动车组空气动力学,密封技术及噪声防治演讲文稿

动车组车体新技术第 六 组 组 员：李 兴 辉 郭 亚 洲 理 陈

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流线形车体结构随着列车运行速度的提高，周围空气的动力作用对列车和列车运 行性能产生影响；同时，列车高速运行引起的气动现象对周围环 境也产生影响，这就是高速列车的空气动力学问题。 1、动车组运行中列车承受表面压力当动车组在空旷地带直线行驶时，空气绕流列车外表面。从风洞试验 结果来看，列车表面压力可以分为三个区域：头车鼻尖部位正对来流方向 为正压区；头部附近的高负压区：从鼻尖向上及向两侧，正压逐渐减小变 为负压，接近与车身连接处的顶部与侧面处，负压达到最大值；头车车身、 拖车和尾车车身为低负压区。因此，在动车(头车)上布置空调装置及冷 却系统进风口时，布置在靠近鼻尖的区域内，此处正压较大，进风容易， 而排风口则应布置在负压较大的顶部与侧面。在有侧向风作用下，列车表 面压力分布发生很大变化，当列车在曲线上运行又遇到强侧风时，还会影 响到列车的倾覆安全性。

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流线形车体结构2、动车组会车时列车承受表面压力 、当一列车与另一列车会车时，将在两列相对运行列车一侧的侧墙上引 起压力波(压力脉冲)。这是由于相对运动的列车车头对空气的挤压， 将在与之交会的另一列车侧壁上掠过，使列车间侧壁上的空气压力产生 很大的波动。随着会车列车速度的大幅度提高，会车压力波的强度将急 剧增大。这一压力波动产生的冲击力可造成门窗密封的破坏，车窗玻璃 破碎。压力波传入车内会引起乘客耳感不适以及影响周围环境等。

3、动车组通过隧道时列车承受表面压力 、列车在隧道中运行时，将引起隧道内空气压力急剧波动，因此列车 表面上各处的压力也呈快速大幅度变动状况，完全不同于在明线上的表 面压力分布。压力波幅值的变动与列车速度、列车长度、堵塞系数(列 车横截面积与隧道横截面积的比值)、头型系数(又称长细比，即车头 前端鼻形部位长度与车头后部车身断面半径之比)以及列车侧面和隧道 侧面的摩擦系数等因素有关，其中以堵塞系数和列车速度为重要的影响 参数。

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(1)当列车驶入隧道瞬间，由于空气的压缩性及列车壁和隧道壁限制了空 气侧向流和向上流的空间，使紧贴车头前的空气受到压缩并随列车向前 流动，造成列车前方的空气压力突然升高，产生压缩波。被列车排挤的 另一部分空气则通过环状空间向列车后方流动。随着列车的进一步驶入 隧道，环状空间长度逐步增大，使车前隧道空间的空气压力继续升高， 即压缩波的强度继续增大，直到列车全部进入隧道为

止。该波以声速向 前传播。波前方的空气流速为零，而波后方的空气以一定的流速随着列 车向前流动。压缩波传播到出口后，一部分以膨胀波形式反射回来，另 一部分以微气压波形式传出隧道出口。 (2)当列车尾端进入隧道后，由于车尾产生的负压低于大气压力，原先经 过环状空间流到隧道入口外的空气改变流向，流入列车后方的隧道空间， 而且隧道外的空气也流入该空间。由于经环状空间流入车后隧道空间的 空气流量小于列车所排挤开的空气流量，于是在列车尾端形成了低于洞 口外大气压的压力，即产生膨胀波，该波沿隧道以声速向出口方向传播。 传播到出口端后，大部分以压缩波形式反射回来，沿隧道长度方向向进 口端传播。 (3)由于壁面摩擦不断消耗波的能量，以及波在隧道两端和列车两端处多 次反射和传递使得压缩波和膨胀波相互重叠，所以压缩波和膨胀波的强 度逐渐衰减。同时，各种传递波和反射波的叠加，形成了隧道内空气压 力随时间变化而波动。 (4)对于一系列前后相继的隧道空气压缩波，后面的波速比前面的波速 快，最终可能叠加在一起而形成激波

