基于铁路客车碳钢车体的轻量化提升与应用

基于铁路客车碳钢车体的轻量化提升与应用

吴磊程春欣陈光洋

中车唐山机车车辆有限公司河北唐山063035

摘要：由于我国的经济在近年来得到了长足发展，综合国力也得到了很大的提升，因此对社会各个方面的建设都有了更高的要求，铁路一直是我国居民比较关心的一个话题，并且在日新月异的今天铁路市场的竞争和挑战都更加激烈。为了提高竞争力，铁路客碳钢车车体轻量化问题迫在眉睫，因此，文章将基于我国铁路客车的发展现状和研究方向，深入探索车体轻量化的意义和实现的途径并进行分析，提出针对性的建议。

关键词：铁路客车；车体轻量化；提升与应用

引言：

运输行业是我国经济的重要支柱，而铁路运输相较于公路运输、海洋运输、航空运输具有成本低、环保、便捷等特点。因此我们有必要在保障安全的前提下尽量延长车辆的使用年限，尽力减轻车体的重量，以达到节省原材料、降低客车制造成本、提升客车运行速度的目的。坚持可持续发展观，全面细致地打造可行的铁路客车车体轻量化设计方案，提高我国铁路运输的竞争力。

1我国的铁路客车制造和设计中存在的问题

1.1车体设计的现状

我国现运行的铁路客车多为25型，其车体设计结构一般采用薄壁圆筒样式的钢结构，然后由底架、侧墙、车顶和端墙这四部分组成碳钢车体的钢架结构，最后把这几部分用烙铁焊接在一起，把他们融成一个完成的整体。车辆一般用钢结构中的底架来进行承重。另外，钢结构会焊接成薄壁筒形的车体结构，其主要由侧墙板、端墙板、车顶板、平地板和纵向的波纹状地板等部分组成，整体特别像用圆弧状作为上顶、用矩形作为底部的全封闭性的钢铁外壳，其位置在侧墙、车顶和端墙骨架的外部和钢制底架的上部。但是这种碳钢车体结构并不是很完美，它的结构设计依然存在一些问题需要修改，文章下面会针对车体中的问题给出具体的解决方案。

1.2轻量化设计材料需求上存在的问题

客车车体轻量化最重要的地方便是轻量化的设计部分，对客车的车体进行优化设计可以减轻车体的重量。为了减轻车辆的重量其实可以采用一些本身就比较轻便的制造材料直接用于车体的设计当中，这样可以从制造源头来控制车体重量，这是最直接且很有效的方法之一，但是由于选择车体材料要综合多方面的因素，所以选材也会面临很多问题。其一，由于铁路客车需要在外工作，所以为了延长车体使用寿命，保障车体使用安全，要选择耐腐蚀性的材料。其二，为了保证车辆轻量化要求，还要控制选取材料要尽量轻便。所以碳钢车体其实并不是很占优势，而且耐候钢虽然具有一定的耐腐蚀效果，但是作用不是很明显，而且两者均存在密度大，达不到轻量化、减轻车辆重量的目的。不锈钢虽然可以有效地避免腐蚀和减轻车重但是由于我国我国的不锈钢技术并不完善且面临原料缺乏的处境，所以本文着重从我国较普遍的碳钢车体来阐述如何提升车体的轻量化并应用。

2铁路客车车体轻量化设计的含义及其重要意义

2.1铁路客车车体轻量化设计的含义

现在有很多的国家致力于铁路客车轻量化的改善和发展工作，都希望可以对铁路运输进行廉价、优质、性能好的改造，以减少能量及钱财的消耗，达到利益、环保的最大化。那么车体轻量化倒是是什么意思？

其实轻量化的概念最先起源于赛车运动，它的优势其实不难理解，重量轻了，可以带来更好的操控性，发动机输出的动力就可以产生更高的加速度。由于车辆轻，所以起步时加速性能更好，且减少能量消耗，降低污染。但是轻量化运用到铁路客车上时要综合考虑更多的因素对其的影响，比如：铁路客车的车载设计结构的轻量化设计、客车的一些内装组成、车辆设备及车辆结构原件的轻量化设计等。

