□楊 艷

車體是電力機(jī)車中的關(guān)鍵部分，車體材料的選擇與電力機(jī)車生產(chǎn)投資數(shù)量、安全性、機(jī)車重量等都具有著緊密關(guān)系，同時(shí)也影響著電力機(jī)車運(yùn)營之后的舒適度、維修費(fèi)用等。因此，做好電力機(jī)車車體材料的選擇工作，是控制電力機(jī)車生產(chǎn)成本以及提高電力機(jī)車服務(wù)水平與運(yùn)用效益的重要手段。

一、電力機(jī)車材料選擇的影響因素

在選擇電力機(jī)車車體材料的過程中，不僅要對(duì)車體所具有的剛度要求和強(qiáng)度要求作出充分考慮，同時(shí)要對(duì)電力機(jī)車運(yùn)行中乘客所具有的舒適性以及安全度作出充分考慮，并且由于材料的選擇能夠?qū)﹄娏C(jī)車的能耗、載客能力、使用壽命、檢修頻率等產(chǎn)生直接的影響，所以也會(huì)對(duì)電力機(jī)車所能夠創(chuàng)造的效益以及維護(hù)成本產(chǎn)生影響。因此，電力機(jī)車車體材料本身的采購價(jià)格、運(yùn)營成本以及維護(hù)成本也是影響電力機(jī)車材料選擇的重要因素。綜上所述，電力機(jī)車材料選擇影響因素主要包括電力機(jī)車的運(yùn)行要求與材料經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)主要方面。從電力機(jī)車的運(yùn)行要求方面來看，電力機(jī)車工作環(huán)境的差異會(huì)導(dǎo)致電力機(jī)車車體在選擇材料方面所作出的決策出現(xiàn)差異。電力機(jī)車的運(yùn)用要求主要適應(yīng)較為嚴(yán)重的環(huán)境污染、較大的空氣濕度、較大的坡度、較多的曲線線路、較大的啟動(dòng)加速度與制動(dòng)加速度、較少的維護(hù)量等，這些因素是電力機(jī)車材料選擇中需要重點(diǎn)考慮的因素;從經(jīng)濟(jì)性來看，以我國城市軌道車輛的材料選擇為例，當(dāng)前我國城市軌道車輛在材料采購方面采用招投標(biāo)的方式，其中保險(xiǎn)費(fèi)用、培訓(xùn)費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用、驗(yàn)收費(fèi)用等都屬于車輛采購費(fèi)用中的組成內(nèi)容。從我國各大城市如北京、上海、廣州、天津、深圳的采購價(jià)格來看，采購價(jià)格從低到高為普通鋼車輛、不銹鋼車輛、鋁合金車輛，而這些電力機(jī)車的維護(hù)費(fèi)用則和區(qū)域物價(jià)水平、維修量以及機(jī)車性能具有著很大關(guān)系，從使用經(jīng)驗(yàn)來看，碳鋼電力機(jī)車車體具有著最高的維修費(fèi)用，其次為鋁合金車體與不銹鋼車體。通過比較也可以看出:雖然碳鋼材料具有著較高的采購成本，但是維護(hù)成本卻比較低，而不銹鋼車體雖然有著較低的采購成本，但是維護(hù)成本較高。因此，在電力機(jī)車車體材料的選購中，需要對(duì)電力機(jī)車的壽命周期作出考慮，從而尋求采購成本與維護(hù)成本之間的平衡。

二、當(dāng)前我國電力機(jī)車材料選擇工作中存在的問題

當(dāng)前我國在電力機(jī)車材料的選擇方面存在盲目追求輕量化的問題，在這種傾向下，采購價(jià)格與維護(hù)價(jià)格居中的鋁合金成為了主要的車體材料選擇對(duì)象。電力機(jī)車所追求的輕量化是整體的輕量化，這種輕量化不僅體現(xiàn)在車體方面，同時(shí)也體現(xiàn)在其他設(shè)施與構(gòu)建方面。事實(shí)上車內(nèi)設(shè)備的輕量化所需要承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于車體輕量化。然而從車體材料的選擇方面來看，輕量化發(fā)展并不一定要實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車車體的鋁合金化。同時(shí)由于我國具有著多樣性的自然環(huán)境與氣候特點(diǎn)，所以電力機(jī)車材料的采用應(yīng)當(dāng)對(duì)這些問題作出綜合考慮，而不能出現(xiàn)盲目跟風(fēng)的問題。

三、新材料在電力機(jī)車中的應(yīng)用

隨著電力機(jī)車的發(fā)展，電力機(jī)車車體中使用的新材料呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)，如新型復(fù)合材料、鋁合金、不銹鋼以及碳鋼等?？傮w而言，鋁合金、不銹鋼以及碳鋼已經(jīng)在電力機(jī)車車體中得到了較多的應(yīng)用。

(一)碳鋼材料在電力機(jī)車中的應(yīng)用。在電力機(jī)車車體材料的選擇中，鋼材憑借自身優(yōu)秀的加工性能和明顯的價(jià)格優(yōu)勢而體現(xiàn)出了較強(qiáng)的實(shí)用性，由于鋼材具有好的防銹性能，所以在最早的電力機(jī)車中就使用了普通軋制鋼SS400，但是隨著輕量化要求和壽命周期要求的提高，高耐候性鋼板SPA 逐漸替代了這種被廣泛使用的鋼材。從當(dāng)前的電力機(jī)車車體材料來看，碳鋼依然是電力機(jī)車車體中應(yīng)用廣泛且具有成熟技術(shù)的材料，雖然鋁合金材料和不銹鋼材料在電力車體中的應(yīng)用比例不斷提高，但是碳鋼憑借自身成本低、造型難度小的優(yōu)勢也依舊在電力機(jī)車車體材料選擇中占有較大比重，但同時(shí)要認(rèn)識(shí)到，較差的耐腐蝕性以及較大的重量使碳鋼逐漸體現(xiàn)出了對(duì)電力機(jī)車車體材料發(fā)展趨勢不能適應(yīng)的問題。

