车辆工程动车总体结构设计 36页

'车辆工程动车总体结构设计第1章绪论1.1动车的概述所谓动车就是由动力车和拖车或全部由若干动力车长期固定地连挂在一起组成的车组，1964年10月1日，世界第一条高速铁路——日本的东海道新干线正式投入运营，时速达到210km/h，突破了保持多年的铁路运行速度的世界纪录，从东京至大阪只需运行3小时10分钟。之后，法国在1981年建成了它的第一条高速铁路TGV东南线，列车时速达到270km/h；后来又建成了TGV大西洋线，时速达到300km/h；1990年5月13日试验的最高速度已达到515.3km/h，可使运营速度达到400km/h。生产力的发展，社会的进步，呼唤速度更快，容量更大的现代交通运输方式，这种需求为现代交通运输方式的发展提供了技术条件和市场；而现代交通运输的发展又大大促进了生产力的发展和社会进步。运输市场的竞争最主要的就是速度的竞争，21世纪的航空业大发展，高速公路异军突起，高速铁路方兴未艾的社会背景，必须把速度作为参与市场竞争的主要手段，并努力提高自身的运行速度。由于铁路运输具有速度快，运量大，能耗低，污染轻，安全性好等优点，因此一直都是世界各国现代化交通运输体系中最为总要的手段，在国民经济的发展过程中起着“中流砥柱”的作用。世界上许多发达国家为了促进经济的发展，一直通过提升本国轨道交通技术装备现代化水平，不断提高机车车辆的运行速度，打造本国的高速列车。高速列车是当今世界高新技术的集成，包括高速轮轨关系，高速转向架，大功率牵引，制动控制，列车运行控制，空气动力学工程，可靠性和安全性等高科技术。动车主要在中国新建的300km/h速度等级的客运专线上运营，并能在中国铁路200km/h速度等级新建的客运专线上以200km/h速度级正常运行,下面将对动车的国内外的发展做简要的介绍。1.国外动车的发展1964年10月1日，世界第一条高速铁路东京——大阪的东海道新干线建成通车，最高速度210km/h；相继建成山阳、东北、上越、长野等新干线，形成了纵贯日本本土的高速铁路网，最高运行速度达到300km/h。法国TGV高速列车，1969年11月，法国研制成功了第一代ETG型燃气轮动车组，最高试验速度达到248km/h。最高速度300km/h，线路最高试验速度515.3km/h。德国ICE高速列车于1985年试制成功2动3拖ICE/V试验型高速电动车组。同年试验最高速度达317km/h。1988年5月ICE/V型列车又在汉诺威——维尔茨堡新建高速线上创造了406km/h的世界速度最高记录。瑞典X2000型摆式高速列车，首先是采用主动式倾摆车体技术；其次是采用径向自导向转向架技术；第三个技术是采用三相交流传动技术，这也是当今世界上高速列车普遍采用的先进技术。韩国KTX、HST型高速列车，以310km/h的运行速度进行了试验后，280km/h的最高运营速度得到正式批准，路线为汉城——釜山。2.我国动车的发展XXXVI 从1998年我国第一列动车在南昌铁路局运营以来，目前已有几十列动车奔驰在全国万里铁道线上，成为铁路运输一道亮丽的风景。动车的运营，不仅为我国中短途客运增加了一种新型的铁路交通工具，更重要的是它为铁路运输带来了新的活力。动车虽然在我国真正投入商业运营的时间并不长，但其良好的发展前景已被国内外普遍看好。国外经验表明，除了中长途运输外，在中短途运输、大城市近郊、大城市与卫星城市之间，铁路客运的作用仍然不可忽视。随着我国城市化进程的持续发展和城市化水平的不断提高，城市的数量不仅要增加，城市的规模也在不断扩大，未来城际间的客运市场潜力巨大。蓝箭：由蓝、灰、白三色组成，型号为“蓝箭”的流线型交流传动电动车组由一个动力车、六个拖车（其中一辆为控制拖车）组成，设计最高时速为305公里。中原之星：是160km/h动力分散型交流传动电动车组是为了满足人们对舒适、快捷的旅客运输越来越高的要求而诞生的。中华之星：是采用交直交电力牵引，由分别编组在头部和尾部的两个动力车以前拉后推的方式推挽运行；列车由2辆动力车和9辆拖车组成，中间拖车包括2辆一等座车，6辆二等座车，最高运营速度为270km/h。“先锋”号：是我国第一列时速200公里的电动列车车组，“先锋”号是我国首列动力分散型交流传动电动车组，也是目前国内速度最高的电动车组。它由两个单元组成，每个单元3节车厢，其中两节车自带动力，另一节车为拖车。1.2现有动车的整体概括1.2.1供电系统以下是300km/h时动车的供电系统：供电制式：单相交流25kV、频率50Hz供电方式：AT2×25kV、直接1×25kV接触网电压：标称电压25kV；长期最高电压27.5kV；瞬时（5min）最高电压29kV；设计最低工作电压20kV；瞬时（10min）最低电压17.5kV。接触网采用全补偿简单链型悬挂或全补偿弹性链型悬挂。接触线额定张力：不小于25kN。接触线悬挂点高度：5300mm。接触线最低点高度：不小于5150mm。接触网结构高度：不小于1400mm。接触线高度变化:CRH3能在满足250km/h条件的网下以250～300km/h运行，但有限制：接触网名义高度为5300mm和接触网名义高度公差为-0mm/+30mm。接触网跨距:标准跨距60m。最大跨距不小于65m。最小跨距不小于8m。高速正线接触线采用铜合金材质导线。接触线最大风时对受电弓中心的偏移不大于400mm。分相供电区长度23～58km。相分段上的中性段总长度不大于190m,其中，无电区长度约为100m。列车过分相为自动实施过分相作业。1.2.2动车主要参数及配置1．编组结构动车由8辆车组成，其中4辆动车4辆拖车；首尾车辆设有司机室，可双向驾驶，两列动车组可连挂运行，编成后结构如下图1-1。XXXVI 图1-1编成结构2．车辆尺寸及重量总长：201.4m头车长度：25.7m中间车长度：25m车体宽度：3.38m车体高度：3.7m适应站台高度：1.25m编组总重为：345t3．车内布置全列车有1辆一等车和7辆二等车。一等车内座椅2+2布置，二等车2+3布置。座席为旋转式可调靠背座席。一等车座席宽475mm，座间距1160mm，过道宽600mm二等车座席宽440mm，座间距980mm，过道宽600mm。全列车定员610人，一等车座席51人，二等车座席504人，二等座车/餐车座席55人，定员布置如下表1-1。表1-1定员布置车厢顺位12345678定员5510085100551005164(1)车厢布置，在单号车厢内设卫生间、小便间和盥洗室，5号车为餐车、座合造车，设置咖啡机、微波炉、冰箱等，设置饮食用简易餐桌､椅子，设置可以提供饮食服务的区域，设置广播、联络电话设备。(2)各车设有广播系统，设视频系统。(3)单号车厢设有带滑门的坐式厕所、洗面室及带折叠门结构的小便室，在厕所设置节水型清水冲洗式污物处理装置的便器设备、洗手器、紧急呼叫按钮、厕所纸支架（带备用厕所纸盒）、镜子、垃圾桶、便座垫支架、物品架及排气装置；7号车坐式厕所还设置用于更换尿布的折叠床及带温水冲洗下身装置的便座；各厕所装有带检测传感器的臭氧发生除臭器；为残疾人设一个座式厕所；污物箱容积：700升（两车一个）；水箱容积：700升（两车一个）。(4)门窗客室分隔门设置使用光电开关检测的自动开关电动式分隔滑门；通道滑门，对于8辆编组，在2～8号车的通道车端部设置有防火性能的不锈钢材质的手动开关门（采用1mm的不锈钢板）,门在全开、全闭时可锁闭。4．空调空调装置采用准集中式空调系统，R22制冷剂。具备空气高低压开关保护功能。5．车端设备(1)车钩缓冲装置动车两端设有全自动车钩，带空气连接和电气连接器，可在司机室操纵两列动车组之间进行自动联挂,车辆间设密接式车钩装置、风挡及空气、电的连接设施等，主要技术参数如下：压缩载荷：约310t（约3040kN）拉伸载荷：约160t（约1570kN）XXXVI 车钩中心高度：轨道面上1000mm。