浅谈高速列车轻量化

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1、浅谈高速列车轻量化一.怎么实现列车轻量化列车的高速化，一方面要求提高机车的牵引功率，另一方面要求实现列车的轻量化和采用阻力更小的列车外型设计。新材料的应用是轻量化的最主要和最有效的途径，是发展高速列车最重要的关键技术之一。高速列车的轻量化，从一般意义上理解，似乎只需要采用轻质高强的材料即可解决。但是，实际上问题要复杂得多，绝非一个“轻”字就可解决。高速列车的轻量化，与飞机、航天器乃至汽车的轻量化有很大的不同。相对上述交通工具而言，火车是一种在铁轨上行驶的庞然大物，随着速度的提高，轮轨冲击的加剧和寿命期营运里程的延长，对走行部和车体材料提出的

2、要求更高，需采用比原有材料性能更优异的新材料及更优化的结构。对材料而言，一般来说，除了要求轻质之外，还必须具有更高的强度、模量、韧性、耐磨、耐疲劳、耐老化等性能。对于在列车不同部位使用的材料，还有许多特殊的要求。例如，车轮材料除了要有足够的强度、韧性、耐磨性外，还必须具有耐擦伤剥离的性能；随着列车速度和动能的增大，高速列车的制动盘和闸片除了必须满足制动所需的摩擦特性外，还必须有更好的耐温和耐磨性能;高速带来的冲击、振动和噪声的加剧，要求采用更好的减振降噪元件，其中包括粘弹性能、耐疲劳、耐老化性能更优的橡胶元件，以保证乘坐的安全舒适;而有机高

3、分子材料及其复合材料的使用，还必须考虑其阻燃、无污染、耐老化等问题。凡此等等，高速列车轻量化对材料提出了更为严格更为复杂的要求，开辟了一个新材料研究和应用的新领域。高速列车对轻量化的要求也反映到车体和结构件的设计上。优化结构设计是轻量化的另外一个途径。要求在满足强度和其他使用要求的前提下，通过采用新材料和优化结构来尽可能降低重量。其中包括采用有限元法分析结构件的受力状态和计算应力分布，应用计算机辅助设计优化部件结构，以尽可能减轻结构件的质量。列车轻量化是个系统工程，它包括设计观念、设计方法、新材料选用、试验等诸多方面并贯彻在总体设计、零部件

4、设计、制造工艺、试验鉴定的研制全过程之中。二、列车的轻量化主要从哪几方面入手(1)改变车辆结构参数。采用矮车体(3590~4000mm)并采用鼓型断面，可以减小车辆自重并可减小气动阻力。为加大车内净高，保证旅客有较高的舒适度，宜采取分体式空调或诱导式空调系统。(2)设立列车计算机控制网络。取消以往数量庞大的列车通信(控制)线，设立1对或2对网络线，既可大大减轻列车重量，又可提高通信品质。(3)采用高性能材料。如用高强钢制造转向架，采用铝合金来制造车体及其他承载部件，采用合成蜂窝材料制造车体内装构件，采用高性能轻质的隔热材、送风道以及薄壁不锈

5、钢管、薄壁电缆、合成材料管路等。(1)采用有限元分析等现代方法对车辆及其零部件进行结构设计优化，以最轻的重量取得最大的强度和刚度;采用现代湍流理论对车体外形进行优化，以期取得最小的气动阻力和良好的侧风稳定性等。(2)采用集成化、模块化设计。以最小的体积来实现规定的功能。三、列车上可采用的轻量化材料有哪些？各有什么特点？1、高速列车使用的轻量化材料主要有:⑴高强度钢(屈服限300MPa级、400MPa级、500MPa级或更高)。主要用于制造转向架部件。我国现在只采用300MPa级的Q345钢和16Mno(2)铝、镁合金。市于铝合金强度/质量比

6、高(超过3倍)，特别是现代大型空心薄壁铝材轧制技术的完善，铝合金成为制造高速列车车体最理想的材料。由大型空心型材组成的车体较钢车体可减少1/2质量。此外，铝、镁合金也在车内结构件、管线、风道、压力容器、装饰件等方面得到广泛的应用。近年来，国外有用镁合金、钛合金等航空材料代替铝合金来制造车体骨架的尝试，英质量只有铝合金的66%,减重效果更加明显。(3)不锈钢。不锈钢的强度范围广(有200MPa级＞300MPa级、400MPa级或更高的600MPa级)、装饰性好且不锈蚀。由于不易解决车体气密性问题，故不锈钢只用于制造200km/h速度级列车的车

7、体，比普通碳素钢车体可减重1/3O在高速列车上主要用于制造车内承载件和装饰件。(2)蜂窝材料。蜂窝板材通常市上下面板和蜂窝芯材组成。由于蜂窝芯材密度极小(约只有同厚度材料的1/10),重量轻、刚度大，而且具有优良的隔音、隔热性能，故在高速列车的内装结构上得到广泛的应用，如用于地板、顶板、间壁、设备舱底板、舱门等。由于用不同材料制造，蜂窝分铝蜂窝、芳沦蜂窝、玻璃钢蜂窝、碳纤维防外窝等。有时面材和芯材也用不同材料，为复合蜂窝，例如，飞机地板就采用单向碳纤维面板、芳沦蜂窝芯的复合蜂窝板，其强度、刚度和抗冲击能力极好。在蜂窝的装饰面可用粘贴、真空吸

8、附等方法覆装饰膜，装饰效果很好。(3)玻璃钢。玻璃钢有不腐蚀、易成型、重量轻的特点。在高速列车上主要用于制造复杂曲面装饰板。市于高速列车有轻量化要求，通常不采用手糊方式制造，而是