铁路客车车体轻量化研究及优化

吕昊

摘 要：随着新时代的快速发展，轨道交通运输行业的发展也更加迅猛，也在进行自我提升和不断地完善，因此，铁路客车车体轻量化问题迫在眉睫。铁路客车进行车体轻量化就是在保证车体强度及安全的前提下，运用现有的技术手段，使车体的整备重量减少，同时达到节能减排、保护环境的作用。实验证明，如果能实现铁路客车车体轻量化，减少铁路客车车体的重量，就能在一定程度上大大减少生产成本的使用，从而有着非常良好的经济效益和社会效益。本文对铁路客车车体轻量化问题进行系统分析，并且对铁路客车轻量化的发展前景做出了预测，希望能对相关人员有着参考价值。

关键词：铁路客车；车体轻量化；不锈钢

中图分类号：U463 文献标志码：A

当前，随着我国轨道交通运输技术的不断发展，我国铁路客车事业取得了很大的成就，更是受到了国内外人民的格外关注，中国自主研发制造的铁路客车远销海外，使全世界对中国的敬佩感油然而生。目前来说，社会的快速发展，经济发展越来越迅速。由于铁路客车存在着稳定、安全等诸多的优点，使其在交通运输领域中所占比例正在加大，因此对于旅客及物资的运送都有着十分积极的贡献。然而，随着铁路交通事业的快速发展，也出现了一些环境污染问题，而目前全球都对节能减排、保护环境的问题高度重视，因此，我国铁路客车正在积极地响应全世界的号召，研究铁路客车车体轻量化问题，为我国铁路事业的发展奠定了基础。

1 铁路客车车体轻量化的目的和意义

铁路客车车体轻量化还在不断地发展和完善，目前通过对车体重量的缩减，可以使列车的安全性提高、更易操控、提升行进的速度、减少噪声、降低油耗、控制废弃的排放量等。不仅如此，车体重量降低后，车辆行驶的阻力大幅度减小，节省牵引以及制动需要的能量，同时车辆对轨道的磨损程度也进一步降低，进而节约了对轨道的维护费用。通过减少材料以及运用新型材料和对结构的优化使铁路客车车体轻量化达到理想目标。

中车长客股份公司作为我国轨道交通装备制造业的领军企业，更作为最忠诚、最值得信赖的合作伙伴，全程参与了中国轨道交通的发展历程。多年来，公司承担着我国大部分铁路车辆的设计和生产任务，强强联手，精诚合作，创造了一个又一个的新产品。

2 铁路客车车体轻量化的应用分析

目前，即将服务于北京地铁16号线的国内首个8辆编组不锈钢地铁车辆已装配完成。该车型具有运量大、安全性高等特点，服役后将有效缓解客流压力。

列车采用6动2拖形式与常见的6辆编组B型列车相比，其运能可提高80%以上，将为后续大运量轨道交通车辆研发提供示范。列车采用流线型车头，客室内部设置了2个多功能区，其中设置多个扶手杆，既可以停放残疾人座椅，也可以为站立乘客提供支撑，设计更为人性化。

车辆采用车体轻量化、无涂装不锈钢车体，抗腐蚀性增强，不仅日常维护的费用低而且更加低碳环保，同时轻量化更加安全稳定，排放的废弃减少，对于环境的污染程度更小，乘客乘坐更加舒适。该车辆的成功研制对于我国铁路客车的发展有着里程碑式的意义。

车辆外观设计非常时尚，内部结构清新宽敞，车厢内部主要以绿色为主，座椅和扶手互相映衬，配以金属质感的不锈钢，给人一种格外舒适的感觉。而十分醒目的黄色座椅也是准备给特需乘客的专门座椅，人性化十足。同时，座椅还带有电加热的功能，让乘客在寒冷的冬天也能感受到暖心的服务，如图1所示。

同时，该车辆通过优化结构设计同时结合不锈钢高强度的特殊情况，车辆的“轴重”17 t减至16 t，既达到了车辆大载荷的需要，又做到了降低能耗的理想目标。

3 铁路客车车体轻量化发展问题研究

3.1 铝合金新方向

根据社会发展的现状，需要乘坐高速列车的旅客日益增多，铁路由高速化发展正逐渐考虑客车车体轻量化的问题，而铁路客车车体轻量化的方式主要有3种，一是结构方式，二是改变应用材料的材质（将铝合金制代替钢制），三是内装品组成的变化。对于高速铁路车辆，内框及骨架仍旧采用强度大的钢来制造，外板同样采用，但对于两者之间的贴合度做了很大程度上的改进，采用蜂窝夹心结构，进一步实现车体轻量化。

3.2 比较并阐明不锈钢与铝合金之间的差异

对于地铁车辆车体轻量化使用的材料来说，不锈钢比铝合金更适合，由于不锈钢的防火性能比铝合金的效果要好，熔点也比铝合金的要高，因此更具有安全性和稳定性。同时铝合金抗拉强度、延展率、弹性模量约为不锈钢车体的1/3，却比不锈钢车体的刚度要小，因此选择不锈钢要比铝合金更加具有效果。

SUS304不锈钢和6000系铝合金的原材料在价格上相差无异，但是不锈钢的生产工序过程要比铝合金生产的工序复杂得多，而铝合金的生产只需车辆制造厂下料、拼接，工艺简单，省时省力，将二者对比，还是铝合金的成品价格低。车体轻量化不仅要考虑到材料的成本价格，还要充分考虑所使用的材料对车体寿命的影响，铝合金的抗腐蚀性比不锈钢的弱，因此使用不锈钢可以增加车体的寿命，同时能够节省日常对于车辆维护的费用；另一方面，不锈钢的熔点相对于铝合金来说较高，因此防火性能较好，也能使车辆的寿命增加，因此，铁路客车车体轻量化使用不锈钢材料更加完美。

3.3 对车体结构进行优化

对车体结构设计时，要进行细致地优化：

（1）要对车体的内部结构及各种设备进行合理地布置，这与车体结构的载荷输入有着直接的关系。

（2）要对车内结构的梁柱进行合理地布置，使各个梁柱整体形成一个环形结构，增强车体的刚度。

（3）对梁柱断面进行有效的优化。

（4）对车门的设计最好要在车体的两端或者靠近车体中央，这样可以在一定程度上增加车体结构的刚度。

（5）采用强度等级较高的钢材料来使牵引梁、缓冲梁等部位的板厚降低。

4 结语

综上所述，随着世界对环境保护事业越来越重视，我国提出了节能减排战略，铁路客车车体轻量化刻不容缓，同时，相关科研人员要对车体轻量化的使用材料进行细致地研究，充分考虑到车辆的寿命及安全稳定等性能，并且要对车体结构进行系统的优化，不断提高我国铁路客车的发展成果，坚持创新驱动发展战略，研发出更加安全稳定、经濟适用的优秀列车。

参考文献

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

[2]卢耀辉，曾京，邬平波，等.铁路客车车体冲击大变形的研究[J].机械科学与技术，2005（4）：472-474，478.

[3]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（5）：41-43.