救援回送时采用过渡车钩。(2)车间连接风挡：内风挡为密封式橡胶风挡。衰减系数50kN/m/sec左右。(3)其他连接:包括高压/低压电缆、控制和通信线以及动车组空气管路。6．车体结构车体采用铝合金结构，车门处地板距轨面高度1300mm，侧门采用滑门，不设脚蹬。动车组适应站台高度：1100mm～1200mm。7．转向架转向架为两轴无摇枕转向架，一系悬挂采用单组钢弹簧及单侧拉板定位，二系悬挂采用空气弹簧及橡胶堆。磨耗形车轮踏面。主要技术参数如下：最大轴重：14t以下固定轴距：2500mm车轮直径：φ860mm　(磨耗到限φ790mm)动力转向架重量：7.5t以下拖车转向架重量：7.0t以下8．制动系统紧急制动使各车产生按速度进行两级调整的纯空气制动作用：160～200km/h速度区段为低压（约0.6m/s2减速度）；160km/h以下速度区段为高压（约0.778m/s2减速度）。在平直道定员载荷下紧急制动距离：200km/h时不超过2000m；160km/h时不超过1400m，常用制动时平均减速度为0.8m/s2，全列动车组在30‰坡道定员载荷下能安全停放不溜车。本设计的主要内容本设计致力于动车车体钢结构的设计，主要是端墙、侧墙、车顶的结构、选材及各部分的强度校核，还对制动系统和转向架等部分装置构造的选型进行了比较，并对制动系统的参数进行了计算。第2章车体结构设计2.1概述2.1.1车体的简介XXXVI 300公里速度级动车车体是主要采用通长大型中空铝合金挤压型材组焊而成的薄壁筒型整体承载结构，由司机室，底架、车顶、侧墙、端墙及车体各附件等组成，考虑其强度、刚度的关系，图2-1为车体断面结构。2.1.1概要车体・底架是由具有气密载荷为8.0KPa的耐压性能的铝合金构造构成。图2-1车体断面构造侧墙（车体结构）及车顶车体是为了提高生产率和车体的刚性，采用了由中空框架断面的大型型材构成的，厚度为50mm的双壳车体。因此省略了侧柱、车顶弯梁等内部骨架，使零部件数量达到最小化，减少了外表面的变形。另外，在一部分的中空框架内部，为了减少车体的振动和车内噪音而填加了防振材料；端墙是由外板和骨架经焊接后构成的单外壳结构，在1号车、3号车、5号车、7号车的后部都设置了厕所的搬入口，采用螺栓固定在盖板上的构造。由表及里入口的底架断面采用横梁上面由带加强筋的大型挤压型材作为气密地板构造。2.1.2车体的主要参数长度：24500mm（中间车体）25450mm（车头）宽度：3380mm高度：3700mm转向架中心距：17500mm地板面距高度：1300mm车钩距轨面高度：1000mm编组总重为：345t2.1.3车体主要材料车头、端墙：A5083P-0底架补强板：A7N01P-T4侧墙、车顶、底架:A6N01S-T5底架：A7N01S-T52.2车体的主要结构2.2.1侧墙结构侧墙结构使用大型中空桁架结构的压制型材，以省略客车内侧的侧立柱。同型型材间的焊接在车体长度方向采用连续焊接。但侧墙和车体、侧墙和侧梁间的结合在车内侧用点固焊，车外侧用连续焊。关于侧部的出入口，考虑低噪音化，对侧门的柱门采用压制型材的形状。在侧门外部为确保侧门的拉开空间，使用在外板上整体成形的带筋压制型材，以下将对侧墙进行受力分析。由于侧墙结构受力只受车体自重、列车载重、整备重量，可以算出侧墙受力的总的大小。其自重为48.0t，定员重量为56t，客车所受总的载荷：F=48+56=104t根据对车体总体受力分析，侧墙和底架共同承受车体总载荷，而底架受力占全部力的70%，所以，侧墙受力为剩下的30%。XXXVI 此时，动车侧墙所受载荷为：(t)动车侧墙所受力为：(kN)图2-2受力分析图312(kN)(mm)(2-1)=（312/25000）×103=12.48(kN/m)支反力(kN)取距左端（横坐标的原点）为x的任意横截面,按该截面左边梁段上的外力直接计算此截面上的剪力和弯矩，即得梁的剪力方程和弯矩方程分别为：(2-2)=31.2(kN)(2-3)=156×10-12.48×5=1544.6(kN·m)可知Q(x)是x的线性函数，因此剪力图为一斜直线，只需确定其上两点（取Q(0)=ql/2,Q(l)=-ql/2），可绘出剪力图2-3。2-3剪力图XXXVI 得知M(x)是x的二次函数，弯矩图为二次抛物线，确定其上三个点。对于梁的两端有M(0)=0及M(l)=0,因为外力对称于跨度中点，故抛物线顶点必在跨中，据此可绘出弯矩图2-4。2-4弯矩图横向力弯曲时，梁的内力除弯矩外还有剪力，因而横截面上也就存在剪引力。对剪引力在横截面上的分布作基本符合实际的假定，利用分离体的平衡条件得出的弯曲剪引力公式。由于上侧梁材质为冷弯矩形钢管，故其横断面积为矩形截面。设横向力作用在矩形截面梁的纵向对称平面内图2-5，则任一截面的剪引力Q必位于对称轴y上图2-6，通常横截面的宽度b总是比高度h小。在这种情况下，对剪引力在横截面上的分布规律可作两个假设：（1）各点处剪引力的方向均与截面侧边平行；（2）剪引力沿截面宽度均匀分布，其分布图为图2-5和图2-6。图2-5上侧梁受力图2-6单元体受力根据矩形剪引力的计算公式。XXXVI (2-4)于是有：(2-5)图2-7为上侧梁矩形钢管横截面。图2-7上侧梁矩形钢管横截面已知H=140mmB=100mm厚度为5mm由mmmm(m2)通过以上的计算可以明确看出：在设计中侧墙所受力完全大于在实际运行中所受的力，在实际运行是所受的力只要在侧墙的弯矩为1544就可以，在实际设计中远大于实际所受力，所以侧墙设计可行。2.2.2端墙结构端墙由外板和骨架经焊接后构成的单外壳结构，在1号车、3号车、5号车、7号车的后部都设置了厕所FRP的搬入口采用螺栓固定在盖板上的构造。在车体两端设有厕所的端墙车体是由t4外板构成，减少了骨架数量，并在搬入厕所FRP单元设置了开口，在搬入该单元后，用螺栓安装t2.5铝外板和构架焊接成的隔断板，并充填密封材料以保持气密，是为了方便厕所FRP单元的搬入、所以把开口设计到2440mm×2150mm的大小。1.端墙的结构受力分析(1)考虑到为防止撞车时发生“套筒”现象，端墙的顶部和两侧结构强度较大，因此，端墙板(矩形板)与上述部位的连接处可简化为固定边；(2)端墙板下端与端粱的联结也可视为固定边约束；(3)中部有立柱(包括折棚柱)与端墙板固结在一起，立柱的上下端分别与顶部端墙(包括上端粱)和端梁(缓冲梁)连结，可简化为两端筒支；(4)端墙板上的小横梁可以简化为板的一部分，把其刚度折算进板的刚度；(5)由端墙板几何尺寸的比例关系，可以把端墙板看作矩形薄板。结构对称，在分析时仅考虑结构的一半，由于端立柱突出于端墙板面，所以撞车时冲击载荷首先作用在立柱上。XXXVI 端墙在动车运行时受到自然界风力的作用，当风向垂直与车体端墙时，车体所受的的侧向风力最大。风力按单位风压力乘以车体的侧向投影面积来计算；单位风压力取为5.5MP。为便于计算，在此假定风向垂直于车体侧壁，投影面积既为侧墙的总体面积24500×3700（24500mm长度，3700mm高度），则：(2-6)(N)2.辆载重引起的垂向载荷车辆载重对端墙的静侧压力下图，载重对端墙的力，车辆定员为100人，假设车辆满座，平均每人重量为60Kg，则力:=40800（kN）(2-7)受力分析图2-8。图2-8受力分析3.上端梁剪力和弯矩上端梁必须满足翻车机作业要求，此时在上端梁的任何位置上承受均布于200mm长度上的120kN垂直力，对于上端梁所受剪力及弯矩受力图如图2-9。