国内外动车组技术的发展与轻合金应用简述

国内外动车组技术的发展

与轻合金应用简述内容提要一、国外高速动车组技术的发展情况二、国内高速动车组技术的发展情况三、高速动车组的轻量化四、轻合金的应用简述与展望第一部分：国外高速动车组技术的发展情况

1.法国高速动车组的发展情况发展概况：●1982年第一代：TGV-P高速动车组；●第二代：TGV-A、TGV-R、AVE、TGV-PBA（TGV-PBKA）、TGV-Eurostar、TGV-KTX（韩国TGV）；●第三代：TGV-D（TGV-2N）等高速动车组；TGV-R

TGV-PBA/PBKA

TGV-R

TGV-A

第一部分：国外高速动车组技术的发展情况

1.法国高速动车组的发展情况发展概况：●形成了系列完整，技术独特的产品和技术体系；●

速度：260km/h→270km/h→300km/h→320km/h；●

20年以上超过300km/h的商业运营业绩称雄于世界铁路；●

TGV高速动车组的运营范围遍及法国；●成功地解决了与既有线路的技术衔接，实现了与英国、德国、比利时、荷兰等国的跨国联运运营；●将TGV技术输出到了西班牙、韩国等欧洲和亚洲国家。→AVETGV-Eurostar

第一部分：国外高速动车组技术的发展情况

1.法国高速动车组的发展情况主要技术特点：●动力集中式高速电动车组；适应多电流制，采用同步电机牵引；●速度高，车辆动力学性能好，舒适度高；●采用雅可比式转向架与铰接式车体，列车轴重相对平均；●除TGV-D（TGV-2N）采用铝合金车体外，其余全部采用低合金钢车体；●车辆长度相对较短，定员小，载客能力偏小。TGV-KTX

TGV-D第一部分：国外高速动车组技术的发展情况

1.法国高速动车组的发展情况最新进展：

●

2007年4月3日，法国用两辆TGV-POS动力车与3节TGV双层拖车组成TGV-V150试验列车，创造了574.8km/h的最高试验速度记录；●正在开发AGV动力分散型高速动车组,其中包括：

AGV7——四动三拖（4M3T），速度→300km/h；

AGV11——六动五拖（6M5T），速度→350km/h；

AGV14——八动六拖（8M6T），速度→350km/h；TGV-V150

第一部分：国外高速动车组技术的发展情况

2.日本高速动车组的发展情况发展概况：●1964年10月1日开发出世界上第一列高速动车组——东海道新干线0系高速动车组；●经过40多年的发展，相继开发出了100系、200系、100N系、300系、500系、700系、N700系、E1系、E2系、E3系、E4系、800系等高速动车组；●运营速度从0系的210km/h→500系的285~300km/h。0系动车组300系动车组

100系动车组

200系动车组

500系动车组

700系动车组

400系

E2系E1系

E4系第一部分：国外高速动车组技术的发展情况

2.日本高速动车组的发展情况主要技术特点：●动力分散式高速电动车组；两端头形造型较好，空气动力学性能较好，阻力小，噪声低；●除0系、100（100N）系、200系外，均采用轻型无摇枕转向架，在500系、700系车辆上采用了半主动悬挂系统。●车体结构多以铝合金车体为主，也有少量低合金钢车辆，轻量化水平最高，最低轴重仅为8t。●车辆高度较低，但车体较宽，车内空间利用充分、布置合理、实用；●编组长，列车总定员多，载客能力强。N700系Fastceh360第一部分：国外高速动车组技术的发展情况

2.日本高速动车组的发展情况最新进展：

Fastceh360高速试验列车，设计目标速度为360km/h，其中包括：

Fastceh360S——六动二拖，速度→360km/h；

Fastceh360Z——四动二拖，速度→360km/h；

E5系高速列车——八动二拖，速度：初期300km/h，远期320km/h。E5系ICE2

第一部分：国外高速动车组技术的发展情况

3.德国高速动车组的发展情况发展概况：●1991年，第一代ICE1，动力集中型高速动车组；●1997年，第二代ICE2，动力集中型高速动车组；●2000年，ICE3、ICT（ICE-T）、ICE-TD等动力分散型高速动车组；

