160km/h欧标内燃动车组车体钢结构研究

王琰

摘 要：本文介绍了160km/h内燃动车组车体钢结构的主要技术参数、车体钢结构组成以及主要部件所采取的新的设计理念及特点等。并进行了结构强度分析，分析表明车体结构设计满足相应标准要求。

关键词：160km/h欧标内燃动车组；车体钢结构；强度校核；有限元

中图分类号：U270.32 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0059-02

1 概述

随着铁道交通装备工程实践的推进，我国铁道车辆研发水平和制造能力的进一步提升，铁道车辆技术储备不断完善，并逐步扩展了国外市场，为实现铁路交通引领世界的目标奠定了基础[1-2]。但不同国家的列车具有不同的运行环境，如编组形式，定员特点，线路条件等等，设计列车需要与之相适应的系统构造和结构形式[3]。本文介绍160km/h欧标内燃动车组车体钢结构的设计与强度校核情况，为相应新型列车设计和既有列车改进提供参考。

160km/h欧标内燃动车组（以下简称动车组）项目是中国中车唐山机车车辆有限公司为满足欧盟TSI认证而进行研究的内燃动车组项目，用动车—拖车—动车3辆车编组方式，运行环境满足EN 50125-1，线路选择意大利米兰-都灵的线路运用环境。公司按照TSI认证要求，制定了顶层设计指标。在该指标的指导下，综合限界要求、编组方式和定员特点等多因素，进行了车体钢结构的设计，并进行了强度校核和相应部分的结构优化设计，且完成了车体钢结构的模态分析，最终形成了该动车组的车体钢结构方案。

根据《TSI通用技术规范》（以下简称规范）要求，车体钢结构强度按照EN12663-1-2010《铁路应用 铁路车辆车体结构要求》中P-II类的载荷规定；车体的耐碰撞性能设计及校核按照EN15227《车辆被动性安全设计》中C-I类的规定，司机室钢结构的强度按照UIC651-2002《机车、动车、动车组和带司机室拖車的司机室布置》中的载荷工况的规定设计。

2 主要技术参数

主要技术参数表1所示。

3 主要特点

本列车研发结合规范要求，结合了我国先进技术，其主要技术特点：（1）模块化设计。采用模块化设计是当今车辆的先进技术之一，为便于各个接口部位的统一，阿根廷内燃动车组采用模块化设计理念，减少了各大部件的附件的数量，零件要求尽量统一，工艺性好，生产率得到进一步提高。（2）顶置式动力包放置。以往碳钢内燃动车组车顶放置空调等设备，相比于动力包，空调重量较轻，欧标车体考虑当车下空间受限，车顶设置动力包的结构，在我公司的国内、外项目中从未使用过车顶放置重量较大的动力包方式，为满足整车的车体结构强度，该种车顶结构采用加强型车顶。此种结构为我公司以后车顶放置大重量设备提供新的设计思路，为今后满足不同用户的需求提供了一种新的解决办法。（3）低地板车体结构。为满足北美、南美、欧洲等不同国家的限界及低站台的上车需求，同时要保证在充分利用限界的条件下满足车内乘坐的空间高度，因此不锈钢的低地板车体亟待开发，该项目中低地板的车体结构设计为我们今后满足低站台上车需求的用户提供一定的技术支持。（4）轻量化设计。不锈钢的车体结构，在结构功能满足强度要求的前提下，需要的板材厚度更薄，重量更轻，为今后轻量化的设计思路提供一定的技术支持。（5）车体外观。不锈钢的车体外表面，对车体的外形及大部件的公差控制更严，对工艺方法的要求更严，产品的质量要求更高，良好的外观质量为我们今后进入高端市场打下基础。

4 车体钢结构简介

车体钢结构为无中梁全钢焊接整体承载结构，如图1所示。车体由底架、侧墙、端墙、车顶以及司机室等部件组成，各大部件互相之间形成一个完整的整体承载结构。同时车体结构保证了雨水及冷凝水有效排除，防止存水和车窗处出现流水现象。

4.1 底架

底架由牵引梁、纵梁、枕梁、缓冲梁、边梁、横梁和波纹地板等结构组成，如图2所示。枕内边梁上设顶车位。牵引梁采用耐候钢组焊而成，枕梁采用箱型组焊结构，边梁采用异性断面、横梁均采用乙型断面。在高低地板连接处采用连接板进行过渡，底架上设有防爬器，防止车辆相撞时互相爬叠。

4.2 侧墙

侧墙主要由侧柱、纵梁、侧墙上边梁、窗间纵梁等结构组焊而成。如图3所示。侧墙上边梁、侧柱及纵梁采用乙型梁。侧墙钢结构上设侧门门框，保证侧墙门框开口处强度要求。

4.3 端墙

端墙由门立柱、端角柱、端顶弯梁、门上横梁、立柱等组焊而成，如图4所示，同时与贯通道相连接的部分采取了局部的补强。

4.4 车顶

车顶由高顶和平顶组成，平顶采用顶置式动力包放置方式，如图5所示，因此在放置动力包区域骨架进行加强，高顶处放置空调，在高顶处设置出风口和进风口，在车顶焊有安装座，供各部位连接使用。

5 车体钢结构静强度设计

根据《规范》要求，在车体钢结构设计时对EN12663-2000，UIC651-2002标准进行了解读，最终对车体钢结构进行了10个工况的静强度和模态分析。计算工况如表2所示。

通过对车体结构进行静强度、振动模态、稳定性等计算分析，得出结论：（1）强度。通过计算分析，较高应力区域主要分布于车体底架牵引梁下盖板板区域，最大应力值为402MPa，其它位置应力值均小于材料屈服极限，车体强度满足车体设计的要求。（2）刚度。最大垂向载荷下，车体底架边梁最大垂向位移为12mm，等于车辆定距的0.631%，小于1%，满足车体刚度设计要求。

6 结语

通过对160km/h欧标内燃动车组的车体结钢进行分析有限元计算，该车的强度、刚度均满足要求。

参考文献

[1]方炅任.城轨车车头结构设计方法[J].铁道车辆，2010，（10）：27-35.

[2]廖爱华，孙丽萍.200km/h高速客车车体结构分析及改进[J].铁道车辆，2002，（4）：18-22.

[3]徐凤妹，廖平，朱亮.出口突尼斯内燃动车组车体钢结构研制[J].铁道车辆，2011，（11）：24-28.