鐵路客車車體輕量化研究及優(yōu)化

呂昊

摘 要：隨著新時代的快速發(fā)展，軌道交通運輸行業(yè)的發(fā)展也更加迅猛，也在進行自我提升和不斷地完善，因此，鐵路客車車體輕量化問題迫在眉睫。鐵路客車進行車體輕量化就是在保證車體強度及安全的前提下，運用現(xiàn)有的技術(shù)手段，使車體的整備重量減少，同時達到節(jié)能減排、保護環(huán)境的作用。實驗證明，如果能實現(xiàn)鐵路客車車體輕量化，減少鐵路客車車體的重量，就能在一定程度上大大減少生產(chǎn)成本的使用，從而有著非常良好的經(jīng)濟效益和社會效益。本文對鐵路客車車體輕量化問題進行系統(tǒng)分析，并且對鐵路客車輕量化的發(fā)展前景做出了預測，希望能對相關(guān)人員有著參考價值。

關(guān)鍵詞：鐵路客車；車體輕量化；不銹鋼

中圖分類號：U463 文獻標志碼：A

當前，隨著我國軌道交通運輸技術(shù)的不斷發(fā)展，我國鐵路客車事業(yè)取得了很大的成就，更是受到了國內(nèi)外人民的格外關(guān)注，中國自主研發(fā)制造的鐵路客車遠銷海外，使全世界對中國的敬佩感油然而生。目前來說，社會的快速發(fā)展，經(jīng)濟發(fā)展越來越迅速。由于鐵路客車存在著穩(wěn)定、安全等諸多的優(yōu)點，使其在交通運輸領(lǐng)域中所占比例正在加大，因此對于旅客及物資的運送都有著十分積極的貢獻。然而，隨著鐵路交通事業(yè)的快速發(fā)展，也出現(xiàn)了一些環(huán)境污染問題，而目前全球都對節(jié)能減排、保護環(huán)境的問題高度重視，因此，我國鐵路客車正在積極地響應全世界的號召，研究鐵路客車車體輕量化問題，為我國鐵路事業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1 鐵路客車車體輕量化的目的和意義

鐵路客車車體輕量化還在不斷地發(fā)展和完善，目前通過對車體重量的縮減，可以使列車的安全性提高、更易操控、提升行進的速度、減少噪聲、降低油耗、控制廢棄的排放量等。不僅如此，車體重量降低后，車輛行駛的阻力大幅度減小，節(jié)省牽引以及制動需要的能量，同時車輛對軌道的磨損程度也進一步降低，進而節(jié)約了對軌道的維護費用。通過減少材料以及運用新型材料和對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化使鐵路客車車體輕量化達到理想目標。

中車長客股份公司作為我國軌道交通裝備制造業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，更作為最忠誠、最值得信賴的合作伙伴，全程參與了中國軌道交通的發(fā)展歷程。多年來，公司承擔著我國大部分鐵路車輛的設計和生產(chǎn)任務，強強聯(lián)手，精誠合作，創(chuàng)造了一個又一個的新產(chǎn)品。

2 鐵路客車車體輕量化的應用分析

目前，即將服務于北京地鐵16號線的國內(nèi)首個8輛編組不銹鋼地鐵車輛已裝配完成。該車型具有運量大、安全性高等特點，服役后將有效緩解客流壓力。

列車采用6動2拖形式與常見的6輛編組B型列車相比，其運能可提高80%以上，將為后續(xù)大運量軌道交通車輛研發(fā)提供示范。列車采用流線型車頭，客室內(nèi)部設置了2個多功能區(qū)，其中設置多個扶手桿，既可以停放殘疾人座椅，也可以為站立乘客提供支撐，設計更為人性化。

車輛采用車體輕量化、無涂裝不銹鋼車體，抗腐蝕性增強，不僅日常維護的費用低而且更加低碳環(huán)保，同時輕量化更加安全穩(wěn)定，排放的廢棄減少，對于環(huán)境的污染程度更小，乘客乘坐更加舒適。該車輛的成功研制對于我國鐵路客車的發(fā)展有著里程碑式的意義。

