷面形狀設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)： 1.整個(gè)車身斷面呈鼓形，即車頂為圓弧形，側(cè)墻下部向內(nèi)傾斜（5o左右）并以圓弧過渡到底架，側(cè)墻上部向內(nèi)傾斜（3o左右）并以圓弧過渡到車頂。,38,下圖為

20、德國ICE動(dòng)車組車身斷面形狀。這不僅能減小空氣阻力，而且有利于緩解列車交會(huì)壓力波及橫向阻力、側(cè)滾力矩的作用。,39,車體斷面比較,,40,2. 車輛底部形狀對(duì)空氣阻力的影響很大，為了避免地板下部設(shè)備的外露，采用與車身橫斷面形狀相吻合的裙板遮住車下設(shè)備，以減少空氣阻力，也可防止高速 運(yùn)行帶來的沙石擊打車下設(shè)備。,41,3.車體表面光滑平整，盡量減少突出物。如側(cè)門采用塞拉式；扶手為內(nèi)置式；腳蹬做成翻板式，使側(cè)面關(guān)閉時(shí)可以包住它。4.兩車輛

21、連接處采用橡膠大風(fēng)擋，與車身保持平齊，避免形成空氣渦流。,42,第二節(jié) 動(dòng)車組車體的輕量化設(shè)計(jì),一、軸重對(duì)輪軌相互作用的影響 二、車體結(jié)構(gòu)的輕量化技術(shù) 三、車內(nèi)設(shè)備的輕量化技術(shù) 四、轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù),43,一、軸重對(duì)輪軌相互作用的影響 1.軸重對(duì)軌道損傷的影響 隨著軸重的增加，鋼軌承受輪載而產(chǎn)生的輪軌接觸應(yīng)力、軌頭內(nèi)部的剪切應(yīng)力、局部應(yīng)力和彎曲應(yīng)力將相應(yīng)增加，同時(shí)疲勞荷載作用下的應(yīng)力水平也將隨之提高，從而大大縮短了鋼

22、軌的使用壽命。,44,研究結(jié)果表明，鋼軌頭部損傷幾乎全是疲勞損傷，鋼軌折損率隨軸重的增加而增加。 法國依據(jù)鋼軌疲勞損傷統(tǒng)計(jì)資料的分析得出，鋼軌疲勞折損率與軸載荷的2.25次方成正比關(guān)系。 美國認(rèn)為與軸載荷的3.8次方成正比。,45,接觸理論表明，輪、軌面上的接觸應(yīng)力和軌頭內(nèi)部的剪切應(yīng)力與軸載荷成正比，且與車輪直徑及踏面外形有關(guān)。所以減小軸重可減少鋼軌的損傷和提高其使用壽命。 日本高速列車為動(dòng)力分散式，

23、早期的軸重和簧下質(zhì)量較大，輪軌動(dòng)力作用和因此產(chǎn)生的鋼軌磨耗和破壞嚴(yán)重，所以日本在高速列車的發(fā)展中非常重視降低軸重。,46,2.高速對(duì)輪軌間垂向動(dòng)力作用的影響 列車運(yùn)行中，如果存在車輪偏心和扁疤，或者遇到軌道不平順時(shí)，將產(chǎn)生輪軌間的沖擊載荷，這種載荷屬于“動(dòng)態(tài)作用力”。下圖為B0-B0式電力機(jī)車以160km/h速度進(jìn)行線路試驗(yàn)得出的過軌接頭時(shí)輪軌間總載荷的時(shí)間歷程。該電力機(jī)車的軸重為20t。,47,上圖中，縱坐標(biāo)為垂向總載荷與車輪

