XXXX国内外动车组技术的发展与轻合金应用

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

第一一部部分分：：国国外外高高速速动动车车组组技技术术的的发发展展情情况况3.德国国高高速速动动车车组组的的发发展展情情况况主要要技技术术特特点点：：●既有有动动力力集集中中型型高高速速动动车车组组为为主主，，也也有有动动力力分分散散型型动动车车组组；；●采用用高高强强度度铝铝合合金金车车体体；；●主要要采采用用SF系列列高高速速转转向向架架无无摇摇枕枕转转向向架架；；●采用用过过磁磁轨轨制制动动与与涡涡流流制制动动等等非非粘粘着着制制动动装装置置；；●功能能齐齐全全，，设设备备较较多多，，功功能能的的完完备备性性、、技技术术先先进进；；●定员员适适中中，，车车内内空空间间宽宽敞敞、、装装饰饰豪豪华华，，注注重重乘乘坐坐舒舒适适度度。。ICE3ICE-TD第一一部部分分：：国国外外高高速速动动车车组组技技术术的的发发展展情情况况3.德国国高高速速动动车车组组的的发发展展情情况况主要要技技术术特特点点：：Velaro系列列高高速速动动车车组组的的发发展展，，其其中中包包括括：：VelaroE，四四动动四四拖拖（（4M4T）；；VelaroCN，四四动动四四拖拖（（4M4T）；；VelaroRUS，四四动动六六拖拖（（4M6T）。。VelaroEVelaroRUS第一一部部分分：：国国外外高高速速动动车车组组技技术术的的发发展展情情况况4.意大大利利高高速速动动车车组组的的发发展展情情况况发展展概概况况：：●1976年，，第第一一代代Pendolino摆式式列列车车———ETR401摆式式高高速速动动车车组组；；●1988年，，第第二二代代ETR450摆式式高高速速动动车车组组；；●第第三三代代ETR460、ETR470、SM3（S220）、、ETR480、ETR500等高高速速动动车车组组。。Pendolino即为为英英语语中中Pendulum““钟摆摆””之之意意，，表象象出出了了ETR系列列摆摆式式高高速速列列车车的的最最突突出出特特征征。。ETR450ETR480ETR470ETR460第一一部部分分：：国国外外高高速速动动车车组组技技术术的的发发展展情情况况4.意大大利利高高速速动动车车组组的的发发展展情情况况主要要技技术术特特点点：：●除除ETR500是非非摆摆式式动动力力集集中中型型高高速速动动车车组组外外，，其其余余均均为为动动力力分分散散型型高高速速动动车车组组；；●除除ETR450外，，其其余余均均采采用用双双电电流流制制牵牵引引供供电电；；●运运用用了了迫迫导导向向径径向向转转向向架架技技术术，，采采用用半半主主动动/主动动控控制制悬悬挂挂系系统统；；●采采用用有有源源（（主主动动式式））摆摆式式列列车车技技术术，，倾倾摆摆机机构构置置于于转转向向架架二二系系悬悬挂挂装装置置之之上上（（簧簧上上摆摆））；；●采用用带有内内端墙结结构的铝铝合金车车体。SM3ETR500第一部分分：国外外高速动动车组技技术的发发展情况况4.意大利高高速动车车组的发发展情况况最新进展展：新Pendalino，该动车车组的速速度等级级仍为250km/h，在CRH5之后制造造。ETR600新Pendalino第二部分分：国内内动车组组技术的的发展情情况1.CRH系列动车车组国产产化制造造●引进进先进技技术、联联合设计计制造、、打造自自主品牌牌；●消化化吸收，，设计制制造CRH2、CRH5、CRH1、CRH3等四种““和谐号号”电动动车组。。编组：8辆车(5M3T)运行速度度（km/h）：200~250定员（人人）：668牵引功率率（kW）：5300列车长度度（m）：213.5头车长度度（mm）：26950中间车长长度（mm）：26600车辆宽度度（mm）：3331车辆高度度（mm）：4040CRH1第二部分分：国内内动车组组技术的的发展情情况1.CRH系列动车车组国产产化制造造●引进、消消化吸收收了动车车组系统统集成、、铝合金金车体、、转向架架、牵引引控制等等九项关关键技术术；●同时时，消化化吸收受受电弓、、辅助系系统、空空调系统统等十项项重要配配套技术术；●形成成完整国国产化制制造产业业链。