動(dòng)車(chē)組車(chē)體三維設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者完全了解蘭州交通大學(xué)有關(guān)保留、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。特授權(quán)蘭州交通大學(xué)可以將畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交設(shè)計(jì)（論文）的復(fù)印件和電子文檔。（保密的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）指導(dǎo)教師簽名:畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者簽名:簽字日期：年月日簽字日期：年月日本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）動(dòng)車(chē)組車(chē)體三維設(shè)計(jì)EMUBodyThree-dimensionalDesign摘要近年來(lái)，隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對(duì)列車(chē)的運(yùn)行速度、舒適性、

2、安全性的要求越來(lái)越高，進(jìn)而刺激了我國(guó)動(dòng)車(chē)組行業(yè)的發(fā)展。鐵路第六次提速調(diào)圖后，和諧號(hào)”CR海列動(dòng)車(chē)組成為我國(guó)中東部地區(qū)鐵路運(yùn)輸?shù)闹鹘?；目前，在我?guó)既有線(xiàn)上的動(dòng)車(chē)組車(chē)型主要有：CRH1、CRH2、CRH3和CRH5等；止匕外，我國(guó)的高速鐵路也蓬勃發(fā)展，多條客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)也都在建，已投入運(yùn)行的部分區(qū)段最高運(yùn)行速度已突破300km/h?？偠灾?，中國(guó)鐵路正在發(fā)生著天翻地覆的變化。本論文以CRH3型動(dòng)車(chē)組中間車(chē)體為研究對(duì)象，首先對(duì)該型動(dòng)車(chē)組做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，了解它的國(guó)外背景、在中國(guó)的生產(chǎn)廠(chǎng)家，以及它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和編組方式等；其次，重點(diǎn)介紹CRH3型動(dòng)車(chē)組的車(chē)體，介紹它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、選用材料的種類(lèi)及該材料的特點(diǎn)。在

3、此基礎(chǔ)上，利用三維建模軟件SolidWorks建立實(shí)體模型，在設(shè)計(jì)建模的過(guò)程中，介紹組成車(chē)體的車(chē)頂、側(cè)墻和底架等部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及重要部位的建模過(guò)程；止匕外，介紹目前應(yīng)用于車(chē)體的相關(guān)技術(shù)，例如：輕量化、流線(xiàn)形、密封性和降聲隔噪等。設(shè)計(jì)建模完成之后，對(duì)動(dòng)車(chē)組受電弓的結(jié)構(gòu)做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹，另外對(duì)目前各型動(dòng)車(chē)組常用的受電弓列舉一下。關(guān)鍵詞：動(dòng)車(chē)組；鋁合金車(chē)體；受電弓；三維設(shè)計(jì)AbstractInrecentyears,withtheimprovementofthelevelofChinasnationaleconomy,peopletrainspeed,comfort,safetyrequiremen

4、tsarehigh,soastostimulatethedevelopmentofChinaEMUindustry.Afterthesixthrailwayspeedincreaseanddiagramadjustment,HarmonyCRHseriesEMUconsistingoftheeasternrailtransportprotagonist;currently,inourexistinglineofEMUmodelsaremainly:CRH1,CRH2,CRH3andCRH5etc;inaddition,Chinashigh-speedrailwayisalsobooming,m

5、ulti-passengerlinearealsounderconstruction,partofthesectionhasbeenputintooperationhasexceededthemaximumoperatingspeedof300km/h.Allinall,Chinasrailwayisundergoingtremendouschanges.Inthispaper,anintermediateCRH3EMUbodyforthestudy,thefirstoftheEMUtomakeabriefintroduction,understandingitsforeignbackgrou

6、nd,Chinesemanufacturers,aswellasitsstructuralcharacteristicsandgroupingmethods;secondly,focusesonthebodyCRH3typeEMU,introducesitsstructuralcharacteristics,thetypeofmaterialselectionandcharacteristicsofthematerial.Onthisbasis,theuseofthree-dimensionalmodelingsoftwareSolidWorkssolidmodelissetinthedesi

7、gnprocessmodeling,weintroducethestructuralcharacteristicsofthecompositionofthevehicleroof,sidewallsandthebasechassisandothercomponentsaswellasimportantpartsofthemodelingprocess;furthermoreintroducescurrentlyusedinvehicle-relatedtechnologies,suchas:lightweight,streamlined,reducingacousticnoise-isolat

8、ingandsealingthelike.Afterthecompletionofthedesignmodel,thestructureofEMUpantographmakeabriefintroduction,inadditiontovarioustypesofcurrentEMUconventionalpantographincludeit.KeyWords:EMU,Aluminumbody,Pantograph,Three-dimensionaldesign目錄摘要AbstractII目錄III1緒論11.1 論文的選題背景和研究意義11.1.1 選題背景11.1.2 研究意義31.2

9、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容42CRH3型動(dòng)車(chē)組52.1 CRH3動(dòng)車(chē)組原型52.2 CRH3動(dòng)車(chē)組分類(lèi)52.3 CRH3動(dòng)車(chē)組車(chē)體結(jié)構(gòu)62.3.1 車(chē)體承載結(jié)構(gòu)73鋁合金車(chē)體103.1 國(guó)內(nèi)外鋁合金車(chē)體發(fā)展現(xiàn)狀103.1.1 國(guó)外鋁合金車(chē)體發(fā)展現(xiàn)狀103.1.2 國(guó)內(nèi)鋁合金車(chē)體發(fā)展現(xiàn)狀103.2 鋁合金車(chē)體的特征113.3 高速鐵路客車(chē)車(chē)體用的鋁合金材料113.4 鋁合金車(chē)體材料的特點(diǎn)113.4.1 擠壓特點(diǎn)113.4.2 鋁合金材料的焊接性能123.4.3 鋁合金焊接的主要問(wèn)題123.5 鋁合金車(chē)體結(jié)構(gòu)發(fā)展特點(diǎn)134動(dòng)車(chē)組車(chē)體的三維設(shè)計(jì)144.1 動(dòng)車(chē)組車(chē)體設(shè)計(jì)思路144.1

10、.1 設(shè)計(jì)思路144.2 車(chē)體的設(shè)計(jì)及建模154.2.1 建模軟件Solidworks154.2.2 車(chē)體的設(shè)計(jì)及建模154.2.3 車(chē)體的裝配225受電弓的基本結(jié)構(gòu)235.1 弓頭235.2 框架245.3 底架245.4 傳動(dòng)系統(tǒng)24結(jié)論26致謝27參考文獻(xiàn)271緒論1.1 論文的選題背景和研究意義1.1.1 選題背景世界高速鐵路的發(fā)展鐵路自誕生后的200年以來(lái)，因?yàn)橛惺孢m性好，運(yùn)輸能力大，速度相對(duì)較高等優(yōu)點(diǎn)，故而得到了快速發(fā)展，鐵路在現(xiàn)在交通運(yùn)輸中有著特殊的地位，已經(jīng)成為性?xún)r(jià)比最高的旅行交通運(yùn)輸方式。鐵路運(yùn)輸?shù)母咚倩殉蔀橐环N世界潮流，沖擊著各個(gè)國(guó)家的交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，同時(shí)刺激著各種現(xiàn)代交通

11、運(yùn)輸方式改進(jìn)性能，提高速度。高速鐵路伴隨著經(jīng)濟(jì)、科技、社會(huì)發(fā)展的步伐應(yīng)運(yùn)而生。日本高速鐵路-新干線(xiàn)19世紀(jì)中期，日本鐵路開(kāi)始發(fā)展，由于日本人口密度大，資源匱乏，導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸在該國(guó)有著特殊的地位，日本人也不斷致力于提高列車(chē)運(yùn)行速度。20世紀(jì)60年代，世界上第一條高速鐵路-新干線(xiàn)正式開(kāi)始建設(shè)。五年后，東海道新干線(xiàn)正式投入運(yùn)營(yíng)，全長(zhǎng)2000公里的新干線(xiàn)成為日本國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。目前，新干線(xiàn)上列車(chē)運(yùn)行的最高速度可達(dá)300km/h,在新干線(xiàn)上運(yùn)行的高速列車(chē)主要有：0系動(dòng)車(chē)組、500系動(dòng)車(chē)組、700系動(dòng)車(chē)組和E2系動(dòng)車(chē)組。經(jīng)歷長(zhǎng)達(dá)40多年的發(fā)展，新干線(xiàn)列車(chē)一直采用先進(jìn)技術(shù)，使得電力動(dòng)車(chē)組性能日益完善。從