24、靜載荷之比，橫坐標(biāo)為時(shí)間（ms）；虛線為輪－軌系統(tǒng)沖擊響應(yīng)的理論計(jì)算值，實(shí)線為實(shí)測(cè)值。由圖可見，在這個(gè)沖擊過程中，輪軌間的載荷出現(xiàn)兩個(gè)峰值P1和P2。,,48,P1力出現(xiàn)在輪軌沖擊后的瞬時(shí)（約0.3～0.4ms），頻率為500Hz～1000Hz，稱之為高頻力，其值為車輪靜載的5倍左右。 P1力的高頻瞬時(shí)沖擊作用很快被鋼軌及軌道的慣性反作用力抵消，很快衰減，來不及向上和向下傳播，其破壞作用對(duì)鋼軌和車輪最嚴(yán)重。它直接影響鋼軌軌頭的

25、接觸應(yīng)力，容易發(fā)生鋼軌剝離等接觸疲勞；對(duì)車輪產(chǎn)生劇烈的沖擊作用，導(dǎo)致車輪扁疤等。,,49,P2力出現(xiàn)在輪軌沖擊2ms以后，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，頻率為20Hz～100Hz，稱之為中頻力，其值為車輪靜載的2.5～3.5倍。 P2力可直接向鋼軌以下和車輪以上傳遞，造成軌枕破裂、道床粉化和板結(jié)、嚴(yán)重者引起路基下陷；造成列車垂向動(dòng)力學(xué)性能惡化，特別是降低滾動(dòng)軸承的疲勞壽命，在這種脈沖式激擾下，構(gòu)架的動(dòng)應(yīng)力也將增大。,,50,上圖為各種車速下的

26、輪軌沖擊力響應(yīng)。從圖中可以看出，P1力和P2力隨行車速度的提高而增大，當(dāng)速度由80km/h提高到250km/h時(shí)，P1力增加1倍，P2力增加0.8倍。,,,51,3.高速動(dòng)車組對(duì)軸重及簧下質(zhì)量的要求（1）動(dòng)車組的最大軸重、平均軸重 牽引動(dòng)力集中配置的動(dòng)車組，動(dòng)力車的軸重為最大。如法國TGV-A的最大軸重為17t，德國ICE-2的最大軸重為19.5t。盡管這些高速列車的最大軸重比較高，但整列車中大量拖車的軸重較輕，因而列車的平

27、均軸重較低，如ICE-2的平均軸重為14.2t，TGV因拖車采用雅克比式轉(zhuǎn)向架，其平均軸重相對(duì)高一些，為16t。,52,2．各國高速動(dòng)車組的軸重、簧下質(zhì)量 歐洲鐵路聯(lián)盟在“高速列車技術(shù)條件”中對(duì)軸重有明確規(guī)定：允許的靜態(tài)軸重為17t，新建線路和300km/h速度運(yùn)行時(shí)，每個(gè)輪子作用在正常維護(hù)線路鋼軌上的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力之和不得超過170KN。 表2-1列出了各國高速列車軸重比較。表2-2列出了若干典型高速機(jī)車和動(dòng)車的簧下質(zhì)量。,5

28、3,54,55,二、車體結(jié)構(gòu)的輕量化技術(shù) 普通速度車體結(jié)構(gòu)的自重在14t左右，而國外高速客車車體結(jié)構(gòu)重量為10t左右。總體上看，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的主要途徑有兩個(gè)：一是采用新材料，二是合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。,56,1.車體輕量化材料耐候鋼車體 不銹鋼車體 鋁合金車體,57,2.車體結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì) (1)車體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 日本100系動(dòng)車組，采用耐候鋼（SPA），車體鋼結(jié)構(gòu)自重僅為10.3t我國的“168”客車，也采用

29、耐候鋼制造，車體鋼結(jié)構(gòu)自重為13.1～13.2t,58,(2)鋁合金車體的三種結(jié)構(gòu):大型中空擠壓鋁型材焊接結(jié)構(gòu) 采用航空骨架式鋁合金車體結(jié)構(gòu)大型中空擠壓鋁型材與開口型材的混合結(jié)構(gòu),59,采用大型中空擠壓鋁型材焊接結(jié)構(gòu),,60,采用航空骨架式鋁合金車體結(jié)構(gòu),,61,,德國ICE鋁合金車體斷面,62,,,63,三、車內(nèi)設(shè)備的輕量化技術(shù) 車內(nèi)設(shè)備材料，首先應(yīng)滿足功能要求和防火阻燃要求，裝飾板應(yīng)反映時(shí)代感，車內(nèi)設(shè)備約占客車總重量

