CRH3型动车组中间车车体结构强度分析
CRH3型动车组解析
CRH3C型电力动车组采用动力分布式，每列8节编组，4动4拖 （T+M+M+T+T+M+M+T），最高运营速度达350km/h。列车设有 一等座车（ZY）1辆、二等座车（ZE）6辆和带酒吧的二等座车 （ZEC）一辆。其中一等车内座椅2+2方式布置，二等车以2+3方式 布置。除了带酒吧的二等座车外，其他车厢所有座位均能旋转。首 尾的头车设有司机室，可双向驾驶，一等车和酒吧车在最中间，全 列车定员557人。头车长度20.7m，中间车长度25m，车体宽度3.3m， 车体高度3.89m，列车总长200.67m，适应站台高度1.25m。
车钩三态
三态作用原理 为了实现车钩连挂或摘钩， 使车辆连接或分离，车钩具有 闭锁、和全开三态作用位置。 闭锁位置 车辆连挂后，两个车钩必须处 于闭锁位置才能传递牵引力。 此时锁铁处于最低位置，锁铁 后坐锁面坐落在钩舌推铁锁座 上，钩舌尾部受锁铁阻挡，而 锁铁的另一侧受钩腔内壁阻。
开锁位置 两连挂着的车辆欲分开时，必须有一个车钩处于开锁位置。提起车钩 提杆，下锁销转轴转动带动锁铁上升到一定的高度，放下车钩提杆， 锁铁开锁坐锁面停留在钩舌推铁锁座上。此时钩舌不能自动打开，如 果钩舌受到牵引力就能绕钩舌销转动。车钩处于开锁位置。
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CRH3型动车装配三种车钩，分别为； 自动车钩:每节车头（EC01/ECO8）的前舱均有一个左右前车罩和一个 左右自动车钩。 半永久车钩：每辆头车的前端和每辆中间车辆的车端配有半永久性车钩， 其作用为吸收超出规定的分离力（如出现严重冲击和碰撞）时耗散能量，以 保安全。 过度车钩：每个动车组在头等车（FC05）的地板下方位置存放一个备 用紧急救援车钩，用以其他机车牵引/拖拽CRH3车组。
CRH3型动车铝合金车体结构优化设计
CRH3型动车铝合金车体结构优化设计
邢清桂;黄金凤
【期刊名称】《产业与科技论坛》
【年(卷),期】2015(000)019
【摘要】本文以CRH3型动车组中间车车体作为研究对象，利用相关有限元分析软件对中间车车体建立有限元模型，对车体在纵向压缩、拉伸、垂直载荷、气动及合成载荷工况作用下的强度、刚度进行校核，并且为车体结构的改进及优化提供依据。
最后，对车体的局部结构进行尺寸及强度优化设计，以使得优化后的结果能够更好地满足列车使用条件。
【总页数】2页(P65-65,66)
【作者】邢清桂;黄金凤
【作者单位】河北机车技师学院;华北理工大学机械工程学院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.CRH3型动车组铝合金车体总组成焊接系统 [J], 李永军;孙丙河
2.铝合金型材在CRH3型动车组车体中的应用 [J], 郑文波;刘东军;田新莉
3.CRH3型动车组中间车车体结构强度分析 [J], 郭春丽;齐淑萍
4.CRH3型动车组中间车车体结构强度分析 [J], 郭春丽;齐淑萍
5.CRH3型动车组司机控制器牵引手柄优化设计 [J], 李卿;张正平;宋新勇
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CRH3型车体结构
`高寒地区列车车体隔热系数计算方法汇总一、车体结构根据资料查询，我国列车分为普速列车、快速列车系列、高速列车（CRH）系列。
现取CRH380BL予以说明列车结构。
由CRH380B经由需求而改制性能的型号。
在查询相关资料后，我们将车体传热的部分划分为以下部位：（车头部位不予传热考虑）（CRH3系列中间车车体结构分析图）分析部位即：端墙、侧墙、底架、车顶1.1车顶车顶结构：车顶结构由大型中空铝合金拼焊而成，把车顶组装成一个单元，在安装完大型车内设备后，再与其他车体构架焊在一起；车顶端部设加强结构，它由横梁、纵梁、盖板等构成。
1.2侧墙侧墙：由大型中空铝合金拼焊而成，在型材内侧有T型槽或L型导轨，用来安装内装件或设备；附件的生根方式有粘接、铆焊和焊接等；其铆接的吊码与侧墙之间有塑料垫板，具有减震的功能。
侧墙上有开口，用于固定车床、车门柱、车门安装托架等也是侧墙的一部分。
