謝紹興 王廣金 辛志斌 魯萬(wàn)彪 徐文俊

（中車(chē)南京鋪鎮(zhèn)車(chē)輛有限公司 技術(shù)工程部，南京 210031）

鐵路客車(chē)承載著我國(guó)交通運(yùn)輸?shù)闹厝危且暂d客為目的的鐵路交通裝備。作為現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸體系的骨干，它對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有重要作用。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)及技術(shù)的發(fā)展，軌道客車(chē)持續(xù)發(fā)力，產(chǎn)品系列呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢(shì)[1]，但普速鐵路客車(chē)依然是主力軍。下面針對(duì)普速鐵路客車(chē)的車(chē)體結(jié)構(gòu)和制造工藝的演變過(guò)程展開(kāi)探討。

我國(guó)普速鐵路客車(chē)車(chē)型經(jīng)歷了數(shù)次大面積更新?lián)Q代，主要包含21型、22型、25型以及近期的“復(fù)興號(hào)”成員——160 km·h-1動(dòng)力集中電動(dòng)車(chē)組（直型車(chē)體和鼓型車(chē)體）。2016年以前，我國(guó)普速鐵路客車(chē)批量生產(chǎn)并投入運(yùn)營(yíng)的客車(chē)主要有21型、22型以及25型3個(gè)系列，均具有不同的時(shí)代特色[2]。每個(gè)主車(chē)型包含各種子車(chē)型，如硬座車(chē)、硬臥車(chē)、軟臥車(chē)、餐車(chē)及行李車(chē)等。每一次的提檔升級(jí)都代表著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的進(jìn)步。每種主車(chē)型的提出都是特定的歷史背景下客戶(hù)的舒適性需求和輕量化等技術(shù)需求的體現(xiàn)，都有著各自的結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)特點(diǎn)。

1 21型客車(chē)和22型客車(chē)特點(diǎn)

21型客車(chē)是我國(guó)第一代旅客列車(chē)的主要型號(hào)，時(shí)速為80～100 km·h-1，車(chē)長(zhǎng)為21 975 mm，車(chē)寬為3 004 mm，結(jié)構(gòu)為碳鋼鉚接和焊接組合形式。隨著運(yùn)營(yíng)需求的變化，車(chē)體結(jié)構(gòu)開(kāi)展減重改進(jìn)，具體包括全焊接結(jié)構(gòu)、側(cè)墻自帶壓筋。第二代旅客列車(chē)的主要型號(hào)產(chǎn)品是22型，時(shí)速為120 km·h-1，車(chē)體長(zhǎng)度為23 600 mm，車(chē)體寬度為3 106 mm，為帶中梁的薄壁筒形全焊接板梁結(jié)構(gòu)，延續(xù)了側(cè)墻板帶壓筋的形式，以提高車(chē)體的強(qiáng)度和剛度。材料上，它逐步優(yōu)化為耐候鋼，增加了整車(chē)的耐候性能。21型客車(chē)和22型客車(chē)車(chē)體制造工藝主要依托簡(jiǎn)易的夾持、定位工裝輔助進(jìn)行組裝、焊接。

2 25型客車(chē)特點(diǎn)

25型客車(chē)是我國(guó)第三代主型鐵路客車(chē)，配置集中供電空調(diào)，車(chē)長(zhǎng)為25 500 mm，車(chē)寬為3 105 mm。車(chē)體材質(zhì)以低合金鋼和耐候鋼為主，廁所、平頂?shù)炔糠治恢貌捎貌讳P鋼。鋼結(jié)構(gòu)車(chē)體取消了中梁及側(cè)墻板壓筋，由側(cè)墻、端墻、車(chē)頂及底架4大模塊組裝，焊接而成薄壁筒形整體承載結(jié)構(gòu)。

25型客車(chē)可分為25G和25T型兩大類(lèi)，二者主體斷面結(jié)構(gòu)一致（見(jiàn)圖1）。車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)主要區(qū)別在于側(cè)門(mén)、端門(mén)、車(chē)鉤、風(fēng)擋及轉(zhuǎn)向架的連接接口形式。例如：25G型車(chē)側(cè)門(mén)為折頁(yè)門(mén)，25T型車(chē)為塞拉門(mén)；25G型車(chē)車(chē)鉤采用15號(hào)車(chē)鉤，25T型車(chē)為密接式車(chē)鉤。兩種車(chē)型的車(chē)體組裝、焊接工藝基本一致。

圖1 25型車(chē)車(chē)體斷面示意圖（單位：mm）

3 時(shí)速160 km·h-1動(dòng)力集中電動(dòng)車(chē)組特點(diǎn)

