2022/12/121一、列車空氣動力學二、高速列車頭型設計三、高速列車車身外型設計第一節(jié)流線形車體結構2022/12/111一、列車空氣動力學第一節(jié)流線形車2022/12/122一、列車空氣動力學隨著列車運行速度的提高，周圍空氣的動力作用一方面對列車和列車運行性能產(chǎn)生影響；同時，列車高速運行引起的氣動現(xiàn)象對周圍環(huán)境也產(chǎn)生影響，這就是高速列車的空氣動力學問題。

2022/12/112一、列車空氣動力學2022/12/1231.高速列車運行中列車的表面壓力從風洞試驗結果來看，列車表面壓力可以分為三個區(qū)域：（1）頭車鼻尖部位正對來流方向為正壓區(qū)；（2）車頭部附近的高負壓區(qū)：從鼻尖向上及向兩側，正壓逐漸減小變?yōu)樨搲海浇咏c車身連接處的頂部與側面，負壓達最大值；（3）頭車車身、拖車和尾車車身為低負壓區(qū)。2022/12/1131.高速列車運行中列車的表面壓力2022/12/124

因此，在動車（頭車）上布置空調(diào)裝置及冷卻系統(tǒng)進風口時，應布置在靠近鼻尖的區(qū)域內(nèi)，此處正壓較大，進風容易；而排風口則應布置在負壓較大的頂部與側面。在有側向風作用下，列車表面壓力分布發(fā)生很大變化，尤其對車頂小圓弧部位表面壓力的影響最大。當列車在曲線上運行又遇到強側風時，還會影響到列車的傾覆安全性。2022/12/114因此，在動車（頭車）上布置2022/12/125

2.高速列車會車時列車的表面壓力列車交會時產(chǎn)生的最大壓力脈動值的大小是評價列車氣動外形優(yōu)劣的一項指標。在一列車與另一靜止不動的列車會車時，以及兩列等速或不等速相對運行的列車會車時，將在靜止列車和兩列相對運行列車一側的側墻上引起壓力波（壓力脈沖）。這是由于相對運動的列車車頭對空氣的擠壓，在與之交會的另一列車側壁上掠過，使列車間側壁上的空氣壓力產(chǎn)生很大的波動。2022/12/115

2.高速列車會車時列車的表面壓力2022/12/126

試驗研究和計算表明，高速列車會車壓力波幅值大小與下列因素有關：

(1)隨著會車速度的大幅度提高，會車壓力波的強度將急劇增大，如圖所示:2022/12/116試驗研究和計算表明，高速列車2022/12/127會車壓力波幅值與速度的關系曲線

2022/12/117會車壓力波幅值與速度的關系曲線2022/12/128

由上圖可見，當頭部長細比γ為2.5，兩列車以等速相對運行會車時，速度由250km/h提高到350km/h，壓力波幅值由1015Pa增至1950Pa，增大近一倍。

(2)會車壓力波幅值隨著頭部長細比的增大而近似線性地顯著減小。為了有效地減小高速列車會車引起的壓力波的強度，應將動車（車頭）的頭部設計成細長而且呈流線型。2022/12/118由上圖可見，當頭部長細比γ為2022/12/129

(3)會車壓力波幅值隨會車高速列車側墻間距增大而顯著減小。為了減少會車壓力波及其影響，應適當增大鐵路的線間距。我國《鐵路主要技術政策》中規(guī)定：160km/h時，線間距≥4.2m；200km/h時，線間距≥4.4m；250km/h時，線間距≥4.6m；300km/h時，線間距≥4.8m；350km/h時，線間距≥5.0m。2022/12/119(3)會車壓力波幅值隨會車高速2022/12/1210(4)會車壓力波幅值隨會車長度增大而近似成線性地明顯增大。

(5)會車壓力波幅值隨側墻高度增大明顯減小，但減小的幅度隨側墻高度增大而逐漸減小。

2022/12/1110(4)會車壓力波幅值隨會車長2022/12/1211(6)高、中速列車會車時，中速車的壓力波幅值遠大于高速車(一般高1.8倍以上)。這是由于會車壓力波的主要影響因素是通過車的速度，在高、中速列車會車時，中速車壓力波主要受其通過車高速車速度的影響，高速車壓力波主要受其通過車中速車速度的影響，所以中速車上的壓力波幅值遠大于高速車。2022/12/1111(6)高、中速列車會車時，2022/12/12123.高速列車通過隧道時列車的表面壓力列車在隧道中運行時，將引起隧道內(nèi)空氣壓力急劇波動，因此列車表面上各處的壓力也呈快速大幅度變動狀況，完全不同于在明線上的表面壓力分布。

2022/12/11123.高速列車通過隧道時列車的表面壓力2022/12/1213

試驗研究表明，壓力幅值的變動與列車速度，列車長度，堵塞系數(shù)(列車橫截面積與隧道橫截面積的比值)、頭型系數(shù)（長細比，即車頭前端鼻形部位長度與車頭后部車身斷面半徑之比），以及列車側面和隧道側面的摩擦系數(shù)等因素有關，其中以堵塞系數(shù)和列車速度為重要的影響參數(shù)。2022/12/1113試驗研究表明，壓力幅值的變2022/12/1214國外有的研究報告指出:

單列車進入隧道的壓力變化大約與列車速度的平方成正比，與堵塞系數(shù)的1.3±0.25次方成正比例。兩列車在隧道內(nèi)高速會車時車體所受到的壓力變化更為嚴重，此時壓力變化與堵塞系數(shù)的2.16±0.06次方成正比。并且兩列車進入隧道的時差對壓力變化也有很大的影響，當形成波形疊加時將引起很高的壓力幅值和變化率，此時車體表面的瞬時壓力可在正負數(shù)千帕之間變化。2022/12/1114國外有的研究報告指出:2022/12/12154.列車風當列車高速行駛時，在線路附近產(chǎn)生空氣運動，這就是列車風。當列車以200km/h速度行駛時，根據(jù)測量，在軌面以上0.814m、距列車1.75m處的空氣運動速度將達到17m/s（61.2km/h)，這是人站立不動能夠承受的風速，當列車以這樣或更高的速度通過車站時，列車風將給鐵路工作人員和旅客帶來危害。2022/12/11154.列車風2022/12/1216

高速列車通過隧道時，在隧道中所引起的縱向氣流速度約與列車速度成正比。在隧道中列車風將使得道旁的工人失去平衡以及將固定不牢的設備等吹落在隧道中，這都是一些潛在的危險。國外有些鐵路規(guī)定，在列車速度高于160km/h行駛時不允許鐵路員工進入隧道。列車速度稍低時，也不讓員工在隧道中行走和工作，必須要在避車洞內(nèi)等待列車通過。2022/12/1116高速列車通過隧道時，在隧道并且兩列車進入隧道的時差對壓力變化也有很大的影響，當形成波形疊加時將引起很高的壓力幅值和變化率，此時車體表面的瞬時壓力可在正負數(shù)千帕之間變化。在一列車與另一靜止不動的列車會車時，以及兩列等速或不等速相對運行的列車會車時，將在靜止列車和兩列相對運行列車一側的側墻上引起壓力波（壓力脈沖）。研究表明，空氣阻力與速度的平方成正比，機械阻力則與速度成正比。德國（ICE3）的主變壓器鐵芯采用優(yōu)質(zhì)鐵－鋁合金，使導磁率提高4－5倍，又將銅編線改為鋁編線，冷卻使用硅油，這樣其總重由11.(2)會車壓力波幅值隨著頭部長細比的增大而近似線性地顯著減小。正升力將使輪軌的接觸壓力減小，為此將對列車的牽引和動力學性能產(chǎn)生重要影響。表2-2列出了若干典型高速機車和動車的簧下質(zhì)量。(1)高速列車的噪聲源盡管這些高速列車的最大軸重比較高，但整列車中大量拖車的軸重較輕，因而列車的平均軸重較低，如ICE-2的平均軸重為14.采用焊接構架可比鑄鋼結構減重50％左右。三、火災預測和滅火裝置設計削弱噪聲源發(fā)出噪聲強度的措施:大型中空擠壓鋁型材與開口型材的混合結構對不能施焊的部位，必須用密封膠密封。兩列車在隧道內(nèi)高速會車時車體所受到的壓力變化更為嚴重，此時壓力變化與堵塞系數(shù)的2.正升力將使輪軌的接觸壓力減小，為此將對列車的牽引和動力學性能產(chǎn)生重要影響。法國對TGV動車的空氣阻力（R）的測試結果：二、高速列車頭型設計二、車體結構的輕量化技術失火警報信號可以由自動或手動發(fā)出，自動分預警、報警和緊急報警三級，通過網(wǎng)絡傳遞；2022/12/12175.列車空氣動力學的力和力矩如圖所示，作用于車輛上的空氣動力學的力和力矩，其中有：空氣阻力、上升力、橫向力，以及縱向擺動力矩、扭擺力矩和側滾力矩。下面作一簡要介紹。并且兩列車進入隧道的時差對壓力變化也有很大的影響，當形成波形2022/12/1218（1）空氣阻力減少高速列車的空氣阻力對于實現(xiàn)高速運行和節(jié)能都有重要意義，因此，需要對車體外形進行最優(yōu)化設計，以便最大可能地降低空氣阻力。高速列車的運行阻力主要由空氣阻力和機械阻力（即輪軌摩擦阻力、軸承等滾動部件的摩擦阻力等）組成。