12、一定意義上來(lái)說(shuō)，新干線(xiàn)的發(fā)展是世界高速鐵路發(fā)展的縮影，新干線(xiàn)”已經(jīng)成為世界高速鐵路的代名詞。法國(guó)高速鐵路與TGV高速列車(chē)法國(guó)在鐵路運(yùn)輸方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先世界其他國(guó)家，1955年3月，法國(guó)人就創(chuàng)造了331km/h試驗(yàn)速度的電力機(jī)車(chē)；兩年后，CC-6500型電力機(jī)車(chē)牽引客車(chē)的運(yùn)營(yíng)速度達(dá)到200km/ho但是，到1970年左右，隨著公路和航空運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，法國(guó)鐵路運(yùn)輸行業(yè)受到前所未有的挑戰(zhàn)。于是，法國(guó)人也像日本人一樣開(kāi)始著力發(fā)展自己的高速鐵路，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)十余年的發(fā)展和研究，東南線(xiàn)高速鐵路于1981年正式開(kāi)始投入運(yùn)營(yíng)。隨后，法國(guó)又修建了長(zhǎng)達(dá)1500公里的鐵路路網(wǎng)，主要有：大西洋線(xiàn)、地中海線(xiàn)、東南延伸線(xiàn)和巴

13、黎地區(qū)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)等。隨著高速鐵路的迅速發(fā)展，高速列車(chē)發(fā)展也不甘示弱，從1976年開(kāi)始，法國(guó)開(kāi)始研究交-直傳動(dòng)的TGV-PSE,五年后正式投入運(yùn)營(yíng)；此后，又先后研究制造了交-直-交傳動(dòng)的TGV-A、TGV-TMST、TGV-2N等型號(hào)的高速動(dòng)車(chē)組。1900年5月法國(guó)在大西洋線(xiàn)創(chuàng)造了515.3km/h試驗(yàn)速度的世界紀(jì)錄，2007年4月法國(guó)TGV又一次刷新了自己的記錄，把實(shí)驗(yàn)速度提高到574.8km/h0德國(guó)高速鐵路和ICE高速列車(chē)德國(guó)有著悠久的鐵路歷史，第一條鐵路誕生于1835年，連通著紐倫堡和菲爾特。20世紀(jì)初期，西門(mén)子公司制造的電力機(jī)車(chē)創(chuàng)造了162.5km/h的運(yùn)行速度，此后德國(guó)鐵路列車(chē)快速發(fā)展，

14、至IJ1945年，德國(guó)已經(jīng)有200km/h的快速列車(chē)。和其他歐洲國(guó)家一樣，德國(guó)鐵路的發(fā)展也在20世紀(jì)60年代受到了前所未有沖擊，但由于政府一直重視鐵路的發(fā)展和加上法國(guó)成功發(fā)展高速鐵路的刺激，聯(lián)邦德國(guó)展現(xiàn)出了他們驚人的技術(shù)能力，高速鐵路發(fā)展蒸蒸日上。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，德國(guó)的高速鐵路路網(wǎng)規(guī)模高達(dá)900度公里，并且還有多條在建干線(xiàn)。在長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展中，德國(guó)人先后研究制造出：ICE1、ICE2、ICE3、ICE-T和ICE-TD等高速動(dòng)車(chē)組，運(yùn)行速度不斷提高。目前，德國(guó)已成功研制出運(yùn)行速度高達(dá)350km/h的高速電動(dòng)車(chē)組。高速鐵路是一個(gè)有著國(guó)際性和時(shí)代性的概念。1985年5月，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)將

15、高速鐵路最高運(yùn)行速度的規(guī)定是：客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)300km/h,客貨混線(xiàn)250km/ho1986年1月，國(guó)際鐵路聯(lián)盟秘書(shū)長(zhǎng)勃萊認(rèn)為，高速列車(chē)的最高運(yùn)行速度應(yīng)不低于200km/ho因此，國(guó)際上目前公認(rèn)列車(chē)最高運(yùn)行速度達(dá)到200km/h及以上的鐵路叫高速鐵路。我國(guó)高速鐵路的發(fā)展1990年以來(lái)，我國(guó)出現(xiàn)了買(mǎi)票難、乘車(chē)難”的局面，且日益加劇。止匕外，受到其他運(yùn)輸行業(yè)的沖擊，鐵路運(yùn)輸行業(yè)出現(xiàn)前所未有的沖擊，鐵路提速成為此時(shí)的頭號(hào)大事。經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展，中國(guó)鐵路先后經(jīng)歷了五次大提速，取得了實(shí)質(zhì)性的效果。為了進(jìn)一步加快中國(guó)鐵路高速化的發(fā)展，于2007年中國(guó)鐵路進(jìn)行了第六次提速調(diào)圖，和諧號(hào)”CR海列動(dòng)車(chē)組開(kāi)始投入運(yùn)營(yíng)，

16、中國(guó)鐵路從此進(jìn)入高速時(shí)代。根據(jù)國(guó)務(wù)院引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)，打造中國(guó)品牌”的指導(dǎo)方針，中國(guó)鐵路依靠國(guó)外先進(jìn)的高速鐵路技術(shù)，立足國(guó)內(nèi)，自主創(chuàng)新，已取得了實(shí)質(zhì)性效果。第六次提速調(diào)圖后，160km/h及以上提速區(qū)段里程高達(dá)1.4萬(wàn)km。隨著提速戰(zhàn)略的不斷深入，在2008年8月，時(shí)速350km/h的動(dòng)車(chē)組在京津高速線(xiàn)上正式投入運(yùn)營(yíng)，開(kāi)啟了我國(guó)300km/h以上高速列車(chē)的新篇章。止匕外，列車(chē)運(yùn)行速度高達(dá)350km/h的京滬高速鐵路也已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，全長(zhǎng)1300多公里。根據(jù)中國(guó)政府在2004年發(fā)布了中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，在我國(guó)建成小康社會(huì)時(shí)，我國(guó)鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)將達(dá)1.8萬(wàn)km,包括四縱四橫”客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)以及三個(gè)城際

17、客運(yùn)系統(tǒng)。此外，我們國(guó)家將重點(diǎn)建設(shè)長(zhǎng)三角、珠三角和環(huán)渤海三個(gè)城際區(qū)域軌道交通網(wǎng)。我國(guó)動(dòng)車(chē)組的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)和國(guó)際上一樣，我國(guó)的動(dòng)車(chē)組是指速度達(dá)到200km/h及以上，大多實(shí)施動(dòng)車(chē)、拖車(chē)混合編組的動(dòng)力分散交流傳動(dòng)模式。目前我國(guó)的動(dòng)車(chē)組不僅可以在鐵路既有線(xiàn)上正常運(yùn)營(yíng)，還可在中國(guó)鐵路既有線(xiàn)指定區(qū)段以及新建客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)上以200km/h速度級(jí)正常運(yùn)行。動(dòng)車(chē)組的車(chē)種主要有：座車(chē)、餐車(chē)、臥車(chē)、座車(chē)與餐車(chē)合造車(chē)及帶有司機(jī)室的頭部合造車(chē)。就目前而言，我國(guó)速度為200km/h速度級(jí)以上的動(dòng)車(chē)組主要有CRH1、CRH2、CRH3、CRH5,分別由四個(gè)不同的廠(chǎng)家制造生產(chǎn)。盡管在總體技術(shù)條件方面基本相同，但由于從不同國(guó)家