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流线形车体结构4、列车风当列车高速行驶时，在线路附近产生空气运动，这就是列车风。当列 车以时速200公里行驶时，在轨面以上0.814米、距列车1.75米处的空气运 动速度将达到17米/秒，当列车以这样或更高的速度通过车站时，列车风 对人和物的危害就不可忽视。高速列车通过隧道时，在隧道中所引起的纵 向气流速度约与列车速度成正比。在隧道中列车风将使得道旁的工人失去 平衡以及将固定不牢的设备等吹落在隧道中。铁路规定，在列车速度高于 160公里/小时行驶时不允许铁路员工进入隧道。列车速度稍低时，也不允 让员工在隧道中行走和工作，必须要在避车洞内等待列车通过。

5、运动列车受力列车运行中受到多个力的作用，其中有空气阻力、升力、横向力以及 纵向摆动力矩、扭摆力矩和侧滚力矩等。针对上述动车组所受空气动力， 必须进行满足空气动力学特性的动车组外型设计。对于高速动车组来说， 列车头型设计非常重要，好的头型设计可以有效地减少运行空气阻力、列 车交会压力波，

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流线形车体结构可以解决好运行稳定性等问题。

一般来说，动车和拖车的车体长、宽、高需要根据内部布置的 要求由设计任务书规定，所以车身的外形设计主要是横断面形状设 计。动车组车身横断面形状设计有以下特点： 整个车身断面呈鼓形，即车顶为圆弧形，侧墙下部向内倾斜 (5°左右)并以圆弧过渡到底架，侧墙上部向内倾斜(3°左右) 并以圆

弧过渡到车顶。这不仅能减少空气阻力，而且有利于缓解列 车交会压力波及横向阻力、侧滚力矩的作用。车辆底部形状对空气 阻力的影响很大，为了避免地板下部设备的外露，采用与车身横断 面形状相吻合的裙板遮住车下设备，以减少空气阻力，也可防止高 速运行带来的沙石击打车下设备。车体表面光滑平整，减少突出物。 如侧门采用塞拉门；。

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流线形车体结构扶手为内置式；脚蹬做成翻板式， 使侧门关闭时可以包住它。两车 辆连接处采用橡胶大风挡，与车 身保持平齐，避免形成空气涡流

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密封技术

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高速动车组车体密封技术压力波的作用 (一)对列车的作用 将车辆看成有多个泄漏出(诸如车窗、脚 蹬门、车辆连接部、端墙门、空调设备和厕所设 备等)的弹性封闭容器，如果容器内部压力和外 部压力之间存在差异，则会出现两种情况：1.车 体变形； 2.由于泄漏而造成的内外压力平衡。 (二)对旅客的影响 高速列车在会车时，特别是在隧道内高速 会车时，车体表面将承受正负数千帕的瞬时压力 变化。如果列车不密封，则压力波辉传到车厢内， 旅客会感到不舒服，轻者耳膜受压迫，重者头晕 恶心，甚至耳膜破裂。

