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轻量化技术在轨道车辆上的应用 摘要 随着我国轨道车辆技术的高速发展,车辆速度的不断提高,轻量化技术的研究迫在眉睫,轻量化技术的意义在于:提高车辆运行速度,节约能源;提高动加速车辆启度和制动减速度;减少车辆对线路的冲击,减轻线路维护的工作量;降低车辆制造成本;轻量化技术己成为车辆设计的一项重要内容,并且有广阔的应用前景。 本文从详细的阐述了轻量化技术在车辆结构和车辆材料上的应用。 关键词 轨道车辆轻量化技术结构材料? 目录 摘? 要 第一章 绪论 第二章 车辆轻量化的意义 第三章 轻量化技术在车辆上的应用 3.1 车辆结构轻量化的必要性 3.2 车辆结构轻量化的途径 第四章 轻量化技术在车辆材料上的应用 4.1车体材料 4.2转向架材料 4.3新一代变流元器件材料SiC 4.4内装材料 4.5风道材料 4.6地板材料 第五章 总结 参考文献 ? 第一章 绪论 车辆的轻量化主要包括车体体积的轻量化,内装的轻量化、设备的轻量化和转向架的轻量化。车体的自身重量在车辆中占据着非常大的比例,一般可达到车辆全身自重的30%左右,降低车体本身的重量是实现车辆轻量化的主要方向,这就是实现车辆轻量化的基础和必要前提。车辆的轻量化并不单单泛指车体上所采用的轻合金化,而是应从对车体整体结构的改善,采用轻质材料(其中包括复合物)这几种途径来加以考虑。 第二章 车辆轻量化的意义 根据目前我国的实际和国情,碳钢车体由于具有制造费用低和容易维护,成熟的安装检修管理体制以及更高的使用寿命等优点,在相当长的一段时间内都将会持续生产,而且200公里每小时的速度限制等级以下将会占到非常大的比重,因此,车体的轻量化设计始终是技术研究的方向。 (1)车辆轻量化对铁路客车速度的提高起着关键的作用。 列车运行时的总走行阻力为： W+Cv2 式中: R——总运行阻力； a、b、C——常数； v——运行速度； W——列车重量； Cv2——空气阻力 由上式我们可知,空气阻力和车辆负荷重量均无关,其它阻力和车辆负荷重量之间呈现成正比即可看出,降低车辆的自重是进一步提高运营速度、实现最有效和经济性的一种措施。 (2)车辆的轻量化对节能具有明显的经济效果 (3)车辆的轻量化可降低车辆制造成本 (4)车辆的轻量化可提高车辆启动加速度与制动减速度 (5)车辆的轻量化对线路的影响 综上所述，车辆轻量化技术应用己成为车辆总体设计研究的一项重要研究内容，并且车辆轻量化技术有着广阔的发展前途和应用前景。 第三章 轻量化技术在车辆结构上的应用 3.1车辆结构轻量化的必要性 车辆能耗涉及到许多因素，其中相当比例能耗与车辆质量有关，具体数值随车辆型式和运营速度不同而不同，运营速度越低，该比例值则越大。瑞典研究人员E．Andersson等的研究表明，X2000高速列车约25％的能耗与车辆质量有关。车体结构是车辆体系中的一个重大部件，因此，减小车体结构质量可有效降低车辆质量。此外，减小车体结构质量，还可以减小对相应设备的能力需求，使得这些设备也可以轻量化，从而可以进一步减小车辆质量和降低车辆能耗。 3.2车辆结构轻量化的途径 近年以来，国内外对车体的结构的优化途径分三种：第一种是对车体板材的厚度尺寸进行优化；第二种是对车体某些零部件的形状和参数进行适当合理的调整优化；第三种是对车体某些零部件进行修改优化或者以更合适的新型结构替代原有结构以达到优化目的。 郑若瑜应用超单元法对某车型的车体结构分为9部分进行优化分析，最终减轻13.45%的重量，达到轻量化的目的。 贺小龙应用BOX-behnken实验设计，采用6种优化方案优化车体结构尺寸，相对于优化前，车体减重168.93kg，达到轻量化的目的。 综合近年国内外关于车体结构轻量化的设计研究来看，大多数的研究都不同程度上取得了轻量化的效果。 第四章 轻量化技术在车辆材料上的应用 4.1车体材料 车体是轨道车辆最基本的系统之一，起承载作用。在满足车体必要的强度条件和刚度条件的情况下，减少车辆自身重量是车辆轻量化技术的重要研究方向。有研究表明车体自身重量占车辆重量的30%左右，所以减少车辆车体自身重量对轻量化有着很明显的效果。目前常用车体强度要求的标准主要有EN12663—2010《铁路车辆车体结构要求》、GB/T7928—2003《地铁车辆通用技术条件》及JISE7106—2006《铁路机车车辆客室结构设计通则》，但是这三种标准对车辆的载荷要求不是完全一样。在保证标准强度不降低的同时，采用新型复合材料来实现减轻车辆自身重量成为轻量化技术的重要研究方向。 4.2转向架材料 轨道车辆转向架系统主要包括构架、驱动单元、轮对轴箱、悬挂系统等。轻量化技术应用主要集中在转向架构架的材料和结构的优化以及设备的布局优化等。目前，国外已成功把构架从传统焊接结构改造为一种碳纤维复合材料