中高速双层车车顶导流罩设计

王　 芳 1 ， 张义文 1

（ 1. 中车唐山机车车辆有限公司，河北，唐山市　 064000）

摘要：双层车动车组在高速运行时，空气阻力增大，气动噪声问题也日益突出^［１］。在车顶区域引入导流罩，可有效的降低受电弓绝缘子区域、车顶空调、蓄电池等设备产生的气动噪声，同时导流罩流线型设计可以降低列车高速运行时所带来的阻力。然而双层车为了满足大载客量的设计需求，导致多数大型设备排布于车顶，因此导流罩的安装空间狭小，需要在现有导流罩的基础上设计一种便于从车外安装的双侧导流罩，在满足整车美观、优化空气动力学的同时，为车顶设备提供通风装置。除此之外，还要满足安全可靠，操作方便、安装简单的要求。

关键字：导流罩;双层车;安装空间;安全可靠

列车在高速运行时，噪声问题也日益突出，既影响乘客乘车的舒适性，又影响周围居民的正常生活。车顶电气部件等设备的空气动力噪声增长迅速，远高于其他噪声增长幅度，这是因为空气动力噪声与速度的6次方成正比，而其他噪声与速度的2次方或3次方成正比^［2］。由于双层车车顶布置受电弓、空调、通风机等设备，车顶设备区域引入导流罩，可有效的降低受电弓区域绝缘子等设备产生的气动噪声，优化的空气动力学气流以及为相应车辆提供最优化的视觉效果^［3］。

1现有技术发展

中高速双层动车组上使用一种车顶导流罩，此导流罩安装于平顶受电弓两侧。导流罩罩板里预埋支架形成导流罩整体结构，为了满足整车的美观，导流罩契合整车造型，与平顶型材面配合。在支架上与车体滑槽对应位置预留螺套，用以和车体螺栓连接。由于此种导流罩安装于受电弓设备两侧，车顶有足够的安装空间，安装时可从车顶内侧操作，将导流罩定位后，通过垫片调节导流罩安装高度，车顶预留两排滑槽，通过调节滑块位置，确定好倒流罩固定点后，通过紧固件固定导流罩。

此类导流罩有以下缺点：

1）此种导流罩造型复杂，由于玻璃钢导流罩是手工粘制而成，较多的圆弧预埋金属件增加了制造难度；

2）此种导流罩仅适用于车顶安装空间充足，便于安装人员车顶作业，然而对于双层车车顶布置较多大型设备的，安装人员无法在车顶进行安装操作，导流罩无法安装；

2中高速双层动车组导流罩设计

2.1导流罩结构

本文所设计导流罩是一种便于从车外安装的双侧车顶导流罩，在满足整车美观、优化空气动力学的同时，为车顶设备提供通风装置。除此之外，还要满足安全可靠性要求，操作方便、安装简单的要求。

这种新型的导流罩主要采用车外安装的设计理念。在满足原导流罩的流线型外观及优化空气动力学性能的前提下，研发设计一种可从车外安装且操作简单的车顶导流罩。

导流罩罩板由玻璃钢裙板、通风格栅、轴套、安装盒等组成。螺套预埋于玻璃钢裙板套筒里，并设置防松螺钉进行防松，此螺套用于连接玻璃钢裙板与安装支架，这种结构便于工作人员从导流罩外侧（不可见操作界面）进行安装，且具备防松措施。安装盒与安装盒盖通过紧固件固定玻璃钢罩板，安装盒用于玻璃罩板与车体连接，安装盒内设置安装盒吊码，便于作人员从导流罩外侧进行安装盒安装。安装盒底部设置安装孔，用于玻璃钢裙板与车体连接。

支座为多个不锈钢方管焊接而成的支座，安装螺套通过螺栓连接固定于支座上，底部安装座焊接与支架上，用于支架与车体达的连接。

2.2导流罩安装方法

导流罩安装时，首先将滑块、螺栓、垫片放入车顶滑槽，调整滑块位置，使其尽量置于正确裙板支架固定位置；再安装裙板支架，将其放置于车顶固定导流罩罩体较为接近位置，裙板支架与车顶通过螺栓连接。此时，可佯装导流罩罩体，通过调整滑块位置、垫片数量使裙板支架调整到如图2-2所示正确安装位置；然后安装导流罩罩体，先将滑块、螺栓垫片置于导流罩罩体安装盒安装位置，将导流罩罩体从上至下进行安装，将安装盒盖打开，安装人员可从车体外侧通过滑块、序螺栓、垫片连接导流罩罩体安装盒与车顶，调节滑块位置及垫片数量用于微调整导流罩位置，将导流罩罩体轴套与导流罩支架轴套配合安装，通过螺栓、垫片固定，通过调整垫片数量调整导流罩罩体高度，调整好高度后，用螺钉将安装盒盖固定到罩体上，如图2-3。

操作位置1

操作位置2

图2-2 导流罩车顶安装操作位置1 图2-3 导流罩车顶安装操作位置2

3导流罩仿真验证

建立导流罩有限元模型，对导流罩进行网格划分、边界条件设定、中高速双层车工况设定1KPa，划分网格单元数为65913，节点总数为131737，计算结果为：

图3-1 位移_总平移 图3-2 应力_Von Mises 应力 图3-3 应力_安全系数

表3-1位移结果

结果分量：总平移
范围	值	X	Y	Z
最小值	0/mm	309.500/mm	-1058.553/mm	4075.000/mm
最大值	2.87/mm	855.000/mm	-870.148/mm	4247.000/mm

表3-2 应力结果

结果分量：Von Mises
范围	值	X	Y	Z
最小值	0.000197/MPa	2297.817/mm	-1279.123/mm	3752.000/mm
最大值	9.82/MPa	325.000/mm	-1043.053/mm	4075.000/mm

表3-3 安全系数结果

结果分量：安全系数
范围	值	X	Y	Z
最小值	17.3	325.000/mm	-1043.053/mm	4075.000/mm
最大值	8.62e+005	2297.817/mm	-1279.123/mm	3752.000/mm

根据以上计算结果分析，最大位移为2.87mm，最大应力为9.82MPa，最小安全系数为17.3，满足标准设计要求。

4结论

本文所设计导流罩是一种便于从车外安装的双侧车顶导流罩，在满足整车美观、优化空气动力学的同时，为车顶设备提供通风装置。通过简单的连接结构实现导流罩与车体的连接，且满足安全可靠、操作方便、安装简单的要求。此导流罩具备以下特点：

1、导流罩可实现在车顶安装空间狭小的情况下实现导流罩的安装；

2、导流罩与车体的连接采用不锈钢支架连接，即实现了导流罩的安装，且占用较小安装空间；

3、导流罩通过简单的结构实现导流罩从车体外侧安装；

4、导流罩裙板预埋防松螺套以实现防松措施；

5、玻璃钢裙板圆弧处无预埋金属件，减小了玻璃钢裙板的加工难度，通过不锈钢支架与车体连接；

参考文献

[1]樊光建.高速动车组受电弓导流罩优化设计[J].科技与企业，2013,8:337.

[2] MitsuruIk，e da.低噪音受电弓的开发[J].国外机车车辆工艺，1995,5.

[3]柴田,腾彦.东北新干线“疾风”号低噪声受电弓[J].国外铁道车辆，2005,6.