2022/12/1118（1）空氣阻力2022/12/1219空氣阻力可以簡略地用下面公式表示：

式中Cx—空氣阻力系數(shù)

ρ—空氣密度

V—列車速度

A—列車橫截面積2022/12/1119空氣阻力可以簡略地用下面公式表示：2022/12/1220空氣阻力主要由以下三個部分組成：壓差阻力：頭部及尾部壓力差所引起的阻力；摩擦阻力：由于空氣的粘性而引起的、作用于車體表面的剪切應力造成的阻力；干擾阻力：車輛的突出物(如手柄、門窗、轉向架、車體底架、懸掛設備、車頂設備、及車輛之間的連接風擋等)所引起的阻力。2022/12/1120空氣阻力主要由以下三個部分組成：2022/12/1221

研究表明，空氣阻力與速度的平方成正比，機械阻力則與速度成正比。速度為100km/h時，空氣阻力和機械阻力各占一半；速度提高到200km/h時，空氣阻力占70％，機械阻力只占30％；250km/h速度平穩(wěn)運行時，空氣阻力約占列車總阻力的80～90％以上。2022/12/1121研究表明，空氣阻力與速度的2022/12/1222

法國對TGV動車的空氣阻力（R）的測試結果：V＝100km/h時，R＝5.526KN；V＝200km/h時，R＝15.25KN。這說明，當速度提高1倍時，空氣阻力（R）提高約2倍。2022/12/1122法國對TGV動車的空氣阻力（R）的2022/12/1223（2）升力把高速列車表面的局部壓力高于周圍空氣壓力的稱為正，局部壓力低于周圍空氣壓力的稱為負。作為一個整體，車輛是受正的(向上的)升力還是受負的(向下的)升力，取決于車輛所有截面的表面壓力累加結果是正還是負。升力也與列車速度的平方成正比。正升力將使輪軌的接觸壓力減小，為此將對列車的牽引和動力學性能產(chǎn)生重要影響。2022/12/1123（2）升力2022/12/1224（3）橫向力高速列車運行中遇到橫向風時，車輛將受到橫向力和力矩的作用，當風載荷達到一定程度時，橫向力及其側滾力矩、扭擺力矩將影響車輛的傾覆安全性。2022/12/1124（3）橫向力2022/12/1225側向阻力可以簡略地用下面公式表示：

式中CD—側面阻力系數(shù)

ρ—空氣密度

V—列車速度

A—列車側面投影面積2022/12/1125側向阻力可以簡略地用下面公式表示：2022/12/1226

就車輛形狀而言，車頂越有棱角，其阻力越大。通過風洞試驗研究認為，最佳的車體橫斷面形狀應當是：車體側面平坦，且上下漸內(nèi)傾(可以降低升力)、頂部稍圓、車頂與車體側面拐角處完全修圓(可以降低力矩)。

2022/12/1126就車輛形狀而言，車頂越有棱第二節(jié)高速列車車體的輕量化設計高速列車通過隧道時列車的表面壓力列車運行速度為280km/h時，通過的最大聲級不得高于89dB(A)。研究結果表明，鋼軌頭部損傷幾乎全是疲勞損傷，鋼軌折損率隨軸重的增加而增加。高速列車頭部流線化設計并且兩列車進入隧道的時差對壓力變化也有很大的影響，當形成波形疊加時將引起很高的壓力幅值和變化率，此時車體表面的瞬時壓力可在正負數(shù)千帕之間變化。在隧道中列車風將使得道旁的工人失去平衡以及將固定不牢的設備等吹落在隧道中，這都是一些潛在的危險。系統(tǒng)集成：防火措施按區(qū)域配套，通過列車網(wǎng)絡構成防火系統(tǒng)的集成響應、信號傳遞和信息顯示；車鉤緩沖裝置由車鉤、車鉤尾框、橡膠緩沖器和復原裝置組成，如圖所示。高速列車的運行阻力主要由空氣阻力和機械阻力（即輪軌摩擦阻力、軸承等滾動部件的摩擦阻力等）組成。在兩頭端門關閉時保證10min內(nèi)不致火災蔓延至鄰車；采用固定式車窗，車窗的組裝工藝要保證密封的可靠性和耐久性，同時保證在壓力波造成的氣動載荷下(我國“高速列車密封技術暫行規(guī)定”確定組成后的車窗應能承受±6000Pa的氣動載荷，)不會造成變形和破壞。高速列車的聲源主要是：通過對車體結構、轉向架結構、車內(nèi)設備及其它設備從選材和結構優(yōu)化設計上采取措施，可使車輛自重（軸重）明顯降低。四、轉向架結構輕量化技術(2)鋁合金車體的三種結構:在每個拖車乘務室內(nèi)設一個具有明顯標志的失火警報按鈕；雖然國產(chǎn)密接式車鉤緩沖裝置的開發(fā)時間不長，與國外的同類產(chǎn)品相比還存在很大差距，但也取得了一些成功經(jīng)驗，下面作一比較。對不能施焊的部位，必須用密封膠密封。從1978年開始開發(fā)復型緩沖裝置，它是由兩個橡膠緩沖器，既非串連亦非并聯(lián)地組合在一起形成的。2022/12/1227二、高速列車頭型設計

對于高速高速列車來說，列車頭型設計非常重要，好的頭型設計可以有效地減少運行空氣阻力，列車交會壓力波和解決好運行穩(wěn)定性等問題。

第二節(jié)高速列車車體的輕量化設計2022/12/1127二、2022/12/12281.頭型設計的基本要求

(1)阻力系數(shù)一些高速鐵路發(fā)展比較早的國家，通過試驗研究和理論計算，明確提出了各自的列車阻力系數(shù)指標。在“德國聯(lián)邦鐵路城間特快列車ICE技術任務書”中規(guī)定：列車前端的驅動頭車空氣阻力系數(shù)C＝0.17；列車末端的驅動頭車空氣阻力系數(shù)C＝0.19。2022/12/11281.頭型設計的基本要求2022/12/1229(2)頭型系數(shù)（長細比）長細比，即車頭前端鼻形部位長度與車頭后部車身斷面半徑之比。頭、尾車阻力系數(shù)與流線化頭部長細比直接有關，高速列車頭部的長細比一般要求達到3左右或者更大，如圖所示：2022/12/1129(2)頭型系數(shù)（長細比）2022/12/12302022/12/11302022/12/12312.高速列車頭部流線化設計頭部縱向對稱面上的外形輪廓線，要滿足司機室凈空高、前窗幾何尺寸、玻璃形狀，以及了望等條件。在此基礎上，盡可能降低該輪廓線的垂向高度，使頭部趨于扁形，這樣可以減小壓力沖擊波，并改善尾部渦流影響。同時，將端部鼻錐部分設計成橢圓形狀，可以減少列車運行時的空氣阻力，如圖所示。2022/12/11312.高速列車頭部流線化設計2022/12/1232(a)一拱方案(b)二拱方案(c)設導流板方案

2022/12/1132(a)一拱方案(b)二拱方案(c)設2022/12/1233頭車外形比較2022/12/1133頭車外形比較2022/12/1234

在設計俯視圖最大輪廓線形時，首先要滿足司機室的寬度要求，然后再將鼻錐部分設計為帶錐度的橢圓形狀。這樣既有利于減小列車交會壓力波和改善尾部渦流影響的梭形，又兼顧到有利于降低空氣阻力的橢球面形狀。此外還應設計凹槽形的導流板，將氣流引向車頭兩側。2022/12/1134在設計俯視圖最大輪廓線形時2022/12/1235

在主型線設計完成后，還要做到頭部外形與車身外形嚴格相切；頭部外形中，任意選取的兩曲面之間也要嚴格相切，以保證頭部外形的光滑性，這樣既減少空氣阻力，又可以降低列車交會壓力波幅值。2022/12/1135在主型線設計完成后，還要做2022/12/1236三、高速列車車身外型設計