●运营速度：250km/h→330km/h。ICE1

第一部部分：：国外外高速速动车车组技技术的的发展展情况况3.德国高高速动动车组组的发发展情情况主要技技术特特点：：●既有动动力集集中型型高速速动车车组为为主，，也有有动力力分散散型动动车组组；●采用高高强度度铝合合金车车体；；●主要采采用SF系列高高速转转向架架无摇摇枕转转向架架；●采用过过磁轨轨制动动与涡涡流制制动等等非粘粘着制制动装装置；；●功能齐齐全，，设备备较多多，功功能的的完备备性、、技术术先进进；●定员适适中，，车内内空间间宽敞敞、装装饰豪豪华，，注重重乘坐坐舒适适度。。ICE3ICE-TD第一部部分：：国外外高速速动车车组技技术的的发展展情况况3.德国高高速动动车组组的发发展情情况主要技技术特特点：：Velaro系列高高速动动车组组的发发展，，其中中包括括：VelaroE，四动动四拖拖（4M4T）；VelaroCN，四动动四拖拖（4M4T）；VelaroRUS，四动动六拖拖（4M6T）。VelaroEVelaroRUS第一部部分：：国外外高速速动车车组技技术的的发展展情况况4.意大利利高速速动车车组的的发展展情况况发展概概况：：●1976年，第第一代代Pendolino摆式列列车——ETR401摆式高高速动动车组组；●1988年，第第二代代ETR450摆式高高速动动车组组；●第第三代代ETR460、ETR470、SM3（S220）、ETR480、ETR500等高速速动车车组。。Pendolino即为英英语中中Pendulum““钟摆””之意意，表象出出了ETR系列摆摆式高高速列列车的的最突突出特特征。。ETR450ETR480ETR470ETR460第一部分：：国外高速速动车组技技术的发展展情况4.意大利高速速动车组的的发展情况况主要技术特特点：●除ETR500是非摆式动动力集中型型高速动车车组外，其其余均为动动力分散型型高速动车车组；●除ETR450外，其余均均采用双电电流制牵引引供电；●运用了了迫导向径径向转向架架技术，采采用半主动动/主动控制悬悬挂系统；；●采用有有源（主动动式）摆式式列车技术术，倾摆机机构置于转转向架二系系悬挂装置置之上（簧簧上摆）；；●采用带带有内端墙墙结构的铝铝合金车体体。SM3ETR500第一部分：：国外高速速动车组技技术的发展展情况4.意大利高速速动车组的的发展情况况最新进展：：新Pendalino，该动车组组的速度等等级仍为250km/h，在CRH5之后制造。。ETR600新Pendalino第二部分：：国内动车车组技术的的发展情况况1.CRH系列动车组组国产化制制造●引进先先进技术、、联合设计计制造、打打造自主品品牌；●消化吸吸收，设计计制造CRH2、CRH5、CRH1、CRH3等四种“和和谐号”电电动车组。。编组：8辆车(5M3T)运行速度（（km/h）：200~250定员（人））：668牵引功率（（kW）：5300列车长度（（m）：213.5头车长度（（mm）：26950中间车长度度（mm）：26600车辆宽度（（mm）：3331车辆高度（（mm）：4040CRH1第二部分：：国内动车车组技术的的发展情况况1.CRH系列动车组组国产化制制造●引进、消化化吸收了动动车组系统统集成、铝铝合金车体体、转向架架、牵引控控制等九项项关键技术术；●同时，，消化吸收收受电弓、、辅助系统统、空调系系统等十项项重要配套套技术；●形成完完整国产化化制造产业业链。