車輛外觀設計非常時尚，內(nèi)部結(jié)構(gòu)清新寬敞，車廂內(nèi)部主要以綠色為主，座椅和扶手互相映襯，配以金屬質(zhì)感的不銹鋼，給人一種格外舒適的感覺。而十分醒目的黃色座椅也是準備給特需乘客的專門座椅，人性化十足。同時，座椅還帶有電加熱的功能，讓乘客在寒冷的冬天也能感受到暖心的服務，如圖1所示。

同時，該車輛通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計同時結(jié)合不銹鋼高強度的特殊情況，車輛的“軸重”17 t減至16 t，既達到了車輛大載荷的需要，又做到了降低能耗的理想目標。

3 鐵路客車車體輕量化發(fā)展問題研究

3.1 鋁合金新方向

根據(jù)社會發(fā)展的現(xiàn)狀，需要乘坐高速列車的旅客日益增多，鐵路由高速化發(fā)展正逐漸考慮客車車體輕量化的問題，而鐵路客車車體輕量化的方式主要有3種，一是結(jié)構(gòu)方式，二是改變應用材料的材質(zhì)（將鋁合金制代替鋼制），三是內(nèi)裝品組成的變化。對于高速鐵路車輛，內(nèi)框及骨架仍舊采用強度大的鋼來制造，外板同樣采用，但對于兩者之間的貼合度做了很大程度上的改進，采用蜂窩夾心結(jié)構(gòu)，進一步實現(xiàn)車體輕量化。

3.2 比較并闡明不銹鋼與鋁合金之間的差異

對于地鐵車輛車體輕量化使用的材料來說，不銹鋼比鋁合金更適合，由于不銹鋼的防火性能比鋁合金的效果要好，熔點也比鋁合金的要高，因此更具有安全性和穩(wěn)定性。同時鋁合金抗拉強度、延展率、彈性模量約為不銹鋼車體的1/3，卻比不銹鋼車體的剛度要小，因此選擇不銹鋼要比鋁合金更加具有效果。

SUS304不銹鋼和6000系鋁合金的原材料在價格上相差無異，但是不銹鋼的生產(chǎn)工序過程要比鋁合金生產(chǎn)的工序復雜得多，而鋁合金的生產(chǎn)只需車輛制造廠下料、拼接，工藝簡單，省時省力，將二者對比，還是鋁合金的成品價格低。車體輕量化不僅要考慮到材料的成本價格，還要充分考慮所使用的材料對車體壽命的影響，鋁合金的抗腐蝕性比不銹鋼的弱，因此使用不銹鋼可以增加車體的壽命，同時能夠節(jié)省日常對于車輛維護的費用；另一方面，不銹鋼的熔點相對于鋁合金來說較高，因此防火性能較好，也能使車輛的壽命增加，因此，鐵路客車車體輕量化使用不銹鋼材料更加完美。

3.3 對車體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化

對車體結(jié)構(gòu)設計時，要進行細致地優(yōu)化：

（1）要對車體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各種設備進行合理地布置，這與車體結(jié)構(gòu)的載荷輸入有著直接的關(guān)系。

（2）要對車內(nèi)結(jié)構(gòu)的梁柱進行合理地布置，使各個梁柱整體形成一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，增強車體的剛度。

（3）對梁柱斷面進行有效的優(yōu)化。

（4）對車門的設計最好要在車體的兩端或者靠近車體中央，這樣可以在一定程度上增加車體結(jié)構(gòu)的剛度。

（5）采用強度等級較高的鋼材料來使牽引梁、緩沖梁等部位的板厚降低。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著世界對環(huán)境保護事業(yè)越來越重視，我國提出了節(jié)能減排戰(zhàn)略，鐵路客車車體輕量化刻不容緩，同時，相關(guān)科研人員要對車體輕量化的使用材料進行細致地研究，充分考慮到車輛的壽命及安全穩(wěn)定等性能，并且要對車體結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)的優(yōu)化，不斷提高我國鐵路客車的發(fā)展成果，堅持創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，研發(fā)出更加安全穩(wěn)定、經(jīng)濟適用的優(yōu)秀列車。

參考文獻

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