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高速动车组车体密封技术高速动车组的密封措施 高速动车组所采取的密封措施主要涉及到车体结构 车窗、车门、( 车体结构、 、(侧 高速动车组所采取的密封措施主要涉及到车体结构、车窗、车门、(侧 端墙门)、通过台、空气系统和厕所设备。 )、通过台 门、端墙门)、通过台、空气系统和厕所设备。 1.车体密封 车体密封 对车体要进行计算与试验，车体应能承受规定的压力(±6000Pa)。 现代高速动车组车体的总体结构师由铝合金大型挤压型材制成，筒形车体由 地板、侧墙和车顶组成，三部分焊接在一起，从设计上就是整体密封的，因 此车体的密封主要取决于焊接工艺，在车体的结构焊接完成后要按照上述方 法进行漏气检查和气密性试验，来保证车体的密封性要求。直通车下山的管 路和合电缆穿孔等都要采取密封措施。 2.车窗密封 车窗密封 由于车厢内要求压力密封，因此高速动车组车窗不需要考虑开关问题。 从外形看来，高速动车组的车窗一般是看不见的窗框，但实际上是有窗框的。 为了达到外观的要求，需采用粘合剂将玻璃粘到窗框中去。车窗玻璃是顺着 压力的方向，从外向里安装，然后用螺栓拧紧。螺栓的缝隙最后用有弹性的 填料充填盖严，德国的高速动车组ICE的车窗结构(见图7—17)就是典型的 示例。同时，要求车窗在规定的压力—(±6000Pa)下不损坏、不变形。

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高速动车组车体密

封技术3.侧门密封 侧门密封现代高速动车组的侧门一般 采用塞拉门，必须就有良好的密 封性能。于常用的斜面密封塞拉 门不同，高速动车组用的高压密 封塞拉门，还必须具有如下的密 封要求： (1)就有一个环绕的密封面，也 就是实现所谓的“密封盖”原则， 以避免密封面偏移； (2)采用双重密封(双缘密封), 他能够在高压和低压两种情况下 具有相同的密封性能； (3)门扇就有走狗的钢度和强度， 以保证密封处不偏移； (4)附加闭锁或止动装置。CRH3的列车车门

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高速动车组车体密封技术4.通过台 通过台高速动车组的通过台是两个车厢之间 的连接通道，是人员来往的必经之路， 因此对其密封性也有严格的要求。通 过台一般分为外套式的通过台和波纹 折棚式的通过台。 外套式通过台在车体的外墙加一个外 套连接。由于这种外套在换挂时的男 的较大，造成不必要的麻烦，因此这 种外套式的通过台在高速动车组上已 很少使用。 波纹折棚式通过台在高速动车组上得 到广泛的应用。波纹折棚安装在中间 缓冲车钩的横向构件上，将中间缓冲 车钩所属的空间全部包围起来。整个 通过台为密封性结构。CRH3列车的连接处

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高速动车组车体密封技术5.端墙门密封 端墙门密封由于通过台进行了密封，端墙门似乎就不用密封了。但是，对于机车牵 引的高速列车，在列车编组时，最前边和最后面的端墙门还得进行密封。对 于高速动车组，由于她没有尾车，车厢的两头都挂在动力车上，因此也必须 有密封的通过台，以便动力车上的人员能够进入车厢。另外，由于机械控制 车不是密封的，所以通往车厢的端墙门也必须是密封的。 端墙门的密封要比侧门容易多，这种门表面看起来与其他自动化的端墙 门并无多大区别，只是将强一些密封措施，例如转动手把的密封要比传统车 门上的好一些；门框上多安装一条能充气的橡皮管，能充气鼓起来密封；通 过手控密封开关，可以给密封软管充气；门关闭密封后被门闩暂时锁住等。

6.空调装置密封 空调装置密封

空调装置的主要功能之一就是将新鲜空气连续输入车厢，吧污浊的空气 排出车外。因此在装置上开有一个进气口和一个或几个排气口，空气的运送 通过一个进气风机和一个排气风机。空调装置密封的目的是防止车外的空气 压力波从进气口进入车内。解决的方法基本上有三种： (1)采用过压保护阀 在空气的进出口个个安装一个阀门。当车内外压差超过规定值时，两个阀 门同时关闭。在此期间进排气中止。这种方法的缺点是：如果阀门关不时间 过长，旅客会感到不舒服。

