1. 新產(chǎn)品新技術(shù)信息

 雙層動車

2019年2月22日，我國首列可變編組動車組在中國中車唐山公司完成全部60余項廠內(nèi)試驗，通過獨有的可變編組驗證，具備出廠條件。可變編組動車有以下優(yōu)勢：雙層座車、大定員縱向臥鋪車、商務(wù)座車、座臥轉(zhuǎn)換軟臥車，如同搭積木一般，在2至16節(jié)之間隨意變換搭配車廂，單車定員最多提升70%等。據(jù)悉，在可變編組動車組新車型中，雙層二等座車、雙層VIP車、雙層餐貨和客貨合造車等均為雙層結(jié)構(gòu)。

圖1  可變編組動車組

圖2  雙層車內(nèi)飾

由于雙層客車相對于普通客車容納鐵路乘客的能力更大，于是具有普通客車無法比擬的優(yōu)點，很受廣大鐵路用戶的歡迎，擁有眾多優(yōu)勢：首先雙層客車能夠滿足人流量比較大的運輸需求，很好地緩解了客運高峰；其次是鐵路客車運輸能力的提高減少鐵路客車運輸?shù)拇螖?shù)，從而間接的形成了對能源的節(jié)約；最后是高速雙層動車組增加了旅客坐席，這對于新興的通勤車輛的運輸是很重要的；同時雙層動車組在座椅一定的情況下，可以使用更少的制動裝置、轉(zhuǎn)向架以及其他的一些設(shè)施，從另一個側(cè)面節(jié)省了材料，降低了維修費用等。鑒于高速雙層動車組以上的特點和性能，高速雙層動車組必將用于未來城際動車組運輸，其運輸模式可以采用長編組、較長時間間隔或者短編組、密集發(fā)車等形式。

可變編組動車組的雙層客車是以我國既有各型動車組技術(shù)平臺和產(chǎn)品平臺為基礎(chǔ)，以提高動車組高實用性和性價比為目標，通過系列化模塊化、標準化設(shè)計制造，開發(fā)研制動力相對集中的、可同時滿足既有干線鐵路和高速客運專線運營條件的新型 250km/h 暨 200km/h 速度級動車組。

該動車組的技術(shù)特點綜合考慮了既有干線鐵路和高速客運專線的技術(shù)要求和運營條件，其運用的環(huán)境條件、線路條件、供電條件、通信信號設(shè)施、運用服務(wù)設(shè)施、運輸組織模式等，可同時滿足既有干線鐵路和高速客運專線的運營技術(shù)要求；采用動力相對集中編組模式，可靈活編組，以降低列車檢備率；通過單車備用，可實現(xiàn)頭車、動車和中間拖車的故障快捷更換，以提高列車利用率；為滿足多元化運用需求，可提供單層和雙層車輛、以及硬座、軟座、硬臥、軟臥等多車種配置方案選擇；關(guān)鍵系統(tǒng)技術(shù)方案及部件以既有 CRH 系列動車組技術(shù)平臺為基礎(chǔ)，結(jié)合實際運用情況進行優(yōu)化、改進、組合；在制造和高級修程時可大大降低列車調(diào)試周期。

 雙層客車車體結(jié)構(gòu)組成概述 該高速雙層動車組車體的總體尺寸如下：車輛寬度約 3360mm，車輛高度約4433mm，車輛定距約 17800mm，車體的總體長度約25500mm，車鉤高度為 880mm，地板高度為 1260mm；車體是由大型中空擠壓鋁型材焊接形成的，該車體結(jié)構(gòu)主要由車頂、底架、側(cè)墻、端墻、設(shè)備艙、二層地板等六大模塊組成。

圖3  車體構(gòu)成及有限元模型

二層地板與側(cè)墻的焊接形式

端墻與車頂?shù)暮附有问?nbsp;   

 按照EN12663：2000《鐵路應(yīng)用—鐵路車輛車體結(jié)構(gòu)要求》對雙層鋁合金車體靜強度進行分析計算，同時依照《200 km/h 及以上速度級鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定暫行規(guī)定》對車體氣密強度的要求進行加載，強度計算的各載荷工況如下表所示。

圖4  應(yīng)力集中區(qū)域

此外，瑞士的Stadle公司是全球擁有最先進雙層動車技術(shù)的企業(yè)之一，尤其是車體輕量化技術(shù)。車體的一個顯著特點是底架地板及中間地板都采用橫向布置方式。

圖5  Stadle雙層動車組 

圖6  Stadle雙層動車組強度驗證

2. 行業(yè)發(fā)展動態(tài)

2.1. 市場需求信息

部分業(yè)主提出：為方便查看蓄電池狀態(tài)，蓄電池間頂蓋應(yīng)可滑動，且能由一人打開，在不滑動狀態(tài)下頂蓋應(yīng)鎖緊。類似頂蓋、側(cè)墻可打開或移動方案在貨車領(lǐng)域已較常見，如下圖示。