30、的20％，輕量化具有重要意義。1.車內(nèi)設(shè)備如門、窗、行李架、座椅、供水設(shè)備、衛(wèi)生設(shè)備等等，均可選用輕合金或高分子工程材料和復(fù)合材料，使設(shè)備重量大大減輕。,64,僅座椅一項(xiàng)，日本采用鋁－鋼合制或全鋁制雙人座椅，其重量由原鋼制的56kg分別降為32kg和24kg， 聚碳酸脂（PC）板材作為透明車窗材料，重量約為同厚度玻璃的1/15，而且透光、耐壓、耐沖擊均較普通玻璃好，能方便地制作車輛通長(zhǎng)的車窗。2.車內(nèi)裝飾板材廣泛采用薄膜鋁合

31、金墻板，工程塑料頂板等。,65,3.其它設(shè)備的輕量化 如日本100系采用直流牽引電機(jī)，每臺(tái)重量為825kg(功率為230kw)，而300系采用交流感應(yīng)電機(jī)后，每臺(tái)重量?jī)H為390kg(功率增至300kw)。 德國（ICE3）的主變壓器鐵芯采用優(yōu)質(zhì)鐵－鋁合金，使導(dǎo)磁率提高4－5倍，又將銅編線改為鋁編線，冷卻使用硅油，這樣其總重由11.5噸降為7噸等等。,66,四、轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù) 降低轉(zhuǎn)向架自重是高速轉(zhuǎn)向架技術(shù)

32、開發(fā)的一個(gè)重要方面，它對(duì)改善車輛振動(dòng)性能和減小輪軌之間的動(dòng)力作用均具有顯著效果。國外高速轉(zhuǎn)向架輕量化的主要措施之一是采用無搖枕結(jié)構(gòu)，此外還有很多輕量化措施：,67,1．構(gòu)架結(jié)構(gòu)輕量化。采用焊接構(gòu)架可比鑄鋼結(jié)構(gòu)減重50％左右。2．輪對(duì)輕量化。采用空心車軸和小直徑車輪；采用S形薄輻板車輪。 德國MBB公司研制了玻璃鋼（FRP）輪心，車輪由鋼質(zhì)車箍、FRP輪心和鋼質(zhì)輪轂三部分組成，其簧下質(zhì)量至少降低了20％（100Kg左右）；采用雙

33、排圓錐滾子軸承，同時(shí)承受徑向和軸向載荷，其重量只有40Kg，約為日本新干線原用軸承重量的一半。,68,3．軸箱和齒輪箱采用鋁合金制作。鋁合金軸箱的重量只有原來的40％左右，齒輪箱亦減到原來的56％。 通過對(duì)車體結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)、車內(nèi)設(shè)備及其它設(shè)備從選材和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)上采取措施，可使車輛自重（軸重）明顯降低。,69,70,第三節(jié) 車體的密封隔聲技術(shù),一、車體的密封隔聲性能二、車體的密封技術(shù)三、車內(nèi)噪聲控制技術(shù),71,一、車體的

34、密封隔聲性能1.車體的密封性能(1) 壓力波對(duì)旅客舒適性的影響 車外壓力的波動(dòng)會(huì)反應(yīng)到車廂內(nèi)，使旅客感到不舒服，輕者壓迫耳膜，重則頭暈惡心，甚至造成耳膜破裂。許多國家先后在壓力波對(duì)旅客舒適性的影響方面進(jìn)行了研究。,72,國外高速列車的運(yùn)用實(shí)踐表明，沒有交會(huì)列車時(shí)，頭、尾車外面的氣流壓力變化為：頭部受2.5KPa左右的正壓、尾部為2.0KPa左右的負(fù)壓； 有交會(huì)列車時(shí)特別在隧道內(nèi)會(huì)車時(shí)，車外氣流壓力會(huì)大幅度變化