编组：8辆车(4M4T)运行速度度（km/h）：200~250定员（人人）：610牵引功率率（kW）：4800列车长度度（m）：201.4头车长度度（mm）：25700中间车长长度（mm）：25000车辆宽度度（mm）：3380车辆高度度（mm）：3700CRH2第二部分分：国内内高速动动车组技技术的发发展情况况1.CRH系列动车车组国产产化制造造编组：8辆车(4M4T)运行速度度（km/h）：350定员（人人）：601牵引功率率（kW）：8800列车长度度（m）：201.4头车长度度（mm）：25700中间车长长度（mm）：25000车辆宽度度（mm）：3257车辆高度度（mm）：3890编组：8辆车(5M3T)运行速度度（km/h）：200~250定员（人人）：622牵引功率率（kW）4800列车长度度（m）：201.4头车长度度（mm）：25700中间车长长度（mm）：25000车辆宽度度（mm）：3200车辆高度度（mm）：4270CRH3CRH5第二部分分：国内内动车组组技术的的发展情情况2.高速列车车的十项项重要配配套技术术●受电电弓设计计制造技技术。●辅助助电气系系统设计计制造技技术。●车钩钩缓冲装装置（包包括前端端模块））设计制制造技术术。●风挡挡设计制制造技术术。●车辆辆内装结结构（包包括行李李架）、、酒吧与与厨房设设备设计计制造技技术。●空调调系统设设计制造造技术。。●卫生生间及集集便装置置设计制制造技术术。●塞拉拉门设计计制造技技术。●车窗窗与前挡挡风玻璃璃设计制制造技术术。●座椅椅设计制制造技术术。第二部分分：国内内动车组组技术的的发展情情况2.高速列车车的九大大关键技技术●高速速列车系系统集成成技术；；●转向向架设计计制造技技术；●铝合合金车体体设计制制造技术术；●牵引引变压器器设计制制造技术术；●牵引引变流器器设计制制造技术术；●牵引引电机设设计制造造技术；；●牵引引控制技技术；●列车车网络系系统设计计制造技技术；●制动动系统设设计制造造技术。。第二部分分：国内内动车组组技术的的发展情情况3.自主创新新与CRH380VIP座席定员一等座席定员二等座席定员总定员461298291004CRH380BL高速列车车总体布布置第二部分分：国内内动车组组技术的的发展情情况3.自主创新新与CRH380一等头车车平面布布置及内内装效果果第二部分分：国内内动车组组技术的的发展情情况3.自主创新新与CRH380VIP车平面布布置及内内装效果果第二部分分：国内内动车组组技术的的发展情情况3.自主创新新与CRH380一等座车车平面布布置及内内装效果果第二部分分：国内内动车组组技术的的发展情情况3.自主创新新与CRH380二等座车车平面布布置及内内装效果果第二部分分：国内内动车组组技术的的发展情情况5.5自主创新新与CRH380餐座合造造车平面面布置及及内装效效果第三部分分：高速速动车组组的轻量量化1.轻量化的的需求●轻量量化是降降低轴重重、减轻轻车辆对对线路的的动力破破坏作用用的基础础；●是降降低运行行阻力、、实现节节能、环环保的重重要条件件；●动车车组运行行速度提提高到250~350km/h以上，轻轻量化问问题更为为突出。图1第三部分分：高速速动车组组的轻量量化2.轻量化与与轻合金金化●车体体与转向向架的轻轻量化是是动车组组轻量化化的重要要内容；；●动车车组的车车窗、车车门、行行李架、、座椅等等非承载载主体部部件也需需要轻量量化；●车体体结构的的轻量化化也不完完全等同同于轻合合金化，，也需要要根据材材料特性性进行结结构优化化；●自上上世纪80年代，铝铝合金材材料应用用于制造造高速动动车组车车体，在在车体轻轻量化中中发挥了了重要作作用，得得到了广广泛的应应用和迅迅速发展展；●铝合合金材料料绝不仅仅仅局限限于应用用于制造造承受现现代铁道道车辆主主要载荷荷的铝合合金车体体；●在继继续挖掘掘铝合金金的潜力力进一步步推动铁铁道车辆辆轻合金金化和轻轻量化的的同时，，至少还还寻找出出一种比比铝合金金更轻、、且可实实现工程程化生产产和具有有商业应应用价值值的轻合合金材料料，应用用于现代代铁道车车辆制造造业；●按当当前金属属材料工工业发展展的现状状和水平平，镁合合金最有有希望满满足这一一需求，，成为继继铝合金金之后的的应用于于现代铁铁道车辆辆的轻合合金材料料。第四部分分：轻合合金的应应用简述述与展望望1.铝合金的的应用应应用简述述当前铝合合金在动动车组中中的应用用情况●动车车组车载载系统主主体结构构，其中中包括：：铝合金车车体结构构；转向架中中的过渡渡枕梁、、轴箱、、传动齿齿轮箱等等。