不銹鋼在國內(nèi)外客車上的應(yīng)用

不銹鋼在國內(nèi)外客車上的應(yīng)用

隨著客車速度的提高，車身結(jié)構(gòu)的量化變得越來越重要。由于改變車體結(jié)構(gòu)參數(shù)涉及的面較廣,而改變材質(zhì)相對(duì)容易實(shí)施,因此,國內(nèi)外鐵路部門著重對(duì)車體材質(zhì)(特別是不銹鋼和鋁合金)進(jìn)行了研究。本文主要介紹不銹鋼在國內(nèi)外客車上的應(yīng)用情況、使用不銹鋼的意義以及不銹鋼車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題。1德國的適用于國內(nèi)外客車的使用1.1德國的普通客車1.1.1不銹鋼混合客車“干”到“里寧車”前蘇聯(lián)曾制造了一批不銹鋼和低合金鋼混合客車車體,其主要受力構(gòu)件采用低合金鋼,波紋板及骨架采用無鎳不銹鋼薄板壓制而成,不銹鋼型號(hào)為12Х13Г18Д(12Cr13C18Cu)。其中,加里寧車輛廠20世紀(jì)80年代制造的不銹鋼混合車體中,車體蒙皮用厚1.0mm～1.5mm的不銹鋼代替了厚2.0mm～2.5mm的碳鋼,容易受潮部位的車頂彎梁、側(cè)柱采用厚2mm的不銹鋼薄板壓制成的乙字?jǐn)嗝媪褐谱鳌?980年制造的部分不銹鋼客車,有一部分材質(zhì)型號(hào)為10Х13Г18Д,這些車側(cè)墻厚度為1.5mm～2.0mm(使用碳鋼時(shí)厚度為2.0mm～3.0mm),車頂彎梁、側(cè)柱采用厚2mm的不銹鋼薄板壓制。為保證在減輕自重后不使強(qiáng)度和剛度下降,采用了壓筋斷面。1.1.2質(zhì)量表1不銹鋼在日本客車上應(yīng)用較廣泛,主要材質(zhì)為SUS301L、SUS301和SUS304。在205系電動(dòng)車組中應(yīng)用不銹鋼的情況見表1,其機(jī)械性能見表2。1.1.3remanit43010和remanit4512德國在各種客車、地鐵車輛部件上采用了不銹鋼材質(zhì),主要使用的不銹鋼鋼號(hào)為蒂森特殊鋼廠生產(chǎn)的REMANIT4301和REMANIT4512。其中,客車側(cè)梁為冷軋槽形,厚2.5mm,下墻板和車頂均為厚0.8mm的波紋板,窗間板為厚1.5mm的平板。城市電動(dòng)車組車體縱向梁和端墻骨架厚2.5mm,側(cè)墻厚1.6mm,車頂厚0.8mm。1.1.4不銹鋼客車材料在美國,客車上采用的材質(zhì)主要為不銹鋼。美國早期的不銹鋼車輛是以1934年芝加哥巴靈頓鐵路的3輛編組“Zephyr”號(hào)內(nèi)燃動(dòng)車為代表的,該車最高速度為180km/h,限于當(dāng)時(shí)的條件,只是用不銹鋼和鋁合金代替了部分材質(zhì)。美國布德公司同年生產(chǎn)了5000輛不銹鋼客車。美國市場上常見的幾種不銹鋼的化學(xué)成分及機(jī)械性能見表3。1.2法國tgv列車以上介紹了國外某些車輛采用不銹鋼的情況,雖然上述車輛的速度沒有顯著的提高,但無疑積累了一些經(jīng)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上,各國已分別嘗試將不銹鋼用于高速客車上,并且取得了一些成功。德國ICE列車,速度達(dá)250km/h以上,其動(dòng)車蒙皮采用了不銹鋼,骨架為普通鋼材,為混合車體;法國TGV高速動(dòng)車組,車體外墻板采用含銅半不銹鋼,車體骨架為合金鋼,最高速度在270km/h以上;瑞典斯德哥爾摩—哥德堡間運(yùn)營的列車,最高運(yùn)行速度為210km/h,客車車體骨架由厚3.4mm～4mm的不銹鋼制造,蒙皮由不銹鋼壓筋而成,車體鋼結(jié)構(gòu)重約10t,比普通碳素鋼輕2.3t。1.3衡廣鐵路用不銹鋼客車我國在客車上使用不銹鋼較多的是1987年長春客車廠設(shè)計(jì)制造的2輛不銹鋼軟臥車,所用不銹鋼由太原鋼鐵公司提供,該車沿用了CCK39空調(diào)車車體結(jié)構(gòu)。車頂、側(cè)墻、端墻外露焊接件及大部分不外露但有被腐蝕可能的梁柱及其他零部件、底架的地板及部分梁均采用了不銹鋼。1994年,長春客車廠與韓進(jìn)重工合作生產(chǎn)了30輛衡廣鐵路用的時(shí)速200km的不銹鋼客車。這批車包括8輛一等座車、18輛二等軟座車(其中2輛為播音車)、2輛餐車及2輛發(fā)電車。