1.3端墙端墙：主要由四部分组成：门框、角柱、端墙板和端墙附件组成。
端墙用防寒材需要一种具有良好性能的耐火矿物防寒材（岩棉）。
在车顶横梁下焊接内端墙，其与端部车顶、底架通过台部分形成整体承载框架结构，增加整车刚度。
1.4底梁底粱：主要由支持车体重量和转向架相接的枕梁；传达前后方向里的侧梁、端梁、中梁；支持客室设备和乘客等并吊装地板下机械部分的横梁几大部分组成。
一、车体各部分传热系数计算考虑到高寒地区气温较低，需考虑温度对材料传热系数的影响，详见附表一。
将不同部位视作多层平壁进行计算式中：为车体内侧换热系数，；为车体隔热壁中某层材料的厚度，m；为车体隔热壁中材料的导热系数，;为车体外侧换热系数，。
对静止列车，参照相关标准，内表面换热系数取，外表面换热系数取16。
参考车体各部分材料见附表二，部分材料传热系数见附表三。
门窗结构较为简单，K值可通过实验测得。
如由于现有条件不满足实验测量，可按单层平壁进行计算。
三、车厢整体的传热系数计算3.1视为一维非稳态，忽略冷热桥的作用计算Re，判断其是否为重力起作用的有限空间自然对流，从而决定是否采用boussinesq假设进行计算，忽略P变化引起的密度变化，只考虑温度变化引起的密度变化。
CRH3概述
地板面距轨面的高度
供电制式
1260 mm
25 kV / 50 Hz
20
最大再生制动功率 最高运营速度 最高试验速度
适应站台高度
8000 kW 300 km/h （在15 km/h逆风时，剩余加速度为 0,05 m/s² ） 330 km/h （在15 km/h逆风时，剩余加速度为0） 350 km/h（在不逆风，无剩余加速度和新轮的情况下） 1250 mm（站台边缘到轨道中心线的距离） 1000 mm
2
Technology/技术
Locomotivehauled trains 机车牵引列车
Push-pull train evolution
(e.g. thyristor GTO)
Revolution
PP EMU
EMU evolution / 电力动车组演变
(e.g. 350 km/h, adherence to TSI, GTO IGBT, ETCS) Velaro CN
11
牵引系统与Velaro E动车组基本相同，牵引功率相同为 8800kw,牵引部件分散配置在6辆车上。主变压器设计成单制 式的变压器，容量为5.6MVA，与Velaro E动车组不同的是它 取消了辅助绕组。主变压器采用强迫导向油循环风冷方式， 当变压器冷却系统的风机故障时，车辆的可用牵引力只减少 25%。 牵引变流器采用结构紧凑，易于运用和检修的模块化 结构，相模块采用的半导体元件是IGBT。 辅助供电系统采用列车线供电方式，由分散布置在若干车厢 的各电源设备向干线供电。车辆的车载电源的电力是通过牵 引变流器的直流环节获得的。静止辅助变流器（ACU）把直 流电转换为车辆的车载电源系统的三相交流电。 网络控制系统由列车控制微机网络系统完成信息传输功能。 列车控制网络系统由两级传输组成：MVB和WTB。列车通信 和控制微机网络系统应为车载分布式计算机网络系统。可由 多级网络构成。通讯协议基本上基于标准VIC556和 IEC61375-1：1999。
CRH3车体结构
•
设备舱主要从底架边梁上生根，为安装、
检修、操纵、观察车下设备方便,设备舱两
侧各设有活动裙板和固定裙板，并在其上设
置各种小门、观察口。活动裙板设有专用三
角钥匙开闭的锁闭机构，可以方便打开和关
闭。并且在活动裙板上设有安全吊钩装置，
万一在锁失效的情况下安全吊钩可以钩住裙
板防止发生事故。
• 在设备舱裙板还设有必要的排风孔以及电 气设备的散热孔。裙板与底板纵梁之间用折页
• 车体上共用17种铝铸件，铸件主要采用 DIN EN 1706 ，DIN 1688，EN 12681 等标 准。材料EN 1706 AC-AlSi7Mg0,3 T6 。
• 铸件大部分采用与车体粘接的结构，少 部分是与车体焊接。
• 机械性能 ：抗拉强度Rm≥230N/mm2
•
屈服强度Rp0,2≥190N/mm2
论上来分析结构真正的技术参数要求。
车下设备舱