编组：8辆车(4M4T)运行速度（（km/h）：200~250定员（人））：610牵引功率（（kW）：4800列车长度（（m）：201.4头车长度（（mm）：25700中间车长度度（mm）：25000车辆宽度（（mm）：3380车辆高度（（mm）：3700CRH2第二部分：：国内高速速动车组技技术的发展展情况1.CRH系列动车组组国产化制制造编组：8辆车(4M4T)运行速度（（km/h）：350定员（人））：601牵引功率（（kW）：8800列车长度（（m）：201.4头车长度（（mm）：25700中间车长度度（mm）：25000车辆宽度（（mm）：3257车辆高度（（mm）：3890编组：8辆车(5M3T)运行速度（（km/h）：200~250定员（人））：622牵引功率（（kW）4800列车长度（（m）：201.4头车长度（（mm）：25700中间车长度度（mm）：25000车辆宽度（（mm）：3200车辆高度（（mm）：4270CRH3CRH5第二部分：：国内动车车组技术的的发展情况况2.高速列车的的十项重要要配套技术术●受电弓弓设计制造造技术。●辅助电电气系统设设计制造技技术。●车钩缓缓冲装置（（包括前端端模块）设设计制造技技术。●风挡设设计制造技技术。●车辆内内装结构（（包括行李李架）、酒酒吧与厨房房设备设计计制造技术术。●空调系系统设计制制造技术。。●卫生间间及集便装装置设计制制造技术。。●塞拉门门设计制造造技术。●车窗与与前挡风玻玻璃设计制制造技术。。●座椅设设计制造技技术。第二部分：：国内动车车组技术的的发展情况况2.高速列车的的九大关键键技术●高速列列车系统集集成技术；；●转向架架设计制造造技术；●铝合金金车体设计计制造技术术；●牵引变变压器设计计制造技术术；●牵引变变流器设计计制造技术术；●牵引电电机设计制制造技术；；●牵引控控制技术；；●列车网网络系统设设计制造技技术；●制动系系统设计制制造技术。。第二部分：：国内动车车组技术的的发展情况况3.自主创新与与CRH380VIP座席定员一等座席定员二等座席定员总定员461298291004CRH380BL高速列车总总体布置第二部分：：国内动车车组技术的的发展情况况3.自主创新与与CRH380一等头车平平面布置及及内装效果果第二部分：：国内动车车组技术的的发展情况况3.自主创新与与CRH380VIP车平面布置置及内装效效果第二部分：：国内动车车组技术的的发展情况况3.自主创新与与CRH380一等座车平平面布置及及内装效果果第二部分：：国内动车车组技术的的发展情况况3.自主创新与与CRH380二等座车平平面布置及及内装效果果第二部分：：国内动车车组技术的的发展情况况5.5自主创新与与CRH380餐座合造车车平面布置置及内装效效果第三部分：：高速动车车组的轻量量化1.轻量化的需需求●轻量化化是降低轴轴重、减轻轻车辆对线线路的动力力破坏作用用的基础；；●是降低低运行阻力力、实现节节能、环保保的重要条条件；●动车组组运行速度度提高到250~350km/h以上，轻量量化问题更更为突出。图1第三部分：：高速动车车组的轻量量化2.轻量化与轻轻合金化●车体与与转向架的的轻量化是是动车组轻轻量化的重重要内容；；●动车组组的车窗、、车门、行行李架、座座椅等非承承载主体部部件也需要要轻量化；；●车体结结构的轻量量化也不完完全等同于于轻合金化化，也需要要根据材料料特性进行行结构优化化；●自上世世纪80年代，铝合合金材料应应用于制造造高速动车车组车体，，在车体轻轻量化中发发挥了重要要作用，得得到了广泛泛的应用和和迅速发展展；●铝铝合合金金材材料料绝绝不不仅仅仅仅局局限限于于应应用用于于制制造造承承受受现现代代铁铁道道车车辆辆主主要要载载荷荷的的铝铝合合金金车车体体；；●在在继继续续挖挖掘掘铝铝合合金金的的潜潜力力进进一一步步推推动动铁铁道道车车辆辆轻轻合合金金化化和和轻轻量量化化的的同同时时，，至至少少还还寻寻找找出出一一种种比比铝铝合合金金更更轻轻、、且且可可实实现现工工程程化化生生产产和和具具有有商商业业应应用用价价值值的的轻轻合合金金材材料料，，应应用用于于现现代代铁铁道道车车辆辆制制造造业业；；●按按当当前前金金属属材材料料工工业业发发展展的的现现状状和和水水平平，，镁镁合合金金最最有有希希望望满满足足这这一一需需求求，，成成为为继继铝铝合合金金之之后后的的应应用用于于现现代代铁铁道道车车辆辆的的轻轻合合金金材材料料。。