按合約分工,韓進(jìn)重工負(fù)責(zé)30輛不銹鋼客車的設(shè)計(jì),組裝27輛車;長春客車廠負(fù)責(zé)提供30輛不銹鋼客車用的轉(zhuǎn)向架,組裝2輛二等座車與1輛二等播音車。2004年,長春客車廠為天津?yàn)I海線生產(chǎn)了軌道車輛,其車體鋼結(jié)構(gòu)主要由不銹鋼制成。其他的國內(nèi)客車廠也在嘗試生產(chǎn)不銹鋼客車。但目前不銹鋼在我國客車上主要用在盥洗室、廁所、水箱、茶水爐等容易腐蝕的區(qū)域及部件,在鋼結(jié)構(gòu)上主要用在波紋地板及枕外平地板上。波紋地板主要采用的是進(jìn)口高強(qiáng)度材質(zhì),板厚一般為1.2mm～1.6mm。2不銹鋼板的不對(duì)比作用不銹鋼能夠被用作車體材質(zhì),特別是用于提速車及高速客車上,是因?yàn)槠溆兄渌馁|(zhì)不可比擬的特點(diǎn)。因?yàn)椴讳P鋼具有良好的耐腐蝕性,在滿足強(qiáng)度、剛度的情況下,可降低板厚,較薄的不銹鋼板可以用于流線型動(dòng)車的頭部設(shè)計(jì)制造中。頭部流線型設(shè)計(jì)制造在高速列車中至關(guān)重要,流線型頭部的動(dòng)車與普通形狀頭部的動(dòng)車相比較,頭部阻力峰值或沖擊波的影響能降低20%左右,使會(huì)車時(shí)作用于車窗上的壓力降低30%。由于板厚降低,又無需涂裝,使車輛自重降低約2t～3t。由于客車自重與運(yùn)行阻力成正比,自重的降低減少了運(yùn)行阻力,在同等牽引力下,將使速度提高。自重減輕還可以降低高速時(shí)輪軌間的動(dòng)作用,減少對(duì)鋼軌的磨損。由于不銹鋼具有耐腐蝕性能,可以減少鋼結(jié)構(gòu)維修量,減少檢修工時(shí),提高車輛運(yùn)用率。3不銹鋼的改造不銹鋼車體鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造并不是把普通鋼改為不銹鋼的簡單置換,而是需要根據(jù)不銹鋼的材質(zhì)特點(diǎn),進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝改進(jìn)。不銹鋼車體鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。3.1結(jié)構(gòu)形式采用平板連接板不銹鋼梁柱等基礎(chǔ)骨架的板厚一般為1mm～1.5mm,為了提高壓曲強(qiáng)度,主要采取封閉形斷面形狀,也就是采用閉口薄壁結(jié)構(gòu)。在窗角等高應(yīng)力部位以及縱橫桿件連接節(jié)點(diǎn)處,應(yīng)采用具有緩和應(yīng)力集中和提高剛度效果的立體骨架連接板,其他部位采用平板連接板,板厚1.5mm,側(cè)柱、大小腰帶等主要部件板厚可為1.0mm。車體底架中的枕梁、牽引梁、側(cè)梁、吊掛座等建議采用高強(qiáng)度耐候鋼、碳鋼或低合金鋼。3.2地板厚度的確定側(cè)墻、外端墻厚度一般應(yīng)取1.5mm,車頂板及地板厚度不小于0.6mm(根據(jù)我國客車的實(shí)際情況,建議地板厚度不小于1mm)。為確保一定的強(qiáng)度和剛()()度,側(cè)墻及車頂板最好壓筋處理成波紋板,枕內(nèi)地板為高強(qiáng)度波紋板。3.3下輔助以電弧焊普通鋼車體鋼結(jié)構(gòu)采用電弧焊焊接而成;不銹鋼車體鋼結(jié)構(gòu)則主要采用點(diǎn)焊焊接,在結(jié)構(gòu)不允許的條件下輔助以電弧焊,為防止焊接變形及焊接裂紋,通常采用水冷卻的辦法。由于車體所用的不銹鋼材質(zhì)具有高抗拉強(qiáng)度,材質(zhì)一般比較硬,因此需要專用設(shè)備。不銹鋼車體焊接設(shè)備一般包括轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床、壓床、拉拔輥軋成型機(jī)、張拉成型機(jī)、移動(dòng)式帶平衡器的點(diǎn)焊機(jī)、固定式點(diǎn)焊機(jī)器人、自動(dòng)多頭點(diǎn)焊機(jī)等。4國內(nèi)不銹鋼客車應(yīng)用鑒于不銹鋼客車的特點(diǎn),有必要在我國研制不銹鋼客車,不銹鋼客車定位在200km/h速度級(jí)以下,200km/h以上客車應(yīng)優(yōu)先考慮鋁合金結(jié)構(gòu);青藏鐵路可采用不銹鋼客車。由于目前我國用于客車及軌道車輛上的不銹鋼主要從日本、韓國進(jìn)口,國產(chǎn)不銹鋼客車要形成批量尚需時(shí)日,但隨著200k