3.1 時(shí)速160 km·h-1動(dòng)力集中電動(dòng)車(chē)組的演變

目前，我國(guó)鐵路客車(chē)的主打車(chē)型為25型客車(chē)，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)定型較早，運(yùn)行速度和乘坐舒適度已不能滿(mǎn)足旅客出行的需要。近些年，我國(guó)普通鐵路客車(chē)保有量出現(xiàn)拐點(diǎn)，從逐年增加變?yōu)橹鸩綔p少。中國(guó)鐵路已成功開(kāi)發(fā)時(shí)速160 km·h-1的動(dòng)力集中型列車(chē)，俗稱(chēng)“綠巨人”[2]?！熬G巨人”的亮相，不但提升了當(dāng)前既有線(xiàn)路列車(chē)的速度等級(jí)，還將充分發(fā)揮既有車(chē)站在城區(qū)的地理位置、既有線(xiàn)路里程及覆蓋范圍廣、票價(jià)較低的優(yōu)勢(shì)，與高鐵形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。中國(guó)鐵路方面曾表示，未來(lái)將逐步用動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組替代現(xiàn)有25型鐵路客車(chē)，使其成為中國(guó)下一代普速客車(chē)的主力車(chē)型。作為國(guó)鐵集團(tuán)及中國(guó)中車(chē)的重點(diǎn)項(xiàng)目，拖車(chē)由中車(chē)唐山和中車(chē)浦鎮(zhèn)聯(lián)合研制，型號(hào)為CR200J，主要分為直型車(chē)研制和鼓型車(chē)研制兩個(gè)階段。

2016年開(kāi)始短編試制，包含一/二等座車(chē)、餐座合造車(chē)（餐吧式）及控制車(chē)。2017年開(kāi)始長(zhǎng)編試制，包含一/二等座車(chē)、餐座合造車(chē)（廚房式）及一/二等臥車(chē)。2018年底，國(guó)鐵集團(tuán)對(duì)動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組進(jìn)行第一次采購(gòu)，共計(jì)購(gòu)置了28組時(shí)速為160 km·h-1的動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組（其中10列為短編組、18列為長(zhǎng)編組列車(chē)），并于2019年年初投入運(yùn)營(yíng)。2019年共進(jìn)行了兩次招標(biāo)，首次招標(biāo)92列（短編組），第二次招標(biāo)21列（長(zhǎng)編組），目前招標(biāo)總數(shù)達(dá)到141列（短編組102列，長(zhǎng)編組39列）。經(jīng)過(guò)短編組、長(zhǎng)編組試制及小批量生產(chǎn)，國(guó)鐵集團(tuán)已經(jīng)初步具備批量生產(chǎn)能力。為增加車(chē)輛的空間，提升乘客的舒適性，2019年底至2020年初開(kāi)始鼓型車(chē)的長(zhǎng)短編試制。2020年底至2021年中，伴隨3列“復(fù)興號(hào)”高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組（短編）、2列中老鐵路“瀾滄號(hào)”動(dòng)車(chē)組及2列金臺(tái)鐵路160 km·h-1動(dòng)車(chē)組的交付運(yùn)營(yíng)，時(shí)速160 km·h-1動(dòng)力集中電動(dòng)車(chē)組的鼓型車(chē)結(jié)構(gòu)及制造平臺(tái)得到了驗(yàn)證。2021年，國(guó)鐵集團(tuán)開(kāi)展了62列鼓型短編組的批量訂單招標(biāo)，并于年底交付各路局運(yùn)營(yíng)。

3.2 160 km·h-1動(dòng)力集中電動(dòng)車(chē)組的車(chē)體結(jié)構(gòu)

160 km·h-1動(dòng)力集中電動(dòng)車(chē)組車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)包含直車(chē)體和鼓型車(chē)體，斷面結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。相比直型車(chē)體，鼓型車(chē)體斷面進(jìn)行了以下優(yōu)化：寬度由3 105 mm加寬到3 360 mm，車(chē)高維持在4 433 mm；側(cè)墻由直型改為上部?jī)?nèi)倒4°、下部?jī)?nèi)倒2.7°鼓型；底架寬度尺寸增加為3 292.5 mm，底架側(cè)梁角度為3°，取消腳蹬；車(chē)頂座車(chē)一端平頂，另一端設(shè)置活頂。車(chē)頂由三段弧組成，兩側(cè)R800，中部R8 000，高度821 mm與直車(chē)體相同，活頂蓋與車(chē)頂輪廓匹配。材質(zhì)由原來(lái)的耐候鋼Q310NQL2改用高耐候鋼Q350EWL1，耐候鋼Q345NQR2改為高耐候鋼Q350EWR1，另外部分使用普通碳素鋼和奧氏體不銹鋼。