高速列車車身橫斷面形狀設計有以下特點：

1.整個車身斷面呈鼓形，即車頂為圓弧形，側墻下部向內(nèi)傾斜（5o左右）并以圓弧過渡到底架，側墻上部向內(nèi)傾斜（3o左右）并以圓弧過渡到車頂。2022/12/1136三、高速列車車身外型設計在設計俯視圖最大輪廓線形時，首先要滿足司機室的寬度要求，然后再將鼻錐部分設計為帶錐度的橢圓形狀。德國（ICE3）的主變壓器鐵芯采用優(yōu)質(zhì)鐵－鋁合金，使導磁率提高4－5倍，又將銅編線改為鋁編線，冷卻使用硅油，這樣其總重由11.按照預警、報警和緊急報警三級分別采取相應的處置措施，目標是將火災限制在區(qū)域內(nèi)，限制在低等級火警之下，最終要實現(xiàn)旅客的安全轉移。A—列車橫截面積通過對車體結構、轉向架結構、車內(nèi)設備及其它設備從選材和結構優(yōu)化設計上采取措施，可使車輛自重（軸重）明顯降低。二、車體結構的輕量化技術日本高速列車密封試驗，要求將車體所有開啟部位堵塞，車內(nèi)壓力由4000Pa降至1000Pa的時間必須大于50s。一、歐洲高速高速列車采用的密接式車鉤緩沖裝置所以減小軸重可減少鋼軌的損傷和提高其使用壽命。升力也與列車速度的平方成正比。并且兩列車進入隧道的時差對壓力變化也有很大的影響，當形成波形疊加時將引起很高的壓力幅值和變化率，此時車體表面的瞬時壓力可在正負數(shù)千帕之間變化。（1）高速列車的最大軸重、平均軸重(1)高速列車的噪聲源在隧道里，噪聲可寬限5dB(A)。升力也與列車速度的平方成正比。大型中空擠壓鋁型材與開口型材的混合結構④鉤緩裝置在低溫環(huán)境下的工作性能，包括在冰雪天氣下的連掛與解鉤性能需要改善。作為一個整體，車輛是受正的(向上的)升力還是受負的(向下的)升力，取決于車輛所有截面的表面壓力累加結果是正還是負。(1)隨著會車速度的大幅度提高，會車壓力波的強度將急劇增大，如圖所示:二、日本高速列車采用的車鉤緩沖裝置2022/12/1237

下圖為德國ICE高速列車車身斷面形狀。這不僅能減小空氣阻力，而且有利于緩解列車交會壓力波及橫向阻力、側滾力矩的作用。在設計俯視圖最大輪廓線形時，首先要滿足司機室的寬度要求，然后2022/12/1238車體斷面比較2022/12/1138車體斷面比較2022/12/12392.車輛底部形狀對空氣阻力的影響很大，為了避免地板下部設備的外露，采用與車身橫斷面形狀相吻合的裙板遮住車下設備，以減少空氣阻力，也可防止高速運行帶來的沙石擊打車下設備。2022/12/11392.車輛底部形狀對空氣阻力的影響很2022/12/12403.車體表面光滑平整，盡量減少突出物。如側門采用塞拉式；扶手為內(nèi)置式；腳蹬做成翻板式，使側面關閉時可以包住它。4.兩車輛連接處采用橡膠大風擋，與車身保持平齊，避免形成空氣渦流。2022/12/11403.車體表面光滑平整，盡量減少突出物2022/12/1241第二節(jié)高速列車車體的輕量化設計

一、軸重對輪軌相互作用的影響二、車體結構的輕量化技術三、車內(nèi)設備的輕量化技術四、轉向架結構輕量化技術

2022/12/1141第二節(jié)高速列車車體的輕量化設計一2022/12/1242一、軸重對輪軌相互作用的影響1.軸重對軌道損傷的影響隨著軸重的增加，鋼軌承受輪載而產(chǎn)生的輪軌接觸應力、軌頭內(nèi)部的剪切應力、局部應力和彎曲應力將相應增加，同時疲勞荷載作用下的應力水平也將隨之提高，從而大大縮短了鋼軌的使用壽命。2022/12/1142一、軸重對輪軌相互作用的影響2022/12/1243

研究結果表明，鋼軌頭部損傷幾乎全是疲勞損傷，鋼軌折損率隨軸重的增加而增加。法國依據(jù)鋼軌疲勞損傷統(tǒng)計資料的分析得出，鋼軌疲勞折損率與軸載荷的2.25次方成正比關系。美國認為與軸載荷的3.8次方成正比。2022/12/1143研究結果表明，鋼軌頭部損2022/12/1244

接觸理論表明，輪、軌面上的接觸應力和軌頭內(nèi)部的剪切應力與軸載荷成正比，且與車輪直徑及踏面外形有關。所以減小軸重可減少鋼軌的損傷和提高其使用壽命。日本高速列車為動力分散式，早期的軸重和簧下質(zhì)量較大，輪軌動力作用和因此產(chǎn)生的鋼軌磨耗和破壞嚴重，所以日本在高速列車的發(fā)展中非常重視降低軸重。2022/12/1144接觸理論表明，輪、軌面上2022/12/12452.高速對輪軌間垂向動力作用的影響列車運行中，如果存在車輪偏心和扁疤，或者遇到軌道不平順時，將產(chǎn)生輪軌間的沖擊載荷，這種載荷屬于“動態(tài)作用力”。下圖為B0-B0式電力機車以160km/h速度進行線路試驗得出的過軌接頭時輪軌間總載荷的時間歷程。該電力機車的軸重為20t。2022/12/11452.高速對輪軌間垂向動力作用的影響2022/12/1246

上圖中，縱坐標為垂向總載荷與車輪靜載荷之比，橫坐標為時間（ms）；虛線為輪－軌系統(tǒng)沖擊響應的理論計算值，實線為實測值。由圖可見，在這個沖擊過程中，輪軌間的載荷出現(xiàn)兩個峰值P1和P2。2022/12/1146上圖中，縱坐標為垂向總載荷與車采用航空骨架式鋁合金車體結構1958年，開始研制新干線用密接式車鉤，對以前的密接式車鉤從材質(zhì)、結構、制造工藝、風管連接器等進行了多項改進，以適應新干線高速電高速列車對密接式車鉤的要求。車鉤緩沖裝置由車鉤、車鉤尾框、橡膠緩沖器和復原裝置組成，如圖所示。高速對輪軌間垂向動力作用的影響三、高速列車車身外型設計④車內(nèi)選用吸聲效果好的高分子聚合材料；（1）頭車鼻尖部位正對來流方向為正壓區(qū)；按照預警、報警和緊急報警三級分別采取相應的處置措施，目標是將火災限制在區(qū)域內(nèi)，限制在低等級火警之下，最終要實現(xiàn)旅客的安全轉移。車門有自動和手動開關功能，失火時能安全疏散旅客；式中CD—側面阻力系數(shù)第五節(jié)高速列車連接裝置車鉤緩沖裝置由車鉤、車鉤尾框、橡膠緩沖器和復原裝置組成，如圖所示。③采用橡膠風擋，可減小撞擊聲；會車壓力波幅值與速度的關系曲線我國《鐵路主要技術政策》中規(guī)定：日本高速列車密封試驗，要求將車體所有開啟部位堵塞，車內(nèi)壓力由4000Pa降至1000Pa的時間必須大于50s。(4)會車壓力波幅值隨會車長度增大而近似成線性地明顯增大。削弱噪聲源發(fā)出噪聲強度的措施:國外高速轉向架輕量化的主要措施之一是采用無搖枕結構，此外還有很多輕量化措施：在過道、廁所、其噪聲水平不能超過75dB(A)。2022/12/1247P1力出現(xiàn)在輪軌沖擊后的瞬時（約0.3～0.4ms），頻率為500Hz～1000Hz，稱之為高頻力，其值為車輪靜載的5倍左右。

P1力的高頻瞬時沖擊作用很快被鋼軌及軌道的慣性反作用力抵消，很快衰減，來不及向上和向下傳播，其破壞作用對鋼軌和車輪最嚴重。它直接影響鋼軌軌頭的接觸應力，容易發(fā)生鋼軌剝離等接觸疲勞；對車輪產(chǎn)生劇烈的沖擊作用，導致車輪扁疤等。采用航空骨架式鋁合金車體結構2022/12/11472022/12/1248P2力出現(xiàn)在輪軌沖擊2ms以后，持續(xù)時間較長，頻率為20Hz～100Hz，稱之為中頻力，其值為車輪靜載的2.5～3.5倍。