●动车车组中非非承载系系统或次次重要承承载部件件，其中包括括：车下裙板板、制动动风缸、、车下水水箱；折棚风挡挡框架、、塞拉门门及门框框、内外外端门；；行李架支支架、座座椅骨架架、小茶茶桌。●动动车组内内部的各各种装饰饰件。第四部分分：轻合合金的应应用简述述与展望望2.铝合金的的应用简简述铝合金材材料的挖挖潜●研究究并开发发适用于于铝合金金车体的的的高强强度变形形铝合金金材料；；●耐低低温、耐耐腐蚀、、挤压、、轧制、可焊焊性。●研究究铝合金金特征结结构、激激光焊接、复复合热源源焊接、、摩擦搅拌焊等等先进制制造工艺艺。第四部分分：轻合合金的应应用简述述与展望望2.镁合金的的应用简简述(1)镁合金的的特点●镁合合金以其其重量轻轻、密度度是铝合合金的的的2/3、比强度度比刚度度高；●吸振振性能好好、有利利于减振振降噪；；●切削削阻力小小、可回回收性和和环保性性好；●电磁屏蔽蔽性优良良；●其弹弹性模量量也是铝铝合金的的2/3，镁及镁镁合金的的冲击韧韧性比起起铝及铝铝合金大大约低8~10%左右；●镁合合金的晶晶体结构构导致其其机械性性能各向向异性要要比铝合合金强烈烈得多，，而且还还与镁合合金材料料及产品品的制造造工艺有有关；●镁合合金的耐耐热性和和抗蠕变变性能不不佳，普普通镁合合金的工工作温度度范围不不能超过过150℃℃；●焊接接性和耐耐腐蚀不不及铝合合金且易易燃等弱弱点。表1：变形镁镁合金与与现代铁铁道车辆辆常用变变形铝合合金机械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型材第四部分分：轻合合金的应应用简述述与展望望2.镁合金的的应用简简述(2)与铝合金金的比较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：铸造镁镁合金与与现代铁铁道车辆辆常用铸铸造铝合合金机械械性能对对照表第四部分分：轻合合金的应应用简述述与展望望2.镁合金的的应用简简述(2)与铝合金的比比较第四部分：轻轻合金的应用用简述与展望望2.镁合金应用简简述(3)已经应用产品品——25G行李车镁合金金空调通风格格栅●产品结构构与应用情况况——镁合金材料应应用比较成功功的实例是空空调系统通风格栅栅;——应用部位：长长春轨道客车车股份有限公公司制造的25G行李车中，装装于行李车内内门上；——主要功能：保保证空调系统统的回风；——结构：主要由由外框和隔格格等零部件组组成，该产品实物见见右图。第四部分：轻轻合金的应用用简述与展望望元素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的物理机械性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2.镁合金应用简简述(3)已经应用产品品——25G行李车镁合金金空调通风格格栅●材质外框和格栅均均采用镁合金金挤压型材制制造，型材的的材料是牌号AZ31R，其化学成份份和物理机械械性能分别如表3和表4所示。●组成方式和表表面处理：格格栅与外框型型材之间采用用插接方式的的连接，外框框本身采用焊焊接的方式制制造，产品成成型后表面进进行喷塑处理理。●应用批量量：在76辆25G型客车上进行行了试装。第四部分：轻轻合金的应用用简述与展望望2.镁合金应用简简述(4)已经开发出产产品镁合金卧铺框框架●主要功能能：托住软卧卧垫，并承受受相应的载荷荷；●产品结构构：其结构（（试制出的产产品样件）如如图所示，主主要由卧铺边边框、底板、、扶手和支座座等零部件组组成；●材质卧铺边框、底底板、扶手等等零部件均采采用镁合金制造，，支座采用牌牌号为ZK60的镁合金制造；卧铺边框和扶扶手使用牌号号为AZ31B的镁合金制造，底底板使用牌号号为AZ31的镁合金制造；上述材料料的化学成份份和物理机械械性能分别如表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：卧铺框架的的主要材料的的物理机械性性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：卧铺框架的的主要材料的的化学成份第四部分：轻轻合金的应用用简述与展望望2.镁合金应用简简述(4)已经开发出的的产品●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