圖2 160 km·h-1動(dòng)力集中電動(dòng)車(chē)組車(chē)體斷面示意圖

3.3 160 km·h-1動(dòng)力集中電動(dòng)車(chē)組的制造工藝

車(chē)體主體結(jié)構(gòu)同25型車(chē)薄壁筒形整體承載的板梁結(jié)構(gòu)，在制造工藝上有一定的傳承性。它以25型車(chē)制造工藝為基礎(chǔ)，工藝流程依然為側(cè)墻、端墻、車(chē)頂及底架4大部件預(yù)組后進(jìn)行車(chē)體總成、電磁調(diào)平，主要區(qū)別在于新材料的焊接、彎梁立柱的成型、模塊化的組裝及工裝的柔性化切換。

新材料方面，6 mm以下耐候鋼改為高耐候鋼，Cr含量提升了近10倍，大大提升了抗氧化性和防腐蝕性[3]。新材料焊接方面，相應(yīng)焊絲優(yōu)化為高耐候鋼焊絲CHW-TH500EW-Ⅱ，通過(guò)大量的試驗(yàn)研究其工藝性和操作性。直型車(chē)的彎梁同25型車(chē)，鼓型車(chē)體的大小彎梁半徑及弧長(zhǎng)明顯增加。大彎梁制造工藝采用“冷彎斷面+拉彎弧度”成型工藝，新制匹配拉彎?rùn)C(jī)的拉彎模具，克服了材料回彈問(wèn)題。小彎梁制造工藝采用“激光切割整體下料+弧度壓制成型+沖塞焊孔”的成型工藝，研制壓型模具。直型車(chē)和鼓型車(chē)體的立柱區(qū)別于25型車(chē)的帽型結(jié)構(gòu)，采用乙型斷面。斷面上有長(zhǎng)圓孔、鑰匙孔、塞焊孔等不規(guī)則附屬孔洞。制造工藝采用激光切割整體下料、折彎。鼓型車(chē)體的角度采取左右件對(duì)稱(chēng)壓型工藝，研制模具克服貼墻板面上翹、立面旁彎和扭曲變形的缺陷。模塊化組裝方面，在原有25型車(chē)的牽枕緩、端墻及平頂?shù)然A(chǔ)上，研究側(cè)墻骨架及側(cè)頂模塊組裝工藝，提高了車(chē)體制造的模塊化程度。另外，結(jié)合25型車(chē)、160 km·h-1直型車(chē)體和鼓型車(chē)體的斷面及部件結(jié)構(gòu)分析，避免資源浪費(fèi)，統(tǒng)一3種型號(hào)車(chē)輛的制造流程，僅針對(duì)每道工序的組焊工裝進(jìn)行改造，對(duì)涉及車(chē)輛的寬度、長(zhǎng)度、高度及弧度等技術(shù)參數(shù)的變化，制定對(duì)應(yīng)的工裝標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)柔性化的模塊切換，以滿(mǎn)足各車(chē)型之間的組裝需求[4]。

3.4 160 km·h-1動(dòng)力集中電動(dòng)車(chē)組的展望

高速鐵路雖然具有運(yùn)營(yíng)速度快、舒適度好等優(yōu)勢(shì)，但我國(guó)人口眾多，收入水平存在差距，對(duì)鐵路運(yùn)輸存在差異化需求。除了發(fā)展高速鐵路以外，我國(guó)對(duì)價(jià)格相對(duì)低廉的普速客車(chē)和時(shí)速為160 km·h-1的動(dòng)力集中電動(dòng)車(chē)組列車(chē)仍然有十分廣泛的需求。我國(guó)幅員遼闊，地形和氣候復(fù)雜，不可能全部客運(yùn)都由高速鐵路來(lái)承擔(dān)，因此普速客運(yùn)和時(shí)速160 km·h-1的動(dòng)力集中電動(dòng)車(chē)組列車(chē)仍將長(zhǎng)期存在。碳鋼車(chē)體的自動(dòng)化應(yīng)用程度較低，隨著車(chē)輛的深入應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的制造技術(shù)也會(huì)逐步得到應(yīng)用[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

普速鐵路客車(chē)型號(hào)從21型、22型到25型，得到了長(zhǎng)期的廣泛應(yīng)用。根據(jù)160 km·h-1動(dòng)力集中電動(dòng)車(chē)組的試制及小批量運(yùn)營(yíng)反饋，它的結(jié)構(gòu)及制造工藝在逐步優(yōu)化，如從開(kāi)始的直型車(chē)體升級(jí)為鼓型車(chē)體，車(chē)寬增加，提高了乘客的舒適性。隨著“復(fù)興號(hào)”的不斷應(yīng)用，未來(lái)從車(chē)輛的結(jié)構(gòu)到制造工藝將持續(xù)進(jìn)行改善。