第四四部部分分：：轻轻合合金金的的应应用用简简述述与与展展望望1.铝合合金金的的应应用用应应用用简简述述当前前铝铝合合金金在在动动车车组组中中的的应应用用情情况况●动动车车组组车车载载系系统统主主体体结结构构，，其其中中包包括括：：铝合合金金车车体体结结构构；；转向向架架中中的的过过渡渡枕枕梁梁、、轴轴箱箱、、传传动动齿齿轮轮箱箱等等。。●动车组组中非承载载系统或次次重要承载载部件，其中包括：：车下裙板、、制动风缸缸、车下水水箱；折棚风挡框框架、塞拉拉门及门框框、内外端端门；行李架支架架、座椅骨骨架、小茶茶桌。●动车车组内部的的各种装饰饰件。第四部分：：轻合金的的应用简述述与展望2.铝合金的应应用简述铝合金材料料的挖潜●研究并并开发适用用于铝合金金车体的的的高强度变变形铝合金金材料；●耐低温温、耐腐蚀蚀、挤压、、轧制、可焊性性。●研究铝铝合金特征征结构、激激光焊接、复合合热源焊接接、摩擦搅拌焊等先先进制造工工艺。第四部分：：轻合金的的应用简述述与展望2.镁合金的应应用简述(1)镁合金的特特点●镁合金金以其重量量轻、密度度是铝合金金的的2/3、比强度比比刚度高；；●吸振性性能好、有有利于减振振降噪；●切削阻阻力小、可可回收性和和环保性好好；●电磁屏蔽性性优良；●其弹性性模量也是是铝合金的的2/3，镁及镁合合金的冲击击韧性比起起铝及铝合合金大约低低8~10%左右；●镁合金金的晶体结结构导致其其机械性能能各向异性性要比铝合合金强烈得得多，而且且还与镁合合金材料及及产品的制制造工艺有有关；●镁合金金的耐热性性和抗蠕变变性能不佳佳，普通镁镁合金的工工作温度范范围不能超超过150℃；●焊接性性和耐腐蚀蚀不及铝合合金且易燃燃等弱点。。表1：变形镁合合金与现代代铁道车辆辆常用变形形铝合金机机械性能对对照表牌号状态抗拉强度σb(MPa)屈服强度σ0.2(MPa)延伸率(％)附注镁合金AZ31H112230~240140~150>6板材型材AZ31BH112280~300180~20012~17型材AZ31REH112200~300120~1808~20型材AZ61H112260~270160~18011~15板材AZ80T6250~320180~2506~12板材ZK60T6260~320150~25012~17板材MB26T6380~420280~32010~13板材铝合金5083O，H111275~350125~20012~15板材5754O，H111190~240≥8012~18板材60056005AT6250~270200~2256~8型材6008T6180~25590~215-型材6061O，T4T6，T651T6150~205290~31026585~110176~25524512~14128~10板材板材型材6082O，T4T6165~225290~31085~110250~26012~178~10板材型材7005T6340~350270~2908型材第四部分：：轻合金的的应用简述述与展望2.