鐵路客車車體輕量化研究及優化

呂昊

摘 要：隨著新時代的快速發展，軌道交通運輸行業的發展也更加迅猛，也在進行自我提升和不斷地完善，因此，鐵路客車車體輕量化問題迫在眉睫。鐵路客車進行車體輕量化就是在保證車體強度及安全的前提下，運用現有的技術手段，使車體的整備重量減少，同時達到節能減排、保護環境的作用。實驗證明，如果能實現鐵路客車車體輕量化，減少鐵路客車車體的重量，就能在一定程度上大大減少生產成本的使用，從而有著非常良好的經濟效益和社會效益。本文對鐵路客車車體輕量化問題進行系統分析，并且對鐵路客車輕量化的發展前景做出了預測，希望能對相關人員有著參考價值。

關鍵詞：鐵路客車；車體輕量化；不銹鋼

中圖分類號：U463 文獻標志碼：A

當前，隨著我國軌道交通運輸技術的不斷發展，我國鐵路客車事業取得了很大的成就，更是受到了國內外人民的格外關注，中國自主研發制造的鐵路客車遠銷海外，使全世界對中國的敬佩感油然而生。目前來說，社會的快速發展，經濟發展越來越迅速。由于鐵路客車存在著穩定、安全等諸多的優點，使其在交通運輸領域中所占比例正在加大，因此對于旅客及物資的運送都有著十分積極的貢獻。然而，隨著鐵路交通事業的快速發展，也出現了一些環境污染問題，而目前全球都對節能減排、保護環境的問題高度重視，因此，我國鐵路客車正在積極地響應全世界的號召，研究鐵路客車車體輕量化問題，為我國鐵路事業的發展奠定了基礎。

1 鐵路客車車體輕量化的目的和意義

鐵路客車車體輕量化還在不斷地發展和完善，目前通過對車體重量的縮減，可以使列車的安全性提高、更易操控、提升行進的速度、減少噪聲、降低油耗、控制廢棄的排放量等。不僅如此，車體重量降低后，車輛行駛的阻力大幅度減小，節省牽引以及制動需要的能量，同時車輛對軌道的磨損程度也進一步降低，進而節約了對軌道的維護費用。通過減少材料以及運用新型材料和對結構的優化使鐵路客車車體輕量化達到理想目標。

中車長客股份公司作為我國軌道交通裝備制造業的領軍企業，更作為最忠誠、最值得信賴的合作伙伴，全程參與了中國軌道交通的發展歷程。多年來，公司承擔著我國大部分鐵路車輛的設計和生產任務，強強聯手，精誠合作，創造了一個又一個的新產品。

2 鐵路客車車體輕量化的應用分析

目前，即將服務于北京地鐵16號線的國內首個8輛編組不銹鋼地鐵車輛已裝配完成。該車型具有運量大、安全性高等特點，服役后將有效緩解客流壓力。

列車采用6動2拖形式與常見的6輛編組B型列車相比，其運能可提高80%以上，將為后續大運量軌道交通車輛研發提供示范。列車采用流線型車頭，客室內部設置了2個多功能區，其中設置多個扶手桿，既可以停放殘疾人座椅，也可以為站立乘客提供支撐，設計更為人性化。

車輛采用車體輕量化、無涂裝不銹鋼車體，抗腐蝕性增強，不僅日常維護的費用低而且更加低碳環保，同時輕量化更加安全穩定，排放的廢棄減少，對于環境的污染程度更小，乘客乘坐更加舒適。該車輛的成功研制對于我國鐵路客車的發展有著里程碑式的意義。

車輛外觀設計非常時尚，內部結構清新寬敞，車廂內部主要以綠色為主，座椅和扶手互相映襯，配以金屬質感的不銹鋼，給人一種格外舒適的感覺。而十分醒目的黃色座椅也是準備給特需乘客的專門座椅，人性化十足。同時，座椅還帶有電加熱的功能，讓乘客在寒冷的冬天也能感受到暖心的服務，如圖1所示。

同時，該車輛通過優化結構設計同時結合不銹鋼高強度的特殊情況，車輛的“軸重”17 t減至16 t，既達到了車輛大載荷的需要，又做到了降低能耗的理想目標。

3 鐵路客車車體輕量化發展問題研究

3.1 鋁合金新方向

根據社會發展的現狀，需要乘坐高速列車的旅客日益增多，鐵路由高速化發展正逐漸考慮客車車體輕量化的問題，而鐵路客車車體輕量化的方式主要有3種，一是結構方式，二是改變應用材料的材質（將鋁合金制代替鋼制），三是內裝品組成的變化。對于高速鐵路車輛，內框及骨架仍舊采用強度大的鋼來制造，外板同樣采用，但對于兩者之間的貼合度做了很大程度上的改進，采用蜂窩夾心結構，進一步實現車體輕量化。

3.2 比較并闡明不銹鋼與鋁合金之間的差異

對于地鐵車輛車體輕量化使用的材料來說，不銹鋼比鋁合金更適合，由于不銹鋼的防火性能比鋁合金的效果要好，熔點也比鋁合金的要高，因此更具有安全性和穩定性。同時鋁合金抗拉強度、延展率、彈性模量約為不銹鋼車體的1/3，卻比不銹鋼車體的剛度要小，因此選擇不銹鋼要比鋁合金更加具有效果。

SUS304不銹鋼和6000系鋁合金的原材料在價格上相差無異，但是不銹鋼的生產工序過程要比鋁合金生產的工序復雜得多，而鋁合金的生產只需車輛制造廠下料、拼接，工藝簡單，省時省力，將二者對比，還是鋁合金的成品價格低。車體輕量化不僅要考慮到材料的成本價格，還要充分考慮所使用的材料對車體壽命的影響，鋁合金的抗腐蝕性比不銹鋼的弱，因此使用不銹鋼可以增加車體的壽命，同時能夠節省日常對于車輛維護的費用；另一方面，不銹鋼的熔點相對于鋁合金來說較高，因此防火性能較好，也能使車輛的壽命增加，因此，鐵路客車車體輕量化使用不銹鋼材料更加完美。

3.3 對車體結構進行優化

對車體結構設計時，要進行細致地優化：

（1）要對車體的內部結構及各種設備進行合理地布置，這與車體結構的載荷輸入有著直接的關系。

（2）要對車內結構的梁柱進行合理地布置，使各個梁柱整體形成一個環形結構，增強車體的剛度。

（3）對梁柱斷面進行有效的優化。

（4）對車門的設計最好要在車體的兩端或者靠近車體中央，這樣可以在一定程度上增加車體結構的剛度。

（5）采用強度等級較高的鋼材料來使牽引梁、緩沖梁等部位的板厚降低。

4 結語

綜上所述，隨著世界對環境保護事業越來越重視，我國提出了節能減排戰略，鐵路客車車體輕量化刻不容緩，同時，相關科研人員要對車體輕量化的使用材料進行細致地研究，充分考慮到車輛的壽命及安全穩定等性能，并且要對車體結構進行系統的優化，不斷提高我國鐵路客車的發展成果，堅持創新驅動發展戰略，研發出更加安全穩定、經濟適用的優秀列車。

參考文獻

[1]閻鋒.鐵路客車車體結構輕量化研究[J].國外鐵道車輛，2016，53（1）：1-5.

[2]盧耀輝，曾京，鄔平波，等.鐵路客車車體沖擊大變形的研究[J].機械科學與技術，2005（4）：472-474，478.

[3]劉巖.我國高速鐵路客車輕量化車體最優結構研究[J].輕合金加工技術，2000（5）：41-43.