18、引進(jìn)技術(shù)的不同及原型車(chē)方面的差異，我國(guó)不同的動(dòng)車(chē)組在動(dòng)力和技術(shù)配置等方面依然存在著一定的差別。在不久的將來(lái)，中國(guó)動(dòng)車(chē)組將朝著標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)化，統(tǒng)型化方向發(fā)展。整合已有的技術(shù)平臺(tái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，通過(guò)不斷地優(yōu)化，提出適合中國(guó)動(dòng)車(chē)組發(fā)展的統(tǒng)一總體技術(shù)方案，建立簡(jiǎn)統(tǒng)化的同一平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)模塊化，譜系化。1.1.2 研究意義進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)鐵路事業(yè)發(fā)展迅速，取得了很大的成效。但是，我國(guó)人口眾多，導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸能力與運(yùn)輸需求之間的矛盾仍然十分突出，已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的阻礙。因此，對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，擴(kuò)大鐵路運(yùn)輸能力刻不容緩，以緩解鐵路運(yùn)輸?shù)膲毫Γ涌旖?jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了解決這些問(wèn)題，我們可以從以下

19、方面來(lái)考慮：首先加快鐵路新干線(xiàn)的建設(shè)，增設(shè)客運(yùn)、貨運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)。其次，要依靠引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，自主創(chuàng)新研發(fā)的發(fā)展戰(zhàn)略，大力發(fā)展我國(guó)的高速列車(chē)，提高列車(chē)運(yùn)行速度。依靠引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展戰(zhàn)略，使得我國(guó)機(jī)車(chē)車(chē)輛裝備行業(yè)的制造能力有了大幅度的提高，但是與德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很長(zhǎng)的一段路要走。通過(guò)本課題的研究，了解當(dāng)前世界鐵路行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，認(rèn)清我國(guó)與其他該行業(yè)頂尖國(guó)家的差距，因而明確我國(guó)的發(fā)展戰(zhàn)略。近年來(lái)，我國(guó)動(dòng)車(chē)組發(fā)展勢(shì)頭猛烈，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部地區(qū)已基本實(shí)現(xiàn)動(dòng)車(chē)組的全面覆蓋。為了繼續(xù)發(fā)展動(dòng)車(chē)組，鐵路部門(mén)要加快國(guó)內(nèi)客車(chē)動(dòng)車(chē)組產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度，提高我國(guó)機(jī)車(chē)車(chē)輛裝備水平，為打造中國(guó)

20、品牌的動(dòng)車(chē)組而努力奮斗。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著全球城市交通和鐵路交通的快速發(fā)展，車(chē)體的升級(jí)、發(fā)展和輕量化已越來(lái)越重要。原始密封性能差，自重大并且運(yùn)行速度慢的碳鋼車(chē)體正在被淘汰，被具備輕量化、耐腐燭、美觀(guān)柔和的鋁合金車(chē)體所取代。目前，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各個(gè)國(guó)家更加重視鐵路交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，一些發(fā)展中國(guó)家正在大力發(fā)展鐵路運(yùn)輸行業(yè)，批量生產(chǎn)鋁合金車(chē)體的能力正在不斷提高?？傮w而言，目前動(dòng)車(chē)組車(chē)體大都采用鋁合金型材，所以在下一章我們重點(diǎn)介紹國(guó)內(nèi)外有關(guān)鋁合金車(chē)體的相關(guān)內(nèi)容，在此不再贅述。1.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容本論文以CRH3型動(dòng)車(chē)組中間車(chē)體為研究對(duì)象，參照CRH3的相關(guān)參數(shù)和圖紙，重點(diǎn)研究以下內(nèi)容

21、：了解CRH3動(dòng)車(chē)組；了解CRH3動(dòng)車(chē)組車(chē)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和選用材料的特性；用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行動(dòng)車(chē)車(chē)體曲面建模；車(chē)體外形的空氣動(dòng)力學(xué)考慮；鋁合金金車(chē)體；受電弓的結(jié)構(gòu)。2CRH3型動(dòng)車(chē)組CRH3型電力動(dòng)車(chē)組，是為了加快我國(guó)鐵路的高速化進(jìn)程，營(yíng)運(yùn)新建的客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)和高速鐵路，由我國(guó)鐵道部向德國(guó)西門(mén)子公司訂制的CRH系列高速動(dòng)車(chē)組。我國(guó)將所有“引進(jìn)國(guó)外技術(shù)、聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)”的中國(guó)鐵路高速(CRH)車(chē)輛均命名為“和諧號(hào)”。2.1 CRH3動(dòng)車(chē)組原型CRH3動(dòng)車(chē)組的原型是德國(guó)鐵路的ICE-3列車(chē)，中國(guó)鐵道部通過(guò)引進(jìn)西門(mén)子公司的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，以自主消化吸收的方式，由中國(guó)中車(chē)唐山軌道客車(chē)廠(chǎng)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。為了中

22、國(guó)鐵路第六次大提速的進(jìn)行，中國(guó)鐵道部于2004年8月展開(kāi)了時(shí)速200公里級(jí)別的高速動(dòng)車(chē)組技術(shù)引進(jìn)招標(biāo)，但由于當(dāng)時(shí)西門(mén)子公司提出了高昂的轉(zhuǎn)讓技術(shù)、車(chē)輛造價(jià)費(fèi)用，所以雙方在第一輪招標(biāo)中未達(dá)成任何協(xié)議。直到2005年11月，中國(guó)鐵道部和西門(mén)子公司在“以市場(chǎng)交換技術(shù)”的原則下簽訂協(xié)議，西門(mén)子公司因而得到了60列時(shí)速300公里的高速列車(chē)訂單，總價(jià)值達(dá)6.69億歐元，最終被命名為CRH3C。此外，長(zhǎng)春軌道客車(chē)廠(chǎng)已于2009年3月獲得德國(guó)西門(mén)子公司的授權(quán)，生產(chǎn)30輛16節(jié)編組的電力動(dòng)車(chē)組，命名為CRH3D。長(zhǎng)客成為CRH3系列動(dòng)車(chē)組的其中一家生產(chǎn)商。2.2 CRH3動(dòng)車(chē)組分類(lèi)(1) CRH3ACRH3A型動(dòng)

23、車(chē)組由中國(guó)北車(chē)所屬的長(zhǎng)客股份公司和唐客公司聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)，并于2013年6月8日正式在長(zhǎng)客亮相。CRH3A型動(dòng)車(chē)組以CRH380BL技術(shù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，借鑒了CRH380BL、CRH380CL、CRH380B、CRH5型動(dòng)車(chē)組的優(yōu)點(diǎn)，研制開(kāi)發(fā)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)動(dòng)車(chē)組。CRH3A型動(dòng)車(chē)組最大的優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)不同的運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路以不同的速度運(yùn)營(yíng)，速度等級(jí)主要分為三類(lèi)：時(shí)速160公里、時(shí)速200公里、時(shí)速250公里，是當(dāng)今國(guó)內(nèi)唯一既適合時(shí)速200250公里之間客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)、又適合時(shí)速160250公里之間城際鐵路運(yùn)行的動(dòng)車(chē)組。與之前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的這一速度等級(jí)的動(dòng)車(chē)組相比而言，CRH3A型動(dòng)車(chē)組還有很強(qiáng)的成本優(yōu)勢(shì)和售后維護(hù)優(yōu)勢(shì)。

24、(2) CRH3CCRH3c型動(dòng)車(chē)組是由唐山軌道客車(chē)廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化制造的CRH3型動(dòng)車(chē)組，至今已制造出多達(dá)38組并配發(fā)于相關(guān)的鐵品&局，編號(hào)依次為CRH3C-3001、CRH3C-3003、CRH3-005C至CRH3-040C,在結(jié)構(gòu)方面和進(jìn)口車(chē)完全一樣。2007年9月首組國(guó)產(chǎn)化鋁合金車(chē)體完成制造，所以唐客方面起初預(yù)計(jì)這組列車(chē)將于于2008年3月31日正式出廠(chǎng)，但由于部分國(guó)產(chǎn)化列車(chē)零部件未能按時(shí)運(yùn)至唐山，導(dǎo)致出廠(chǎng)時(shí)間延至4月11日。2008年6月下旬正式試驗(yàn)，在試驗(yàn)中由唐山軌道客車(chē)廠(chǎng)制造的第一列國(guó)產(chǎn)CRH3C-3001型動(dòng)車(chē)組在京津城際鐵路創(chuàng)下了394.3km/h的最高速度，并且加速性能也十分