XXXVI 图2-9上端梁受力因为kN，mm；根据公式（2-1），得：(kN/m)由对称关系可知此梁的支反力：(kN)取距左端（横坐标的原点）为x的任意横截面，按该截面左边梁段上的外力直接计算此截面上的剪力和弯矩，由公式(2-2)、(2-3)，得梁的剪力方程和弯矩方程分别为：(2-8)（x取100mm）（KN）(2-9)(kN.m)可绘出剪力图2-10。2-10端梁剪力图XXXVI 由式(2-9)得知M(x)是x的二次函数，弯矩图为二次抛物线，确定其上三个点。对于梁的两端有M(0)=0及M(l)=0,因为外力对称于跨度中点，故抛物线顶点必在跨中，该横截面上的弯矩M(l/2)==15(kN/m)。据此可绘出弯矩图2-11。图2-11端梁的弯矩4.上端梁的剪引力及其强度根据剪应力的计算公式：(2-10)上端梁矩形钢管横截面如2-12：图2-12上端梁矩形钢管截面知道H=140mm；B=100mm;厚度为4mm；所以：b=100-10=90mm;h=140-10=130mm;(m2)解出(2-11)=232.2(MPa)<[τ]=345(MPa)所以满足强度条件。2.2.3车顶结构车顶结构是由大型中空挤压成型型材构成，省略了车内的车顶弯梁。型材间的焊接是以车体的长方向进行连续焊接，与侧墙的结合方式采用车内侧点固焊接，车外侧连续焊接方式,在车顶上部进行绝缘子及直接头等安装的车辆和搬入厕所FRP单元的车辆,车顶高度也应相同，没有低车顶的情况出现。XXXVI 另外,由于通到4、5号车厢间的5°倾斜的电缆接头的设置原因，车顶车体的端部应呈倾斜状。以下是车顶的受力分析。1.侧向力对车顶的作用力(1)风力车辆运行时受到自然界风力的作用，当风向垂直于车顶时，车顶所受的的风力最大。单位风压力取为5.5MP,风力的合力作用在车体侧向投影面积的形心上。如图2-13所示。图2-13风力的合力为便于计算，在此假定风向垂直于车顶，车顶的圆弧形近似成平面，所以投影面积。其中，（25500mm为车顶长度，3700mm为车顶的高度，1690mm为车顶宽度的一半），利用(2-7)式得。（N）(2)离心力车辆运行在线路的曲线区段时，将承受离心惯性力的作用，整个车辆的离心力作用在车辆的重心上，其方向沿径向指向曲线外侧。离心力用H表示，考虑提速的影响，<<强度规范>>规定可将H力的数值取为垂向静载荷的10％，即(N)(2-12)垂向静载荷包括车体自重、车辆载重以及整备重量。动车车型的主要技术参数车体自重为48.0t，车辆载重为14.16t，整备重量取为1.4t。（t）根据式(2-12)，得（kN）2.扭转载荷对车顶作用在运动过程中，蛇行运动车辆进出曲线或道岔侧线均可以使车体扭转。由于车体重心距心盘面有一定的高度，所以，当第一个转向架进入缓和曲线，而后面转向架仍处于平直道，或当第一个转向架驶出曲线，而后面的转向架仍处于缓和曲线时，都将使车体产生扭转。3.纵向力当列车运动状态发生变化时，车辆牵引缓冲装置上，因相邻车辆间发生速度差，就会导致纵向拉伸或压缩作用力的产生，它经由车辆底架的前（或后）从板座作用于车体，使其产生偏心拉伸（或压缩）变形。XXXVI 《强度规范》对纵向力及其组合的表述：纵向力是指列车在各种运动状态时，车辆间所产生的压缩和拉伸的力。在计算和试验一般动车强度时，力产生的应力与垂向总载荷、侧向力、扭转载荷等所产生的应力相加，其和不得大于许用应力。4.车顶所受的应力假定中梁、端梁和横梁（包括斜撑）承受底架自重、载重和底架的整备重量；枕梁、侧墙（包括侧梁）和车顶承受车体自重、载重和底架的整备重量。因此，车顶的应力按下式换算:(2-13)；—试验载荷下测量的应力查表得：=150Mpa试验载荷=300kN根据式(2-13)：（Mpa）<[]=450Mpa,所以符合强度要求。2.2.4车头结构因为要以300km/h的速度营业运行，所以形成了把沿着头部形状的竖骨架构成环状采用由横骨架连结并在这个骨架外贴有外板的构造。而且头部形状为了减低其在进入隧道时由微气压波引起的噪音，从而把断面面积的变化率变得平缓。动车的司机室设在1号车和8号车，室内设有司机席、助手席和两组弹簧升降式座椅，完备的操控设备，整个动车的操纵控制功能几乎都可以在司机室内完成，同时对整个动车组的监视故障诊断和信息显示等也全部集中在司机操纵台上。2.3小结在设计中动车车体是通过采用长大型中空铝合金挤压型材组焊而成的薄壁筒形整体结构，车辆设计吸取轻量化设计理念，较好的考虑其强度、刚度的关系。车体采用全流线化外形设计，起设计新颖、现代具有良好的空气动力学性能。车内主要装置设计3.1车内环境的概述环境是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的各种因素的综合体。人类环境可分为自然环境和人工环境。动车组车内环境属于典型的人工环境，它是以车厢围护结构为边界，一切与乘车人相关的周围事物的总称。动车组车内环境由多方面因素共同作用而构成。包括：车内空气环境、车内声环境、以及车内光环境，但本设计的内容将不涉及声、光环境。要使动车组的车内环境达到规定的要求，就必须有一整套的设备及相应的控制系统加以保障。车内环境控制系统是使车内环境达到预期要求的所有设备的集合体。它的基本功用是满足车内的照明和噪声要求，并维持车厢中规定的空气温度、相对湿度、洁净度和压力，对于车内空气清洁度要求的标准规定。空气中的二氧化碳容积浓度不大于0.15%，空气中的含尘量不得超过0.5mg/m3，客室内人均新风量夏季应达到15~20m3/h，冬季应达到10~15m3/h，司机室内人均新风量夏季应达到30m3/h，冬季应达到25m3/h。XXXVI 车内平均微风流速不允许超过0.3m/s，在制冷系统工作时，气流速度要高于0.07m/s，以避免出现“静态区域”。干球温度：用一般的温度计所测得的空气温度，称为干球温度。干球温度是湿空气的真实温度。干球温度就是环境温度；湿球温度代表水或湿物料在空气中被冷却的最低温度，二者结合可以表示空气的温度及湿度。湿球温度：当液面水的蒸发所消耗的热量恰好等于空气传给液面的热量时，液面的温度维持不变，进行等温蒸发，等温蒸发时液面的温度，称湿空气的湿球温度。3.2车内部分装置设计车内环境控制的基本方法就是根据客室内环境质量的不同要求，分别应用供暖通风或空气调节技术来消除各种干扰，进而在车内建立并维持一种具有特定使用功能且能按需调控的“人造环境”。表3-1就是车内环境的空气参数。表3-1车内环境的空气参数空调参数控制标准控制标准夏季冬季温度范围/[oC]相对湿度/[%]空气流速/[m/s]新鲜空气量/[M3/h.人]空气中含尘量/[mg/m3]空气中容积浓度/[%]24~28£70£0.2520~25£1£0.1518~20³30£0.2015~20£1£0.153.2.1车内环境设计所谓“系统”指的是若干设备构件按一定功能、序列集合而成的总体，在广义的系统概念中尚应包括受控的环境空间，以下分别简要介绍这些车内环境控制技术的基本概念。1.供暖供暖技术一般用于冬季在寒冷地区运行的列车。动车在冬季运行的时候，外界温度比较低，车内外温差很大，经车体隔热壁的热损失较多，车内旅客散发出的热量不足以抵偿车体热损失；如果要保证车内达到规定的温度，空气在送入车内之前必须进行加热。在寒冷地区运行的空调客车上，冬季除了采用空气预热器外，通常还采用在车内两侧地板面上设置暖气设备来补偿车体的热损失。所以，客车空气调节的加热过程一般由两部分组成，一部分是对送入车内的空气进行预热，另一部分是对车体的热损失实施补偿。2.通风在工程上，将为保持室内环境中有害物质含量在一定卫生要求范围内的技术称为通风。通风是为改善生产和生活条件，采用自然或机械的方法，对某一空间进行换气，以形成安全、卫生等适宜空气环境的技术。换句话说，通风是利用室外空气(称新鲜空气或新风)来置换建筑物内的空气(简称室内空气)以改善室内空气品质。