35、，對(duì)進(jìn)入隧道列車的氣流測(cè)定結(jié)果：速度200km/h時(shí)，頭部正壓為3.2KPa、尾部負(fù)壓為4.9KPa； 速度為280km/h時(shí)，頭部正壓為3.9KPa、尾部負(fù)壓為5.5KPa。,73,74,(2) 對(duì)車體密封性能的要求 日本高速列車密封試驗(yàn)，要求將車體所有開啟部位堵塞，車內(nèi)壓力由4000Pa降至1000Pa的時(shí)間必須大于50s。 歐洲高速列車曾采用壓力從4000Pa降至1000Pa的時(shí)間大于50s(車輛通過臺(tái)

36、和空調(diào)設(shè)備關(guān)閉)。 現(xiàn)在，德國、意大利等國家采用壓力從3600Pa降至1350Pa的時(shí)間大于18s。,75,我國在《200km/h及以上速度級(jí)列車密封設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定暫行規(guī)定》中要求： 整車落成后的密封性能試驗(yàn)，要求達(dá)到車內(nèi)壓力從3600Pa降至1350Pa的時(shí)間大于18s； 車體結(jié)構(gòu)的密封性能要求壓力從3600Pa降至1350Pa的時(shí)間須大于36s； 組成后的車窗、車門、風(fēng)擋應(yīng)能在±40

37、00Pa的氣動(dòng)載荷作用下保持良好的密封性,76,2.車體的隔聲性能(1)高速列車的噪聲源 高速列車的聲源主要是：輪軌噪聲（碰撞、摩擦聲）；空氣沿車體表面流動(dòng)產(chǎn)生的摩擦聲和受電弓與接觸網(wǎng)導(dǎo)線的摩擦聲；風(fēng)擋等構(gòu)件的撞擊聲。列車進(jìn)出隧道產(chǎn)生的壓縮波和反射波所產(chǎn)生的噪聲等。,77,(2)國外高速列車運(yùn)行噪聲的控制 德國在聯(lián)邦鐵路城間特快列車ICE技術(shù)任務(wù)書中，對(duì)高速列車運(yùn)行噪聲作了技術(shù)規(guī)定：距鐵路中心線25m處，當(dāng)列車運(yùn)

38、行速度為250km/h時(shí)，列車通過的最大聲級(jí)不得高于88dB(A)；列車運(yùn)行速度為280km/h時(shí)，通過的最大聲級(jí)不得高于89dB(A)。,78,日本多年來投入了大量人力物力財(cái)力降低新干線鐵路噪聲，效果顯著。目前日本新干線距鐵路中心25m處列車通過最大聲級(jí)為： 高架橋、高路堤區(qū)段65～75dB(A)，達(dá)到了新干線環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)限值。即： 居民住宅室外的最大噪聲級(jí)≤70dB(A)； 工業(yè)，商業(yè)區(qū)或有少量居民居住

39、混合區(qū)的室外≤75dB(A)。,79,80,(3)車內(nèi)噪聲的標(biāo)準(zhǔn)極限值車內(nèi)噪聲一般由以下幾部分組成：車體外部傳入車內(nèi)的噪聲，一般稱之為空氣聲；由于各種原因?qū)е碌能圀w內(nèi)表面結(jié)構(gòu)振動(dòng)，特別是薄壁結(jié)構(gòu)振動(dòng)產(chǎn)生的輻射聲，一般稱之為結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲；各種車內(nèi)設(shè)備、系統(tǒng)(如空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，各類管道等)，作為振源、聲源所產(chǎn)生的噪聲；上述各類噪聲在車廂內(nèi)部傳播與反射所形成的混響聲等組成。,81,車內(nèi)噪聲的標(biāo)準(zhǔn)限值:德國鐵路規(guī)定，速度為250km/