(二)鋁合金材料在電力機(jī)車中的應(yīng)用。在電力機(jī)車車體的材料應(yīng)用中，鋁合金無論是在比重還是彈性模量方面全部只達(dá)到鋼的三分之一。因此，在同等強(qiáng)度下，與鋼制電力機(jī)車車體相比，鋁合金電力機(jī)車車體的重量能夠降低50%，同時(shí)由于鋁合金在耐腐蝕方面具有著良好的表現(xiàn)，所以在電力機(jī)車車體中應(yīng)用鋁合金能夠有效延長電力機(jī)車的壽命周期。由于鋁合金材料在電力機(jī)車材料選擇中具有著明顯優(yōu)勢，許多國家都對(duì)鋁合金車體電力機(jī)車作出了研發(fā)與伸長。如早在1896年，法國就將鋁合金這種材料應(yīng)用到車窗設(shè)計(jì)中，英國則在1905年將鋁合金使用到外墻板中，雖然我國一直到1989年才生產(chǎn)了第一輛鋁合金材料電力機(jī)車，但是較晚的起步卻沒有影響我國在這一領(lǐng)域的高速發(fā)展。當(dāng)前，許多軌道客車與地鐵車輛都對(duì)鋁合金材料進(jìn)行了廣泛的使用。當(dāng)然，在此過程中，我國鋁合金材料車體的發(fā)展也面臨著一些亟待解決的問題，如鋁合金材料在車體中的應(yīng)用技術(shù)對(duì)原材料工業(yè)具有著很強(qiáng)的依靠性，同時(shí)機(jī)車用鋁合金材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展也滯后于國外發(fā)達(dá)國家。因此，雖然我國在鋁合金車體制造技術(shù)方面獲得了較快的發(fā)展，但無論是尺寸公差還是鋁合金本身的材料質(zhì)量都并不能夠完全滿足電力機(jī)車焊接裝配需求。

(三)不銹鋼材料在電力機(jī)車車體中的應(yīng)用。在電力機(jī)車車體材料應(yīng)用中，不銹鋼具有著良好的質(zhì)感、耐腐蝕性和強(qiáng)度，相對(duì)于碳鋼材料而言，不銹鋼材料具有著更長的生命周期、更低的殘余應(yīng)力與更輕的重量，同時(shí)具有著更加環(huán)保的優(yōu)勢。在二十世紀(jì)三十年代，美國所生產(chǎn)的不銹鋼鐵路客車讓不銹鋼材料走進(jìn)電力機(jī)車車體材料選擇與應(yīng)用范圍。在二十世紀(jì)五十年代，各個(gè)國家也都對(duì)電力機(jī)車中的不銹鋼材料作出了研究，在不銹鋼工藝日益成熟的背景下，不銹鋼材料開始普及到各類電力機(jī)車車體設(shè)計(jì)與應(yīng)用中。同鋁合金材料在電力機(jī)車車體中的應(yīng)用一樣，我國在電力機(jī)車車體材料中的不銹鋼應(yīng)用方面同樣起步較晚，但是在21世紀(jì)，這種材料在電力機(jī)車中的應(yīng)用得到了迅猛的發(fā)展，當(dāng)前奧氏體系不銹鋼中的SUS304 與SUS301L 成為了電力機(jī)車中常用的不銹鋼材料。其中SUS301L 可以通過軋制來提高抗拉強(qiáng)度與硬度，所以具有著更好的實(shí)用性，而SUS304 則受到強(qiáng)度的限制而被應(yīng)用到強(qiáng)度要求較低的部位。從造價(jià)方面來看，不銹鋼材料在電力機(jī)車車體中的應(yīng)用雖然具有著更高的造價(jià)，但卻具有著更低的維修費(fèi)用;從輕量化角度來看，雖然不銹鋼材料的輕量化水平與鋁合金材料相比并不具備優(yōu)勢，但相對(duì)于碳鋼材料而言卻具有著更好的表現(xiàn)。

綜上所述，電力機(jī)車車體材料的選擇受到諸多因素的影響，在對(duì)電力機(jī)車車體材料選擇的過程中，需要充分考慮電力機(jī)車的運(yùn)行環(huán)境而不能盲目追求輕量化。當(dāng)前電力機(jī)車車體材料主要包括碳鋼、不銹鋼以及鋁合金，三種材料各自具有著突出的優(yōu)勢。因此，在三種材料的應(yīng)用中，需要對(duì)美觀性、安全性以及經(jīng)濟(jì)性作出綜合考慮，同時(shí)有必要在同一地區(qū)使用同一種電力機(jī)車車體材料，從而推動(dòng)資源的共享、生產(chǎn)和維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。

［1］ 肖彥君，楊潤棟．地鐵車輛車體材料的選型分析［J］．現(xiàn)代城市軌道交通，2005

［2］ 新井浩．鐵道車輛的車體材料及其特征［J］．國外機(jī)車車輛工藝，2005

［3］ 張國慶．不銹鋼車輛車體剛度研究［D］．大連交通大學(xué)，2010

［4］ 員華，鄒鵬．不銹鋼車體與鋁合金車體的現(xiàn)狀及發(fā)展［J］．機(jī)電工程，2008