高铁车辆结构组成（高铁的组成系列之一---车身）

本系列讲述了高铁的组成，主要包括：1、车身，2、车身配件，3、引导系统，4、动力系统，5、传动系统，6、辅助系统，7、刹车系统，8、内部设备，9、车载控制系统，10、旅客信息系统，11、通讯系统，12、线束与电气开关箱，13、车门系统，14、冷暖空调系统，15、倾斜系统，16、照明，17、离合器，18、轨道机车和车辆，19、控制、指挥和信号系统，20、单独配件。

本篇主要讲述高铁的组成系列之一---车身。

一、高铁的概述

中国大陆将铁路区分为高速铁路、快速铁路、普通铁路。中国高铁属于高铁级。中国通过引进技术，自主研发了"和谐号"动车组列车和“复兴号”中国标准动车组列车。其技术均属于世界前列，并已走出国门，帮助多个国家建设高速铁路，彰显了大国风范。

高铁上常见的"CRH"是 China Railway High-speed 的缩写。针对中国高铁具有两方面的释义：

（1）指中华人民共和国几次铁路大提速新建设计开行250公里/小时（含预留）及以上动车组列车且初期运营速度不小于200公里/小时的客运专线铁路；

（2）指中华人民共和国境内所有设计速度达到200km/h及以上的新线铁路和部分经改造达标后的既有线铁路。

我国的高速铁路，通常有四种标准：

第一种是设计时速300-350公里时速高速铁路，如京沪高铁、武广高铁。

第二种是设计时速200-250公里时速高速铁路，如京哈线秦沈段。

第三种是设计时速200-250公里客货混跑铁路，如汉宜铁路、新湘桂铁路。

第四种是改造后时速达200公里原有线路，在2011年8月28日全国铁路大降速前，运行动车组的京广线京汉段，沪昆线浙赣段，都可以纳入这个范畴。

二、车头的设计

从技术层面讲，高铁车头的科技含量，主要在于高速列车要面临空气动力学的问题。因为高铁速度非常快，随着速度的提高，周围空气的动力作用会对列车和列车运行性能产生极大的影响。

列车在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等。高铁列车所受到的空气动力作用，首要的是空气阻力。列车速度越快，气动阻力越大。他们的关系是，随着速度的攀升，气动阻力成平方增长。

当列车以时速100公里运行时，空气阻力约占列车总阻力的一半；以时速250公里运行时，空气阻力占总阻力的80%以上；当速度达到350公里每小时，90%左右的阻力来自空气阻力。在高速状态下，高铁列车的牵引动力几乎都消耗在和空气的对抗上了。因此，高铁在高速运行时最大的“敌人”，不是它自己的重量，而是空气阻力。头型设计必须要降低气动阻力，以节约能耗。

一个好的头型，必须具备优异的空气动力学性能。具体来说，头型要能有效地减少空气阻力、升力、列车交会压力波和隧道压力波等等，以达到降低能耗、提高运行稳定性和乘坐舒适性的目的。为了满足空气动力学性能要求，高铁车头在外形设计上形成了一些共同特征。首先基于阻力系数和长细比的考虑，跟普通火车相比，高铁的车头更加细长，往往被设计成修长的流线型。同时，车头的形状通常呈椭圆形状。这种椭圆形设计也是为了减少空气阻力。在空气阻力之外，降低升力也是头型设计重点考虑的因素。为了降低气流给列车向上的抬升力，高铁车头通常在两侧设置有导流槽，通过鼻锥到导流槽的引流形式，引导气流产生向下的压力，让气动升力接近于零。

1. 车体常用材料

（一）不锈钢

不锈钢主要用镍铬奥氏体不锈钢，由于其高耐蚀性和美观的特点，在日本、美国、前苏联应用较多，在保证强度和刚度前提下，如梁、柱等骨架的板厚由普通钢的3.2一6.0mm减至1.0一1.5 mm，可减重40%左右。20世纪60年代初，日本率先研制出不锈钢车辆，其轻量、节能、不需涂装，产生了显著的经济效益，目前不锈钢车辆超过5000辆，占全部客车10%以上。

主要应用：不锈钢车体由于不易解决车体气密性问题，只用于制造200km/h速度级的车体、及车内承载和装饰件。

（二）铝合金

铝的密度小，仅为2.7（属轻金属），约为钢的1/3。由于铝的表面易氧化形成致密而稳定的氧化膜，所以耐蚀性好。铝有较好的铸造性，由于铝的融化温度低，流动性好，易于制造各种复杂外形的零件。铝合金仍然保持了质轻的特点，但机械性能明显提高。

主要应用：

一是作为受力构件；

二是作为门、窗、管、盖、壳等材料；

三是作为装饰和绝热材料。铝合金容易加工和具有高度的散热性。

车辆引擎部分特别适合使用铝合金材料，早在20世纪50年代，世界上较发达的一些国家就开始采用铝型材来制造铁路车辆，包括美国、加拿大、日本、俄罗斯、德国和法国等国，目前国内高铁列车车厢已大量使用铝合金材料。业内专家指出，时速300公里以上的高速列车车体必须采用轻量化的铝合金材料，350公里以上的列车车厢除底盘外全部使用铝型材。目前中国铁路客运专线动车组采用的CRHI、CRH2、CRH3、CRH5四种类型中，除CRHI型车体采用的是不锈钢材外，其余3种动车组车体均为铝合金材质。

（三）复合材料

己开始应用于车辆，且用量不断增加，代表了未来发展趋势。纤维增强树脂基复合材料（FRF)因为高比强度（刚度）、耐疲劳、耐蚀、隔热、阻燃、可设计性强等优点，英国、日本、德国先后在60年代开始应用于非结构件，现在越来越多地应用于各种结构件，例如车体和车头前端部采用玻璃钢、芳纶纤维增强环氧树脂等。目前在西欧，制造铁道车辆用的复合材料中，按纤维种类分，玻璃纤维占58%. 芳族聚酸胺纤维占20%，碳纤维占20%，其他占2%；按树脂的种类分，聚酯占35%，乙烯酸酯占22%，环氧树脂占21%，酚醛树脂占15%，改性的丙烯酸树脂占4%，其他占3%。

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