P2力可直接向鋼軌以下和車輪以上傳遞，造成軌枕破裂、道床粉化和板結、嚴重者引起路基下陷；造成列車垂向動力學性能惡化，特別是降低滾動軸承的疲勞壽命，在這種脈沖式激擾下，構架的動應力也將增大。2022/12/1148P2力出現(xiàn)在輪軌沖擊2ms2022/12/1249

上圖為各種車速下的輪軌沖擊力響應。從圖中可以看出，P1力和P2力隨行車速度的提高而增大，當速度由80km/h提高到250km/h時，P1力增加1倍，P2力增加0.8倍。2022/12/1149上圖為各種車速下的輪軌沖擊力2022/12/12503.高速高速列車對軸重及簧下質(zhì)量的要求（1）高速列車的最大軸重、平均軸重牽引動力集中配置的高速列車，動力車的軸重為最大。如法國TGV-A的最大軸重為17t，德國ICE-2的最大軸重為19.5t。盡管這些高速列車的最大軸重比較高，但整列車中大量拖車的軸重較輕，因而列車的平均軸重較低，如ICE-2的平均軸重為14.2t，TGV因拖車采用雅克比式轉向架，其平均軸重相對高一些，為16t。2022/12/11503.高速高速列車對軸重及簧下質(zhì)量的要2022/12/12512．各國高速高速列車的軸重、簧下質(zhì)量歐洲鐵路聯(lián)盟在“高速列車技術條件”中對軸重有明確規(guī)定：允許的靜態(tài)軸重為17t，新建線路和300km/h速度運行時，每個輪子作用在正常維護線路鋼軌上的靜態(tài)和動態(tài)力之和不得超過170KN。表2-1列出了各國高速列車軸重比較。表2-2列出了若干典型高速機車和動車的簧下質(zhì)量。2022/12/11512．各國高速高速列車的軸重、簧下質(zhì)量2022/12/12522022/12/11522022/12/12532022/12/11532022/12/1254二、車體結構的輕量化技術

普通速度車體結構的自重在14t左右，而國外高速客車車體結構重量為10t左右?？傮w上看，實現(xiàn)結構輕量化的主要途徑有兩個：一是采用新材料，二是合理優(yōu)化結構設計。

2022/12/1154二、車體結構的輕量化技術2022/12/12551.車體輕量化材料耐候鋼車體不銹鋼車體鋁合金車體2022/12/11551.車體輕量化材料2022/12/12562.車體結構的輕量化設計

(1)車體結構的優(yōu)化設計日本100系高速列車，采用耐候鋼（SPA），車體鋼結構自重僅為10.3t我國的“168”客車，也采用耐候鋼制造，車體鋼結構自重為13.1～13.2t2022/12/11562.車體結構的輕量化設計①鉤頭借鑒了日本車鉤的經(jīng)驗，采用了圓錐形的鉤頭，與沙庫車鉤的棱錐形鉤頭相比，更方便制造、便于保證制造精度。在設計俯視圖最大輪廓線形時，首先要滿足司機室的寬度要求，然后再將鼻錐部分設計為帶錐度的橢圓形狀。日本高速列車密封試驗，要求將車體所有開啟部位堵塞，車內(nèi)壓力由4000Pa降至1000Pa的時間必須大于50s。速度提高到200km/h時，空氣阻力占70％，機械阻力只占30％；(1)高速列車的噪聲源采用固定式車窗，車窗的組裝工藝要保證密封的可靠性和耐久性，同時保證在壓力波造成的氣動載荷下(我國“高速列車密封技術暫行規(guī)定”確定組成后的車窗應能承受±6000Pa的氣動載荷，)不會造成變形和破壞。在每個拖車乘務室內(nèi)設一個具有明顯標志的失火警報按鈕；沙庫車鉤緩沖裝置主要由以下組成1．與沙庫車鉤緩沖裝置相比一、歐洲高速高速列車采用的密接式車鉤緩沖裝置通過風洞試驗研究認為，最佳的車體橫斷面形狀應當是：車體側面平坦，且上下漸內(nèi)傾(可以降低升力)、頂部稍圓、車頂與車體側面拐角處完全修圓(可以降低力矩)。②車鉤與緩沖器之間采取法蘭型式的連接，與沙庫車鉤緩沖裝置結構相比，更容易實現(xiàn)與現(xiàn)有車鉤的兼容連接。三、火災預測和滅火裝置設計②車鉤強度高、緩沖器容量低。在此基礎上，盡可能降低該輪廓線的垂向高度，使頭部趨于扁形，這樣可以減小壓力沖擊波，并改善尾部渦流影響。車鉤壓縮時的工作原理與此相同。雖然國產(chǎn)密接式車鉤緩沖裝置的開發(fā)時間不長，與國外的同類產(chǎn)品相比還存在很大差距，但也取得了一些成功經(jīng)驗，下面作一比較。采用大型中空擠壓鋁型材焊接結構一、車體的密封隔聲性能并且兩列車進入隧道的時差對壓力變化也有很大的影響，當形成波形疊加時將引起很高的壓力幅值和變化率，此時車體表面的瞬時壓力可在正負數(shù)千帕之間變化。2022/12/1257(2)鋁合金車體的三種結構:大型中空擠壓鋁型材焊接結構采用航空骨架式鋁合金車體結構大型中空擠壓鋁型材與開口型材的混合結構

①鉤頭借鑒了日本車鉤的經(jīng)驗，采用了圓錐形的鉤頭，與沙庫車鉤的2022/12/1258采用大型中空擠壓鋁型材焊接結構2022/12/1158采用大型中空擠壓鋁型材焊接結構2022/12/1259采用航空骨架式鋁合金車體結構2022/12/1159采用航空骨架式鋁合金車體結構2022/12/1260德國ICE鋁合金車體斷面

2022/12/1160德國ICE鋁合金車體斷面2022/12/12612022/12/11612022/12/1262三、車內(nèi)設備的輕量化技術車內(nèi)設備材料，首先應滿足功能要求和防火阻燃要求，裝飾板應反映時代感，車內(nèi)設備約占客車總重量的20％，輕量化具有重要意義。1.車內(nèi)設備如門、窗、行李架、座椅、供水設備、衛(wèi)生設備等等，均可選用輕合金或高分子工程材料和復合材料，使設備重量大大減輕。2022/12/1162三、車內(nèi)設備的輕量化技術2022/12/1263

僅座椅一項，日本采用鋁－鋼合制或全鋁制雙人座椅，其重量由原鋼制的56kg分別降為32kg和24kg，聚碳酸脂（PC）板材作為透明車窗材料，重量約為同厚度玻璃的1/15，而且透光、耐壓、耐沖擊均較普通玻璃好，能方便地制作車輛通長的車窗。2.車內(nèi)裝飾板材廣泛采用薄膜鋁合金墻板，工程塑料頂板等。2022/12/1163僅座椅一項，日本采用鋁－鋼合制2022/12/12643.其它設備的輕量化如日本100系采用直流牽引電機，每臺重量為825kg(功率為230kw)，而300系采用交流感應電機后，每臺重量僅為390kg(功率增至300kw)。德國（ICE3）的主變壓器鐵芯采用優(yōu)質(zhì)鐵－鋁合金，使導磁率提高4－5倍，又將銅編線改為鋁編線，冷卻使用硅油，這樣其總重由11.5噸降為7噸等等。2022/12/11643.其它設備的輕量化2022/12/1265四、轉向架結構輕量化技術降低轉向架自重是高速轉向架技術開發(fā)的一個重要方面，它對改善車輛振動性能和減小輪軌之間的動力作用均具有顯著效果。國外高速轉向架輕量化的主要措施之一是采用無搖枕結構，此外還有很多輕量化措施：2022/12/1165四、轉向架結構輕量化技術2022/12/12661．構架結構輕量化。采用焊接構架可比鑄鋼結構減重50％左右。2．輪對輕量化。采用空心車軸和小直徑車輪；采用S形薄輻板車輪。德國MBB公司研制了玻璃鋼（FRP）輪心，車輪由鋼質(zhì)車箍、FRP輪心和鋼質(zhì)輪轂三部分組成，其簧下質(zhì)量至少降低了20％（100Kg左右）；采用雙排圓錐滾子軸承，同時承受徑向和軸向載荷，其重量只有40Kg，約為日本新干線原用軸承重量的一半。2022/12/11661．構架結構輕量化。采用焊接構架可比2022/12/12673．軸箱和齒輪箱采用鋁合金制作。鋁合金軸箱的重量只有原來的40％左右，齒輪箱亦減到原來的56％。通過對車體結構、轉向架結構、車內(nèi)設備及其它設備從選材和結構優(yōu)化設計上采取措施，可使車輛自重（軸重）明顯降低。2022/12/11673．軸箱和齒輪箱采用鋁合金制作。鋁合2022/12/12682022/12/11682022/12/1269第三節(jié)車體的密封隔聲技術

