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摘要：介绍了出口阿根廷内燃动车组车体钢结构的主要技术参数、车体钢结构组成以及主要部件所采取的新的设计理念及特点等。并进行了结构强度分析和模态分析，分析表明车体结构设计满足相应标准要求。
关键词：出口阿根廷内燃动车组 车体钢结构 强度校核 模态分析
中图分类号：U270.32 文献标识码：B
1. 概述
随着铁道交通装备工程实践的推进，我国铁道车辆研发水平和制造能力的进一步提升[1，2]，铁道车辆技术储备不断完善，并逐步扩展了国外市场[3]，为实现铁路交通引领世界的目标奠定了基础。但不同国家的列车具有不同的运行环境，如线路条件、编组形式、定员特点等等，设计列车需要与之相适应的系统构造和结构形式。本文介绍出口阿根廷内燃动车组的车体钢结构设计与强度校核情况，为相应新型列车设计和既有列车改进提供参考。
出口阿根廷内燃动车组（以下简称动车组）项目是唐山轨道客车有限公司承接阿根廷国家铁路的内燃动车项目，采用动车—拖车—动车3辆车编组方式，运行线路为米轨。公司按照技术合同，制定了顶层设计指标。在该指标的指导下，综合限界要求、编组方式和定员特点等多因素，进行了车体钢结构的设计，并进行了强度校核和相应部分的结构优化设计，且完成了车体钢结构的模态分析，最终形成了该动车组的车体钢结构方案。
根据动车组的《技术规范》（以下简称规范）要求，车体钢结构强度需符合EN12663-1-2010《铁路应用 铁路车辆车体结构要求》中P-III类的载荷规定；车体的耐碰撞性能设计及校核需符合EN15227《车辆被动性安全设计》中C-I类的规定，司机室钢结构的强度按照UIC651-2002《机车、动车、动车组和带司机室拖车的司机室布置》中的载荷工况的规定设计。
2. 主要技术参数
3. 主要特点
本列车研发针对阿根廷需求，结合了我国先进技术，其主要技术特点如下：
（1）模块化设计
采用模块化设计是当今车辆的先进技术之一，为便于各个接口部位的统一，阿根廷内燃动车组采用模块化设计理念，减少了各大部件的附件的数量，零件要求尽量统一，工艺性好，生产率得到进一步提高。
（2）顶板设计
侧顶板采用波纹顶板，当雨水或冷凝水流下时，经过3道波纹结构将雨水导向端部排出，导水效果好。如图1所示。波纹顶板可有效避免雨水和冷凝水经车窗流动，实现了结构设计的人性化。
（3）车钩前置安装方式
车钩采用前置安装方式，在底架缓冲梁与车钩安装座处通过螺栓连接，这种安装方式操作简单，结构强度较好。同时车钩采用前置安装方式，可以避免牵引梁开设喇叭口，有效降低设计、制造和运维成本。
（4）空调机组的安装
由于受阿根廷限界和车上设备布置的综合影响，车顶设计成通长方向高顶，全车采用同一断面，制造工艺简单，缩短了以往车顶生产的时间，但同时对空调的安装设计带来一定的难度，为便于空调安装座下部与车顶板焊接，上部与空调连接，将空调安装座设计成带角度的C型断面，如图2所示。
4 车体钢结构简介
车体钢结构为无中梁全钢焊接整体承载结构，如图3所示。车体由底架、侧墙、端墙、车顶以及司机室等部件组成，各大部件互相之间形成一个完整的整体承载结构。同时车体结构保证了雨水及冷凝水有效排除，防止存水和车窗处出现流水现象。
4.1 底架
底架由牵引梁、枕梁、缓冲梁、端梁、边梁、横梁和枕内波纹地板、枕外平地板等结构组成，如图4所示。枕内边梁上设顶车位。牵引梁采用耐候钢组焊而成，枕梁采用变截面箱型组焊结构，边梁、横梁均采用槽型断面。动车底架上吊装有动力包，动力包借鉴现有铝合金车体的吊装方式，采用边梁整体吊装方式，即降低了车体自重，又有效的减轻了动力包装置对车体产生的振动，底架上设有防爬器，防止车辆相撞时互相爬叠。
4.2 侧墙
侧墙主要由侧柱、腰带、侧墙上边梁、窗间纵梁等结构组焊而成。如图5所示。侧墙上采用通长腰带，侧墙上边梁采用方钢，侧柱采用帽型断面。侧墙钢结构上设钢结构侧门门框，保证侧墙门框开口处强度要求。侧墙上统一开钥匙孔，供内部安装连接使用。
4.3 端墙
端墙由门立柱、端角柱、端顶弯梁、门上横梁、立柱等组焊而成，门上横梁采用不等边槽型梁。同时与贯通道相连接的部分采取了局部的补强。
4.4 车顶