25、優(yōu)良，在當(dāng)天的試驗(yàn)中CRH3c將速度提升至300km/h僅用了5分鐘。2008年8月1日京津城際鐵路正式開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，CRH3C型動(dòng)車(chē)組也于當(dāng)日投入運(yùn)營(yíng)該鐵路，其最高運(yùn)營(yíng)時(shí)速高達(dá)350km/h,是當(dāng)今世界日常運(yùn)營(yíng)速度最快的輪軌高速鐵路。CRH3c型動(dòng)車(chē)組配屬于北京鐵路局和廣鐵集團(tuán)，主要用于京津城際鐵路和武廣高鐵。(3) CRH3D2009年3月西門(mén)子公司和中國(guó)北車(chē)集團(tuán)再次獲得鐵道部100列以CRH3c為基礎(chǔ)的十六車(chē)廂大編組動(dòng)車(chē)組新訂單，命名為CRH3D,其中70列由長(zhǎng)客生產(chǎn)制造，30列由西門(mén)子公司制造。該型動(dòng)車(chē)組的最高運(yùn)行速度達(dá)350km/h,車(chē)體外觀(guān)與CRH3c基本一致，主要用于京滬高鐵。2.3

26、 CRH3動(dòng)車(chē)組車(chē)體結(jié)構(gòu)CRH3型動(dòng)車(chē)包括八輛車(chē)五種車(chē)型，其中四輛是動(dòng)車(chē)。CRH3動(dòng)車(chē)組車(chē)體結(jié)構(gòu)主要分為頭車(chē)車(chē)體和中間車(chē)體兩種。頭車(chē)車(chē)體由底架，側(cè)墻，車(chē)頂，端墻，車(chē)體附件（車(chē)下設(shè)備艙，前罩開(kāi)閉裝置和排障裝置）及司機(jī)室頭部結(jié)構(gòu)組成，中間車(chē)車(chē)體由底架，側(cè)墻,車(chē)頂，端墻，車(chē)體附件組成3。各型車(chē)體根據(jù)功能，附屬設(shè)備等不同而在車(chē)體結(jié)構(gòu)上不盡相同，但其主要結(jié)構(gòu)形式相似。地板，側(cè)墻，車(chē)頂均由五塊型材組焊而成。車(chē)體橫斷面的連接形式分為搭接和插接兩種形式。搭接部位是為了調(diào)整車(chē)體的橫斷面尺寸，車(chē)體組焊完成后能夠滿(mǎn)足動(dòng)車(chē)組車(chē)體橫斷面的設(shè)計(jì)要求。24825mm（中間車(chē)）17375mm3259mm3915mm1300m

27、m25860mm（頭車(chē)）動(dòng)車(chē)組的主要技術(shù)參數(shù):車(chē)輛長(zhǎng)度（包括車(chē)鉤）車(chē)輛定距車(chē)體寬度車(chē)頂距軌面高度地板面距軌面高度CRH3動(dòng)車(chē)組各車(chē)廂車(chē)體質(zhì)量表:表2.1各車(chē)廂車(chē)體質(zhì)量表車(chē)廂EC01TC02IC03BC04FC05IC06TC07ECO8質(zhì)量（kg）10935110351108510885108851108511035109352.3.1車(chē)體承載結(jié)構(gòu)該動(dòng)車(chē)組的車(chē)體承載結(jié)構(gòu)采用車(chē)體全長(zhǎng)的大型中空鋁合金型材組焊而成，為筒形整體承載結(jié)構(gòu)。這樣使得車(chē)體具有很好的防震，隔音效果，尤其是側(cè)墻。車(chē)體所使用的材料為可焊鋁合金，這種材料確保了車(chē)體有非常好的防腐性40由于本論文在后面要以IC03車(chē)重點(diǎn)介紹車(chē)體的結(jié)構(gòu)

28、組成，所以在這里只列舉幾個(gè)中間車(chē)體的不同結(jié)構(gòu)（如側(cè)墻和車(chē)頂）和中間車(chē)沒(méi)有的司機(jī)室，至于共同結(jié)構(gòu)在后面詳細(xì)介紹。司機(jī)室：司機(jī)室主要有前墻、側(cè)墻、頂板和端部環(huán)形框組成，如圖2.1所示。側(cè)柱與車(chē)頂彎梁對(duì)應(yīng)，受力情況最為理想，在司機(jī)室車(chē)頂?shù)那安块_(kāi)一個(gè)很大的開(kāi)口，為了方便球面玻璃的安裝，在開(kāi)口中間加一個(gè)矩形型材來(lái)增加整體的強(qiáng)度。CRH3司機(jī)室最為明顯的一個(gè)特點(diǎn)是由梁柱和墻板組成，在斷面上有四個(gè)通長(zhǎng)的梁構(gòu)成，如圖2.2所示。司機(jī)室另一個(gè)顯著的特點(diǎn)是梁柱不直接與板焊接，如果直接與板焊接就會(huì)造成焊接變形，影響整體的美觀(guān)。所有的板本身就帶有筋，梁柱焊接在筋上，因而降低外板的變形如圖2.3所示。在設(shè)計(jì)車(chē)前部時(shí)，有

29、一個(gè)具有很小空氣阻力的空氣動(dòng)力學(xué)模型，這是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。車(chē)鼻錐體和前輪廓的結(jié)構(gòu)盡可能設(shè)計(jì)成流線(xiàn)形，以減小空氣阻力，提高乘坐舒適性。側(cè)墻CRH3型動(dòng)車(chē)組車(chē)體的側(cè)墻結(jié)構(gòu)大體相同，均為鋁合金輕型結(jié)構(gòu)。側(cè)墻板為大型鋁合金擠壓型材。各車(chē)側(cè)墻的外部輪廓及型材斷面組成均相同，都是由5塊大型中空擠壓型材拼焊而成。CRH3型動(dòng)車(chē)組由8輛車(chē)廂編組，由于各個(gè)車(chē)廂功能的不同，所以在制造車(chē)廂的車(chē)體時(shí)，側(cè)墻上的開(kāi)窗各不相同。根據(jù)不同的要求和功能，側(cè)墻可根據(jù)側(cè)門(mén)的不同分為四類(lèi)。EC01和EC08車(chē)只在司機(jī)室的一端有一個(gè)側(cè)門(mén)。TC02,TC07車(chē)和IC03,IC06車(chē)兩端都有側(cè)門(mén)，車(chē)窗的布置在車(chē)體結(jié)構(gòu)上也完全相同，只是附件略有

30、不同。BC04是餐車(chē)，沒(méi)有側(cè)門(mén)。FC05只有一個(gè)側(cè)門(mén)。車(chē)頂車(chē)頂?shù)墓餐Y(jié)構(gòu)高頂?shù)耐獠枯喞靶筒臄嗝娼M成均為共同結(jié)構(gòu)，都是由5塊大型中空鋁合金拼焊而成。這五塊型材又可分為兩部分，即構(gòu)成中頂?shù)娜龎K和兩側(cè)邊頂?shù)膬蓧K。中頂?shù)娜龎K型材之間是靠?jī)?nèi)外的兩道V型焊縫連接，而中頂與邊頂之間靠?jī)?nèi)外的兩道焊縫連接。目的是靠此來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)車(chē)頂?shù)目偝叽缂巴庑屋喞?。高頂為?chē)體整體筒形結(jié)構(gòu)的一部分，除考慮車(chē)體整體承受的縱向載荷及垂向載荷以外，還要考慮車(chē)內(nèi)風(fēng)道，線(xiàn)槽，頂板，行李架等內(nèi)部裝置的安裝。這些是通過(guò)沿車(chē)體縱向通長(zhǎng)的5道C型槽實(shí)現(xiàn)的。C型槽的位置是設(shè)計(jì)型材斷面的重要參考數(shù)據(jù)之一。車(chē)頂應(yīng)滿(mǎn)足體重100kg的工作人員在車(chē)頂行走