一、車體的密封隔聲性能二、車體的密封技術三、車內(nèi)噪聲控制技術2022/12/1169第三節(jié)車體的密封隔聲技術一、車體2022/12/1270一、車體的密封隔聲性能1.車體的密封性能(1)壓力波對旅客舒適性的影響車外壓力的波動會反應到車廂內(nèi)，使旅客感到不舒服，輕者壓迫耳膜，重則頭暈惡心，甚至造成耳膜破裂。許多國家先后在壓力波對旅客舒適性的影響方面進行了研究。2022/12/1170一、車體的密封隔聲性能2022/12/1271

國外高速列車的運用實踐表明，沒有交會列車時，頭、尾車外面的氣流壓力變化為：頭部受2.5KPa左右的正壓、尾部為2.0KPa左右的負壓；有交會列車時特別在隧道內(nèi)會車時，車外氣流壓力會大幅度變化，對進入隧道列車的氣流測定結果：速度200km/h時，頭部正壓為3.2KPa、尾部負壓為4.9KPa；速度為280km/h時，頭部正壓為3.9KPa、尾部負壓為5.5KPa。2022/12/1171國外高速列車的運用實踐表明2022/12/12722022/12/11722022/12/1273(2)對車體密封性能的要求日本高速列車密封試驗，要求將車體所有開啟部位堵塞，車內(nèi)壓力由4000Pa降至1000Pa的時間必須大于50s。歐洲高速列車曾采用壓力從4000Pa降至1000Pa的時間大于50s(車輛通過臺和空調(diào)設備關閉)?，F(xiàn)在，德國、意大利等國家采用壓力從3600Pa降至1350Pa的時間大于18s。2022/12/1173(2)對車體密封性能的要求2022/12/1274

我國在《200km/h及以上速度級列車密封設計及試驗鑒定暫行規(guī)定》中要求：整車落成后的密封性能試驗，要求達到車內(nèi)壓力從3600Pa降至1350Pa的時間大于18s；車體結構的密封性能要求壓力從3600Pa降至1350Pa的時間須大于36s；組成后的車窗、車門、風擋應能在±4000Pa的氣動載荷作用下保持良好的密封性2022/12/1174我國在《200km/h及以2022/12/12752.車體的隔聲性能(1)高速列車的噪聲源高速列車的聲源主要是：輪軌噪聲（碰撞、摩擦聲）；空氣沿車體表面流動產(chǎn)生的摩擦聲和受電弓與接觸網(wǎng)導線的摩擦聲；風擋等構件的撞擊聲。列車進出隧道產(chǎn)生的壓縮波和反射波所產(chǎn)生的噪聲等。2022/12/11752.車體的隔聲性能2022/12/1276(2)國外高速列車運行噪聲的控制德國在聯(lián)邦鐵路城間特快列車ICE技術任務書中，對高速列車運行噪聲作了技術規(guī)定：距鐵路中心線25m處，當列車運行速度為250km/h時，列車通過的最大聲級不得高于88dB(A)；列車運行速度為280km/h時，通過的最大聲級不得高于89dB(A)。2022/12/1176(2)國外高速列車運行噪聲的控制①車鉤的縱向間隙小于1.側門采用密封性能良好的塞拉門；式中CD—側面阻力系數(shù)用于高速列車內(nèi)部各車輛之間的半永久式車鉤緩沖裝置側向阻力可以簡略地用下面公式表示：A—列車側面投影面積在過道、廁所、其噪聲水平不能超過75dB(A)。如英國和法國規(guī)定，通過海峽隧道區(qū)間列車的內(nèi)裝飾和包覆材料，必須采用阻燃無毒的酚醛纖維增強塑料（FRP）材料。列車運行速度為280km/h時，通過的最大聲級不得高于89dB(A)。近些年，隨著我國高速列車的開發(fā)、運用，四方車輛研究所在開發(fā)北京地鐵密接式車鉤緩沖裝置的基礎上，吸收日本、歐洲密接式車鉤的經(jīng)驗，開發(fā)了采用金屬環(huán)簧緩沖器的密接式車鉤緩沖裝置，在“蘭箭”號、“先鋒”號和“中華之星”等高速列車上裝用。采用雙排圓錐滾子軸承，同時承受徑向和軸向載荷，其重量只有40Kg，約為日本新干線原用軸承重量的一半。(1)高速列車的噪聲源同時，列車高速運行引起的氣動現(xiàn)象對周圍環(huán)境也產(chǎn)生影響，這就是高速列車的空氣動力學問題。削弱噪聲源發(fā)出噪聲強度的措施:許多國家先后在壓力波對旅客舒適性的影響方面進行了研究。所謂雙層墻，就是指地板、側墻、車頂?shù)榷鄬咏Y構，在層間采用橡膠墊隔開，一方面起隔振作用，同時使聲波不能通過金屬螺釘（聲橋）傳遞，有效地提高了車體的隔聲性能；①鉤頭借鑒了日本車鉤的經(jīng)驗，采用了圓錐形的鉤頭，與沙庫車鉤的棱錐形鉤頭相比，更方便制造、便于保證制造精度。其中一個緩沖器承擔拉伸時的緩沖作用，另一個緩沖器承擔壓縮時的緩沖作用，它們靠一定的初壓力（通常為20kN－60kN）組裝在本該由一個緩沖器占據(jù)的空間內(nèi)。研究表明，空氣阻力與速度的平方成正比，機械阻力則與速度成正比。高速列車的運行阻力主要由空氣阻力和機械阻力（即輪軌摩擦阻力、軸承等滾動部件的摩擦阻力等）組成。2022/12/1277

日本多年來投入了大量人力物力財力降低新干線鐵路噪聲，效果顯著。目前日本新干線距鐵路中心25m處列車通過最大聲級為：高架橋、高路堤區(qū)段65～75dB(A)，達到了新干線環(huán)境噪聲標準限值。即：居民住宅室外的最大噪聲級≤70dB(A)；工業(yè)，商業(yè)區(qū)或有少量居民居住混合區(qū)的室外≤75dB(A)。①車鉤的縱向間隙小于1.2022/12/1177日2022/12/12782022/12/11782022/12/1279(3)車內(nèi)噪聲的標準極限值車內(nèi)噪聲一般由以下幾部分組成：車體外部傳入車內(nèi)的噪聲，一般稱之為空氣聲；由于各種原因導致的車體內(nèi)表面結構振動，特別是薄壁結構振動產(chǎn)生的輻射聲，一般稱之為結構振動噪聲；各種車內(nèi)設備、系統(tǒng)(如空調(diào)通風系統(tǒng)，各類管道等)，作為振源、聲源所產(chǎn)生的噪聲；上述各類噪聲在車廂內(nèi)部傳播與反射所形成的混響聲等組成。2022/12/1179(3)車內(nèi)噪聲的標準極限值2022/12/1280車內(nèi)噪聲的標準限值:德國鐵路規(guī)定，速度為250km/h時，一等車噪聲不超過65dB(A)，二等車不超過68dB(A)。國際鐵路聯(lián)盟（UIC）規(guī)定：客車車內(nèi)噪聲應小于65dB(A)。在隧道里，噪聲可寬限5dB(A)。在過道、廁所、其噪聲水平不能超過75dB(A)。2022/12/1180車內(nèi)噪聲的標準限值:2022/12/1281二、車體的密封技術列車的密封需要從車體結構和部件上給以考慮。當前世界各國在高速列車上采用的密封技術主要有：1.車體結構采用連續(xù)焊縫以消除焊接氣隙；對不能施焊的部位，必須用密封膠密封。2022/12/1181二、車體的密封技術2022/12/12822.采用固定式車窗，車窗的組裝工藝要保證密封的可靠性和耐久性，同時保證在壓力波造成的氣動載荷下(我國“高速列車密封技術暫行規(guī)定”確定組成后的車窗應能承受±6000Pa的氣動載荷，)不會造成變形和破壞。3.側門采用密封性能良好的塞拉門；頭、尾的端門要采用可充壓縮空氣的橡膠條；通過臺風擋采用橡膠大風擋，并注意處理好渡板處的密封問題。2022/12/11822.采用固定式車窗，車窗的組裝工藝要2022/12/12834.空調(diào)環(huán)控設備設立壓力控制：如在客室進排氣風口安裝壓力保護閥，在排氣風道中裝設帶節(jié)氣閥的排風機，安裝壓力保護通風機等，主要目的是既保證正常的通風換氣又保證車內(nèi)壓力變化在限值之內(nèi)。5.廁所、洗臉室的水不能采用直排式，而要通過密封裝置排到車外；對直通車下的管路和電纜孔應采取必要的密封措施。6.車輛出廠前都要通過整車氣密性、水密性試驗。2022/12/11834.空調(diào)環(huán)控設備設立壓力控制：如在客2022/12/1284三、車內(nèi)噪聲控制技術為了降低車內(nèi)噪聲，一方面要削弱噪聲源發(fā)出噪聲的強度，另一方面要提高車體的隔聲性能。

