王琰

摘 要：本文介紹了160km/h內燃動車組車體鋼結構的主要技術參數(shù)、車體鋼結構組成以及主要部件所采取的新的設計理念及特點等。并進行了結構強度分析，分析表明車體結構設計滿足相應標準要求。

關鍵詞：160km/h歐標內燃動車組；車體鋼結構；強度校核；有限元

中圖分類號：U270.32 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0059-02

1 概述

隨著鐵道交通裝備工程實踐的推進，我國鐵道車輛研發(fā)水平和制造能力的進一步提升，鐵道車輛技術儲備不斷完善，并逐步擴展了國外市場，為實現(xiàn)鐵路交通引領世界的目標奠定了基礎[1-2]。但不同國家的列車具有不同的運行環(huán)境，如編組形式，定員特點，線路條件等等，設計列車需要與之相適應的系統(tǒng)構造和結構形式[3]。本文介紹160km/h歐標內燃動車組車體鋼結構的設計與強度校核情況，為相應新型列車設計和既有列車改進提供參考。

160km/h歐標內燃動車組（以下簡稱動車組）項目是中國中車唐山機車車輛有限公司為滿足歐盟TSI認證而進行研究的內燃動車組項目，用動車—拖車—動車3輛車編組方式，運行環(huán)境滿足EN 50125-1，線路選擇意大利米蘭-都靈的線路運用環(huán)境。公司按照TSI認證要求，制定了頂層設計指標。在該指標的指導下，綜合限界要求、編組方式和定員特點等多因素，進行了車體鋼結構的設計，并進行了強度校核和相應部分的結構優(yōu)化設計，且完成了車體鋼結構的模態(tài)分析，最終形成了該動車組的車體鋼結構方案。

根據(jù)《TSI通用技術規(guī)范》（以下簡稱規(guī)范）要求，車體鋼結構強度按照EN12663-1-2010《鐵路應用 鐵路車輛車體結構要求》中P-II類的載荷規(guī)定；車體的耐碰撞性能設計及校核按照EN15227《車輛被動性安全設計》中C-I類的規(guī)定，司機室鋼結構的強度按照UIC651-2002《機車、動車、動車組和帶司機室拖車的司機室布置》中的載荷工況的規(guī)定設計。

2 主要技術參數(shù)

主要技術參數(shù)表1所示。

3 主要特點

本列車研發(fā)結合規(guī)范要求，結合了我國先進技術，其主要技術特點：（1）模塊化設計。采用模塊化設計是當今車輛的先進技術之一，為便于各個接口部位的統(tǒng)一，阿根廷內燃動車組采用模塊化設計理念，減少了各大部件的附件的數(shù)量，零件要求盡量統(tǒng)一，工藝性好，生產率得到進一步提高。（2）頂置式動力包放置。以往碳鋼內燃動車組車頂放置空調等設備，相比于動力包，空調重量較輕，歐標車體考慮當車下空間受限，車頂設置動力包的結構，在我公司的國內、外項目中從未使用過車頂放置重量較大的動力包方式，為滿足整車的車體結構強度，該種車頂結構采用加強型車頂。此種結構為我公司以后車頂放置大重量設備提供新的設計思路，為今后滿足不同用戶的需求提供了一種新的解決辦法。（3）低地板車體結構。為滿足北美、南美、歐洲等不同國家的限界及低站臺的上車需求，同時要保證在充分利用限界的條件下滿足車內乘坐的空間高度，因此不銹鋼的低地板車體亟待開發(fā)，該項目中低地板的車體結構設計為我們今后滿足低站臺上車需求的用戶提供一定的技術支持。（4）輕量化設計。不銹鋼的車體結構，在結構功能滿足強度要求的前提下，需要的板材厚度更薄，重量更輕，為今后輕量化的設計思路提供一定的技術支持。（5）車體外觀。不銹鋼的車體外表面，對車體的外形及大部件的公差控制更嚴，對工藝方法的要求更嚴，產品的質量要求更高，良好的外觀質量為我們今后進入高端市場打下基礎。

4 車體鋼結構簡介

車體鋼結構為無中梁全鋼焊接整體承載結構，如圖1所示。車體由底架、側墻、端墻、車頂以及司機室等部件組成，各大部件互相之間形成一個完整的整體承載結構。同時車體結構保證了雨水及冷凝水有效排除，防止存水和車窗處出現(xiàn)流水現(xiàn)象。

4.1 底架

底架由牽引梁、縱梁、枕梁、緩沖梁、邊梁、橫梁和波紋地板等結構組成，如圖2所示。枕內邊梁上設頂車位。牽引梁采用耐候鋼組焊而成，枕梁采用箱型組焊結構，邊梁采用異性斷面、橫梁均采用乙型斷面。在高低地板連接處采用連接板進行過渡，底架上設有防爬器，防止車輛相撞時互相爬疊。

4.2 側墻

側墻主要由側柱、縱梁、側墻上邊梁、窗間縱梁等結構組焊而成。如圖3所示。側墻上邊梁、側柱及縱梁采用乙型梁。側墻鋼結構上設側門門框，保證側墻門框開口處強度要求。

4.3 端墻

端墻由門立柱、端角柱、端頂彎梁、門上橫梁、立柱等組焊而成，如圖4所示，同時與貫通道相連接的部分采取了局部的補強。

4.4 車頂

車頂由高頂和平頂組成，平頂采用頂置式動力包放置方式，如圖5所示，因此在放置動力包區(qū)域骨架進行加強，高頂處放置空調，在高頂處設置出風口和進風口，在車頂焊有安裝座，供各部位連接使用。

5 車體鋼結構靜強度設計

根據(jù)《規(guī)范》要求，在車體鋼結構設計時對EN12663-2000，UIC651-2002標準進行了解讀，最終對車體鋼結構進行了10個工況的靜強度和模態(tài)分析。計算工況如表2所示。

通過對車體結構進行靜強度、振動模態(tài)、穩(wěn)定性等計算分析，得出結論：（1）強度。通過計算分析，較高應力區(qū)域主要分布于車體底架牽引梁下蓋板板區(qū)域，最大應力值為402MPa，其它位置應力值均小于材料屈服極限，車體強度滿足車體設計的要求。（2）剛度。最大垂向載荷下，車體底架邊梁最大垂向位移為12mm，等于車輛定距的0.631%，小于1%，滿足車體剛度設計要求。

6 結語

通過對160km/h歐標內燃動車組的車體結鋼進行分析有限元計算，該車的強度、剛度均滿足要求。

參考文獻

[1]方炅任.城軌車車頭結構設計方法[J].鐵道車輛，2010，（10）：27-35.

[2]廖愛華，孫麗萍.200km/h高速客車車體結構分析及改進[J].鐵道車輛，2002，（4）：18-22.

[3]徐鳳妹，廖平，朱亮.出口突尼斯內燃動車組車體鋼結構研制[J].鐵道車輛，2011，（11）：24-28.