31、而不損壞的強(qiáng)度要求。車(chē)頂?shù)姆诸?lèi)：和側(cè)墻一樣，由于車(chē)體不同的要求和功能，各車(chē)體的車(chē)頂也不同。根據(jù)車(chē)頂安裝設(shè)備的不同，車(chē)頂大致分為以下4種，EC01和EC08車(chē)：車(chē)頂大的安裝結(jié)構(gòu)僅有空調(diào)安裝座及開(kāi)孔；TC02和TC07車(chē)：車(chē)頂大的安裝結(jié)構(gòu)不僅有空調(diào)安裝座及開(kāi)孔，還有安裝受電弓等設(shè)備的大平頂；IC03車(chē)和IC06車(chē)：車(chē)頂大的安裝結(jié)構(gòu)僅有空調(diào)安裝座及開(kāi)孔；BC04和FC05車(chē)：車(chē)頂大的安裝結(jié)構(gòu)不僅有空調(diào)安裝座及開(kāi)孔，還有安裝其他設(shè)備的小平頂。圖圖2.1司機(jī)室結(jié)構(gòu)圖圖2.2司機(jī)室斷面圖圖2.3司機(jī)室側(cè)墻板連接圖3鋁合金車(chē)體3.1 國(guó)內(nèi)外鋁合金車(chē)體發(fā)展現(xiàn)狀在第一章，我們已經(jīng)介紹了，隨著技術(shù)的進(jìn)步，鋁合金車(chē)

32、體已經(jīng)成為現(xiàn)代動(dòng)車(chē)組車(chē)體的首要選擇。在此，我們重點(diǎn)介紹一下國(guó)內(nèi)外鋁合金車(chē)體的發(fā)展現(xiàn)狀。3.1.1 國(guó)外鋁合金車(chē)體發(fā)展現(xiàn)狀在國(guó)外，高速列車(chē)起步很早，大都采用動(dòng)車(chē)組模式運(yùn)營(yíng)。就目前而言，德國(guó)、法國(guó)和日本等大多數(shù)國(guó)家都掌握200km/h高速動(dòng)車(chē)組技術(shù)，但只有一小部分國(guó)家有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，比較著名的有德國(guó)的ICE系列動(dòng)車(chē)組、法國(guó)的TGV系列動(dòng)車(chē)組和日本的新干線(xiàn)系列動(dòng)車(chē)組。為了追求更高的運(yùn)行速度，各個(gè)國(guó)家紛紛采用鋁合金材料作為車(chē)體材料，以便進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)9。通過(guò)近些年對(duì)鋁合金車(chē)體的不斷研究與改進(jìn)，鋁合金車(chē)體制造技術(shù)已趨于成熟，車(chē)體重量不斷變輕，進(jìn)而提高了列車(chē)的運(yùn)行速度?？傊?，人們對(duì)列車(chē)運(yùn)行速度的要求不斷推

33、動(dòng)著鋁合金車(chē)體制造業(yè)的發(fā)展。3.1.2 國(guó)內(nèi)鋁合金車(chē)體發(fā)展現(xiàn)狀自我國(guó)有鐵路以來(lái)，我國(guó)鐵路運(yùn)輸行業(yè)一直采用機(jī)車(chē)牽引車(chē)廂的運(yùn)行模式，直到1978年以后高速動(dòng)車(chē)組這一運(yùn)輸模式才被推廣到國(guó)內(nèi)并得到一些應(yīng)用。因此鋁合金車(chē)體在我國(guó)的起步比較晚。1980年，采用日本技術(shù)的首輛鋁合金地鐵車(chē)體在長(zhǎng)春生產(chǎn)成功，但該類(lèi)型的車(chē)體采用板梁機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，存在著對(duì)制造工藝要求高、車(chē)體的平整度不好、制造成本高等缺點(diǎn)，因而在市場(chǎng)上沒(méi)有得到認(rèn)可。20世紀(jì)90年代中期，由鐵道部牽頭組織開(kāi)發(fā)制造出中國(guó)第一臺(tái)ICE2型混合結(jié)合的鋁合金車(chē)體，從德國(guó)進(jìn)口的鋁合金材料在該車(chē)體上應(yīng)用，車(chē)體通過(guò)自動(dòng)設(shè)備焊接而成，而窗口是由機(jī)加工設(shè)備切割而成。ICE

34、2型混合結(jié)合的鋁合金車(chē)體在我國(guó)的成功制造，在某種意義上促進(jìn)了我國(guó)鋁合金型材制造車(chē)體技術(shù)的發(fā)展。經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)人員將近十年的不懈努力，在某些關(guān)鍵材料配套上已基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，不僅解決了高成本的問(wèn)題，而且為我國(guó)鋁合金車(chē)體發(fā)展提供了良好的條件。我國(guó)第一條鋁合金車(chē)體自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線(xiàn)與2000年在中國(guó)中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司建成，在這條生產(chǎn)線(xiàn)上，我國(guó)的第一輛磁懸浮列車(chē)、210km/h電力機(jī)車(chē)、270km/h高速列車(chē)和地鐵等相繼制造出來(lái)。這條生成線(xiàn)的成功運(yùn)行標(biāo)志著我國(guó)鐵路運(yùn)輸行業(yè)車(chē)體制造技術(shù)發(fā)展達(dá)到了一個(gè)新的高度，之后南京、株洲等車(chē)輛廠(chǎng)也陸續(xù)建立了自己的鋁合金車(chē)體生產(chǎn)線(xiàn)，于是我國(guó)進(jìn)入了鋁合金車(chē)體國(guó)產(chǎn)化、批量

35、化生產(chǎn)的時(shí)代，不再依靠進(jìn)口。近年來(lái)隨著我國(guó)綜合國(guó)力的提升，國(guó)家對(duì)鐵路行業(yè)不斷加大投入，給鋁合金車(chē)體制造企業(yè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境，鋁合金車(chē)體的國(guó)產(chǎn)化標(biāo)志著我國(guó)高速動(dòng)車(chē)組制造行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展的階段。3.2 鋁合金車(chē)體的特征優(yōu)異的擠壓特性：鋁合金具有良好的塑性，擠壓成型容易，可以根據(jù)車(chē)體的優(yōu)化設(shè)計(jì)，擠壓出各種復(fù)雜形狀的斷面，寬度還可達(dá)700800mm,長(zhǎng)度可達(dá)30m,隨著大型擠壓型材的開(kāi)發(fā)和研制，車(chē)體各個(gè)部件的制造已由鋼質(zhì)車(chē)體結(jié)構(gòu)那種骨架敷以外板的傳統(tǒng)工藝，改為骨架、外板一體化的大型擠壓型材拼裝新工藝?？梢源蠓鹊販p少焊接工作量，使車(chē)體結(jié)構(gòu)制造工藝大為簡(jiǎn)化，降低制造工時(shí)。優(yōu)良的耐腐蝕性：由于鋁元素和

36、氧元素的親和力很強(qiáng)，在空氣中鋁合金易于氧元素結(jié)合生成致密的氧化物薄膜（AI2O3）,保護(hù)著車(chē)體。因此，鋁合金具有優(yōu)良的耐腐蝕性，車(chē)體可實(shí)現(xiàn)無(wú)涂裝化。這不僅可以降低制造和維修的費(fèi)用，還可以改變操作的條件，減少在車(chē)輛廠(chǎng)停修的時(shí)間，提高車(chē)輛的使用效率，適當(dāng)延長(zhǎng)車(chē)輛的使用壽命。一般而言，鋁合金車(chē)體相比鋼質(zhì)車(chē)體而言，有高達(dá)十年長(zhǎng)的使用壽命?？蓪?shí)現(xiàn)車(chē)體的輕量化：鋁合金的密度比較小，約為鋼的三分之一。如果鋁合金車(chē)體在形狀、尺寸和鋼制車(chē)體完全一樣，那么鋁合金車(chē)體的重量?jī)H為鋼制車(chē)體的三分之一。但為了考慮整個(gè)車(chē)體的剛度和強(qiáng)度，要對(duì)鋁合金車(chē)體的板厚適當(dāng)加強(qiáng)。其結(jié)果是，當(dāng)鋁合金車(chē)體的剛度和強(qiáng)度和鋼質(zhì)車(chē)體差不多時(shí)，鋁合