通风的功能主要有：①提供人呼吸所需要的氧气；②稀释室内污染物或气味；XXXVI ③排除室内生产过程产生的污染物；④除去室内多余的热量(称余热)或湿量(称余湿)；⑤提供室内燃烧设备燃烧所需的空气。3.空气调节是使房间或封闭空间的空气温度、湿度、洁净度和气体流动速度(俗称“四度”)等参数达到给定要求的技术。空气调节简称空调。空调可以对室内热湿环境、空气品质进行全面调节与控制，它包含了通风的部分功能，以保证生产工艺和科学实验过程或人们对温度的舒适度需要为避免由于吸烟造成室内浮游粉尘物增加，在3、6号车的吸烟车厢内端间壁上部设置空气净化机。空气净化机有右侧用（BQ02E0型）和左侧用（BQ02F0型）两种，1辆车使用4台空气净化机。图3-1为空气进化机，空气净化机采用原装德国EBM风机，通风效率为一般风机3-6倍，使其在拥有大风量的同时却只消耗极低的能源，该机器的最大特点就是功能强大，具有物理吸附除臭功能、纳米钛的化学分解除臭功能，对氨、醋酸、甲醛三种异味的除臭率达到了业内最高的99％。可以在40分钟内把超标的甲醛迅速清除分解。图3-1空气净化机XXXVI 3.2.2室内地板设计地板构造是下部为气密地板和上部为铝蜂窝地板的二层地板结构，确保了地板中间的空调通风管道以及座椅配线的空间。气密地板是在大型挤压成型型材上焊接地板托架的结构。但为了确保地板中间通风管道的空间，靠近连接端墙部分的车端部分把肋板朝下。上部地板使用总厚度为21.7mm的铝制蜂窝地板。在转向架的上部，牵引变压器的上部，使用把面板换成铁面板的蜂窝地板。地板的衬垫为了降低固体传播音，使用极难燃烧性的橡胶垫。地板沿车长方向布置，车宽无接缝，减少了地板数目安装简。气密地板和蜂窝地板之间的车体纵向方向布有送风、新风、回风、废排的通风管道。气密地板上面装厚为50mm的隔热材料，蜂窝地板中预埋安装座椅用的螺栓衬套。3.2.3车窗车门结构设计3.2.3.1窗1．动车组客室车窗使用钢化玻璃等材料，设置与外板平滑的多层固定车窗，采用防止发生噪音的结构，为防止意外发生，客室四角设有逃生窗。2．乘务员室设有可横向打开车窗，便于乘务员在非常状况下可以打开。在软席车厢，每个座椅分配1面客室车窗；在二等车厢，大致每2个座椅分配1面大窗。表3-2车窗参数种类玻璃构成有效开口玻璃尺寸大窗LHP3P3A6TP6650×1600674×1624小窗LHP3P3A6TP6650×800674×8243.2.3.2车门1.动车组车门的种类客室分隔门：设置使用光电开关检测的自动开光电动式分隔滑门，门上有信息显示屏。通道滑门：对于8辆编组，在1-8号车的通道车端部设置具备防火性能的不锈钢材质的手动开关门，门在全开和全闭时都可以锁闭。动车侧门：动车乘客门为侧拉门,设置在车辆四角,除7号车每车设4个侧拉门，7号车设两个侧门，7号车侧门和8号车一位端两侧门为适用于残疾人的宽幅侧拉门。它们由手动操作：从驾驶室里面由把手打开移动门，或者从驾驶室外面由司机方键打开。当车门打开时，车门的电子开关会打开一盏驾驶室的车灯。如下就是所设计的门的图3-2。XXXVI 图3-2车门3.2.4车座的设计1.司机室设计动车的司机室设在1号车和8号车，室内设有司机席、助手席和两组弹簧升降式座椅，设有完备的操控设备，整个动车组的所有操纵、控制功能几乎都可以在司机室内完成，同时对整个动车组的监视、故障诊断和信息显示等也全部集中在司机操纵台上。2乘务员室设计通过设计对乘务员室的设计和布局做了如下图3-3的安排。图3-3乘务员室布局3客座设计由1辆一等车和7辆二等车组成，其中一等车客室，设在7号车，座椅为2＋2布置，座椅间距为1160mm，宽度为650mm，通道宽度757mm；二等车2＋3布置，座椅间距980mm，座椅宽度为520mm，通道宽度600mm。两种座椅得靠背角度都可以调节，座椅上安装有脚踏式回转装置，可根据列车前进方向调节椅背的方向，下图3-4就是二等车客座。XXXVI 图3-4二等车客座3.2.5厕所、盥洗室设计动车在奇数号车厢设置洗面室；带滑门的坐式厕所；带折叠门结构的小便室在厕所设置节水型清水冲洗式污物处理装置的便器设备、洗手器、紧急呼叫按钮、厕所纸支架、镜子、垃圾桶、便座垫支架、物品架及排气装置。7号M1s车（头等车）坐式厕所还设置用于更换尿布的折叠床及带温水冲洗下身装置的座便器。各厕所都装有带检测传感器的臭氧发生除臭器。同时本车在7号车为残疾人提供一个座式厕所。小结动车组室内是直接与顾客接触的部分，设计考虑到了人的多方面需求，特别是人的心理需求，不仅需要从美学、人机工程学等不同角度考虑，采取模块化设计，满足乘客需求，完善客车功能。客车内部设计追求简洁与优雅，突出灯光、色彩对环境氛围的渲染，客室布置宽敞明亮。第4章转向架选型4.1转向架的概述高速转向架是列车高速运动最重要的基础条件之一，其结构是否合理直接影响机车车辆的运行品质、动力性能和行车安全，作为执行机构，高速转向架在保证列车高速稳定运行时承担列车的减振减噪作用；作为承载机构，高速转向架在各种振动的工况下确保结构的强度安全可靠性：首先确定列车在线路上各种运用工况需按的安全运行条件；其次，研究列车悬挂装置的结构、参数、和性能对振动和载荷传递的影响，以保证列车高速、安全、平稳的运行。高速列车在全世界各地的疾速奔驰，现代城轨车辆的飞速发展，无一不与转向架技术的进步发展息息相关，可以说，转向架技术是“靠轮轨接触驱动运行的现代机车车辆”得以生存发展的核心技术之一。1．转向架的任务(1）承载——承受车架以上各部分的重量（包括：车体、车架、动力装置和辅助装置等等），并使轴重均匀分配；(2)牵引（动力转向架）——保证必要的轮轨粘着，并把轮轨接触处产生的轮周牵引力传递给车架、车钩、牵引列车前进；(3)缓冲——缓和线路不平顺对车辆的冲击，保证车辆具有良好的运行平稳性和稳定性；XXXVI (4)转向——保证车辆顺利通过曲线；(5)制动——产生必要的制动力，以使车辆在规定的距离内减速或停车。2.转向架的主要技术要求：(1)保证最佳的粘着条件——轴重转移应尽量小,且轮轨间不产生粘—滑振动；(2)良好的动力学性能——尽量减小轮轨间的动作用力，减少轮轨间的应力和磨耗；(3)重量轻，工艺简单——尽可能减轻自重，且制造和修理工艺简易；(4)良好的可接近性——易于接近，便于检修；(5)零部件标准化和统一化——结构和材质尽可能统一化。4.2动车转向架的要求4.2.1概要随着速度的提高，转向架运用环境发生了质的变化，转向架必须克服转向架振动性能产生影响的因素，以适应高速运行动态环境的变化CRH-2EMU的转向架是以E2系列新干线车辆用转向架的规格为基本、充分利用新干线车辆用转向架的设计基准和经验进行设计的。但同时考虑CRH2-EMU的特定使用条件、提高可靠性(采用有实际成绩的零件、构成零件数量的减少化、工装夹具作业的缩小化)以及容易国产化等因素，采用了转臂式轴箱定位方式、无摇枕转向架。CRH2-EMU的转向架有动车转向架和拖车转向架两种，结构基本相同。在设计时我们必须全面考虑构架与各有关零、部件的相互位置关系，合理布置结构；各梁应尽可能设计成等强度梁，以保证能获得最大强度和最小自重；各梁的布置应尽可能对称，以简化设计和制造；各梁本身以及各梁组成构架时，必须注意减少应力集中；除了保证强度外，应合理设计构架的刚度；焊缝的结构尺寸和布置应选择合理，并注意消除焊接应力。4.2.2转向架承载力要求1.轮轨动力总作用加剧轮轨间的垂向动作用力会给铁轨带来损伤和引起轨道变形或破坏：运行速度提高后，轮轨间的横向作用力也会因轨道激扰的加剧，蛇行运动频率的提高而增大，从而影响运行安全，加大了脱轨的危险性和轨道的破坏。2.运行噪音增大列车在运行时，其与轨道之间的噪音很大，运行速度越快其噪音越大。4.2.3转向架的稳定要求要保证转向架的稳定性，提高列车运行临界速度；1.