设备舱属于非承载结构形式。封闭的设备舱的作用是为了减 小列车运行中的空气阻力和加强对车下悬挂装置的保护，增加 车体外形美观效果。在进行设备舱的设计时，保证了车下悬挂 装置安装检修方便、运用可靠。
CRH3动车组的设备舱由裙板，裙板锁闭机构及其安全吊钩， 底板，吊装机构，底板纵梁组成。裙板及底板纵梁的材料是铝 型材，底板是铝蜂窝。。
EC 01
• TC 02 • IC 03 • BC 04 • FC 05 • IC 06 • TC 07 • EC 08
大约 10,935 kg 大约 11,035 kg 大约 11,085 kg 大约 10,885 kg 大约 10,885 kg 大约 11,085 kg 大约 11,035 kg 大约 10,935 kg
CRH3和谐号动车介绍
CRH3CRH3CRH3,全称：China Railway Highspeed 3，动车组为4动4拖8辆编组，采用电力牵引交流传动方式，由2个牵引单元组成，每个牵引单元按两动一拖构成。
动车组具有良好的气动外形，其载客速度为350KM\H，最高试验速度为 404KM\H。
两端为司机室，列车正常运行时由前端司机室操纵。
两列动车组可以联挂运行，自动解编。
CRH3动车组设置一等座车一辆、二等座车6辆和一辆带厨房的二等座车。
一等车厢座席采取2＋2布置，二等车车厢座席采取2＋3布置，除带厨房的二等座车采用固定座椅外，其余车型均采用了可旋转座椅，全车定员557人。
2004年10月中国国家主席胡锦涛访问德国期间，与西门子公司签订了60辆加阔版ICE3列车的合同，作为中国高速铁路（CRH）的运营车型，合同价值约6亿7000万欧元。
合同约定少量列车由德国直接出口至中国，大部分列车由中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司在中国组装，并改名为CRH3型和谐号列车。
CRH3动车组是在德国西门子ICE 3/ VelaroE成功开发的基础上，适应中国的客运需求进行适应性优化设计而来的，它继承了ICE 3/ VelaroE高速电动车组的高新技术，并根据技术的发展趋势进行了改进。
技术特点CRH3车体采用大型挤压中空铝型材焊接而成，司机室采用弯曲铝型材梁和板状铝型材作蒙皮的焊接结构。
车体的强度按EN12663进行设计。
防火安全性按DIN5510和EN45545设计，火灾发生后，可以80km/h的速度运行10分钟的要求，车体、电气柜和重要电缆、外端门、重要电缆和系统的防护、材料选择等都采用特殊的设计。
转向架采用经过实践验证、性能优良的SF500转向架。
为适应车体的加宽和速度的要求，仅对枕梁、减振器、弹簧参数、传动比等进行了适应性的改变和优化。
牵引系统与Velaro E动车组基本相同，牵引功率相同为8800kw,牵引部件分散配置在6辆车上。
CRH3动车组车体结构优化设计研究的开题报告
CRH3动车组车体结构优化设计研究的开题报告
一、研究背景
现代高速铁路交通的需求日益增长，高速动车组作为高速铁路客运主力车辆，其车体结构设计对于提升列车运行速度、乘坐舒适度、降低噪音和能耗等方面具有重要意义。
CRH3型动车组是我国高速铁路建设项目中的主力车型之一，其车体结构设计已经经过多次优化，但仍有一些问题需要深入研究和改进。
二、研究目的
本研究旨在通过对CRH3型动车组车体结构进行优化设计，提高其运行速度、减小能耗、降低噪音和提升乘坐舒适度。
三、研究内容
1. 对CRH3型动车组现有的车体结构进行分析和评估，找出其存在的问题和局限性；
2. 参考国内外高速动车组的设计经验和优化技术，提出针对CRH3型动车组车体结构的优化设计方案；
3. 通过数值模拟和实验验证，比较新设计方案和现有方案的性能和效果，确定最佳方案；
4. 根据最佳方案，进一步优化和改进设计方案。
四、研究方法
1. 参考文献法：查阅国内外相关文献和资料，了解现有高速动车组车体优化设计的研究进展和成果；
2. 分析法：对CRH3型动车组车体结构进行分析和评估，找出其存在的问题和局限性；
3. 计算机辅助工具法：使用计算机软件对CRH3型动车组车体结构进行数值模拟，比较不同设计方案的性能和效果；
4. 实验法：通过实验验证，检验新设计方案的可行性和有效性。
五、预期成果
本研究将提出一套优化的CRH3型动车组车体结构设计方案，并得出相应的优化效果和性能分析结果。