37、金車(chē)體的重量只有鋼制車(chē)輛的一半左右，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了輕量化。3.3 高速鐵路客車(chē)車(chē)體用的鋁合金材料鋁合金材料種類(lèi)多樣，性能各異，應(yīng)根據(jù)車(chē)體不同位置的需要情況，選擇鋁合金的種類(lèi)。目前，高速鐵路車(chē)體主要采用的鋁合金材料有：Al-Mg系合金、Al-Mg-Si系合金以及Al-Zn-Mg系合金三個(gè)系列。3.4 鋁合金車(chē)體材料的特點(diǎn)3.4.1 擠壓特點(diǎn)鋁合金車(chē)體各大部件采用擠壓加工制造而得到廣泛的應(yīng)用，而且取得了良好的效果，這是因?yàn)閿D壓加工技術(shù)相比于其他壓力加工技術(shù)有很多的優(yōu)點(diǎn)。可以擠壓出復(fù)雜形狀的斷面。鋁合金車(chē)體由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，某些斷面形狀比較復(fù)雜，例如車(chē)體底架結(jié)構(gòu)。擠壓加工不僅能生產(chǎn)出單一形狀的斷面，

38、而且能夠擠壓出變截面、形狀復(fù)雜的型材。所以能夠較好地適應(yīng)鋁合金車(chē)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求?？梢猿浞职l(fā)揮加工金屬的塑性。在擠壓生產(chǎn)過(guò)程中，被擠壓金屬在變形區(qū)能獲得比鍛造、軋制更為強(qiáng)烈和均勻的三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)，使材料本身塑性得以充分發(fā)揮。同時(shí)擠壓過(guò)程對(duì)金屬的力學(xué)性能也有很好的影響。加工范圍廣，制造工藝比較簡(jiǎn)單。對(duì)于不同形狀、種類(lèi)及規(guī)格的部件，只要更換模具就可以在一臺(tái)加工設(shè)備上完成。而且大多數(shù)部件通過(guò)一次性擠壓就可獲得所需的形狀和尺寸，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。擠壓精度可以滿(mǎn)足鋁合金車(chē)體的技術(shù)要求。隨著擠壓模具質(zhì)量的提高和擠壓藝不斷的改進(jìn)，產(chǎn)品的精度和表面質(zhì)量均可滿(mǎn)足車(chē)體結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求，不需再

39、次加工制造工時(shí)大為減少。3.4.2 鋁合金材料的焊接性能焊接方法：大多數(shù)焊接方法均可焊接鋁合金材料，但要想獲得高質(zhì)量的焊接質(zhì)量來(lái)看，氮弧焊是最佳的焊接方法。焊接鋁合金車(chē)體結(jié)構(gòu)的氮弧焊主要有鴇極氮弧焊和熔化極量弧焊兩種。焊絲材料：在鋁合金焊接中，焊絲的選擇主要考慮母材的化學(xué)成分，必須同時(shí)滿(mǎn)足接頭對(duì)抗裂性能和使用性能的要求。因?yàn)樵诤附又写蠖鄶?shù)鋁合金具有不同程度的熱烈傾向，所以通長(zhǎng)為了防止焊接裂紋的產(chǎn)生，我們要根據(jù)母材的化學(xué)成分選擇焊絲。對(duì)于高強(qiáng)度的鋁合金焊接，例如鋁合金車(chē)體受力部件的焊接，應(yīng)采用與母材合金成分完全不相同，但與母材有良好相熔性的焊絲材料，可以獲得良好的抗裂性能。3.4.3 鋁合金焊接

40、的主要問(wèn)題焊縫容易產(chǎn)生夾雜物。鋁合金表面形成的氧化薄膜使鋁合金具有優(yōu)良的耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性，但另一方面給鋁合金的焊接帶來(lái)困難。在焊接過(guò)程中，氧化膜將阻礙金屬之間的較好熔合，容易形成焊縫夾雜物，導(dǎo)致焊縫質(zhì)量下降。容易產(chǎn)生氣孔。氣孔也是鋁合金焊接時(shí)常見(jiàn)的缺陷，與其他金屬材料相比，鋁合金更容易產(chǎn)生氣孔。由于鋁合金中不含碳，因此不存在生成CO2的條件，所以氫是鋁合金焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔的主要原因。焊接熱裂傾向。鋁合金材料的線(xiàn)膨脹系數(shù)比鋼大，所以在焊接時(shí)，由于過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生熱裂紋。除此之外，鋁合金焊接由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)，其顏色無(wú)明顯變化，在焊接過(guò)程中給操作者帶來(lái)很大的困難，無(wú)形中提高了焊接的復(fù)雜程度。3.

41、5 鋁合金車(chē)體結(jié)構(gòu)發(fā)展特點(diǎn)鋁合金車(chē)體結(jié)構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)過(guò)程。開(kāi)始應(yīng)用階段：只是將鋼制車(chē)體骨架和板材換為鋁合金。其性狀和尺寸基本不變，型材的應(yīng)用也相對(duì)簡(jiǎn)單。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，隨著擠壓技術(shù)的大力發(fā)展，大型薄壁、寬幅、空心、形狀復(fù)雜的一體化結(jié)構(gòu)擠壓成功，使鋁合金車(chē)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造進(jìn)入了一個(gè)全新的階段c20世紀(jì)80年代末至今，鋁合金車(chē)體結(jié)構(gòu)更加趨于薄壁化、整體化、合理化。部件數(shù)量更加減少，質(zhì)量有了進(jìn)一步提高。車(chē)體結(jié)構(gòu)全部采用大型中空型擠壓型材。告別了車(chē)體結(jié)構(gòu)上的立柱、補(bǔ)強(qiáng)板、橫梁等一些構(gòu)件。車(chē)窗采用挖洞方法制造，各個(gè)部件在車(chē)體縱向方向上的焊接組成，提高了裝配自動(dòng)化和機(jī)械化程度，使得生產(chǎn)更

42、加快速化、合理化804動(dòng)車(chē)組車(chē)體的三維設(shè)計(jì)4.1 動(dòng)車(chē)組車(chē)體設(shè)計(jì)思路高速動(dòng)車(chē)組車(chē)體不僅需要承受乘客以及各種設(shè)備的重量，而且在運(yùn)行過(guò)程中還要承受縱向、橫向和垂向載荷等動(dòng)態(tài)載荷的作用。因此，車(chē)體結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的剛度，使得安裝在其上的設(shè)備之間的相對(duì)位置在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中保持不變，還可以減小由于剛度不足而引起的振動(dòng)和噪聲，提高旅客乘坐的舒適性；車(chē)體結(jié)構(gòu)也應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，以保證其可靠性和使用壽命；在保證剛度和強(qiáng)度的前提下，盡可能減小車(chē)體質(zhì)量。從安全性方面考慮，車(chē)體底架結(jié)構(gòu)應(yīng)具有易于吸收撞擊能量的特點(diǎn)。4.1.1 設(shè)計(jì)思路高速動(dòng)車(chē)組車(chē)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求高速動(dòng)車(chē)組車(chē)體設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是高速、舒適、安全及結(jié)構(gòu)的輕量

43、化，但這些設(shè)計(jì)目標(biāo)又相互制約，互相矛盾，所以，高速動(dòng)車(chē)組車(chē)體設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足現(xiàn)代車(chē)輛設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下盡可能折中和優(yōu)化這些目標(biāo)。在車(chē)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮以下幾個(gè)要求。車(chē)體強(qiáng)度：為保證車(chē)輛在運(yùn)行中有足夠的強(qiáng)度，必須能承受一定的載荷工況，以符合車(chē)輛的強(qiáng)度設(shè)計(jì)規(guī)范。需校核車(chē)體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)要進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)車(chē)體剛度：這主要是控制車(chē)體的垂向位移和扭轉(zhuǎn)角位移。車(chē)體自振頻率：這與車(chē)輛運(yùn)行品質(zhì)和安全密切相關(guān)，因此，規(guī)范中對(duì)車(chē)體第一階垂向彎曲模態(tài)有一定的限制。車(chē)體的耐碰撞安全防護(hù)：即要求設(shè)計(jì)一個(gè)更強(qiáng)的客室結(jié)構(gòu)，同時(shí)在車(chē)體的非乘客區(qū)設(shè)置能量吸收區(qū)。以吸收撞擊動(dòng)能，保證乘客安全。結(jié)構(gòu)輕量化：在保證安全和使用壽命的