选择适当的踏面形状和等效锥度减小踏面等效锥度可以提高转向架蛇形临界速度，但是要防止锥度时发生振型失稳现象，应采用磨耗型踏面，并精心设计踏面形状，以保持转向架长期运用的稳定性2.确保一系悬挂的定位刚度轮对轴箱定位装置的纵向和横向定位刚度对转向架临界速度具有决定性作用，当轮对轴箱定位装置存在一定间隙或者定位刚度很小时，转向架在很低速度下就会发生运动失稳，因此在保证转向架具备足够高的临界速度时，一般课选择尽量小的横向定位刚度，这样可以同时改善曲线3.设置适当的二系悬挂回转阻力矩可能出现失稳的模态振型中存在转向架蛇行运动失稳，在确定一系悬挂定位刚度条件下，转向架二系悬挂的回转阻力矩还可有效抑制转向架蛇行运动，以提高列车的临时速度，但是过大的回转阻力矩将使转向架与车体之间的转向受到限制，导致转向架曲线通过能力降低，严重时会引起转向架通过曲线时产生轮缘磨耗，甚至在直线运动中出现磨耗现象。所以要保证优良运动平稳性，必须要以一系定位刚度为主，辅以二系回转阻力矩的约束即可基本实现转向架较高的临界速度，与保证运动稳定，保证足够大的悬挂挠度要求以下几点：（1）选择适当的悬挂阻尼XXXVI （2）关注柔性系数（3）保证足够的曲线通过能力（4）无磨耗、低维修、长寿命4.3转向架的选择本设计动车转向架选用了南车四方生产的原型日本新干线E2——1000，主要考虑了轻量化和耐腐蚀设计。动车转向架质量达到7.5t以下，拖车转向架质量达到7t以下，动、拖车每轴簧下质量达到2t以下。所选转向架核心制动控制装置是将制动控制器、空气制动所需的各种阀门以及风缸整体组成，吊在车辆地板下，真正实现了系统化、模块化、集成化。制动系统和牵引系统200km/h动车组采用电气指令式复合制动系统，即动车使用电制动、拖车使用空气制动的复合制动方式。动车组各车辆的制动控制装置采用微机控制，由动车的电制动及各车的空气制动构成。以下图4-1为动车转向架。图4-1动车转向架4.3.1转向架的基本结构特征1.无摇振H型构架转向架；2.采用轻量、小型、简洁的结构；3.采用小轮径（φ860mm）的车轮以减少簧下重量；4.采用内孔为φ60mm的空心车轴，该内孔同时有利于对车轴进行超声波探伤；5.轴箱采用转臂式定位，轴箱弹簧采用双圈钢圆簧。6.二系采用具有高度自动调节装置的空气弹簧，其辅助风缸由无缝钢管制成的横梁内腔承担；7.采用抗蛇行减振器兼顾高速稳定性和曲线通过性能；8.采用单拉杆式中央牵引装置传递纵向力；9.动车转向架上装用轻型交流异步牵引电机；10.采用挠性浮动齿式联轴式牵引电动机架悬式驱动装置；XXXVI 11.基础制动装置采用液压油缸卡钳式盘型制动；12.全部车轮装有机械制动盘（轮盘）；13.拖车转向架车轴上装有机械制动盘（轴盘）；14.利用踏面清扫装置改善轮轨间运行噪声和粘着状态。4.3.2转向架结构特点1.驱动装置采用牵引电动机体悬式结构，由悬挂在车底架上的牵引电机通过垂直万向轴将扭矩传给直角锥齿轮，进而驱动车轮；2.轴箱采用上、下双拉杆定位结构；3.基础制动装置采用单元式空气盘形制动（轴盘），但单元制动装置通过专门的制动梁安装到构架侧梁和横梁上；4.采用两套抗侧滚扭杆装置配合空气弹簧来抑制车体的侧滚；5.车体与转向架间采用“Z”字形布置的牵引拉杆配合中央牵引销传递纵向力。4.3.3转向架设计参数1．主要参数　表4-1主要参数转向架形式项目动车SKMB-300拖车SKMB-300转向架重量7.151ｔ一般转向架：6.544ｔ固定轴距2500ｍｍ车轮直径860ｍｍ（最小使用直径　790ｍｍ）轴承中心间距2000ｍｍ转向架最大长度3416ｍｍ一般转向架：3416ｍｍ车头转向架：3566ｍｍ转向架最大宽度3102ｍｍ（两空气弹簧最大承受面）空气弹簧左右间隔2460ｍｍ空气弹簧有效直径Ф520ｍｍ驱动方式平行万向节挠性轴连轴器――――齿轮比85：28＝3．04：1――――车轴轴承Ф130自密封圆锥滚珠轴承制动方式气液转换，轮盘方式气液转换，轮盘与轴盘并用锁紧装置油压气缸：Ф45×2油压气缸：Ф32×2制动倍率18．367（増圧比）×2（摆杆比）＝36．73闸片烧结合金（锻钢制动盘用）设计最高速度/km/h350营业最高速度/km/h300额定轴重/kN137.2（14t）满员时最大轴重/kN156.8（16t）2.转向架部分构件（1）轮对为减轻重量，进行了高频淬火并采用了空心车轴。车轮直径为ФXXXVI 860mm。制动采用盘式制动。动车转向架采用轮盘方式。拖车转向架采用轮盘和轴盘并用方式。安装在车轮上的制动盘为一体型锻钢制造。但分为M车(动力车)用、T车(拖车)用的两种，而Ｔ车用制动盘提高了磨耗余量而谋求长寿命化。动车转向架的横梁支座由牵引电机安装座、齿轮箱吊座、制动卡钳安装座和中央牵引拉杆安装座等构成，而拖车转向架的横梁支座仅由制动卡钳安装座和中央牵引拉杆安装座等构成。（2）车轴使用自密封式的双列圆锥滚子轴承（油脂润滑方式），以此来达到减轻重量和降低维修的频度，轴箱体、后盖由锻压铝合金制造，前盖由铸造铝合金制成，这样来达到减重的目的。为了在保证强度的同时减轻质量，采用空心车轴当然这也使超声波探头可以直接穿过该通孔，使探伤容易化，由于车轴上加装部件的不同，车轴可分为动车向架用和拖车转向架用两种，车轴材质为S38C。（3）轴箱定位装置采用转臂方式，以此来减轻磨耗并简化调整方法，从而达到降低维修频度及减轻其重量。一系为垂向减振器。防振橡胶，弹簧夹板。定位节点提供适当的纵向。横向定位刚度，垂向的载荷由轴箱弹簧全体承担，采用轴向定位钢弹簧。转向架构架的形状为“H”形，由两根侧梁和一个横梁组成，而横梁又由两根无缝钢管、两个连接梁和若干横梁支架（或支座）等组成。（4）牵引装置牵引装置为单连杆方式，以此来达到减轻重量及降低维修的频度。（5）基础制动装置由装载在转向架上的增压气缸将空气压力进行气液转换后，再由杠杆与气缸一体化的锁紧装置来产生制动力，以此来减轻重量。空气制动的橡胶囊事被内部空气压压入上盖板和下盖板的密封部。4.4小结选择这样的转向架具有良好的制动性能和较轻的簧下质量，采用与转臂式轴箱定位方式相对应的结构形式，缩短了构架的整体长度，装有动力转向架和非动力转向架，其转向架均为无摇枕结构，轮对轴箱定位采用转臂式定位，采用空心车轴、二系悬挂装置采用空气弹簧无摇枕形式、单拉杆牵引装置，牵引电机为架悬式，动车采用轮盘，拖车采用轮盘和轴盘的基础制动装置，转向架设为踏面清扫装置。该转向架能保证动车的安全、可靠、快速的特点。XXXVI 第5章制动系统选型5.1制动系统概述制动系统是高速列车的重要组成部分，其性能的好坏和制动能力的大小直接涉及到列车能否安全运行，由于列车在紧急制动情况下的安全需要，列车制动距离远小于列车的牵引距离，制动系统在制动时所需要提供的制动功率不但与列车速度的三次方成正比，而其与列车的制动距离成反比，所以速度提高是对列车制动系统的考验，相对其他系统来说更为严峻。高速列车制动系统的发展过程大致包括三个阶段：第一阶段，高速列车发展的初期，制动系统以当时的一些成熟技术为基础，综合运用而成，在对高速列车技术制动进行了较为广泛的研究；第二阶段，采用电子逻辑电路，协调动力制动和摩擦制动的制动能力，同时尝试多制动的方式，以提高列车的制动的能力；第三阶段，随着微机技术、交流传动控制技术的发展和应用，高速制动技术的发展以微机控制、再生制动和大功率盘型制动为主要特征，制动系统更为精确、高效、轻量化。随着列车速度的提高，制动系统的制动能力必须相应的提高；同时，随着生活水平的提高，人们对列车舒适度的要求也越来越高，其中就包括了制动过程的舒适度，就必须对制动系统进行必要的要求和控制。通过动车组的要求和制动系统制动性能的好坏，本设计将选择CRH2型动车制动系统，以下是对制动系统的简介5.1.1减速器通常一般的铁道车辆，主要是一边抑制车轮的旋转，一边使用空气制动器和电气制动器等的粘着制动器来使车辆全体停止、减速。