该研究将为CRH3型动车组和其他高速动车组的车体结构的优化设计提供有益的参考。
CRH3型动车组中间车车体结构强度分析
CRH3型动车组中间车车体结构强度分析郭春丽1,齐淑萍2(1.河北理工大学机械学院,河北唐山 063009)(2.唐山机车车辆厂高级技校,河北唐山 063030)摘要:在充分了解分析CRH3铝合金中间车车体结构和材料力学性能的基础上,采用有限元分析软件ANSYS建立车体有限元模型,参照相应规范,对车体在垂直载荷、纵向压缩、拉伸、气动及合成载荷工况作用下的强度和刚度进行校核,并为铝合金车体结构的改进和优化设计提供依据。
得出结论:车体强度、刚度满足要求。
此外还对铝合金设计中应注意的问题提出了有价值的建议。
关键词:铝合金车体结构;有限元分析;载荷中图分类号:TH12 文献标识码:A 文章编号:1672-1616(2010)13-0047-04有限元法是将连续的物体离散化,分解为由有限个单元组成的模型,即进行网格划分,进行离散化模型求数值解[1]。
笔者采用有限元分析软件ANSYS建立了车体有限元模型。
ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件,可广泛用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程等一般工业及科学研究,它具有多物理场解析、非线性计算、耦合场的分析、设计优化以及开放性等特点[2]。
1 CRH3动车组车体结构的主要技术特点CRH3车体采用大型挤压中空铝型材焊接而成,司机室采用弯曲铝型材梁和板状铝型材作蒙皮的焊接结构。
底架、侧墙和车顶采用大型空心截面的挤压铝型材,中空挤压型材的长度可达车体全长。
车体承载结构是由底架、侧墙、车顶、端墙以及设备舱组成的一个整体。
中间车的三维图和铝合金车体结构图分别如图1和图2所示。
CRH3动车组主要技术参数见表1。
车体主要组成部分的特点如下。
底架:主要由2大部分组成 底架前端和地板。
它们通过连接梁、连接板相连,连接梁为型材,连接板可以调整宽度,保证车体长度。
图1中间车的三维图图2 铝合金车体结构图表1 CRH3动车组主要技术参数参数名称参数值车辆长度中间车24825mm,端车25860mm车体宽度3265mm轴重17t车体自重约11t最高运行速度350km/h侧墙:在型材内侧有T型槽或L型导轨,用来安装内装件或设备。
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１ Ｃ Ｈ Ｒ ３动 车 组 车体 结构 的 主要 技
术 特 点
Ｃ Ｈ 车体采用 大型挤压 中空铝型材焊接而 Ｒ ３ 成， 司机室采用弯曲铝型材梁和板状铝型材作蒙皮 的焊接结构。 底架、 侧墙和车顶采用大型空心截面
的挤 压铝 型材 ， 空 挤 压 型材 的 长 度 可 达 车体 全 中
用 于核工 业 、 道 、 油化 工 、 空航 天 、 铁 石 航 机械 制造 、
能源、 汽车交通、 国防军工、 电子、 土木工程等一般工
业及科 学研究 ， 它具 有 多物 理 场解 析 、 非线 性计 算 、 耦 合场 的分析 、 设计优 化 以及开放性 等特点 Ｊ 。
图 １ 中 间车 的 三 维 图
门柱 、 角柱 等 ， 用 梁元 模 拟 。计 算 模 型数 据 见表 则
部分 组成 。
２ 铝合金车体 的有 限元计算模型
２ １ 铝 合金 车体 的 几何 模 型 ．
铝合 金车 体 基本 采 用 中空 挤压 型 材 （ 梁 、 枕 牵 引梁 除外 ）在建立 车体有 限元 的几何 模 型时 ， 尽 ， 应 量反 映车体 的结构 特点 ， 故把 车体 的几 何 实体全 部 简化 为面 ， 以利于有 限单 元 的划 分 。 在建 立结 构模 型时 ， 循 了 以下原 则 ： 遵 ａ 因非 承载 对结 构的整 体变形 影 响很 小 ， ． 故进
摘 要 ： 充分 了解 分析 Ｃ Ｈ３铝合金 中间车 车体 结构和材 料 力 学性 能 的基础 上 ， 用有 限元 分析 在 Ｒ 采
软件 Ａ Ｙ 建立车体有限元模型， ＮＳ Ｓ 参照相应规 范， 对车体在垂直载荷、 纵向压缩、 拉伸、 气动及合