镁合金的应应用简述(2)与铝合金的的比较牌号状态抗拉强度σb(MPa)屈服强度σ0.2(MPa)延伸率(％)镁合金AZ91T6220~280145~1603~8AZ91DT6240~250150~1603~7AZ91REF120~200120~1604~6AE44T6240~24714011ACeLa44T627016014铝合金42100T6230~260190~2002~342200T6250~290210~2402表2：铸造镁合合金与现代代铁道车辆辆常用铸造造铝合金机机械性能对对照表第四部分：：轻合金的的应用简述述与展望2.镁合金的应应用简述(2)与铝合金的的比较第四部分：：轻合金的的应用简述述与展望2.镁合金应用用简述(3)已经应用产产品——25G行李车镁合合金空调通通风格栅●产品结结构与应用用情况——镁合金材料料应用比较较成功的实实例是空调调系统通风格格栅;——应用部位：：长春轨道道客车股份份有限公司司制造的25G行李车中，，装于行李李车内门上上；——主要功能：：保证空调调系统的回回风；——结构：主要要由外框和和隔格等零零部件组成成，该产品实物物见右图。。第四部分：：轻合金的的应用简述述与展望元素Al(%)Zn(%)Mn(%)Re(富Ce混合轻稀土，%)单个Si、Fe、Cu(%)含量2.8~3.20.8~1.20.3~0.80.2~0.35≤0.005表4：镁合金AZ31R的物理机械械性能性能指标屈服极限(MPa)强度极限(MPa)延伸率(%)附注参数值150~180210~2608~15挤压型材表3：镁合金AZ31R的化学成份份2.镁合金应用用简述(3)已经应用产产品——25G行李车镁合合金空调通通风格栅●材质外框和格栅栅均采用镁镁合金挤压压型材制造造，型材的的材料是牌号号AZ31R，其化学成成份和物理理机械性能能分别如表3和表4所示。●组成方式和和表面处理理：格栅与与外框型材材之间采用用插接方式式的连接，，外框本身身采用焊接接的方式制制造，产品品成型后表表面进行喷喷塑处理。。●应用批批量：在76辆25G型客车上进进行了试装装。第四部分：：轻合金的的应用简述述与展望2.镁合金应用用简述(4)已经开发出出产品镁合金卧铺铺框架●主要功功能：托住住软卧垫，，并承受相相应的载荷荷；●产品结结构：其结结构（试制制出的产品品样件）如如图所示，，主要由卧卧铺边框、、底板、扶扶手和支座座等零部件件组成；●材质卧铺边框、、底板、扶扶手等零部部件均采用用镁合金制造造，支座采采用牌号为为ZK60的镁合金制造；卧铺边框和和扶手使用用牌号为AZ31B的镁合金制造，，底板使用用牌号为AZ31的镁合金制制造；上述材材料的化学学成份和物物理机械性性能分别如表5和表6所示。图4构件材料牌号化学成分Al(%)Zn(%)Zr(%)Mn(%)Si(%)Cu、Ni、Fe(%)框架AZ31B2.5~3.50.7~1.3-0.2＜0.3≤0.005扶手支座ZK600.055.0~6.00.3~0.9---底板AZ313.0~4.00.2~0.80-0.15~0.50--表6：卧铺框架架的主要材材料的物理理机械性能能构件材料牌号性能指标附注屈服极(MPa)强度极限(MPa)延伸率(%)框架AZ31B180~200280~30012~17挤压型材扶手支座ZK60300~320360~42011~15锻造或轧制-加工底板AZ31140~150230~240＞6板材表5：卧铺框架架的主要材材料的化学学成份第四部分：：轻合金的的应用简述述与展望2.镁合金应用用简述(4)已经开发出出的产品●组成方式和和表面处理理卧铺框架及及其与底板板、扶手之之间采取焊焊接的方式式连接，框框架与支座座之间采取取机械联结结方式连接接。正规的的产品需要要做表面喷喷塑处理，，喷塑的颜颜色根据运运用列车的的美工设计计方案确定定。2.镁合金应用用简述(5)正在开发的的产品座椅安装型型材和地板板布安装型型材目前正在开开发应用于于铁道车辆辆上的镁合合金零部件件还有分别别如下图所所示的座椅椅安装型材材和地板布布安装型材。