44、前提下，盡量做到結(jié)構(gòu)的輕量化。車(chē)體結(jié)構(gòu)所占車(chē)輛自重的比例很大，因此設(shè)計(jì)時(shí)尤其應(yīng)注意減輕其自重。車(chē)體的相關(guān)技術(shù)車(chē)體的相關(guān)技術(shù)主要有：輕量化、流線(xiàn)型、密封性和隔聲降噪。近年來(lái)人們對(duì)列車(chē)運(yùn)行的速度、舒適性和安全性的要求越來(lái)越高。因此，車(chē)體相關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)就顯得尤為重要。輕量化：高速動(dòng)車(chē)組車(chē)體大多數(shù)采用大型中空鋁合金型材，這些型材組焊成薄壁筒形整體承載結(jié)構(gòu)。主要有底架、側(cè)墻、車(chē)頂、端墻、司機(jī)室（頭車(chē)）以及車(chē)下設(shè)備艙等組成。與傳統(tǒng)的鋼制車(chē)體相比，鋁合金車(chē)體至少減重30%o流線(xiàn)形：結(jié)合空氣動(dòng)力學(xué)等知識(shí)，流線(xiàn)形車(chē)體可以減小空氣阻力、減弱列車(chē)運(yùn)行和交會(huì)壓力波、降低噪音和控制車(chē)內(nèi)氣壓變化。 氣密性技術(shù)：列車(chē)高速運(yùn)

45、行時(shí)，尤其是會(huì)車(chē)和進(jìn)出隧道時(shí)，車(chē)外瞬間產(chǎn)生強(qiáng)烈壓力波。車(chē)體采用氣密性技術(shù)后，會(huì)減弱壓力波動(dòng)，保證乘客的舒適性。 隔聲降噪：優(yōu)化頭型降低氣動(dòng)噪聲；優(yōu)化車(chē)體端部及底架降低噪音等。4.2車(chē)體的設(shè)計(jì)及建模動(dòng)車(chē)組車(chē)體的曲面建模通過(guò)Solidworks三維建模軟件建立，由于動(dòng)車(chē)組中間車(chē)體是由車(chē)頂、側(cè)墻、底架和端墻組成的，所以在三維建模時(shí)，應(yīng)對(duì)各個(gè)部件獨(dú)立建模。而每個(gè)部件又是由不等數(shù)量的大型中空鋁合金型材組成的。因而在建模時(shí)，先對(duì)每一塊鋁合金型材建模，當(dāng)每一部分的型材建模全部完成后，裝配起來(lái)組成一個(gè)部件。最后，各個(gè)部件裝配完畢，整體裝配起來(lái)組裝成一個(gè)完整車(chē)體。4.2.1 建模軟件SolidworksSoli

46、dWorks是世界上第一套基于Windows系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的三維CAD軟件。該軟件以參數(shù)化特征造型為基礎(chǔ)，具有功能強(qiáng)大、易學(xué)、易用的特點(diǎn)，是當(dāng)前最優(yōu)秀的中高檔三維CAD軟件之一?？傮w來(lái)說(shuō)，新一代SolidWorks不僅使得產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上省時(shí)、提高生產(chǎn)力，看起來(lái)效果更好，性能更佳，而且其價(jià)格和平民化設(shè)計(jì)在市場(chǎng)上也將更受歡迎。4.2.2 車(chē)體的設(shè)計(jì)及建模車(chē)體的外形設(shè)計(jì)眾所周知，在列車(chē)行駛速度不變的情況下，高速動(dòng)車(chē)組的阻力由阻力系數(shù)決定阻力系數(shù)。由于受到限界、內(nèi)部裝置和旅客舒適度等原因，導(dǎo)致車(chē)體截面面積，車(chē)體的長(zhǎng)、寬、高變化的余地不太大。所以車(chē)體外形設(shè)計(jì)最重要的是橫斷面形狀設(shè)計(jì)。結(jié)合已有的設(shè)計(jì)資料和相關(guān)的標(biāo)

47、準(zhǔn)要求，在本設(shè)計(jì)中，車(chē)體的橫斷面形狀為鼓形，并且車(chē)身外表面光滑平整，無(wú)突出物。具體設(shè)計(jì)圖如圖4.1所示。從整個(gè)外形上看，整個(gè)車(chē)身橫斷面呈鼓型，即車(chē)頂為圓弧形狀。側(cè)墻上部向內(nèi)傾斜（5。左右），并以圓弧過(guò)渡到車(chē)頂；側(cè)墻下部向外傾斜（5左右），以圓弧過(guò)渡到底架。這種設(shè)計(jì)不但能減小空氣阻力，而且在緩解列車(chē)交會(huì)壓力波、橫向阻力和側(cè)滾力矩方面有重要作用1。車(chē)體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：車(chē)頂?shù)娜S建模車(chē)體的車(chē)頂是由五塊鋁合金型材焊接組裝而成，由于其是對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，所以建模時(shí)只需對(duì)三塊型材建模。裝配時(shí)鏡像部件即可完成車(chē)頂?shù)难b配。車(chē)頂作為車(chē)體整體的一部分，在設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)時(shí)，除了要考慮車(chē)體整體承受的各向載荷外，還要考慮行李架、風(fēng)道、

48、線(xiàn)槽等車(chē)內(nèi)設(shè)備的安裝。這些設(shè)備設(shè)備的安裝都是通過(guò)沿車(chē)體通長(zhǎng)的5道C型槽完成的。除此之外，動(dòng)車(chē)組在維修和安裝車(chē)頂設(shè)備時(shí)，工作人員要在車(chē)頂行走。故車(chē)頂設(shè)計(jì)為拱形結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足工作人員在車(chē)頂維修安裝設(shè)備時(shí)行走但不損毀的強(qiáng)度要求，并且拱形結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的垂向載荷承載能力2。另外結(jié)合車(chē)體整體橫斷面的設(shè)計(jì)情況，確定車(chē)頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖4.2所示。圖4.1車(chē)體結(jié)構(gòu)斷面圖現(xiàn)在以型材1和型材2的具體建模過(guò)程來(lái)說(shuō)明車(chē)頂?shù)慕?。a.型材1的兩端均設(shè)計(jì)成帶有斜度的插頭結(jié)構(gòu)如圖4.3所示，型材2的左側(cè)也設(shè)計(jì)成此種結(jié)構(gòu)，使得構(gòu)成中頂?shù)娜龎K型材之間靠?jī)?nèi)外的兩道V型焊縫（圖4.5）焊接組裝,以確保焊接質(zhì)量。而型材2的右側(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成如圖4.

49、4所示，以便型材2和3之間靠?jī)?nèi)外的兩道角焊（圖4.7）焊接組裝，以此可以調(diào)節(jié)車(chē)頂?shù)目偝叽绾屯庑屋喞.為了方便車(chē)內(nèi)設(shè)備的安裝，每個(gè)型材上均設(shè)有C型槽。其結(jié)構(gòu)如下圖4.6所示。c.車(chē)頂型材的平均壁厚是34mm,空腔內(nèi)筋的平均厚度是2.5mm。在保證車(chē)頂?shù)膹?qiáng)度要求下，滿(mǎn)足車(chē)輛輕量化。型材建模全部完成后，實(shí)施裝配，組成完整的車(chē)頂結(jié)構(gòu)。由于車(chē)頂上部要安裝車(chē)頂設(shè)備，所以還需加工出空調(diào)安裝座、開(kāi)孔和安裝其他設(shè)備的小平頂。最后，得到完整的車(chē)頂圖如圖4.8所小。圖4.3插頭結(jié)構(gòu)1圖4.4插頭結(jié)構(gòu)2圖4.5V型焊縫結(jié)構(gòu)圖4.6C型槽結(jié)構(gòu)圖4.7角焊結(jié)構(gòu)圖4.8車(chē)頂圖側(cè)墻的三維建模結(jié)合整個(gè)車(chē)體橫斷面和車(chē)頂?shù)男螤?/p>