粘着制动器是以车轮与轨道之间的粘着力为基础，粘着力以车轮与轨道之间的粘着系数和轴重的积来表示。粘着系数主要从车辆的运行速度开始，还由于雨、霜、雪等的气候条件和轨道上面和车轮踏面的状态（由生锈，油脂类和尘埃的附着引起的污损和踏面的粗糙度等）而有很大变化。另外，轴重在运行中，会因轨道的状态经常有变动，再加上车辆的加速、减速也会引起变动。随之而来，粘着力在运行中会因各种各样的条件而有大的变动。特别是进行高速运行的车辆，在高速区域上制动时滑行的发生概率很高，所以有必要采用考虑到这一方面的制动力控制方法。对于本车辆，为了降低滑行发生概率，使用沿着粘着曲线进行制动力控制（速度——粘着模式控制）的方法。根据速度——粘着模式控制，制动力控制模式和新干线粘着界限之间的关系如下图5-1所示。图5-1速度——粘着模关系XXXVI 另外，即使是考虑到粘着系数的变动，且将期待粘着系数设定低一些，但由于天气、轨道面状态而使实际上的粘着系数异常低下的情况也会出现。在这种情况下启动制动器的话，车轮相对于轨道发生滑行，严重的情况会形成卡紧。车轮要是发生卡紧(固着)的话，就会因只有车轮的一处和轨道接触进行滑行，该部分发生异常磨损形成平面，不光是造成了制动距离的增大，也涉及到乘坐舒适感的降低，对轨道有坏影响。因此，车轮和轨道开始发生相对滑行时，要在尽早监测到的同时减弱制动力并再次进行对车轮的粘着，采用防止制动距离延伸的滑行检测、再粘着控制。5.1.2制动系统的类别有常用，非常，紧急，辅助以及耐雪制动功能。（1）常用制动常用制动力分为1～7N，进行延迟控制。延迟时，将M车产生的多余制动力从T车上减去，作为编组确保必要的制动力。另外，具备随载荷变化，调整制动力的机能，无论车辆的质量如何，进行减速度一定的控制。（2）非常制动具有常用制动的1.5倍的制动力，操作制动器手柄以及减速减不到闭塞区间设定的速度的情况下，依从ATC的指令运转。（3）紧急制动在列车分离，压力下降，手柄取出时动作。不具备随载荷变化调整制动力的机能。（4）辅助制动为在制动器装置不良，制动器指令线断线,救援时等使用的目的而装备。通过操作驾驶台的设定开关以及各个单元的配电盘开关来进行工作，制动力保持一定与速度无关，和常用、非常制动器是不同的。还有,因为制动器装置还对电动空气压缩机,关门速度等进行控制,即便是在使用辅助制动器时，制动器控制装置的电源也不能切断。（5）耐雪制动为了防止降雪时制动盘和闸瓦之间进雪,轻轻压紧闸瓦,以使闸片和制动盘之间的间隙关闭为目的而装备的，BC压力设定在60±20kPa，通过制动控制器的开关操作可进行设定值的变更。5.1.3动车制动系统设计要求制动系统是用来使列车减速或阻止加速，其性能的好坏和制动能力的大小直接涉及列车运动的安全性。速度提高相对列车制动系统的考验，随着列车速度增加，制动系统的制动能力必须相应的提高；同时，随着生活水平的上升，人们对列车的舒适度的要求越来越高，这就包括列车的制动过程中的舒适度的要求。1.舒适度的要求制动时列车舒适度，主要体现在减速度和减速度变化率等指标上，列车制动的瞬时减速度在1.8-2.0m/s2以下时，乘客就考验承担空气压力的问题。当减速度的变化率不超过0.6m/s3时，乘客不会产生明显的不舒适感；当减速度变化率大于0.6m/s3但是不超过0.75m/s3时，乘客还是可以接受；当速度变化了超过1.0m/s3时，对没有准备且处于无倚靠站立的乘客来说，存在着摔倒的危险。2.制动距离的要求所谓制动距离是指列车从开始施行制动到完成停止所行驶的路程，包括常用制动距离和紧急制动距离。确定紧急制动距离标准，既要从列车的安全性和提高列车通过能力的角度考虑，也需从乘客的舒适性和粘着限制等方面考虑，列车遇到危及行车安全的紧急制动时，就是让尽可能短的距离停车，但是还要从乘客的舒适度的角度去考虑，不希望列车制动减速度大于2.0m/s2.以300km/h的制动初速度，只要制动距离不小于1737m理论上不会使乘客过于难受，但是实际在运行时，300km/h制动初速度下紧急制动标准以不小于3700m为宜。3.制动系统可靠性要求XXXVI 制动系统的可靠性是列车高速运行的主要保证，包括两方面的内容：首先，组成制动系统的零件部分和软件必须具有一定的可靠性；其次，是系统的可靠性。系统的可靠性时指系统的重要支系统或关键薄弱部分是否有沉余，其次，故障是否导向安全系统只有在故障导向安全的情况下，才能在零部件的故障时保证系统的基本功能。5.2制动系统的制动控制制动系统采用的是以全挡，全速度领域进行，T车优先延迟控制。延迟控制是指对于T车必要的制动力的一部分或者全部以M车的再生制动力来负担，负担不了的部分由空气制动来补足的控制。为了在车辆的1编组内得到作为目标的减速度，用各车负担制动力的情况下，其利用粘着在不超过粘着界限的范围上,将M车的制动力设定高点.即使是把T车的制动力抑制的很低，也可以取得作为目标的减速度。从运转台所发来的制动指令，经过中央处理装置和传输终端,根据各车辆的载荷信号和速度信息运算出所要的制动力，而进行电气制动及空气制动的控制。另外，与再生制动的控制，采用部分担负T车制动力的延迟充气控制方式。此外，还具有滑行控制功能。对于空气制动的空滑，使用滑行控制阀来控制各轴的动作。对电气制动的空滑，由于收缩电气制动的模式而进行滑行轴的重新紧贴控制；本装置还跟传输终端之间互相进行信息的传输，将能实时输出各种控制数据。以下就是制动系统的制动系统图5-2。图5-2制动系统制动控制是将制动控制器空气制动器相关阀门以及储气缸单元化的装置，以垂吊在地板下的形式进行搭载。M车的再生制动力不足的话与其不足量相等的空气制动力要先给T车补足，T车的空气制动力在达到应该靠自车起作用的必要的制动力时，以后的再生不足量用M车的空气制动力来补足，在再生制动力全部失效的状态下，M、T共同空气制动在起作用。制动控制器，在装置前面的上部配置连接用的空心轴和AS压力，BC压力MR压力的空气电气变换用传感器，在其下部配置CTRL卡、CPU卡、EPA卡、MRC卡、SKV－02卡。此外，在装置前面下部（CPU卡上）配置7片整流子片LED，显示切换开关及车轮径设定开关。能够显示制动控制器内部的控制信息和设定车轮直径,以下是动车BCU控制图5-3和拖车的BCU控制图5-4。XXXVI 图5-3动车的BCU控制XXXVI 图5-4拖车的BCU控制M车的再生制动力不足时，与其不足量相等的空气制动力要先给T车补足，T车的空气制动力达到应该靠自车起作用的必要的制动力时，以后的再生不足量用M车的空气制动力来补足，在再生制动力全部失效的状态下,M、T共同空气制动在起作用。5.3制动系统参数探讨XXXVI 在铁路跨越式发展的形势推动下，我国机车车辆技术装备水平已进人快速提升阶段，已与国外多家公司合资研发生产200km/h及以上动车组。从2006年开始到2016年间，陆续将有1000列动车组下线投人运营，这将对我国铁路旅客运输市场起到巨大的推动作用，动车组将成为我国铁路旅客运输的主要运载工具，这样就会对长期以来针对铁路传统客货列车牵引计算的方法和手段提出了新的要求，动车组制动距离计算就是其中重要问题之一。解决了其计算方法，就能为动车组监控装置制动模式曲线设计和运用管理部门提出有关动车组的制动计算。5.3.1制动计算根据不同的目的有如下不同的计算形式：已知列车的制动能力、制动初速度及制动区间的线路状态，计算制动距离;已知列车的制动能力，制动区间的线路状态等参数和要求的制动距离，计算区间的制动限速；已知列车的制动初速度及制动区间的线路状态等参数和要求的制动距离，计算列车应具有的制动能力。一般情况下，普通客货列车制动距离计算是采用列车牵引计算提供的方法，用列车制动距离的一次简化计算法计算。