这两个零件件断面形状状并不复杂，其其成品是连连续通长的制件，仅仅需要通过过机械加工的方法钻钻出若干个个小圆孔，，非常适合用用镁合金挤挤压型材制造。第四部分：：轻合金的的应用简述述与展望2.镁合金应用用简述(5)正在开发的的产品全镁合金蜂蜂窝板主要用途：：用于制造造铁道车辆辆的间壁板板和平顶板板（见图））。当前状态：：由镁合金金面板和铝铝蜂窝芯组组成的镁-铝合金蜂窝窝夹层板；；做为其面面板的镁合合金板材的的轧制工艺还有一定定欠缺，面面板的表面面质量还达不不到在铁道道车辆中的的应用的质量量要求；暂时未能实实际用于制制造铁道车辆的内内间壁和平平顶板。第四部分：：轻合金的的应用简述述与展望第四部分：：轻合金的的应用简述述与展望2.镁合金应用用简述(5)正在开发的的产品主要用途：：铁路动车车组座椅后后部小茶桌桌(见图)；应用目的：：减轻座椅椅的整体重量，满足足铁路用户户对座椅轻轻量化提出的严严格要求。。第四部分：：轻合金应应用简述与与展望2.镁合金应用用简述(6)当前镁合金金在铁道车车辆的应用用中主要存存在和需要要解决的问问题●镁合金金材料冶炼炼的纯净度度还不够高高，还轧制制不出厚度度≤2mm的薄板，更更轧制不出出可以制造造蜂窝芯材材的镁箔，，还制造不不出像铝蜂蜂窝夹层板板一样的全全镁合金蜂蜂窝夹层板板。●大断面面或宽幅镁镁合金型材材的挤压成成型工艺技技术还不成成熟，现阶阶段所能挤挤压出的镁镁合金型材材的断面或或幅宽尺寸寸都还比较较小，还满满足不了现现代铁道车车辆的使用用需求，如如，动车组组车下裙板板的制造。。●现有镁合金金挤压型材材的还很难难进行二次次成型加工工，如折角角、煨弯，，还难以用用于制造车车窗窗框、、其它整体体框架结构构零部件。。第四部分：：轻合金的的应用简述述与展望2.镁合金应用用简述(6)当前镁合金金在铁道车车辆的应用用中主要存存在和需要要解决的问问题●镁合金金材料的焊焊接性较差差，十分难难于进行焊焊接组装制制造，镁合合金的可焊焊性和焊接接工艺技术术急需提高高。●镁合金金的燃点较较低，镁合合金制件的的防火阻燃燃问不仅制制约了镁合合金零部件件的焊接组组装制造，，也制约了了用其制造造外露于车车体的零部部件。●镁合金金的耐腐蚀蚀性能和防防腐涂装方方法，即表表面喷涂工工艺，如表表面喷漆、、覆塑、本本色氧化等等工艺技术术还需要有有所突破，，以适应现现代铁道车车辆的防腐腐和涂装要要求。●现阶段段镁合金材材料及其制制件的生产产规模太小小，没有实实现产业化化，生产没没有延续性性、成本偏偏高，令应应用者望而而却步。第四部分：：轻合金的的应用与展展望3.镁合金应用用的分步实实施策略与与目标●既要抓抓紧时间，，又不要急急于求成，，安下心来来扎扎实实实地做好基基础工作，，在提高镁镁合金的冲冲击韧性、、改善其防防腐、耐高高温和易燃燃等性能上上多下一些些功夫，使使镁合金全全面具备代代替铝合金金制造铁道道车辆零部部件的条件件。●加强镁镁合金产品品的挤压成成型、轧制制、压铸、、焊接和涂涂装等制造造工艺研究究，真正达达到工程化化、商业化化生产的水水平。●以恰当当的工程项项目为依托托，抓住时时机扩大镁镁合金的应应用范围，，形成一定定的生产规规模，在最最短的时间间内使其开开发应用与与制造成本本达到可以以和铝合金金竞争的水水平。●从铁道道车辆上承承受载荷较较小的零部部件开始试试制与推广广应用，以以最小的风风险耐心地地完成在铁铁道车辆上上的试应用用和运用考考核，然后后再将镁合合金材料扩扩大应用于于铁路动车车组和客车车的次重要要承载零部部件的制造造，最后应应用于重要要的承载部部件的制造造。第四部分：：轻合金的的应用简述述与展望4.镁合金应用用展望无论是哪一一种新材料料在最初的的应用阶段