1.削弱噪聲源發(fā)出噪聲強度的措施:①在車輪上安裝消音器和開發(fā)彈性車輪，可有效地降低輪軌噪聲；2022/12/1184三、車內(nèi)噪聲控制技術2022/12/1285②車體外形設計成流線形，車體表面平整、光滑都有利于減小空氣與車體的摩擦聲；③采用橡膠風擋，可減小撞擊聲；④在空調(diào)系統(tǒng)上安裝消音器，降低牽引電機風扇的噪聲、驅動裝置等設備的振動噪聲。2022/12/1185②車體外形設計成流線形，車體表面平整2022/12/12862.提高車體隔聲性能的措施①采用雙層墻結構，可增加隔聲量4－5dB(A)。所謂雙層墻，就是指地板、側墻、車頂?shù)榷鄬咏Y構，在層間采用橡膠墊隔開，一方面起隔振作用，同時使聲波不能通過金屬螺釘（聲橋）傳遞，有效地提高了車體的隔聲性能；②在車體金屬（如地板）表面涂刷防振阻尼層，使鋼結構的聲頻振動轉化為熱能消散，減少了聲波的輻射和聲波振動的傳遞，從而減少車內(nèi)噪聲；2022/12/11862.提高車體隔聲性能的措施2022/12/1287③采用雙層車窗，減少從側面?zhèn)魅胲噧?nèi)的噪聲；④車內(nèi)選用吸聲效果好的高分子聚合材料；⑤提高車體氣密性的措施，同樣可以起隔聲作用。法國TGV－A高速列車，通過各種隔聲措施，速度達300km/h時客室內(nèi)噪聲值為66dB(A)。2022/12/1187③采用雙層車窗，減少從側面?zhèn)魅胲噧?nèi)的2022/12/1288第四節(jié)防火安全技術

一、防火系統(tǒng)設計原則二、防火結構設計三、火災預測和滅火裝置設計四、火災發(fā)生時的對策2022/12/1188第四節(jié)防火安全技術一、防火系統(tǒng)設2022/12/1289一、防火系統(tǒng)設計原則高速列車防火系統(tǒng)設計原則：系統(tǒng)集成、預防為主、應急對策、以人為本。

系統(tǒng)集成：防火措施按區(qū)域配套，通過列車網(wǎng)絡構成防火系統(tǒng)的集成響應、信號傳遞和信息顯示；2022/12/1189一、防火系統(tǒng)設計原則2022/12/1290

預防為主：所有材料與器件的選用以防止不會發(fā)生火燃或防止火種蔓延為主體，將火情發(fā)生因素壓到最小程度，達到預防火災的要求；

應急對策：一旦火災發(fā)生，有嚴格的分級應急對策，將火災限制在區(qū)域內(nèi)，限制在低等級火警之下；

以人為本：一切應急對策均以“以人為本”為出發(fā)點，防止措施的最終手段要以實現(xiàn)旅客的安全轉移為目的。2022/12/1190預防為主：所有材料與器件的選用以2022/12/1291二、防火結構設計1.選用耐火材料①車輛使用的耐火材料，主要指阻燃、低煙、低毒的高分子材料和耐火涂料。如英國和法國規(guī)定，通過海峽隧道區(qū)間列車的內(nèi)裝飾和包覆材料，必須采用阻燃無毒的酚醛纖維增強塑料（FRP）材料。2022/12/1191二、防火結構設計2022/12/1292

國內(nèi)目前也在大力開發(fā)車輛上使用的酚醛玻璃鋼材料，用來制造車內(nèi)設備、裝飾板、通風管道等。國外車輛為了提高窗簾隔熱和耐火程度，采用聚酯纖維上噴鍍不銹鋼或采用玻璃纖維做基底的紡織窗簾布。2022/12/1192國內(nèi)目前也在大力開發(fā)車輛上2022/12/1293②根據(jù)車型和部位不同選擇不同等級的防火、防煙毒材料。例如，法國TGV高速列車車體材料的防火、防煙毒等級遠高于速度200km/h的VTU、VU系列車；車頂部位高于側墻和地板。③臥車包間的隔墻全部采用防火板包上，隔墻里添加阻燃材料；采用阻燃風擋。在兩頭端門關閉時保證10min內(nèi)不致火災蔓延至鄰車；2022/12/1193②根據(jù)車型和部位不同選擇不同2022/12/1294

2.車門有自動和手動開關功能，失火時能安全疏散旅客；車窗上設有應急手柄或備有應急手錘，平時手錘封在盒內(nèi)，火警時操縱應急手柄打開車窗或用手錘把窗玻璃擊碎。

2022/12/11942.車門有自動和手動開關功能，失火2022/12/1295三、火災預測和滅火裝置設計1.設置煙霧探測及失火警報裝置。煙霧報警器在明火火災發(fā)生前作出預警，并與地面防火系統(tǒng)聯(lián)防；2.手動報警器。在每個拖車乘務室內(nèi)設一個具有明顯標志的失火警報按鈕；3.滅火裝置。在每個拖車、動車的明顯處各設一個6L便攜式噴霧滅火器和一個6kg干粉滅火器。2022/12/1195三、火災預測和滅火裝置設計2022/12/1296四、火災發(fā)生時的對策

1.火警等級失火警報信號可以由自動或手動發(fā)出，自動分預警、報警和緊急報警三級，通過網(wǎng)絡傳遞；手動報警為一級，通過連線傳遞。

2.失火對策按照預警、報警和緊急報警三級分別采取相應的處置措施，目標是將火災限制在區(qū)域內(nèi)，限制在低等級火警之下，最終要實現(xiàn)旅客的安全轉移。2022/12/1196四、火災發(fā)生時的對策2022/12/1297第五節(jié)高速列車連接裝置

一、歐洲高速高速列車采用的密接式車鉤緩沖裝置二、日本高速列車采用的車鉤緩沖裝置三、我國的密接式車鉤緩沖裝置2022/12/1197第五節(jié)高速列車連接裝置一、歐洲高2022/12/1298一、歐洲高速高速列車采用的密接式車鉤緩沖裝置1.基本結構歐洲的密接式車鉤緩沖裝置以德國的沙庫公司生產(chǎn)的沙庫密接式車鉤緩沖裝置最具有代表性，已占據(jù)了歐洲高速列車的大部分市場，ICE系列與TGV系列高速高速列車全部裝用沙庫車鉤緩沖裝置。

2022/12/1198一、歐洲高速高速列車采用的密接式車鉤2022/12/1299沙庫密接式車鉤緩沖裝置包括三類：用于高速列車單元之間的自動密接式車鉤緩沖裝置用于高速列車內(nèi)部各車輛之間的半永久式車鉤緩沖裝置用于列車（高速列車）全端的可伸縮密接式車鉤緩沖裝置。2022/12/1199沙庫密接式車鉤緩沖裝置包括三類：2022/12/12100

沙庫車鉤緩沖裝置主要由以下組成1.鉤頭;2.電力連接器及風管連接器;3.含小容量緩沖器的車鉤鉤體;4.尾部橡膠緩沖器;5.中心調(diào)整裝置;6.鉤頭電加熱裝置;7.含于鉤身之中能夠吸收較大沖擊能量的金屬壓潰管等。2022/12/11100沙庫車鉤緩沖裝置主要由以下2022/12/12101沙庫車鉤緩沖裝置2022/12/11101沙2022/12/12102二、日本高速列車采用的車鉤緩沖裝置

1929年柴田衛(wèi)氏（設計普通車鉤的柴田兵衛(wèi)氏之弟）提出了密接式車鉤的設計方案，1931年完成了研制和現(xiàn)車試驗，1932年開始在普通電動車上全面采用這種柴田密接式車鉤。