车顶由车顶骨架和车顶板组成。车顶骨架由车顶上边梁、车顶弯梁、纵向梁等组焊而成。骨架的外面焊有车顶板，如图6所示。车顶上边梁为沿车顶两侧全长布置，其断面为角形的压型件。车顶板由侧顶板和中顶板两部分组成。侧顶板为小圆弧板，中顶板为由圆弧与直线连接过渡的板，侧顶板和中顶板之间采用搭接结构焊接。车体沿纵向方向焊有C型槽，供各部位连接使用。车下吊装动力包，动力包排烟由车顶处排出，因此在车顶开一个小平顶供排烟装置的安装。
5 车体钢结构静强度校核与模态分析
根据《规范》要求，在车体钢结构设计时对EN12663-2000，、UIC651-2002标准进行了解读，最终对车体钢结构进行了10个工况的静强度和模态分析。
强度校核计算工况如表1所示。
通过对车体结构进行静强度、振动模态计算分析，得出以下结论：
（1）强度。通过计算分析，较高应力区域主要分布于车体底架牵引梁下盖板板区域，最大应力值为301.5MPa，小于材料屈服极限，车体强度满足车体设计的要求。
（2）刚度。最大垂向载荷下，车体底架边梁最大垂向位移为8.583 mm，为车辆定距的0.578‰，小于1‰，满足车体刚度设计要求。
（3）模态。按照车体动态设计准则，整备车体一阶垂弯频率必须不低于10 Hz，避免车体产生剧烈的振動，降低舒适性及缩短结构的疲劳寿命。UIC-ORE B7委员会对多客车车体钢结构及其全装备车体进行振动试验，统计结果表明，车体钢结构的一阶垂弯频率应该高于14 Hz[4]。设计列车车体模态分析表明，车体一阶垂弯的固有频率为18.03 Hz，车体的一阶扭转的固有频率为23.62 Hz。可见车体结构的模态设计能够满足使用要求。
6. 结束语
完成了阿根廷米轨内燃传动动车组的车体结钢设计。最终方案的强度校核分析表明设计方案的强度、刚度均满足要求。同时进行了车体钢结构模态分析，结果表明设计车体钢结构满足相应车体动态设计准则。
参考文献
[1] 方炅任. 城轨车车头结构设计方法 [J]. 铁道车辆. 2010， 48 （10）： 27-35.
[2] 廖爱华， 孙丽萍.200 km/h高速客车车体结构分析及改进 [J]. 铁道车辆. 2002， 23（4）： 18-22.
[3] 徐凤妹， 廖平， 朱亮. 出口突尼斯内燃动车组车体钢结构研制 [J]. 铁道车辆. 2011， 49（11）： 24-28.
[4] 张卫华. 动车组总体与转向架[M]. 北京： 中国铁道出版社， 2011.
关键词：出口阿根廷内燃动车组 车体钢结构 强度校核 模态分析
中图分类号：U270.32 文献标识码：B
1. 概述
随着铁道交通装备工程实践的推进，我国铁道车辆研发水平和制造能力的进一步提升[1，2]，铁道车辆技术储备不断完善，并逐步扩展了国外市场[3]，为实现铁路交通引领世界的目标奠定了基础。但不同国家的列车具有不同的运行环境，如线路条件、编组形式、定员特点等等，设计列车需要与之相适应的系统构造和结构形式。本文介绍出口阿根廷内燃动车组的车体钢结构设计与强度校核情况，为相应新型列车设计和既有列车改进提供参考。
出口阿根廷内燃动车组（以下简称动车组）项目是唐山轨道客车有限公司承接阿根廷国家铁路的内燃动车项目，采用动车—拖车—动车3辆车编组方式，运行线路为米轨。公司按照技术合同，制定了顶层设计指标。在该指标的指导下，综合限界要求、编组方式和定员特点等多因素，进行了车体钢结构的设计，并进行了强度校核和相应部分的结构优化设计，且完成了车体钢结构的模态分析，最终形成了该动车组的车体钢结构方案。
根据动车组的《技术规范》（以下简称规范）要求，车体钢结构强度需符合EN12663-1-2010《铁路应用 铁路车辆车体结构要求》中P-III类的载荷规定；车体的耐碰撞性能设计及校核需符合EN15227《车辆被动性安全设计》中C-I类的规定，司机室钢结构的强度按照UIC651-2002《机车、动车、动车组和带司机室拖车的司机室布置》中的载荷工况的规定设计。
2. 主要技术参数
3. 主要特点
本列车研发针对阿根廷需求，结合了我国先进技术，其主要技术特点如下：
（1）模块化设计
采用模块化设计是当今车辆的先进技术之一，为便于各个接口部位的统一，阿根廷内燃动车组采用模块化设计理念，减少了各大部件的附件的数量，零件要求尽量统一，工艺性好，生产率得到进一步提高。
（2）顶板设计
侧顶板采用波纹顶板，当雨水或冷凝水流下时，经过3道波纹结构将雨水导向端部排出，导水效果好。如图1所示。波纹顶板可有效避免雨水和冷凝水经车窗流动，实现了结构设计的人性化。
