中国标准250km/h动车组铝合金车体结构设计研究

毛哲骞 吕昊

中车长春轨道客车股份有限公司

一、概述

随着高铁技术的不断创新，中国标准动车组的设计在时速、性能、安全等方面都有了显著的提高。动车组的车体设计采用了铝合金车体结构，具有轻量化，强度高，耐腐蚀等诸多优点。以中国标准250km/h动车组铝合金车体为例，研究铝合金车体的发展现状及结构特点。

二、铝合金车体结构概述

（一）铝合金车体

中国标准250km/h动车组车体承载结构采用与车体基本等长轻薄优质的大型中空铝合金型材组焊而成，为统一的薄壁筒型整体承载结构。主要由底架、侧墙、车顶、端墙等结构组成。焊接方式采用对接和搭接的连接方式。同时，为了达到最优性能，在车头结构设计和材料选择等方面都遵循了空气动力学原理，使其发挥最大作用。

（二）铝合金车体结构组成

1.底架结构

底架主要由两大部分组成，底架端部结构和底架中部结构，底架中部结构包括地板和边梁组成，地板与边梁焊接，纵向贯通。底架两端为底架端部结构，集成有车钩安装座、电气连接安装空间以及风挡安装接口。

2.侧墙结构

侧墙由侧墙上部型材、侧墙下部型材、窗口下部型材、窗口上部型材、侧窗型材五块大型中空铝型材拼焊而成，各车侧墙的外部轮廓及型材断面组成均相同。侧墙集成有车门、车窗、新风口、外显等开口，车门两侧焊有门立柱用于补强及安装塞拉门设备。

3.车顶结构

车顶由车顶型材、端部过渡连接型材等构成,提供空调机组、新风口及车顶电气部件等设备的安装接口。

4.端墙结构

端墙主要由端墙板、两侧端角柱、弯梁组成，端墙外轮廓型材上集成有与车顶及侧墙连接的接口。

（三）车体强度要求

为了确定铝合金车体承载结构在运用载荷作用下具有的承载能力，保证在超常和运营载荷工况下车体结构的安全性和可靠性。执行标准满足EN 12663标准的要求。

三、铝合金车体结构设计

（一）轻量化设计

在对整车轻量化设计的同时要综合考虑到低噪声、低振动以及良好的稳定性和可靠性。通过对铝合金车体的结构优化设计，采用先进的铝车体结构和轻量化材料来实现整车的降重。

由于动车组每节车体较长，铝合金车体使用大量金属材料，为保障所使用材料的强度和耐用度，并降低车体的重量，在结构设计时应选用轻量化材料并尽可能减少型材内部加强筋数量，以达到减轻重量的目的。

为使动车组的整体重量得到进一步减轻，也可以考虑将较厚的型材减薄，对型材结构及选用的材料进行优化，使铝车体结构的材料厚度得到减小从而减轻了车体的重量。

另外，动车组车头的结构设计不仅要考虑实用性，也要考虑美观性，因此在制造成本和材料的选取方面都要适应未来高速动车组的发展趋势。

（二）铝车体结构的静强度试验及分析

通过对标准动车组车体铝结构的静强度试验分析，当铝车体静强度的试验值与测量值趋势相同，所计算的数据的低于规定的标准数据，测量应力小于许用应力时，则表示该动车组的车体结构设计符合规定的标准，车体的安全性和可靠性才能够达到设计要求，这也是保证车辆安全的重要依据。

总结：综上所述，中国标准250km/h动车组铝合金车体在结构设计时，必须结合动车组车体的结构特点和发展现状，按照设计标准和试验规定的要求，在保证车体安全稳定的前提下进行结构改进和优化。因此，仍需要在研究和设计过程中仍需要不断创新，引进新技术和新理念，在保证车辆安全运行的同时，促进动车组铝合金车体不断向前发展，为中国标准动车组的研发设计做好充足的准备。