40、h時(shí)，一等車噪聲不超過65dB(A)，二等車不超過68dB(A)。國際鐵路聯(lián)盟（UIC）規(guī)定：客車車內(nèi)噪聲應(yīng)小于65dB(A)。在隧道里，噪聲可寬限5dB(A)。在過道、廁所、其噪聲水平不能超過75dB(A)。,82,二、車體的密封技術(shù) 列車的密封需要從車體結(jié)構(gòu)和部件上給以考慮。當(dāng)前世界各國在高速列車上采用的密封技術(shù)主要有：1.車體結(jié)構(gòu)采用連續(xù)焊縫以消除焊接氣隙；對(duì)不能施焊的部位，必須用密封膠密封。,83,2.采用固定式車窗

41、，車窗的組裝工藝要保證密封的可靠性和耐久性，同時(shí)保證在壓力波造成的氣動(dòng)載荷下(我國“高速列車密封技術(shù)暫行規(guī)定”確定組成后的車窗應(yīng)能承受±6000Pa的氣動(dòng)載荷，)不會(huì)造成變形和破壞。3.側(cè)門采用密封性能良好的塞拉門；頭、尾的端門要采用可充壓縮空氣的橡膠條；通過臺(tái)風(fēng)擋采用橡膠大風(fēng)擋，并注意處理好渡板處的密封問題。,84,4.空調(diào)環(huán)控設(shè)備設(shè)立壓力控制：如在客室進(jìn)排氣風(fēng)口安裝壓力保護(hù)閥，在排氣風(fēng)道中裝設(shè)帶節(jié)氣閥的排風(fēng)機(jī)，安裝壓力保

42、護(hù)通風(fēng)機(jī)等，主要目的是既保證正常的通風(fēng)換氣又保證車內(nèi)壓力變化在限值之內(nèi)。5.廁所、洗臉室的水不能采用直排式，而要通過密封裝置排到車外；對(duì)直通車下的管路和電纜孔應(yīng)采取必要的密封措施。6.車輛出廠前都要通過整車氣密性、水密性試驗(yàn)。,85,三、車內(nèi)噪聲控制技術(shù) 為了降低車內(nèi)噪聲，一方面要削弱噪聲源發(fā)出噪聲的強(qiáng)度，另一方面要提高車體的隔聲性能。 1.削弱噪聲源發(fā)出噪聲強(qiáng)度的措施:①在車輪上安裝消音器和開發(fā)彈性車輪，可有效地降低

43、輪軌噪聲；,86,②車體外形設(shè)計(jì)成流線形，車體表面平整、光滑都有利于減小空氣與車體的摩擦聲；③采用橡膠風(fēng)擋，可減小撞擊聲；④在空調(diào)系統(tǒng)上安裝消音器，降低牽引電機(jī)風(fēng)扇的噪聲、驅(qū)動(dòng)裝置等設(shè)備的振動(dòng)噪聲。,87,2.提高車體隔聲性能的措施①采用雙層墻結(jié)構(gòu)，可增加隔聲量4－5 dB(A)。所謂雙層墻，就是指地板、側(cè)墻、車頂?shù)榷鄬咏Y(jié)構(gòu)，在層間采用橡膠墊隔開，一方面起隔振作用，同時(shí)使聲波不能通過金屬螺釘（聲橋）傳遞，有效地提高了車體的隔聲性能

44、；②在車體金屬（如地板）表面涂刷防振阻尼層，使鋼結(jié)構(gòu)的聲頻振動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱能消散，減少了聲波的輻射和聲波振動(dòng)的傳遞，從而減少車內(nèi)噪聲；,88,③采用雙層車窗，減少從側(cè)面?zhèn)魅胲噧?nèi)的噪聲；④車內(nèi)選用吸聲效果好的高分子聚合材料；⑤提高車體氣密性的措施，同樣可以起隔聲作用。 法國TGV－A高速列車，通過各種隔聲措施，速度達(dá)300km/h時(shí)客室內(nèi)噪聲值為66 dB(A)。,89,第四節(jié) 防火安全技術(shù),一、防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則二、防火結(jié)構(gòu)

