轻量化技术

动车组轻量化技术1.动车组轻量化的意义1.1减小列车的阻力减小列车的阻力，主要是运行阻力。运行阻力一般表达式为（其中a，b，c是对应于车辆的常数，v为速度，W是车辆重量），故轻量化能使运行阻力下降。1.2节约牵引能能量的节约主要是由于减小了列车阻力，使加减速及高速运行时所需要的牵引力减小。据统计，京津高速铁路平均每人耗电7.5度（全长120公里，CRH3，350公里/小时，29分钟）。2)(vcWvba1.3减少制动能耗轻量化对减轻制动的负担有很大的效果。1.4环境保护—减轻噪声和振动日本300系列高速列车，在车速270km/h时，25m远处噪声为25dB。1.5降低了线路的维护保养费用自身重量降低，给线路带来的压力就越小，从而降低了线路的维护保养费用。1.6提高了车辆的运行平稳性由于轻量化对运行稳定指标的轮重、横压有所减轻，使轴重变化范围小以及横压减少，从而改善了高速时的运行稳定性。2.动车组轻量化的历史早在1894年，美国在动车组中就采用过铝制座椅；1898年法国北部铁道就在客车上安装了铝制窗框。这是在车辆上应用铝的开端，对减轻自重是微不足道的。到1903年英国兰开夏和纽克夏铁路电气化时，为满足利物浦市内高架区间的轴重限制，电动车的外板及内装饰件采用了轻合金材料。1923年以来，美国开始在市郊电车上采用了轻合金外板、顶板、车门、风道及座椅配件客车上也采用了铝结构板材。这些也只不过是实现了铝合金在车辆上的应用，还谈不上车辆的轻量化设计。•车辆的轻量化设计开始于第二次世界大战以前，主要是以内燃动车为中心发展起来的。内燃动力因功率所限，要求减辆自重。•在客车方面欧洲就比较重视轻量化设计，早在三十年代就始于瑞士。该国铁路坡道比较多，有的坡度竟达120‰。当时由于机车牵引能力有限，故相当重视客车的轻量化。在木制车向钢制车转变的时期，车体骨架为铆接钢结构，在将其改变为焊接结构的同时，又将轻合金用于车内设备，使自重由38吨降为36吨。但这种努力对减轻自重是有限的。瑞士国营铁路基于新的设计思想，1932年决定制造整体承载的薄壳结构客车，1934年制造出轻量结构车体，以此为基础进行了载荷试验和各种研究。至1937年试制了辆编组的一列轻量化客车。这种客车除车体外，也改进了转向架的结构。从1933年旧型客车的自重37.8吨减到了27.1吨，取得了10.7吨的轻量效果，开创了钢制车轻量化设计的先例。3.车体的轻量化设计3.1设计要求车体结构既要满足轻量化的要求又必须保证结构的强度和刚度要求以及高寿命的安全度和可靠性要求。设计寿命达到20年以上。3.2轻量化措施普通速度车体结构的自重在14t左右，而国外高速客车车体结构重量为10t左右。总体上看，实现结构轻量化的主要途径有两个：一是采用新材料，二是合理优化结构设计。3.3车体轻量化材料–耐候钢车体–不锈钢车体–铝合金车体•记忆合金1•记忆合金2•隐形材料3.4轻量化结构铝合金车体的三种结构:–大型中空挤压铝型材焊接结构–采用航空骨架式铝合金车体结构–大型中空挤压铝型材与开口型材的混合结构采用航空骨架式铝合金车体结构采用大型中空挤压铝型材焊接结构3.4其它设备的轻量化日本100系采用直流牵引电机，每台重量为825kg(功率为230kw)，而300系采用交流感应电机后，每台重量仅为390kg(功率增至300kw)。德国（ICE3）的主变压器铁芯采用优质铁－铝合金，又将铜编线改为铝编线，冷却使用硅油，这样其总重由11.5吨降为7吨等等。4.转向架轻量化技术降低转向架自重是高速转向架技术开发的一个重要方面，它对改善车辆振动性能和减小轮轨之间的动力作用均具有显著效果。国外高速转向架轻量化的主要措施之一是采用无摇枕结构，此外还有很多轻量化措施：•209型系列客车转向架的一种，120km/h；•用于23.6m和25.5m客车上；•结构简单，性能可靠，检修方便。组成：•构架；•轮对轴箱弹簧装置；•摇枕弹簧装置；•基础制动装置。动力转向架拖车转向架4.1构架结构轻量化。采用焊接构架可比铸钢结构减重50％左右。4.2轮对轻量化。采用空心车轴和小直径车轮；采用S形薄辐板车轮。德国MBB公司研制了玻璃钢（FRP）轮心，车轮由钢质车箍、FRP轮心和钢质轮毂三部分组成，其簧下质量至少降低了20％（100Kg左右）；采用双排圆锥滚子轴承，同时承受径向和轴向载荷，其重量只有40Kg，约为日本新干线原用轴承重量的一半。4.3轴箱和齿轮箱的轻量化轴箱和齿轮箱采用铝合金制作。铝合金轴箱的重量只有原来的40％左右，齿轮箱亦减到原来的56％。通过对车体结构、转向架结构、车内设备及其它设备从选材和结构优化设计上采取措施，可使车辆自重（轴重）明显降低。5.黏着问题5.1牵引力的产生接触网电能受电弓变压器变流装置牵引电动机牵引齿轮使动能获得扭矩。5.2黏着系数