（3）车钩前置安装方式
车钩采用前置安装方式，在底架缓冲梁与车钩安装座处通过螺栓连接，这种安装方式操作简单，结构强度较好。同时车钩采用前置安装方式，可以避免牵引梁开设喇叭口，有效降低设计、制造和运维成本。
（4）空调机组的安装
由于受阿根廷限界和车上设备布置的综合影响，车顶设计成通长方向高顶，全车采用同一断面，制造工艺简单，缩短了以往车顶生产的时间，但同时对空调的安装设计带来一定的难度，为便于空调安装座下部与车顶板焊接，上部与空调连接，将空调安装座设计成带角度的C型断面，如图2所示。
4 车体钢结构简介
车体钢结构为无中梁全钢焊接整体承载结构，如图3所示。车体由底架、侧墙、端墙、车顶以及司机室等部件组成，各大部件互相之间形成一个完整的整体承载结构。同时车体结构保证了雨水及冷凝水有效排除，防止存水和车窗处出现流水现象。
4.1 底架
底架由牵引梁、枕梁、缓冲梁、端梁、边梁、横梁和枕内波纹地板、枕外平地板等结构组成，如图4所示。枕内边梁上设顶车位。牵引梁采用耐候钢组焊而成，枕梁采用变截面箱型组焊结构，边梁、横梁均采用槽型断面。动车底架上吊装有动力包，动力包借鉴现有铝合金车体的吊装方式，采用边梁整体吊装方式，即降低了车体自重，又有效的减轻了动力包装置对车体产生的振动，底架上设有防爬器，防止车辆相撞时互相爬叠。
4.2 侧墙
侧墙主要由侧柱、腰带、侧墙上边梁、窗间纵梁等结构组焊而成。如图5所示。侧墙上采用通长腰带，侧墙上边梁采用方钢，侧柱采用帽型断面。侧墙钢结构上设钢结构侧门门框，保证侧墙门框开口处强度要求。侧墙上统一开钥匙孔，供内部安装连接使用。
4.3 端墙
端墙由门立柱、端角柱、端顶弯梁、门上横梁、立柱等组焊而成，门上横梁采用不等边槽型梁。同时与贯通道相连接的部分采取了局部的补强。
4.4 车顶
车顶由车顶骨架和车顶板组成。车顶骨架由车顶上边梁、车顶弯梁、纵向梁等组焊而成。骨架的外面焊有车顶板，如图6所示。车顶上边梁为沿车顶两侧全长布置，其断面为角形的压型件。车顶板由侧顶板和中顶板两部分组成。侧顶板为小圆弧板，中顶板为由圆弧与直线连接过渡的板，侧顶板和中顶板之间采用搭接结构焊接。车体沿纵向方向焊有C型槽，供各部位连接使用。车下吊装动力包，动力包排烟由车顶处排出，因此在车顶开一个小平顶供排烟装置的安装。
5 车体钢结构静强度校核与模态分析
根据《规范》要求，在车体钢结构设计时对EN12663-2000，、UIC651-2002标准进行了解读，最终对车体钢结构进行了10个工况的静强度和模态分析。
强度校核计算工况如表1所示。
通过对车体结构进行静强度、振动模态计算分析，得出以下结论：
（1）强度。通过计算分析，较高应力区域主要分布于车体底架牵引梁下盖板板区域，最大应力值为301.5MPa，小于材料屈服极限，车体强度满足车体设计的要求。
（2）刚度。最大垂向载荷下，车体底架边梁最大垂向位移为8.583 mm，为车辆定距的0.578‰，小于1‰，满足车体刚度设计要求。
（3）模态。按照车体动态设计准则，整备车体一阶垂弯频率必须不低于10 Hz，避免车体产生剧烈的振動，降低舒适性及缩短结构的疲劳寿命。UIC-ORE B7委员会对多客车车体钢结构及其全装备车体进行振动试验，统计结果表明，车体钢结构的一阶垂弯频率应该高于14 Hz[4]。设计列车车体模态分析表明，车体一阶垂弯的固有频率为18.03 Hz，车体的一阶扭转的固有频率为23.62 Hz。可见车体结构的模态设计能够满足使用要求。
6. 结束语
完成了阿根廷米轨内燃传动动车组的车体结钢设计。最终方案的强度校核分析表明设计方案的强度、刚度均满足要求。同时进行了车体钢结构模态分析，结果表明设计车体钢结构满足相应车体动态设计准则。
参考文献
[1] 方炅任. 城轨车车头结构设计方法 [J]. 铁道车辆. 2010， 48 （10）： 27-35.
[2] 廖爱华， 孙丽萍.200 km/h高速客车车体结构分析及改进 [J]. 铁道车辆. 2002， 23（4）： 18-22.
[3] 徐凤妹， 廖平， 朱亮. 出口突尼斯内燃动车组车体钢结构研制 [J]. 铁道车辆. 2011， 49（11）： 24-28.
[4] 张卫华. 动车组总体与转向架[M]. 北京： 中国铁道出版社， 2011.