45、設(shè)計(jì) 三、火災(zāi)預(yù)測(cè)和滅火裝置設(shè)計(jì) 四、火災(zāi)發(fā)生時(shí)的對(duì)策,90,一、防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 高速列車防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：系統(tǒng)集成、預(yù)防為主、應(yīng)急對(duì)策、以人為本。 系統(tǒng)集成：防火措施按區(qū)域配套，通過列車網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成防火系統(tǒng)的集成響應(yīng)、信號(hào)傳遞和信息顯示；,91,預(yù)防為主：所有材料與器件的選用以防止不會(huì)發(fā)生火燃或防止火種蔓延為主體，將火情發(fā)生因素壓到最小程度，達(dá)到預(yù)防火災(zāi)的要求； 應(yīng)急對(duì)策：一旦火災(zāi)發(fā)生，有嚴(yán)格的分級(jí)應(yīng)急對(duì)策，將火

46、災(zāi)限制在區(qū)域內(nèi)，限制在低等級(jí)火警之下； 以人為本：一切應(yīng)急對(duì)策均以“以人為本”為出發(fā)點(diǎn)，防止措施的最終手段要以實(shí)現(xiàn)旅客的安全轉(zhuǎn)移為目的。,92,二、防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.選用耐火材料 ①車輛使用的耐火材料，主要指阻燃、低煙、低毒的高分子材料和耐火涂料。 如英國和法國規(guī)定，通過海峽隧道區(qū)間列車的內(nèi)裝飾和包覆材料，必須采用阻燃無毒的酚醛纖維增強(qiáng)塑料（FRP）材料。,93,國內(nèi)目前也在大力開發(fā)車輛上使用的酚醛玻璃鋼材料，用來

47、制造車內(nèi)設(shè)備、裝飾板、通風(fēng)管道等。 國外車輛為了提高窗簾隔熱和耐火程度，采用聚酯纖維上噴鍍不銹鋼或采用玻璃纖維做基底的紡織窗簾布。,94,②根據(jù)車型和部位不同選擇不同等級(jí)的防火、防煙毒材料。 例如，法國TGV高速列車車體材料的防火、防煙毒等級(jí)遠(yuǎn)高于速度200km/h的VTU、VU系列車；車頂部位高于側(cè)墻和地板。 ③臥車包間的隔墻全部采用防火板包上，隔墻里添加阻燃材料；采用阻燃風(fēng)擋。在兩頭端門關(guān)閉時(shí)保證10mi

48、n內(nèi)不致火災(zāi)蔓延至鄰車；,95,,2.車門有自動(dòng)和手動(dòng)開關(guān)功能，失火時(shí)能安全疏散旅客；車窗上設(shè)有應(yīng)急手柄或備有應(yīng)急手錘，平時(shí)手錘封在盒內(nèi)，火警時(shí)操縱應(yīng)急手柄打開車窗或用手錘把窗玻璃擊碎。,96,三、火災(zāi)預(yù)測(cè)和滅火裝置設(shè)計(jì)1.設(shè)置煙霧探測(cè)及失火警報(bào)裝置。煙霧報(bào)警器在明火火災(zāi)發(fā)生前作出預(yù)警，并與地面防火系統(tǒng)聯(lián)防；2.手動(dòng)報(bào)警器。在每個(gè)拖車乘務(wù)室內(nèi)設(shè)一個(gè)具有明顯標(biāo)志的失火警報(bào)按鈕；3.滅火裝置。在每個(gè)拖車、動(dòng)車的明顯處各設(shè)一個(gè)6L便攜式