1958年，開始研制新干線用密接式車鉤，對以前的密接式車鉤從材質(zhì)、結構、制造工藝、風管連接器等進行了多項改進，以適應新干線高速電高速列車對密接式車鉤的要求。2022/12/11102二、日本高速列車采用的車鉤緩沖裝置2022/12/121031.高速電高速列車采用的車鉤緩沖裝置的特點車鉤緩沖裝置由車鉤、車鉤尾框、橡膠緩沖器和復原裝置組成，如圖所示。復原裝置鉤尾框橡膠緩沖器車鉤2022/12/111031.高速電高速列車采用的車鉤緩沖裝2022/12/12104車鉤緩沖裝置有以下特點：

①車鉤的縱向間隙小于1.5mm；②車鉤強度高、緩沖器容量低。車鉤的拉伸破壞強度為1600KN，但橡膠緩沖裝置的最大容量為10KJ。③全部采用復型橡膠緩沖器，緩沖性能良好。④由于不需要與以前的車輛連掛，根據(jù)高速列車車體高度情況，車鉤高度取為1000mm。2022/12/11104車鉤緩沖裝置有以下特點：2022/12/121052.復型橡膠緩沖器

在1960年－1978年，因橡膠緩沖裝置具有結構簡單、成本低、可靠性高等特點，被迅速推廣至幾乎所有車種上。但由于橡膠緩沖裝置有一定的初壓縮力，在性能上存在一定范圍的緩沖盲區(qū)，給客車的舒適性帶來了不利影響，常有因車輛振動驚醒乘客的情況。2022/12/111052.復型橡膠緩沖器2022/12/12106

從1978年開始開發(fā)復型緩沖裝置，它是由兩個橡膠緩沖器，既非串連亦非并聯(lián)地組合在一起形成的。其中一個緩沖器承擔拉伸時的緩沖作用，另一個緩沖器承擔壓縮時的緩沖作用，它們靠一定的初壓力（通常為20kN－60kN）組裝在本該由一個緩沖器占據(jù)的空間內(nèi)。2022/12/11106從1978年開始開發(fā)復型2022/12/12107

車鉤牽引時，壓縮左邊的緩沖器，右邊的緩沖器隨著張開（因有初壓縮量），并隨時占滿因壓縮左邊緩沖器出現(xiàn)的空間。車鉤壓縮時的工作原理與此相同。因此，無論是牽引還是壓縮，緩沖裝置中的從板均不離開從板座，既避免了從板與從板座間因出現(xiàn)間隙而發(fā)生沖擊，又消除了緩沖盲區(qū)，大大提高了車輛的乘坐舒適性。復型橡膠緩沖器于1979年正式推廣應用。

2022/12/11107車鉤牽引時，壓縮左邊的緩2022/12/12108三、我國的密接式車鉤緩沖裝置

近些年，隨著我國高速列車的開發(fā)、運用，四方車輛研究所在開發(fā)北京地鐵密接式車鉤緩沖裝置的基礎上，吸收日本、歐洲密接式車鉤的經(jīng)驗，開發(fā)了采用金屬環(huán)簧緩沖器的密接式車鉤緩沖裝置，在“蘭箭”號、“先鋒”號和“中華之星”等高速列車上裝用。2022/12/11108三、我國的密接式車鉤緩沖裝置2022/12/12109

又經(jīng)過改進，采用彈性膠泥緩沖器的密接式車鉤緩沖裝置已部分推廣應用于25T型提速客車，明顯地改善了列車縱向沖擊性能，取得了較好的運用效果。雖然國產(chǎn)密接式車鉤緩沖裝置的開發(fā)時間不長，與國外的同類產(chǎn)品相比還存在很大差距，但也取得了一些成功經(jīng)驗，下面作一比較。2022/12/11109又經(jīng)過改進，采用2022/12/121101．與沙庫車鉤緩沖裝置相比不足之處有：①車鉤破壞強度為1800kN，所傳遞地縱向牽引力和壓縮載荷分別為1000kN和1200kN。而沙庫車鉤緩沖裝置卻能分別傳遞1000kN和1500kN縱向牽引和壓縮載荷，壓縮載荷甚至可以提高到2200kN。2022/12/111101．與沙庫車鉤緩沖裝置相比2022/12/12111②橡膠緩沖元件只能產(chǎn)生不太大的變形，只有很小的緩沖容量、較低的使用壽命。而沙庫車鉤緩沖裝置的橡膠緩沖元件可產(chǎn)生高達55mm的變形位移，具有較高的緩沖容量、較長的使用壽命。③用于列車（高速列車）前端的可伸縮密接式車鉤緩沖裝置國內(nèi)還是空白，對于半永久式車鉤緩沖裝置也缺乏深入的研究。2022/12/11111②橡膠緩沖元件只能產(chǎn)生不太大的變形2022/12/12112④鉤緩裝置在低溫環(huán)境下的工作性能，包括在冰雪天氣下的連掛與解鉤性能需要改善?？扇≈幱校孩巽^頭借鑒了日本車鉤的經(jīng)驗，采用了圓錐形的鉤頭，與沙庫車鉤的棱錐形鉤頭相比，更方便制造、便于保證制造精度。②車鉤與緩沖器之間采取法蘭型式的連接，與沙庫車鉤緩沖裝置結構相比，更容易實現(xiàn)與現(xiàn)有車鉤的兼容連接。2022/12/11112④鉤緩裝置在低溫環(huán)境下的工作性能，2022/12/121132.與日本的車鉤緩沖裝置相比不足之處有：①無論是G1型緩沖器，還是彈性膠泥緩沖器，都做不到零初壓力或很低的初壓力，因此，緩和列車沖擊的性能不是最理想。②在安裝結構上借鑒了沙庫的經(jīng)驗，與日本的鉤緩結構相比，其安裝結構相對簡單。2022/12/111132.與日本的車鉤緩沖裝置相比2022/12/121143.高速列車通過隧道時列車的表面壓力列車在隧道中運行時，將引起隧道內(nèi)空氣壓力急劇波動，因此列車表面上各處的壓力也呈快速大幅度變動狀況，完全不同于在明線上的表面壓力分布。

2022/12/111143.高速列車通過隧道時列車的表面壓2022/12/12115（2）升力把高速列車表面的局部壓力高于周圍空氣壓力的稱為正，局部壓力低于周圍空氣壓力的稱為負。作為一個整體，車輛是受正的(向上的)升力還是受負的(向下的)升力，取決于車輛所有截面的表面壓力累加結果是正還是負。升力也與列車速度的平方成正比。正升力將使輪軌的接觸壓力減小，為此將對列車的牽引和動力學性能產(chǎn)生重要影響。2022/12/11115（2）升力2022/12/121162．各國高速高速列車的軸重、簧下質(zhì)量歐洲鐵路聯(lián)盟在“高速列車技術條件”中對軸重有明確規(guī)定：允許的靜態(tài)軸重為17t，新建線路和300km/h速度運行時，每個輪子作用在正常維護線路鋼軌上的靜態(tài)和動態(tài)力之和不得超過170KN。表2-1列出了各國高速列車軸重比較。表2-2列出了若干典型高速機車和動車的簧下質(zhì)量。2022/12/111162．各國高速高速列車的軸重、簧下質(zhì)2022/12/121172022/12/111172022/12/12118二、車體結構的輕量化技術

普通速度車體結構的自重在14t左右，而國外高速客車車體結構重量為10t左右。總體上看，實現(xiàn)結構輕量化的主要途徑有兩個：一是采用新材料，二是合理優(yōu)化結構設計。

2022/12/11118二、車體結構的輕量化技術2022/12/12119三、火災預測和滅火裝置設計1.設置煙霧探測及失火警報裝置。煙霧報警器在明火火災發(fā)生前作出預警，并與地面防火系統(tǒng)聯(lián)防；2.手動報警器。在每個拖車乘務室內(nèi)設一個具有明顯標志的失火警報按鈕；3.滅火裝置。在每個拖車、動車的明顯處各設一個6L便攜式噴霧滅火器和一個6kg干粉滅火器。2022/12/11119三、火災預測和滅火裝置設計2022/12/12120

沙庫車鉤緩沖裝置主要由以下組成1.鉤頭;2.電力連接器及風管連接器;3.含小容量緩沖器的車鉤鉤體;4.尾部橡膠緩沖器;5.中心調(diào)整裝置;6.鉤頭電加熱裝置;7.含于鉤身之中能夠吸收較大沖擊能量的金屬壓潰管等。2022/12/11120沙庫車鉤緩沖裝置主要由以下2022/12/12121

