动车组概论2(车体机械)研讨.ppt

第二章 动车组车体技术 第一节 流线形车体结构 第二节 动车组车体的轻量化设计 第三节 车体的密封隔声技术 第一节 流线形车体结构 一、列车空气动力学 二、动车组头型设计 三、动车组车身外型设计 一、列车空气动力学 随着列车运行速度的提高，周围空气的动力作用一方面对列车和列车运行性能产生影响；同时，列车高速运行引起的气动现象对周围环境也产生影响，这就是高速列车的空气动力学问题,其主要涉及以下方面: 动车组运行中列车的表面压力 动车组会车时列车的表面压力 ?动车组通过隧道时的表面压力 列车风的影响 空气动力学的力和力矩 1.动车组运行中列车的表面压力 从风洞试验结果来看，列车表面压力可以分为三个区域： （1）头车鼻尖部位正对来流方向为正压区； （2）车头部附近的高负压区：从鼻尖向上及向两侧，正压逐渐减小变为负压，到接近与车身连接处的顶部与侧面，负压达最大值； （3）头车车身、拖车和尾车车身为低负压区。 ? 2.动车组会车时列车的表面压力 列车交会时产生的最大压力脉动值是评价列车气动外形优劣的一项指标。 在一运行列车与另一静止不动的列车会车时，以及两列等速或不等速相对运行的列车会车时，将在两列相对运行列车一侧的侧墙上引起压力波。 影响动车组会车压力波幅值大小的6个因素： (1)随着会车速度的大幅度提高，会车压力波幅值将急剧增大，如图所示。 (2)会车压力波幅值随着头部长细比的增大而近似线性地减小。 (3)会车压力波幅值随会车动车组侧墙间距增大而显著减小。 (4)会车压力波幅值随会车长度增大而近似成线性地明显增大。 (5)会车压力波幅值随侧墙高度增大而逐渐减小。 (6)高、中速列车会车时，中速车的压力波幅值远大于高速车(一般高1.8倍以上)。 表面压力幅值的影响因素(5个)： 列车速度V （主要因素）； 堵塞系数η （主要因素）(列车横截面积与隧道横截面积的比值)； 单列车进入隧道时： 与列车速度的平方成正比，与堵塞系数η的（1.05～1.55）次方成正比。 两列车在隧道内高速会车时： 与堵塞系数η的（2.1～2.22）次方成正比。 列车长度； 长细比(亦称头型系数，即车头前端鼻形部位长度与车头后部车身断面半径之比）； 列车侧面和隧道侧面的摩擦系数。 4.列车风的影响 当列车高速行驶时，在线路附近产生空气运动，即列车风。 高速列车通过隧道时，列车风约与列车速度成正比。列车风将使得道旁的工人失去平衡、固定不牢的设备被吹落等，造成危险。 国外有些铁路规定，在列车速度高于160km/h行驶时不允许铁路员工进入隧道。 5.列车空气动力学的力和力矩 如图所示，作用于车辆上的空气动力学的力和力矩，其中有：空气阻力、上升力、横向力，以及纵向摆动力矩、扭摆力矩和侧滚力矩。 不同速度下的空气阻力所占比例： 速度为100km/h时，空气阻力和机械阻力各占一半； 速度提高到200km/h时，空气阻力占70％，机械阻力只占30％； 250km/h速度平稳运行时，空气阻力约占列车总阻力的80～90％以上。 二、动车组头型设计 1.头型设计的基本要求 头型设计考虑的两个基本参数是阻力系数和长细比。 (1)阻力系数C 例如：德国ICE列车技术任务书中规定： 列车前端的驱动头车空气阻力系数C＝0.17； 列车末端的驱动头车空气阻力系数C＝0.19。 (2)长细比γ（头型系数） 长细比，即车头前端鼻形部位长度与车头后部车身断面半径之比。 高速列车头部的长细比一般要求达到3左右或者更大。 头、尾车阻力系数与长细比γ直接有关，如图所示： 2.动车组头部流线化设计 (1)头部纵向对称面上的外形轮廓线设计 在满足司机室净空高、前窗几何尺寸、玻璃形状、了望等条件下，尽可能降低该轮廓线的垂向高度，使头部趋于扁形，这样可以减小压力波，并改善尾部涡流影响 将端部鼻锥部分设计成椭圆形状，可以减少列车运行时的空气阻力 (2) 俯视图最大轮廓线形设计 满足司机室的宽度要求 将鼻锥部分设计为带锥度的椭圆形状。 设计凹槽形的导流板，将气流引向车头两侧。 (3)头部外形与车身外形过渡 头部外形中，任意选取的两曲面之间要严格相切 头部外形与车身外形严格相切 1.整个车身断面呈鼓形，即: 车顶为圆弧形，侧墙下部向内倾斜（5o左右）并以圆弧过渡到底架 侧墙上部向内倾斜（3o左右）并以圆弧过渡到车顶。 2.采用裙板遮挡车下设备，以减少空气阻力，也可防止高速运行带来的沙石击打车下