49、噴霧滅火器和一個(gè)6kg干粉滅火器。,97,四、火災(zāi)發(fā)生時(shí)的對(duì)策 1.火警等級(jí) 失火警報(bào)信號(hào)可以由自動(dòng)或手動(dòng)發(fā)出，自動(dòng)分預(yù)警、報(bào)警和緊急報(bào)警三級(jí)，通過網(wǎng)絡(luò)傳遞；手動(dòng)報(bào)警為一級(jí)，通過連線傳遞。 2.失火對(duì)策 按照預(yù)警、報(bào)警和緊急報(bào)警三級(jí)分別采取相應(yīng)的處置措施，目標(biāo)是將火災(zāi)限制在區(qū)域內(nèi)，限制在低等級(jí)火警之下，最終要實(shí)現(xiàn)旅客的安全轉(zhuǎn)移。,98,第五節(jié) 動(dòng)車組連接裝置,一、歐洲高速動(dòng)車組采用的密接式車鉤緩沖裝置 二、日本

50、動(dòng)車組采用的車鉤緩沖裝置三、我國的密接式車鉤緩沖裝置,99,一、歐洲高速動(dòng)車組采用的密接式車鉤緩沖裝置1.基本結(jié)構(gòu) 歐洲的密接式車鉤緩沖裝置以德國的沙庫公司生產(chǎn)的沙庫密接式車鉤緩沖裝置最具有代表性，已占據(jù)了歐洲高速列車的大部分市場(chǎng)，ICE系列與TGV系列高速動(dòng)車組全部裝用沙庫車鉤緩沖裝置。,100,沙庫密接式車鉤緩沖裝置包括三類：用于動(dòng)車組單元之間的自動(dòng)密接式車鉤緩沖裝置用于動(dòng)車組內(nèi)部各車輛之間的半永久式車鉤緩沖裝置

51、用于列車（動(dòng)車組）全端的可伸縮密接式車鉤緩沖裝置。,101,沙庫車鉤緩沖裝置主要由以下組成1.鉤頭;2.電力連接器及風(fēng)管連接器;3.含小容量緩沖器的車鉤鉤體;4.尾部橡膠緩沖器;5.中心調(diào)整裝置;6.鉤頭電加熱裝置;7.含于鉤身之中能夠吸收較大沖擊能量的金屬壓潰管等。,,102,,沙庫車鉤緩沖裝置,103,二、日本動(dòng)車組采用的車鉤緩沖裝置 1929年柴田衛(wèi)氏（設(shè)計(jì)普通車鉤的柴田兵衛(wèi)氏之弟）提出了

52、密接式車鉤的設(shè)計(jì)方案，1931年完成了研制和現(xiàn)車試驗(yàn)，1932年開始在普通電動(dòng)車上全面采用這種柴田密接式車鉤。 1958年，開始研制新干線用密接式車鉤，對(duì)以前的密接式車鉤從材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、制造工藝、風(fēng)管連接器等進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn)，以適應(yīng)新干線高速電動(dòng)車組對(duì)密接式車鉤的要求。,104,1.高速電動(dòng)車組采用的車鉤緩沖裝置的特點(diǎn) 車鉤緩沖裝置由車鉤、車鉤尾框、橡膠緩沖器和復(fù)原裝置組成，如圖所示。,,105,車鉤緩沖裝置有以下

53、特點(diǎn)： ①車鉤的縱向間隙小于1.5mm；②車鉤強(qiáng)度高、緩沖器容量低。車鉤的拉伸破壞強(qiáng)度為1600KN，但橡膠緩沖裝置的最大容量為10KJ。③全部采用復(fù)型橡膠緩沖器，緩沖性能良好。④由于不需要與以前的車輛連掛，根據(jù)動(dòng)車組車體高度情況，車鉤高度取為1000mm。,106,2.復(fù)型橡膠緩沖器 在1960年－1978年，因橡膠緩沖裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高等特點(diǎn)，被迅速推廣至幾乎所有車種上。 但由于橡膠緩沖裝