從1978年開始開發(fā)復型緩沖裝置，它是由兩個橡膠緩沖器，既非串連亦非并聯(lián)地組合在一起形成的。其中一個緩沖器承擔拉伸時的緩沖作用，另一個緩沖器承擔壓縮時的緩沖作用，它們靠一定的初壓力（通常為20kN－60kN）組裝在本該由一個緩沖器占據(jù)的空間內(nèi)。2022/12/11121從1978年開始開發(fā)復型2022/12/12122一、列車空氣動力學二、高速列車頭型設計三、高速列車車身外型設計第一節(jié)流線形車體結構2022/12/111一、列車空氣動力學第一節(jié)流線形車2022/12/12123一、列車空氣動力學隨著列車運行速度的提高，周圍空氣的動力作用一方面對列車和列車運行性能產(chǎn)生影響；同時，列車高速運行引起的氣動現(xiàn)象對周圍環(huán)境也產(chǎn)生影響，這就是高速列車的空氣動力學問題。

2022/12/112一、列車空氣動力學2022/12/121241.高速列車運行中列車的表面壓力從風洞試驗結果來看，列車表面壓力可以分為三個區(qū)域：（1）頭車鼻尖部位正對來流方向為正壓區(qū)；（2）車頭部附近的高負壓區(qū)：從鼻尖向上及向兩側，正壓逐漸減小變?yōu)樨搲海浇咏c車身連接處的頂部與側面，負壓達最大值；（3）頭車車身、拖車和尾車車身為低負壓區(qū)。2022/12/1131.高速列車運行中列車的表面壓力2022/12/12125

因此，在動車（頭車）上布置空調(diào)裝置及冷卻系統(tǒng)進風口時，應布置在靠近鼻尖的區(qū)域內(nèi)，此處正壓較大，進風容易；而排風口則應布置在負壓較大的頂部與側面。在有側向風作用下，列車表面壓力分布發(fā)生很大變化，尤其對車頂小圓弧部位表面壓力的影響最大。當列車在曲線上運行又遇到強側風時，還會影響到列車的傾覆安全性。2022/12/114因此，在動車（頭車）上布置2022/12/12126

2.高速列車會車時列車的表面壓力列車交會時產(chǎn)生的最大壓力脈動值的大小是評價列車氣動外形優(yōu)劣的一項指標。在一列車與另一靜止不動的列車會車時，以及兩列等速或不等速相對運行的列車會車時，將在靜止列車和兩列相對運行列車一側的側墻上引起壓力波（壓力脈沖）。這是由于相對運動的列車車頭對空氣的擠壓，在與之交會的另一列車側壁上掠過，使列車間側壁上的空氣壓力產(chǎn)生很大的波動。2022/12/115

2.高速列車會車時列車的表面壓力2022/12/12127

試驗研究和計算表明，高速列車會車壓力波幅值大小與下列因素有關：

(1)隨著會車速度的大幅度提高，會車壓力波的強度將急劇增大，如圖所示:2022/12/116試驗研究和計算表明，高速列車2022/12/12128會車壓力波幅值與速度的關系曲線

2022/12/117會車壓力波幅值與速度的關系曲線2022/12/12129

由上圖可見，當頭部長細比γ為2.5，兩列車以等速相對運行會車時，速度由250km/h提高到350km/h，壓力波幅值由1015Pa增至1950Pa，增大近一倍。

(2)會車壓力波幅值隨著頭部長細比的增大而近似線性地顯著減小。為了有效地減小高速列車會車引起的壓力波的強度，應將動車（車頭）的頭部設計成細長而且呈流線型。2022/12/118由上圖可見，當頭部長細比γ為2022/12/12130

(3)會車壓力波幅值隨會車高速列車側墻間距增大而顯著減小。為了減少會車壓力波及其影響，應適當增大鐵路的線間距。我國《鐵路主要技術政策》中規(guī)定：160km/h時，線間距≥4.2m；200km/h時，線間距≥4.4m；250km/h時，線間距≥4.6m；300km/h時，線間距≥4.8m；350km/h時，線間距≥5.0m。2022/12/119(3)會車壓力波幅值隨會車高速2022/12/12131(4)會車壓力波幅值隨會車長度增大而近似成線性地明顯增大。

(5)會車壓力波幅值隨側墻高度增大明顯減小，但減小的幅度隨側墻高度增大而逐漸減小。

2022/12/1110(4)會車壓力波幅值隨會車長2022/12/12132(6)高、中速列車會車時，中速車的壓力波幅值遠大于高速車(一般高1.8倍以上)。這是由于會車壓力波的主要影響因素是通過車的速度，在高、中速列車會車時，中速車壓力波主要受其通過車高速車速度的影響，高速車壓力波主要受其通過車中速車速度的影響，所以中速車上的壓力波幅值遠大于高速車。2022/12/1111(6)高、中速列車會車時，2022/12/121333.高速列車通過隧道時列車的表面壓力列車在隧道中運行時，將引起隧道內(nèi)空氣壓力急劇波動，因此列車表面上各處的壓力也呈快速大幅度變動狀況，完全不同于在明線上的表面壓力分布。

2022/12/11123.高速列車通過隧道時列車的表面壓力2022/12/12134

試驗研究表明，壓力幅值的變動與列車速度，列車長度，堵塞系數(shù)(列車橫截面積與隧道橫截面積的比值)、頭型系數(shù)（長細比，即車頭前端鼻形部位長度與車頭后部車身斷面半徑之比），以及列車側面和隧道側面的摩擦系數(shù)等因素有關，其中以堵塞系數(shù)和列車速度為重要的影響參數(shù)。2022/12/1113試驗研究表明，壓力幅值的變2022/12/12135國外有的研究報告指出:

單列車進入隧道的壓力變化大約與列車速度的平方成正比，與堵塞系數(shù)的1.3±0.25次方成正比例。兩列車在隧道內(nèi)高速會車時車體所受到的壓力變化更為嚴重，此時壓力變化與堵塞系數(shù)的2.16±0.06次方成正比。并且兩列車進入隧道的時差對壓力變化也有很大的影響，當形成波形疊加時將引起很高的壓力幅值和變化率，此時車體表面的瞬時壓力可在正負數(shù)千帕之間變化。2022/12/1114國外有的研究報告指出:2022/12/121364.列車風當列車高速行駛時，在線路附近產(chǎn)生空氣運動，這就是列車風。當列車以200km/h速度行駛時，根據(jù)測量，在軌面以上0.814m、距列車1.75m處的空氣運動速度將達到17m/s（61.2km/h)，這是人站立不動能夠承受的風速，當列車以這樣或更高的速度通過車站時，列車風將給鐵路工作人員和旅客帶來危害。2022/12/11154.列車風2022/12/12137

高速列車通過隧道時，在隧道中所引起的縱向氣流速度約與列車速度成正比。在隧道中列車風將使得道旁的工人失去平衡以及將固定不牢的設備等吹落在隧道中，這都是一些潛在的危險。國外有些鐵路規(guī)定，在列車速度高于160km/h行駛時不允許鐵路員工進入隧道。列車速度稍低時，也不讓員工在隧道中行走和工作，必須要在避車洞內(nèi)等待列車通過。2022/12/1116高速列車通過隧道時，在隧道并且兩列車進入隧道的時差對壓力變化也有很大的影響，當形成波形疊加時將引起很高的壓力幅值和變化率，此時車體表面的瞬時壓力可在正負數(shù)千帕之間變化。在一列車與另一靜止不動的列車會車時，以及兩列等速或不等速相對運行的列車會車時，將在靜止列車和兩列相對運行列車一側的側墻上引起壓力波（壓力脈沖）。研究表明，空氣阻力與速度的平方成正比，機械阻力則與速度成正比。德國（ICE3）的主變壓器鐵芯采用優(yōu)質(zhì)鐵－鋁合金，使導磁率提高4－5倍，又將銅編線改為鋁編線，冷卻使用硅油，這樣其總重由11.(2)會車壓力波幅值隨著頭部長細比的增大而近似線性地顯著減小。正升力將使輪軌的接觸壓力減小，為此將對列車的牽引和動力學性能產(chǎn)生重要影響。表2-2列出了若干典型高速機車和動車的簧下質(zhì)量。(1)高速列車的噪聲源盡管這些高速列車的最大軸重比較高，但整列車中大量拖車的軸重較輕，因而列車的平均軸重較低，如ICE-2的平均軸重為14.采用焊接構架可比鑄鋼結構減重50％左右。三、火災預測和滅火裝置設計削弱噪聲源發(fā)出噪聲強度的措施:大型中空擠壓鋁型材與開口型材的混合結構對不能施焊的部位，必須用密封膠密封。兩列車在隧道內(nèi)高速會車時車體所受到的壓力變化更為嚴重，此時壓力變化與堵塞系數(shù)的2.正升力將使輪軌的接觸壓力減小，為此將對列車的牽引和動力學性能產(chǎn)生重要影響。法國對TGV動車的空氣阻力（R）的測試結果：二、高速列車頭型設計二、車體結構的