对于高速动车组列车来说,笨重的车体一直是限制其高速行驶的难题,要实现车的高速运行,在确保车体强度、刚度的前提下,减轻列车质量势在必行。车体车内设备及走行部(转向架)质量的减轻实现了列车的轻量化,不仅可以减少材料的消耗,降低牵引功率,提高列车运行速度,改善列车起动和制动性能,而且可有效减小轮轨间的动力作用,减小振动和噪声,增加机车和线路的使用寿命,达到节能和环保的要求。
车体轻量化的主要目标:节能,主要体现在牵引和制动消耗的能量上,质量轻,所需牵引和制动功率就小;减小对轨道的破坏,主要是列车越重,对轨道的动冲击越严重,易造成轨道的破坏;改善振动噪声引起的环境问题,质量越大,动噪声越大。列车轻量化是一个综合工程,需要从材料、结构、工艺等多方面进行考虑,直观体现在轴重的变轻上。具体可分为车体结构轻量化,转向架轻量化,车内设备、变电系统的轻量化,这些反映一个国家的综合设计及制造水平。由于轴重的增加,列车在高速运行时钢轨承受轮载而产生的轮轨接触应力、轨头部的剪切应力、局部应力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,从而大大缩短了钢轨的使用寿命。减轻轴重能有效降低对地基的振动,减少线路的破坏和维修工作量,进而减少钢轨的损伤和提高其使用寿命。
线路上的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。而接触理论表明,轮轨面上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其使用寿命。牵引动力集中配置的动车组,动力车的轴重最大。显然,降低轴重受机车车辆结构设计、制造水平的限制。但从降低对线路的损伤和动力作用出发,还是应该要求机车车辆适应线路,实现车辆的轻量化。(www.xing528.com)
车体轻量化技术的主要措施是采用铝合金车体。而铝合金结构由最初的以铝代钢的原钢结构,经过铝型材结构、铝蜂窝结构、大型铝挤压型材,发展到中空双表面大型铝合金挤压型材。“和谐号”系列车型的一个共同特点就是车体轻,速度快。在首列国产化高速列车上,四方股份采用的铝合金车体,质量比欧洲同类车体轻 20% 以上。车体如此之轻使列车在节能上的表现极为优越。铝合金车体的优势可综合为以下几点:① 制造工艺简单,加工费用节省;② 减重效果好;③ 良好的运行品质;④ 耐腐蚀,可降低维修费。此外,铝合金车体还具有外表平滑美观的优点。中国系列动车组车体经优化设计,可以满高速、安全、乘坐舒适、车辆自重及经济等方面的技术要求。
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