54、置有一定的初壓縮力，在性能上存在一定范圍的緩沖盲區(qū)，給客車的舒適性帶來了不利影響，常有因車輛振動(dòng)驚醒乘客的情況。,107,從1978年開始開發(fā)復(fù)型緩沖裝置，它是由兩個(gè)橡膠緩沖器，既非串連亦非并聯(lián)地組合在一起形成的。 其中一個(gè)緩沖器承擔(dān)拉伸時(shí)的緩沖作用，另一個(gè)緩沖器承擔(dān)壓縮時(shí)的緩沖作用，它們靠一定的初壓力（通常為20kN－60kN）組裝在本該由一個(gè)緩沖器占據(jù)的空間內(nèi)。,108,車鉤牽引時(shí)，壓縮左邊的緩沖器，右邊的緩沖器隨著張開（

55、因有初壓縮量），并隨時(shí)占滿因壓縮左邊緩沖器出現(xiàn)的空間。車鉤壓縮時(shí)的工作原理與此相同。因此，無論是牽引還是壓縮，緩沖裝置中的從板均不離開從板座，既避免了從板與從板座間因出現(xiàn)間隙而發(fā)生沖擊，又消除了緩沖盲區(qū)，大大提高了車輛的乘坐舒適性。 復(fù)型橡膠緩沖器于1979年正式推廣應(yīng)用。,109,三、我國的密接式車鉤緩沖裝置 近些年，隨著我國動(dòng)車組的開發(fā)、運(yùn)用，四方車輛研究所在開發(fā)北京地鐵密接式車鉤緩沖裝置的基礎(chǔ)上，吸收日本、歐洲密

56、接式車鉤的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了采用金屬環(huán)簧緩沖器的密接式車鉤緩沖裝置，在“蘭箭”號(hào)、“先鋒”號(hào)和“中華之星”等動(dòng)車組上裝用。,110,,又經(jīng)過改進(jìn)，采用彈性膠泥緩沖器的密接式車鉤緩沖裝置已部分推廣應(yīng)用于25T型提速客車，明顯地改善了列車縱向沖擊性能，取得了較好的運(yùn)用效果。 雖然國產(chǎn)密接式車鉤緩沖裝置的開發(fā)時(shí)間不長(zhǎng)，與國外的同類產(chǎn)品相比還存在很大差距，但也取得了一些成功經(jīng)驗(yàn)，下面作一比較。,111,1．與沙庫車鉤緩沖裝置相比不足之處

57、有： ①車鉤破壞強(qiáng)度為1800kN，所傳遞地縱向牽引力和壓縮載荷分別為1000kN和1200kN。而沙庫車鉤緩沖裝置卻能分別傳遞1000kN和1500kN縱向牽引和壓縮載荷，壓縮載荷甚至可以提高到2200kN。,112,②橡膠緩沖元件只能產(chǎn)生不太大的變形，只有很小的緩沖容量、較低的使用壽命。而沙庫車鉤緩沖裝置的橡膠緩沖元件可產(chǎn)生高達(dá)55mm的變形位移，具有較高的緩沖容量、較長(zhǎng)的使用壽命。③用于列車（動(dòng)車組）前端的可伸縮密接式車鉤緩沖

58、裝置國內(nèi)還是空白，對(duì)于半永久式車鉤緩沖裝置也缺乏深入的研究。,113,④鉤緩裝置在低溫環(huán)境下的工作性能，包括在冰雪天氣下的連掛與解鉤性能需要改善。可取之處有：①鉤頭借鑒了日本車鉤的經(jīng)驗(yàn)，采用了圓錐形的鉤頭，與沙庫車鉤的棱錐形鉤頭相比，更方便制造、便于保證制造精度。②車鉤與緩沖器之間采取法蘭型式的連接，與沙庫車鉤緩沖裝置結(jié)構(gòu)相比，更容易實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有車鉤的兼容連接。,114,2.與日本的車鉤緩沖裝置相比不足之處有：①無論是G1型緩沖