在已知列车制动初速，制动末速为0，列车换算制动率的条件下，列车制动距离按下式计算:（5-1）:制动空走距离m；:有效制动距离，m；:换算摩擦系数；:列车换算制动率；:常用制动系数，紧急制动时=1，常用制动时根据减压量查表。然而，由于动车组的制动一般采用多种制动方式综合运用，根据国外及我国合资生产的动车组制动特性资料，并没有直接提供动车组在不同速度下的制动力，制动距离计算公式中的某些参数无法确定，这样就不能直接套用现成的公式，必须寻求新的方法进行计算。通常情况下，动车组给出了制动减速度参数，可根据制动减速度，运用匀变速运动的计算公式将上式后一项有效制动距离.进行求解，空走距离仍用原方法求解。1.制动时列车的减速力当列车处于制动工况时，所受到的与其运行方向有关的力有两个，一个是制动力。它的大小有司机和自动驾驶装置控制和调节。另一个是运行阻力，由于内部或外部的各种因数自然产生的、阻碍列车运行的外力，它的方向和列车运行方向相反。因此，列车制动时的减速力为：（5-2）运行阻力的计算：它包括两部分的阻力，一个是基本阻力计算，还一个就是附加阻力的计算，由于轮轨对轴承的摩擦、车轮与钢轨的摩擦、运行的空气阻力等因素，列车在运行时始终存在的阻力叫做基本阻力。XXXVI （1）基本阻力的计算：v2（2）附加阻力的计算：坡道阻力的计算和曲线阻力的计算。坡道阻力就是列车杂坡道上运行时，列车重力源轨道上的分力：（i为坡度）。曲线阻力计算：列车进入曲线阻力时，车轮轮缘压向外轨头产生滑动摩擦，加剧了车轮面产生的横向滑动以及车辆心盘和旁承因转向架的转动而产生的摩擦，单位曲线阻力是曲线半径的函数为（R为半径，A在我国准轨距）。所以列车运行阻力的计算：（5-3）=17.79（N/kN）2制动距离实际计算制动装置延迟时间1.55s，监控装置延迟时间0.055s，故根据有关数据和动车组的试验数据，制动计算的空走时间不分常用和紧急均取为。（1）空走距离确定的动车组空走时间，不分紧急制动和常用制动，其计算方法为：=210（m）（5-4）(2)有效制动距离计算由于高速动车组的制动是采用计算机控制综合制动方式，已经没有一般列车制动计算中的列车换算制动率、闸片换算摩擦系数的概念，也不需考虑列车基本制动距离。由于动车组的制动减速度是分段给出的，在每一段可以认为列车是均变速运动，运用匀变速运动有关公式求出其有效制动距离，下表5-1为动车不同速度下的制动距离公式。表5-1有效制动距离公式XXXVI 对于动车这部分有效制动距离计算：2870(m)对于动态紧急计算就不用解释了，只要有效制动计算是符合要求可以满足其要求，通过以上的计算可以得出，所设计的制动在实际中的制动是符合要求的。5.3.2制动盘功率计算制动系统的可靠性与系统的构成密切相关，因此对可靠性的计算需更具具体对象来分析，根据上述设计，显然非常制动时制动盘承担的制动功率和热负荷最大，制动过程中制动盘承受的制动功率,其最大瞬时制动功率和平均功率见下表5-2.表5-2最大瞬时制动功率和平均功率XXXVI 动车组曾由于盘型制动的摩擦系数比设计值大了37.5%，导致制动距离过短，在200.3km/h制动初速下，实制动距离为1163.89m.据计算的制动盘制动功率动车盘平均功率也已接近300km/h的设计值，拖车盘的平均功率则已超过了300km/h的设计。制动初速低，每个制动盘承受的制动功较小，但300km/h动车组制动盘所要承受制动功的设计值仍小于其热功限值，因而本设计方案可行。5.4小结该车辆的制动器装置是采用并用再生制动的电气指令式空气制动装置。从以上的参数分析可以看出，按4动4拖编组的300km/h动车组的制动系统采用再生制动和盘型制动2种制动方式已能满足要求。按本文的设计，在65%常用制动以下，制动功率可由再生制动和运行阻力全部承担；在65%-80%之间的常用制300km/h动车组制动系统应采用先锋号的控制模式，即常用制动采用模拟式控制；紧急制动采用粘着控制技术;非常制动运用分级控制，以利用粘着，紧急制动和非常制动的限制距离可定为3700m，基础制动方式是M车、T车均采用变换空压、油压的增压气缸和油压盘式制动装置。常用制动时平均减速度为0.8m/s2，全列动车组在30‰坡道定员载荷下能满足安全停放不溜车的要求。正常使用时总风管风压保持在8.5-10Pa范围内。第6章电器装置选型6.1电器装置概要车底安装的空调装置为每1节车厢2台、换气装置为每1节车厢1台。与设置在车体内部的风道相连接，在车厢通过台设出风口及回风口。车内的排气则通过在车厢通过台及驾驶室的排气口，导入到车底排气风道。驾驶室设个别空调及车内压释放阀。6.1.1换气为改善夏季室内空调环境,降低新鲜空气吸入温度,采用从连续换气装置的前位一侧吸入新鲜空气的方式。这其中为避免奇数号车洗手间臭气进入FA（新鲜空气）,所以废除新鲜空气进气口的下面,在新品进气口上部侧面开口并设金属网。新鲜空气进气口的吸入面积,奇数号车和偶数号车为大致相同的开口面积。车底盖板内的外部空气作为新鲜空气被吸入，为降低新鲜空气温度，新鲜空气吸入口横侧的侧裙板上设置有整流板。地板中间的新鲜空气风道,为防止由于车厢地板因下方的风道内流体激振引起的振动传递应尽力扩大风道面积降低风道内的流速。另外，针对带洗手间的车厢结构上把洗手间排气风道和新鲜空气风道一体化，通过风道内的隔板将新鲜空气和洗手间排气分开，通过分别扩大各风道的面积,降低管道阻力损失使安装作业更为简化。车厢排气是从座席置脚台部分的排气口导向地板中间的回风风道,通过台的排气通过设置在配电盘横侧等的排气口导入地板下的回风风道。地板下返回风道回风的一部分被导向车底的连续换气装置排出车外。XXXVI 6.1.2空气设备空调装置在车下对称设置2台,来自空调装置出风导入地板下风道通过各侧车窗户间的竖向风道流向行李架下的车厢风道，经由设置在侧车窗户框盖上部的窄槽出风方式。侧车窗户间的竖向风道，由于车体构造的变化和出气宽度的扩大,采用柔性轻量且具有一定刚性的隔热材料和铝箔构成的风道。车厢的排气部分装有由聚碳酸脂成型的调风板。调风板是由防止异物进入的槽和控制风向的叶片构成。另外,以改善车厢内的温度差为目的,在行李架下车厢风道处追加了向下出风用的出风口；向下吹出的风通过设在窗框内的风道吹向侧窗玻璃方向,窗框内的风道设有百叶窗,将百叶窗的提扭按车辆长度方向移动，控制开闭的结构,可以根据顾客的喜好来作相应调整。作为对车厢端部空调环境的改善对策，将通过台竖向风道的一部分进行分流，在连接到车厢风道的同时也连接到M车(2,4,6,8号车厢)的前后部及T车(3,7号车)的前位车厢端部,通过台风道的一部分出风由车厢顶部的内端墙框盖向车厢内吹出。新鲜空气以外的地板中风道也是为了改善车厢内的空调环境,尤其是尽可能地扩大转向架上部的地板中风道的断面积,以此减低管道阻力损失。车厢回风口设在座席的置脚台下。车厢中央部是每2排座椅间隔车厢端部则是各座席都有配置。但是,为防止噪音,地板下空調装置,换气装置连接部分的附近座席下,没有设置排气口。6.2电气装置的供电系统本设计所选择EU651型空调装置，适用于新干线车辆，配置在车辆地板下2台小型轻量的车体下型空调装置。本空调装置的空气排出口回风口各自连接到贯通车厢地板下顶棚的送风道和抽吸车内空气的回风道上；制冷时，由回风道吸收的车厢内的空气，与换气装置通过供气道送来的新鲜外来空气混合，通过空调装置回风口上的车厢内过滤器与车厢内热交换器进行热交换，从而形成冷风。此冷风由车体侧风道排出口吹向车厢，给乘客带来凉爽；制暖时，由回风道吸入的空气与制冷时同样地和新鲜外来空气混合，通过空调装置回风口上的车厢内过滤器，由电热器加热，通过与制冷同样的路径，给乘客带来温暖的环境。6.2.1规格1.型号名称：EU6512.