圖7 鋁合金滑動移門（Vagongyar，2014年）

2.2. 競爭對手發(fā)展動態(tài)

l 唐山公司對時速400公里的高速列車進行輕量化設(shè)計，并提出了具體目標，即在CRH380B型動車組基礎(chǔ)上減重3%。而車體擬采用輕量化材料及結(jié)構(gòu)應(yīng)用，減重目標是4%。

 主要研究基于輕量化要求的鋁合金車體及關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)：

1）車體斷面：結(jié)合計算和試驗結(jié)果，針對車體上材料利用率低的區(qū)域，優(yōu)化型材內(nèi)筋板厚度、型材壁厚，同時保證強度及疲勞性能。

2）關(guān)鍵部件：針對車下吊裝等部件開展拓撲優(yōu)化，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計。

圖8 結(jié)構(gòu)優(yōu)化仿真

l 歐盟Shift2Rail Joint Undletaking（轉(zhuǎn)移至鐵路聯(lián)合執(zhí)行體）發(fā)布了下一代鐵路系統(tǒng)有關(guān)輕量化貨車監(jiān)測及維護預(yù)測解決方案的項目報告，項目從2016年開始，到2019年4月截止。報告中提到了夾層復合材料實現(xiàn)車體輕量化。

輕量化材料對比表

2.3. 產(chǎn)業(yè)資源：爆炸焊

輕量化是軌道列車車體今后的發(fā)展方向。為了保持行駛過程中的穩(wěn)定性，高速鐵路列車車體下層結(jié)構(gòu)通常使用鋼材制造，而上層結(jié)構(gòu)則使用比重相對較輕的鋁合金，這樣可以減輕車身重量，使得整體重心下移，在保證結(jié)構(gòu)強度的同時提升了運載能力。

金屬動態(tài)復合技術(shù)是在爆炸加工技術(shù)發(fā)展而來的一種新技術(shù)，是以炸藥為能源，通過炸藥爆轟獲得瞬時的高溫、高壓，從而產(chǎn)生高壓脈沖載荷，推動一種材料(復層)高速傾斜碰撞另一種材料(基層)，其加載應(yīng)力遠遠高于金屬材料的屈服強度，加載過程的瞬間性（一般為微量級），材料受載的局部性，交織發(fā)生在作用點的微小的鄰近區(qū)域并且高速地移動等方法，實現(xiàn)兩種金屬的冶金結(jié)合，結(jié)合區(qū)呈現(xiàn)為波狀的冶金結(jié)合。 

使用爆炸焊接法制備的鋁-鋼結(jié)構(gòu)過渡接頭可以很好的實現(xiàn)下層鋼板和上層鋁板的連接。鋁-鋼結(jié)構(gòu)過渡接頭位于鋁板與鋼板之間，兩端分別于鋁板和鋼板焊接，起到了過渡連接的作用，避免了鋁與鋼的直接焊接。與傳統(tǒng)的螺釘連接相比不僅能夠提高結(jié)合強度，還能夠有效防止接觸腐蝕。

圖9 車身鋁鋼結(jié)構(gòu)過渡接頭形式

圖10 車身鋁鋼結(jié)構(gòu)爆炸焊接頭性能參數(shù)

3. 車體知識產(chǎn)權(quán)態(tài)勢分析

3.1. 行業(yè)標準

l 2018年12月完成了鐵路總公司企業(yè)標準Q/CR 680-2018《動車組排障器》的批準，并于2019年4月開始實施。

l 2018年12月完成鐵道行業(yè)標準TB/T 3143-2018《機車車輛密接式車鉤緩沖裝置》（代替TB/T 3143-2006）的批準，并于2019年7月開始實施。該標準規(guī)定了鐵路機車車輛用密接式鉤緩裝置的產(chǎn)品分類與組成、技術(shù)要求、檢驗方法、檢驗規(guī)則、使用壽命、標志、包裝、運輸與儲存，適用于鐵路機車、客車及高速動車組新造密接式鉤緩裝置。

l 2018年12月完成了鐵道行業(yè)標準TB/T 456.3-2018《機車車輛自動車鉤緩沖裝置 第3部分：鉤尾框》（代替TB/T 3045-2002、TB/T 3047-2002、TB/T 3461-2016、部分代替TB/T 456-2016及TB/T 2399-1993）的批準，并于2019年7月開始實施。

l 中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布了團體標準T/CAMET 040014-2019《城市地鐵車輛車鉤緩沖裝置技術(shù)規(guī)范》，并于2019年6月開始實施。

3.2. 專利

l 2019年1-3月，陸續(xù)公開了前期申請的相關(guān)專利。主要車體專利見下表。

序號

申報單位

專利名稱

專利簡介

簡圖

1

青島四方（德國）

WO2018146083 - CAR BODY FOR A RAIL VEHICLE

本發(fā)明涉及一種地鐵車體。車體底架邊梁、頂蓋邊梁是通長的中空型材梁結(jié)構(gòu)，空調(diào)地板、側(cè)墻板等是夾層結(jié)構(gòu)。