2.2铁路客车车体轻量化设计的重要意义

存在即合理，所以对铁路客车碳钢车体提出轻量化设计的发展方向并不是空穴来风的，其对铁路运输事业的发展，对我国现在的经济结构的调整和社会的发展都有着特别的存在意义。而且轻量化的设计理念符合可持续发展的要求，铁路客车车体的轻量化不仅可以节约制造材料的使用，减少制作成本，还可以有效的节约客车的牵引动能，从而降低运行成本，提高铁路部门的收益。车体重量减轻后也可以降低对铁轨的磨损，产生更小的冲击力，减少维护的费用。而且铁路客车车体的轻量化能够将列车以较轻的车体重量实现较高的启动时的加速度和停车时的制动减速度，并且可以大幅度加快列车的运行速度，节省乘客的时间，提高铁路运输的服务质量。

总而言之，铁路客车车体的轻量化设计从多角度、多方面出发，会发现这此设计会给我们带来很多便利和好处，不管是材料的节约，成本的降低，经济效益的提升，还是乘客时间的节约，服务的优化，这些都是当代所处的这个高速发展、效率为本的社会最为重视的地方。所以铁路客车碳钢车体的轻量化设计需要我们去深入研讨。

3铁路客车轻量化设计的思路

3.1针对铁路客车车体结构设计的轻量化设计思路

首先我们可以基于碳钢车体然后根据车体的结构来进行轻量化方面的设计，下面是几种轻量化的设计构思。

第一，改良车体结构设计的基础模型，比如可以在符合国家所规定的标准内将车体框架里一些强度足够且有富裕量的部件厚度减薄，从而减少材料的用量。

第二，可以去除一些无用的设计，例如枕内的纵向后梁设计，并使纵向波纹地板的受力可以分布的更加均匀，使集中受力的区域可以缓解压力。

第三，使用SUS304DY的单层波纹地板，可以有助于其所承受的压力相对降低。

3.2关于材料选用的铁路客车车体轻量化设计思路

我们可以借鉴日本的新型混合式轻量化车体结构，基于碳钢车体在比较重要的地方少量使用铝合金和不锈车钢，这样就可以增加车体的刚度也可以增加车体的硬度，还可以减轻车体的重量。例如可以将碳钢应用在牵引梁、缓冲梁等位置，在其他位置使用其他各种型号不同的不锈钢。。

3.3使用部分混合复合材料用于车体结构

复合材料夹层结构由于强度较好和重量较轻，所以非常适合用于碳钢车体的改良，但是因为复合材料成本较高，所以还需要待进一步推广。

4结语

车体轻量化在提高运行速度、节约能源、减少成本、降低对铁轨的损害、降低铁路维护的工作量等多面都有益处，而且可以解放大批劳动力，投入到其他行业生产中，为国家的经济的提升做出更大的贡献。所以我们需要加大对车体轻量化的设计的重视程度，增加研究投入，加大研究力度，寻找列车优缺点，探寻最优解，进而使我国列车的质量得到全面提升，加大我国铁路运输事业的竞争力，加速我国民族复兴。

参考文献：

[1]王卫.铁路客车节能环保设计研究[D].西南交通大学,2017.

[2]杜彦品.基于铁路客车碳钢车体的轻量化提升与应用[D].西南交通大学,2017.

[3]阎锋.铁路客车车体结构轻量化研究[J].国外铁道车辆,2016,53(01):1-5.

[4]卢耀辉,曾京,邬平波.铁路客车车体轻量化问题的研究[J].机械强度,2005(01):99-103.

[5]刘岩.我国高速铁路客车轻量化车体最优结构研究[J].轻合金加工技术,2000(05):41-43.