电源电路：单相50Hz，400V[+24/-37]%逆变器1(VVVF)输出：3相，40Hz/125V～70Hz/200V(压缩机用)逆变器2(CVCF)输出：3相，60Hz/200V,65Hz/217V(送风机用)控制电路：单相，50Hz，100V,及DC100V3.制冷能力：37.21kW（压缩机70Hz运行时）4.制暖能力：24.0kW5.标准输入：制冷时约20kW，制暖时約26kW6.循环风量：65m3/min（65Hz运行时）；60m3/min（机外静压力490Pa<50m（60Hz运行时）。7.制冷剂：R228.重量：约730kg9.涂装颜色：主框和盖罩为不锈钢无喷涂；车厢内外送风机为蒙赛尔色；逆变器和冷凝器无喷涂。6.2.2构造及其作用1.制冷单元XXXVI 框架中置有机器及部件并用盖罩罩住的单元形式。空调装置分为车厢内部、车厢外部、控制装置。在车厢外部安装有压缩机、高压开关、室外热交换器、室外送风机、冷凝器、交流电抗器，车厢内部为气密构造，内部有室内热交换器、室内送风机、电热器、直流电抗器、排水泵、空气过滤器。控制装置为气密构造，内部安装有逆变器、冷凝器、接触器盘1、接触器盘2。制冷单元设置在车辆地板下。2.制冷剂循环制冷剂循环，压缩机、室外热交换器、干燥器、毛细管、车厢内热交换器、冷凝器及配管所构成，各个机器与配管焊接形成完全密闭，里面封入了制冷剂R2。压缩机：吸入低温的制冷剂气体，压缩成高温、高压的制冷剂气体送出｡制冷剂干燥器：吸收制冷液体中的水分。冷凝器:将制冷剂气体和液体分离。3.电气配线由4芯的配线用连接器(CN1)向主电路供给单相，400V，由27芯的配线用连接器(CN2)提供控制电路电源。单相，400Ｖ电源经逆变器装置变换为3相40Hz/125V～70Hz/200V的电源提供给压缩机。车内送风机(EF)，室外送风机同样使用逆变器装置上变换过来的3相，60Hz/200V，65Hz/217V电源。电热器，则不通过逆变器，使用单相，400V电源加热。　图6-1制冷循环6.2.3空调装置构成1.电动压缩机2台形式:全密封型涡旋压缩机（2极）型号名称:ZHV083FZA额定输出:3.7kW，线圈电阻约0.38Ω（20℃）±5％2.室外电动送风机2台形式:电动机直结轴流型型号名称:FP51G-01风量:约150m3/min静压力:176Pa(18mmAq)额定输出:1.5kW，线圈电阻約1.26Ω（20℃）±5％电流:约6.1AXXXVI 旋转数:约1720rpm（4极）轴承:No.6206ZZC3间隙　AC型(载荷侧)No.6306ZZC3间隙　AC型(反载荷侧)3.车厢内电动送风机1台形式:电动机直结离心型型号名称:BFD-28GTA06风量:约65m3/min静压力:784Pa(80mmAq)额定输出:1.5kW，线圈电阻约1.97Ω（20℃）±５％电流:约6.5A旋转数:约1885rpm（4级）轴承:No.6305ZZC3C3间隙　AC型(载荷侧，反载荷侧相同)4.车厢外热交换器1个形式:交错排列翅片管散热片:铝冷却管:内面带沟槽的铜管5.车厢内热交换器1个形式:交错排列翅片管散热片:铝冷却管:内面带沟槽的铜管6.电热器１个额定:24.0kW（8/8/8kW３档）元件:带散热片的护套型加热器7.高压压力开关2个型号名称:FNS-C135Q001（自动恢复型）动作压力:OFF3.04±0.05Mpa开闭压力差:0.06＋0.068.低压压力开关2个型号名称:LCB-JB24（自动恢复型）接通电路:0.03±0.03Mpa断开电路:0.10±0.03Mpa9.制冷剂干燥器2个干燥材:分子筛10.止回阀2个型号名称:NRV-16S11.电磁阀2个型号名称:NEV-603DXF12.电磁接触器3个（HK1･HK2･HK3）型号名称:SD-N35线圈:直流，100V，119Ω（20℃）辅助接点构成:2a2b13.电磁接触器2个型号名称:SD-N12线圈:直流，100V，1359Ω（20℃）XXXVI 辅助接点构成:2a14.电涌吸收器5个型号名称:UN-SA2515.電磁接触器3个型号名称:SD-N50线圈:直流，100V，547Ω（20℃）辅助接点构成:2a2b16.电涌吸收器2个型号名称:UN-SA725MH17.電磁接触器1个型号名称:SD-N95线圈:直流，100V，408Ω（20℃）辅助接点构成:2a2b18.电涌吸收器1个型号名称:UN-SA725MH19.过度电流继电器2个型号名称:TH-N60KF加热器公称:42A20.过度电流继电器3个型号名称:TH-N12TP加热器公称:9A21.空气过滤器3个（回风用）过滤网材料:VILEDONFS-1710（带褶加工品）22.空气过滤器3个过滤网材料:VILEDONFS-1705（带褶加工品）23.排水泵1个型号名称CJV-0935A额定电压AC100V±10％24.漂浮开关2个型号名称:FSA-0801-CS3-A结论本设计是对动车组进行了总体设计。主要内容包括车体结构设计分析、车内布置、转向架的选型、制动系统选择、电气装置选型等。动车的成功运行证明了我国车辆制造的能力，是我国铁路的一次重大技术进步,其技术难题并不亚于高速汽车。由此我们有理由相信我国的车辆技术势力，对我国铁路的提速和改造充满了信心。在不久的将来中华大地上将看到更多先进的列车。发展动车，必须对车体外型尺寸及结构进行优化设计，以达到高强度和车体轻量化水平。本文钢结构车体底架是由具有气密载荷为8.0KPa的耐压性能的铝合金构造构成。侧墙（车体结构）及车顶车体是为了提高生产率和车体的刚性，采用了由中空框架断面的大型型材构成的，厚度为50mmXXXVI 的双壳车体。因此省略了侧柱、车顶弯梁等内部骨架使零部件数量达到最小化，减少了外表面的变形。为了减少车体的振动和车内噪音而填加了防振材料，此种选材较其它客运列车减轻了车体重量，具有良好的车体轻量化性能，符合动车运行性能要求；转向架为两轴无摇枕H型转向架，一系悬挂采用单组钢弹簧及单侧拉板定位，二系悬挂采用空气弹簧及橡胶堆。无摇振H型构架转向架、采用轻量、小型、简洁的结构、采用小轮径（φ860mm）的车轮以减少簧下重量；采用内孔为φ60mm的空心车轴，该内孔同时有利于对车轴进行超声波探伤。在今后进行车体设计时，还需充分考虑其工艺问题，使设计更加完善。本次设计由于工作条件有限，对一些主要技术问题并没有详细分析，也是一个遗憾。一些关系到列车安全运行的问题还有待进一步深入研究。致谢经过三个多月的努力，在XXX老师的悉心教导和精心指导下，我完成了本次设计。通过此次设计让我学到了更多的车辆部分的知识，在我做论文和制图期间，XXX老师给予了很多的指导和帮助，提供了大量的资料，并且在此过程中所遇到的一系列问题，也都得到了很好的解答。XXX老师严谨的治学态度和渊博的知识，让我获益匪浅。有幸能跟XXX老师是我莫大的荣幸，谨向XXX老师致以深深的敬意和最诚挚的感谢。另外还要感谢大学四年来所有的老师，为我打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的帮助支持，我在此次毕业设计才会顺利完成。参考文献[1]严携耄.《车辆工程》.第二版.中国铁道出版社.1999年9月：362-363[2]成建民.《车辆设计参考手册》.中国铁道出版社.1988年2月：76-85[3]张曙光.《铁路高速列车应用基础理论与工程技术》.科学出版社.2007年1月[4]饶忠.《列车制动》.中国铁道出版社.2001年12月.[5]钱立新.《世界高速列车技术》.中国铁道出版社.2003年12月.97-903[6]董锡明.《机车运行可靠性工程》.中国铁道出版社.2005年[7]张中央.《列车牵引制动计算》.北京:中国铁道出版社，2006年XXXVI'