浅谈铁路客车车体轻量化问题分析

杜坤

摘要：所谓铁路客车车体的轻量化，就是在确保车体强度及安全的基础上，通过相关的技术手段，最大程度上缩减车体整备质量，提高其动力性能，以达到节能耗、减少空气污染。经过相关的实践证明，如果铁路客车车体质量能够减小一般的话，燃料消耗也随之几乎同样幅度的削减，已经有着非常广阔的发展前景。本文通过对我国首列轻量化不锈钢A型地铁车辆的实例分析，展望了铁路客车车体轻量化的未来发展，希望能对相关人员提供有价值的参考。

关键词：铁路客车；车体轻量化；发展

引言

铁路运输具有运力大、安全稳定的优势，承担着我国物资及旅客的重要运输任务，在我国相关技术的不断创新发展之下，近年来我国铁路客车制造取得了举世瞩目的成就，中国自主研发制造的铁路客车远销海内外，赢得了普遍的赞誉。车辆及交通运输业的发展经常伴随着环境污染问题，当前全球都对节能环保理念引起了高度重视，因而我国的铁路客车制造业也开始研究车体轻量化，这已经成为未来铁路客车制造业的发展趋势。

一、铁路客车车体轻量化目的及意义

在铁路客车车体轻量化的发展过程中，通过减少车体重量，能够提高输出功率、降低噪声、提升操控性、可靠性和安全性，同时还能提高车速、降低油耗、减少废气排放。另外，随着铁路客车的车身变轻，对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都能够起到重要的积极作用。

车辆车体结构轻量化以后，将会有效降低运行阻力，节省牵引以及制动需要的能量；减少对轨道的压力，降低车轮和轨道的磨损；降低了车辆和轨道的维护成本；还能够直接减少建造车辆使用的材料，通过优化结构设计和新型材料的应用，实现车体结构轻量化[1]。

二、我国首列轻量化不锈钢A型地铁车辆的应用分析

我国首列轻量化不锈钢A型地铁车辆，是由青岛四方机车车辆股份有限公司生产的，这也是北京轨道交通首列A型车辆，比B型车辆具有更大的载客能力[2]。

特别值得称道的是，该车辆的设计充分利用不锈钢高强度的特点，车辆的“轴重”这一技术指标，在国内首次达到与铝合金车体同等的16吨水平，既满足车辆大载荷需求，又达到节能降耗的最佳效果；不锈钢车体十分的平顺，采用激光焊接最新的技术工艺，提高了密闭性和整体刚度；车辆的防撞击、车体的强度等性能优秀，车体纵向静压载荷达到120吨，头车设有“防爬吸能装置和吸能区”，安全性能更高。

该车辆采用国产自主知识产权的列车网络控制系统、空气制动系统，与国际先进水平的牵引系统相结合，保证了列车运行性能与优良品质；车辆设置了全面的安防设施，电视监视系统、火灾报警系统，及紧急情况下的内外紧急解锁与对讲报警等设备。列车前端设紧急疏散门，坡道式的逃生通道使乘客在紧急情况下30分钟内疏散完毕；列车辅助供电系统采用四台电源装置并网供电的形式，若某一台发生故障，可正常供电，安全可靠性更强，即使是列车在动力损失一半的情况下，还可以在30‰的坡道继续行驶，并抵达最近车站。

该车辆的外形时尚而又简约，不锈钢金属原色别致典雅，人性化的车内设计融入了“绿色园林”元素，清新而又舒心；车厢内采用大功率“下出风式”薄型空调系统，送风效果更加均匀，采用符合人体工程学的座椅和触手可及的扶手杆，座椅下设有电加热装置，在天冷时也能保持适宜的温度；在车内还设有特需乘客座位，并设有轮椅区，极具人性化。成熟的列车广播系统、LCD信息显示系统及人性化的电子地图，为旅客提供及时周到的车辆到站等信息[3]。

三、铁路客车车体轻量化发展问题研究

1.铝合金新方向

当前，日本新干线的旅客快速增加，铁路高速化的实现使人们再次考虑车体轻量化的问题。车辆结构轻量化的方法有三种，即结构方式、适用材料的材质（由钢制改为铝合金制）、内装品组成的变更。对于新干线的车辆，除骨干、台框等部件采用高强度钢之外，外板同样采用，并改进了两者的接合度，实现了较好的轻量化。

2.不锈钢与铝合金的对比分析

不锈钢车体的机械性能和防火性能强于铝合金车体，熔点较高，因此具有更好的安全性。铝合金车体的屈服强度、抗拉强度、延伸率和弹性模量约为不锈钢车体的1/3，且比不锈钢车体的刚度要小，因此铝合金车体设计时一般采用加大板厚和尽量加大车体端面的办法，来提高车体的抗弯刚度。不锈钢车体采用板梁组合整体承载全焊结构，为了不降低板材强度和减小变形，应尽量采用点焊，特别是强度更高的材料不允许任何形式的弧焊，采用接触焊代替弧焊，是不锈钢车体的又一特征和技术关键[4]。

在价格方面，SUS304不锈钢和6000系铝合金的原材料单价相差无几，但不锈钢车体是板梁结构，需大量工装、模具、夹具、样板和中间检查手段，生产工艺极其复杂，费工费料；铝合金车体则普遍采用大型桁架式中空型材组焊式，中空铝型材是制造厂一次轧制而成的，车辆制造厂只需下料、拼装、氩弧焊接，工艺简单，省工省料，因此成品价格还是不锈钢车体偏高；不同材料车体的抗腐蚀能力对于车体的使用寿命起到重要作用，不锈钢的抗腐蚀性能相较于铝合金的优势明显；防火性上，不锈钢熔点在1400℃以上，而铝合金只有630℃ ～650℃，且到300℃以上就发软变形，因此不锈钢车体的防火性能也更高。综合以上分析，不锈钢车体的使用寿命要比铝合金车体更长。

结语

总之，随着全球对环境为的日渐重视，以及我国节能减排战略的提出，铁路客车车体轻量化具有重要的现实意义，相关人员要科学选择车体材料，如不锈钢与铝合金等，综合化考虑车辆寿命、安全性、成形性等各种方面，不断提高我国装备制造业的技术水平，坚持创新驱动战略，制造出更为经济、安全且优质的列车。

参考文献：

[1]黄在告，陈刚，陈喜红，高平平.7075铝合金传动轴空心轴身的挤压铸造工艺研究[J].特种铸造及有色合金，2014（11）：80-81.

[2]覃彦龙，傅新生，王丹丹，王峰.测速齒轮流变挤压成形缺陷的形成机理及改进措施[J].铸造，2015（10）：28-29.

[3]廖连莹，左言言，陈冬冬.铝合金地铁车内噪声预测与控制技术研究[J].机械设计与制造，2015（11）：20-21.

[4]赵文春，孙丽萍，陈亮，王玉艳.提速客车车体钢结构改进方案[J].大连交通大学学报，2013（6）：45-46.endprint