2

青島四方（德國）

WO2018146132 -CROSS MEMBER FOR RECEIVING PIVOT PINS HAVING A LOAD DISTRIBUTION ELEMENT

本發(fā)明涉及一種底架端部結(jié)構(gòu)及其與底架邊梁的連接方式。底架邊梁上設(shè)置專門的型腔搭接面，通過螺栓與枕梁連接。

3

青島四方

CN201810940713-一種軌道車輛用高阻尼隔聲復合材料的車體結(jié)構(gòu)

車體結(jié)構(gòu)包括車本體以及高阻尼隔聲結(jié)構(gòu)。高阻尼隔聲結(jié)構(gòu)包括沿縱向呈疊加式設(shè)置的多層阻尼隔聲層，在各層所述阻尼隔聲層中均添加有石墨烯材料。

4

南京浦鎮(zhèn)

CN201710637321-一種懸掛式空軌列車車頂排水結(jié)構(gòu)

涉及一種懸掛式空軌列車車頂排水結(jié)構(gòu)，包括車頂?shù)趿汉蛢蓧K車頂邊梁，三者形成一個列車車頂整體，還包括低水位排水通道和高水位排水通道，保證雨水和空調(diào)冷凝水的集中排放。 

5

南京浦鎮(zhèn)

CN201810952841-一種大視野懸掛式單軌車體結(jié)構(gòu)

涉及一種大視野懸掛式單軌車體結(jié)構(gòu)，側(cè)墻設(shè)有車窗安裝口，車門和車窗的面積占側(cè)墻面積的70%-90%，底架玻璃面積占整個底架面積的50％以上。車輛結(jié)構(gòu)為270度方向均有視野。 

6

青島四方

CN201810952852-一種新型車體枕梁結(jié)構(gòu)

公開了一種新型車體枕梁結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有有效防止枕梁主體單側(cè)受力、抗疲勞特性強的優(yōu)點，以及還具有抗側(cè)滾安裝座采用開放式結(jié)構(gòu)，方便螺絲座的安裝及更換的優(yōu)點。

7

中車浦鎮(zhèn)

CN201810959870一種車鉤安裝結(jié)構(gòu)

本方案車鉤具有與車輛連接的固定端和與相鄰車輛的車鉤對接的活動端；車鉤安裝結(jié)構(gòu)具有可沿軌道移動的支撐裝置。特別適合應(yīng)用于懸掛式空軌列車。

8

西南交大

CN201811522074-一種增剛補強鎂合金懸掛式空中列車車體及其制造方法

公開了一種增剛補強鎂合金懸掛式空中列車車體及其制造方法，通過將超高強度、高彈性模量的帶形或束形的增剛補強材料置入車體表面棱邊處的連通的溝槽內(nèi)，以增大車體整體剛度和強度，實現(xiàn)對車體的增剛補強作用。

9

青島四方

CN201811038248-軌道車輛的底架組件及軌道車輛

提供了一種軌道車輛的底架組件及軌道車輛。底架組件包括間隔設(shè)置的兩個下邊梁和設(shè)置在兩個下邊梁之間的枕梁，枕梁包括腹板結(jié)構(gòu)、中心銷及安裝架。解決中心銷與枕梁的腹板結(jié)構(gòu)的連接強度不足的問題。

4. 專題：香港有軌電車

香港有軌電車公司成立于1904年，現(xiàn)共有161輛雙層有軌電車，目前有員工約650人。有軌電車有兩個廠家，負責香港所有有軌電車的生產(chǎn)、運營及維護等整個體系，大約每個月生產(chǎn)/翻新一輛新車，也報廢/大修一輛舊車。雖然電車擁有100多年的歷史，但多年來其主體結(jié)構(gòu)基本未變。實際上，香港電車公司也嘗試過對一些部件上進行了改良，先后出現(xiàn)過觀光車（上層敞篷）、一動一拖雙層有軌電車（目前已沒有）、安裝空調(diào)車輛（僅1臺車）。但是最終并沒有大規(guī)模推廣。出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要是除了線路條件、站臺長度、成本、技術(shù)等因素外，還有一個關(guān)鍵因素是其設(shè)計理念一直未變，即保持傳統(tǒng)風格，保留多年來作為香港城市獨特的名片之一。

圖11 電車外觀 

圖12 老車內(nèi)飾 

圖13 新車內(nèi)飾

有軌電車車體設(shè)計壽命為20多年，曾委托青島四方車輛廠對其車體進行有限元仿真驗證。其底架承載結(jié)構(gòu)幾乎保持多年不變，只是其它車架結(jié)構(gòu)由木材改為了鋁材，但重量沒發(fā)生重大變化。車體底架采用碳鋼材質(zhì)，車架以鋁合金板材結(jié)構(gòu)為主（螺釘或鉚接固定），只有在側(cè)墻立柱、邊梁等部位設(shè)置了半開放型的型材結(jié)構(gòu)（其大截面中空型材加工能力有限），鋁型材從國內(nèi)采購。電車的車體前端設(shè)置了可變形區(qū)域，在發(fā)生碰撞時有優(yōu)先壓潰變形，但是并沒有設(shè)置防爬裝置。

圖14車體主結(jié)構(gòu)

圖15 車體結(jié)構(gòu)安裝