成 载荷 工况作 用 下的 强度 和 刚度 进 行校 核 ， 为 铝 合金 车体 结 构 的 改进 和 优 化 设计 提 供 依 据 。 并
板。它们通过连接梁、 连接板相连 ， 连接梁为型材 ，
连接板 可 以调 整 宽度 ， 保证 车体 长度 。
收 稿 日期 ：００—０ —０ ２１ ３ ３
车顶 ： 动车组各车体车顶的共同结构都是由 ５
作者简介 ： 郭春丽（９ ７一）女 ， １５ ， 河北唐山人 ， 河北理工 大学教授 ， 主要研究方向为机械设计及理论。
・
现代 设计 与先进 制造 技术 ・
郭春 丽
齐淑 萍
Ｃ Ｈ Ｒ ３型动 车组 中 间车车体 结构强 度分 析
４ ７
Ｃ Ｈ３型 动车 组 中 间车 车体 结构 强度 分 析 Ｒ
郭春 丽 齐淑 萍 ，
（ ． 北理 工大 学 机 械 学院 ， １河 河北 唐 山 ０３ ０ ） ６ ０ ９
（． ２ 唐山机车车辆厂 高级技校 ， 河北 唐山 ０ ３３ ） ６００
得 出结论 ： 体强度 、 车 刚度 满 足要 求 。此 外 还 对 铝 合金 设 计 中应 注 意 的 问题 提 出 了有 价值 的建
议 。
关键 词 ： 合金 车体 结构 ； 限元分 析 ； 铝 有 载荷
中 图分类号 ：１１ １ １２ 文 献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ：６ ２—１ １ （０ ０ １ １７ ６ ６ ２ １ ）３—０ ４ —０ ０７ ４
４ ８
２１ ００年 ７月 中国制造业 信 息化
第３ ９卷
第 １ 期 ３
块 大型 中空铝 型材拼 焊而成 ， 由于平顶 型材 整体 的 截 面厚度 比较小 ， 以型材 上下 面及 中间筋 的材料 所 厚度 均 比其 他部 位型 材厚很 多 。
端墙 ： 主要 由门框 、 角柱 、 墙板 和 端 墙 附件 ４ 端
车辆长度 车体宽度 轴重 车体 自重 最高运行速度
中间车 ２ ２ ｍｍ， ４８ ５ 端车 ２ ６ ｍｍ ５８ ０
３ ２６ ｍｍ ５
≤１ｔ ７
约 ｌｔ ｉ
３ ０ ｒ／ ５ ｋｎ ｈ
车体主要组成部分的特点如下。
底架 ： 主要 由 ２大 部分 组成— —底 架前 端 和地
侧墙 ： 型材 内侧 有 Ｔ型槽 或 Ｌ型导轨 ， 在 用来 安装 内装 件或 设备 。
计 算模 型采用 ２种 方案 ， 扭转 工况 和三点 支撑 空 车工 况用 整体结 构模 型 ， 他工况 用 １２结构模 其 ／
型 。用 于划分 网格 的几 何形 状 几 乎 全从 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 计 中各
处 厚度 的 中面提 取 ， 中包 括 车顶 、 墙 、 边梁 、 其 侧 下 底架 、 端墙 等均 用 相 对 等厚 度 的 薄壳 元 模 拟 ； 少量
＼ 壁鐾
歪主二 ＝三 ＝ 芒羔
玉 二≥： ０
ｔ～ ： 三： ： ≥ ： ：兰： ：
图 ２ 铝合金车体结构 图
表 １ Ｒ Ｂ 动车组主 要技术参数 Ｃ Ｉ
参 数 名 称 参 数值
长。车体承载结构是由底架、 侧墙 、 车顶 、 端墙 以及
设备 舱组成 的一 个 整体 。 中间 车 的三 维 图 和铝 合 金 车体结 构 图分 别 如 图 １和 图 ２所 示 。Ｃ ＲＨ３动 车组 主要技 术参 数见表 １ 。
图 ５ １ ２结构 有限元 网格 图 ／
图 ３ 铝 合 金 车 体 的 几 何模 型
图 ６ 底 架 有 限元 网格
有 限元法 是将 连续 的物 体离散 化 ， 分解 为 由有
限个单元组成的模 型 ， 即进行 网格划分 ， 进行离散 化模型求数值解【＿ ｌ 。
笔者采用有 限元 分析 软件 Ａ Ｓ Ｓ建 立 了车 体 ＮＹ 有限元 模 型。 Ａ Ｎ 软件是融结 构、 、 体 、 热 流 电 磁、 声学于一体 的大型通用有 限元分析 软件 ， 可广泛
行 了省 略 。
２ 。图 ５为 １２结 构 的有 限元 网格 ， ６为 部 分底 ／ 图 架 的有 限元 网格 。
表 ２ 铝合金车体计算模型数据
ｂ对结构表面的孔、 ． 台肩等进行了圆整处理。 利用 Ｐｏ Ｅ三维软件建立的铝合金车体的几 ｒ／ 何模 型 图如 图 ３和 图 ４所示 。