50、，及車(chē)輛的限界要求和已有成型的側(cè)墻結(jié)構(gòu)，確定本設(shè)計(jì)中側(cè)墻結(jié)構(gòu)斷面圖如圖4.9所示。在本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，車(chē)體的側(cè)墻由5塊大型中空鋁合金型材組焊而成。在這五塊型材中，最中間的型材3為窗間型材，在該型材上開(kāi)設(shè)窗戶(hù)。其余的四塊型材為連續(xù)通長(zhǎng)的中空擠壓型材?，F(xiàn)在以上圖中的型材1的建模過(guò)程來(lái)反映整個(gè)側(cè)墻的建模過(guò)程：a,由于要和車(chē)頂?shù)南虏啃筒慕M裝拼焊，所以把該型材的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4.3所示,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成這樣是為了和車(chē)頂型材拼焊，使得兩型材間的焊縫形式為V型焊縫，保證焊接質(zhì)量。b,在車(chē)體的設(shè)計(jì)要求中，由于要保持車(chē)身表面光滑，另外根據(jù)已大致確定的車(chē)身斷面圖，該型材的外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4.10。c.該型材的平均壁厚為3

51、4mm,空內(nèi)筋的平均厚度為2.5mm,在滿(mǎn)足車(chē)體強(qiáng)度要求的前提下，盡量實(shí)施車(chē)體輕量化。d,為了方便車(chē)內(nèi)設(shè)備的安裝，在該型材上開(kāi)設(shè)C型槽。e,型材1下端接頭的形狀設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖所示，主要的原因是考慮與型材2的拼焊問(wèn)題，保證側(cè)墻結(jié)構(gòu)光滑，另外焊縫形式設(shè)計(jì)為V型焊縫，確保焊縫質(zhì)量。其余幾塊型材的設(shè)計(jì)和建模與型材1大致相同。主要的考慮因素是：側(cè)墻整體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、保證型材間的拼焊質(zhì)量和方便安裝車(chē)內(nèi)設(shè)備的C型槽。五塊型材建模完成后，實(shí)施裝配，組成完整的側(cè)墻。由于側(cè)墻上有車(chē)門(mén)、車(chē)窗等結(jié)構(gòu)，另外側(cè)墻的一端上部開(kāi)有與車(chē)頂相配合的空調(diào)新風(fēng)口。所以在裝配體的基礎(chǔ)上，還要開(kāi)設(shè)車(chē)門(mén)、車(chē)窗和空調(diào)新風(fēng)口，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是IC0

52、3車(chē)，在車(chē)體的兩端都有側(cè)門(mén)。建模全部完成后，得到完整的側(cè)墻結(jié)構(gòu)，如圖4.11所示。圖4.11車(chē)體側(cè)墻圖底架的設(shè)計(jì)與建模CRH3動(dòng)車(chē)組的底架由底架前端、地板和邊梁三部分組成，邊梁是縱向貫通部件,長(zhǎng)度和車(chē)體長(zhǎng)度相當(dāng)，地板和底架前端均與邊梁焊接。邊梁的設(shè)計(jì)：由于底架是車(chē)體的主要承載部件，承擔(dān)著車(chē)體的全部重量，導(dǎo)致車(chē)體底架的強(qiáng)度要求非常高。而邊梁作為底架的組成部件，又是連接側(cè)墻和底架的中間結(jié)構(gòu)，所以強(qiáng)度要求更加高。結(jié)合車(chē)體的整體結(jié)構(gòu)及相關(guān)的強(qiáng)度要求，邊梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4.12所示，邊梁型材的平均壁厚是8mm,空腔內(nèi)筋設(shè)計(jì)成5mm,均高于車(chē)體其他部件的壁厚以滿(mǎn)足其強(qiáng)度要求。邊梁的上部結(jié)構(gòu)為帶有斜度的插頭，

53、與側(cè)墻下部型材形成V型焊縫。方便與側(cè)墻的組裝拼焊，保證車(chē)體的整體結(jié)構(gòu)形狀和焊接質(zhì)量。邊梁的左側(cè)結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)大體相同，方便與地板和底架前端的焊接，止匕外，還可調(diào)節(jié)地板的寬度，確保底架整體緊湊、完整。地板的設(shè)計(jì)：地板是底架中最重要的部分，地板不僅要承載車(chē)體、乘客的重量，地板以上還要安裝車(chē)上設(shè)備，地板以下要懸掛車(chē)下設(shè)備，因此，強(qiáng)度要求也非常高。地板由六塊大型擠壓鋁合金型材拼焊裝配而成，并且型材均帶有相同的T型槽，各種車(chē)上及車(chē)下設(shè)備均懸掛安裝于T型槽內(nèi)，不僅安裝方便，而且可靠性很高。下面以六塊型材中的一塊具體介紹建模過(guò)程?？紤]到底架的整體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度要求，型材設(shè)計(jì)如圖4.13所示，型材的整體結(jié)構(gòu)為平直

54、型材，型材右側(cè)設(shè)計(jì)成插頭結(jié)構(gòu)，通過(guò)型材的兩條邊與強(qiáng)大的邊梁搭接角焊，保證連接強(qiáng)度。型材上下部分均有T型槽，方便設(shè)備的安裝。型材左側(cè)設(shè)計(jì)成帶有斜度的插頭結(jié)構(gòu)，方便與其他型材形成V型焊縫，保證焊接質(zhì)量。型材的平均壁厚為34mm,空腔內(nèi)筋的平均厚度是3mm,以保證型材的強(qiáng)度。圖4.12邊梁結(jié)構(gòu)圖其余五塊型材的設(shè)計(jì)與建模與上面介紹的型材大致相同，建模完成后。實(shí)施裝配，組成完整的地板結(jié)構(gòu)。其中，型材2和7,3和6為對(duì)稱(chēng)型材，建模時(shí)只需分別建立個(gè)模型，裝配時(shí)鏡像零件即可。底架作為承載結(jié)構(gòu)的重要部件，強(qiáng)度要求很高，因而焊接質(zhì)量尤為重要。地板通過(guò)地板型材的四條邊與兩個(gè)強(qiáng)大的邊梁搭接角焊，保證了焊接質(zhì)量和強(qiáng)度要

55、求，最終得到底架結(jié)構(gòu)如圖4.14所示。圖4.13底板型材結(jié)構(gòu)圖圖4.14底架結(jié)構(gòu)圖端墻的設(shè)計(jì)及建模端墻就是每個(gè)車(chē)體的兩個(gè)端部，是一個(gè)車(chē)廂和另一個(gè)車(chē)廂的分界線(xiàn)，端墻設(shè)計(jì)里面最重要的就是開(kāi)設(shè)端門(mén)，端墻由門(mén)框、角柱、端墻板和端墻附件構(gòu)成，設(shè)計(jì)圖如圖4.15所示。端墻的結(jié)構(gòu)、形狀主要由車(chē)體外形決定。圖4.15端墻結(jié)構(gòu)圖4.2.3 車(chē)體的裝配車(chē)頂、側(cè)墻、端墻和底架的設(shè)計(jì)建模工作完成后，實(shí)施裝配形成完整的車(chē)體。得到本論文最終的中間車(chē)車(chē)體三維模型后如圖4.16所示。圖4.16車(chē)體裝配圖5受電弓的基本結(jié)構(gòu)受電弓的特性和結(jié)構(gòu)根據(jù)列車(chē)運(yùn)行速度、接觸網(wǎng)形狀、負(fù)荷的大小來(lái)設(shè)計(jì)。但總體來(lái)說(shuō)，一般都由弓頭、框架、底架、傳動(dòng)系統(tǒng)這幾部分組成。目前在我國(guó)，高速動(dòng)車(chē)組采用的受電弓主要有：DSA250型受電弓、SSS400例受電弓、DSA380型受電弓和CX-NG型受電弓。DSA型受電弓的結(jié)構(gòu)如圖5.1所示。圖5.1DSA250型受電弓5.1 弓頭弓頭在受電弓的組成中起著極其重要的作用，其主要組成部件是支持裝置、弓角和滑板等。(1)支持裝置弓頭支持裝置在影響受電弓性能方面起著重要的作用。除牢固、輕便外，弓頭支持裝置必須保證滑板和接觸網(wǎng)接觸平穩(wěn)，在不間斷的振動(dòng)中要具有較高的靈敏度。弓頭與框架的連接通過(guò)圓彈簧、板簧或框架相連。(2)弓角