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高速动车

组车体密封技术(2) 采用节流阀控制空压机 ) 空气压缩机安装在排气口，是两个气口在全压差的情况下，空气流动方向 与原来保持不变。通过节流阀来控制空气流量，并使其相等。 (3)采用过压保护风机 ) 过压保护风机起空压机的作用，它具有坡度较大的特性曲线，从而使其 输送的而空气流量不受车内为压差的影响。在理想情况下，每台进排气风机 的空气流量保持不变，因此车外进入车内的空气流量和车内排出车外的空气 流量也是一个常数。 空调装置密封最常采用的方法是第一种，也有采用两种方法组合的方案， 列入德国铁路的高速动车组ICE采用带有过压保护阀的过压把偶风机方案。由 于过压保护风机在车内外压力接近时消耗能量较多，因此在正常工作时它是 关闭的，这时通过旁通管道来循环车内外的空气。当列车高速进入隧道压力 超过规定值时，列车通过列车自动控制系统(LZB)自动报警。

7.厕所密封 厕所密封高速动车组的厕所都是采用密封式的厕所，通过一套真空设备将粪便排 入集便器。而集便器一般装于列车地板下方。

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隔音技术

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高速动车组车体隔音技术高速动车组车体隔音技术高速动车组的噪声源1.轮轨的噪声 轮轨的噪声 轮轨噪声是高速动车组的主要噪声源，车内噪声有一半以上是直接或间 接由轮轨作用产生的。轮轨噪声主要包括:车轮通过钢轨接头处的冲击声，车 轮踏面的冲击噪声，在弯道运行时由于轮轨相对滑移产生的尖叫声，车轮滚 到时由于表面粗糙而产生的滚动噪声，钢轨波纹磨损产生的噪声等。 2.空气动力学噪声 空气动力学噪声 空气动力学噪声主要是由于车体表面的空气的湍流边界层对车体表面的 激励。另外，在高速列车进入隧道及两车交汇时产生的压力波动也会产生噪 声。空气动力学噪声随着车速的提高而加大，当运行速度到达300km/h以上时， 高速动车组的空气动力学噪声将在总噪声声强中占主要成分。 3.结构的振动噪声 车体结构的振动噪声大致可分为：(1)车体钢结构的噪声传递； (2)表面覆层的声辐射。 4.受电器噪声 受电器噪声可分为：(1)滑动噪声； (2)弧光噪声； (3)气动噪声。

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高速动车组车体隔音技术高速动车组车体隔音技术高速动车组噪声的防治措施1.降低轮轨的噪声 降低轮轨的噪声 除了在钢轨方面采用打磨光顺、吸声道碴材料措施以外，在高速动车组 上采取的降低轮轨噪声的措施有： (1)盘形制动代替踏面制动。采用盘型制动要比踏面制动噪声级低10dB; (2)保持车轮踏面形状。设法保持车轮踏面的光滑和修正时减少滚动噪声 的有效方法； (3)在车轮

侧面加装隔声材料； (4)采用弹性车轮； (5)在转向架设计时，提高悬挂系统的高频隔振性能等。 2.降低空气动力学噪声 降低空气动力学噪声 (1)改善车体的气动外形。车头采用平滑光顺的流线型外形，可使气动噪 声降低10dB左右 (2)降低微气压波。除了在隧道入口处设置缓冲段以外，降低微气压波的 主要措施是高速动车组的外形，车体截面与隧道截面比、头部的长细比和前 头部截面的分布等。 (3)采取密封措施。避免电线、电缆和空气管路通过车体处泄漏，在车体 连接处实施密封。

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高速动车组车体隔音技术高速动车组车体隔音技术3.降低结构振动噪声(1)车体表面采用双层复合板，中间 填充减振隔声材料 (2)地板采用弹性材料 (3)各种辅助装置尽量采用降噪减振 结构等等。

4.降低集电系统噪声 降低集电系统噪声(1)改变受电弓和绝缘子的结构状态； (2)接触导线涂油； (3)受电弓之间用母线连接； (4)给受电弓加装防风、隔声罩。

CRH3型动车组

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