胡庆江
中车唐山机车车辆有限公司 河北省唐山市 064000
摘要：为了提高CRH3型高速动车组的安全性能，本文主要研究CRH3型高速动车组防火材料的选用以及车体防火结构的设计，新的防火结构不仅能保护动车组的车体，达到隔火、防火的目的，还能发挥防寒的作用，有效地提高动车组车体的安全水平和使用寿命。
关键词：高速动车组；铝合金；车体；防火设计
一、引言
CRH3型高速动车组车体的主要材料是铝合金，其中，在120℃至200℃的温度下铝合金车体会发生蠕变，铝合金车体的刚性和强度也容易随之受到影响。如遭遇火灾，没有防火设计保护的动车组铝合金车体，可能会发生坍塌的情况，进而对乘客的安全造成巨大的威胁。因此，对CRH3型高速动车组铝合金车体进行防火设计至关重要，铝合金车体的防火设计不仅能保障每名乘客的生命安全，还能促进我国高速动车组的发展，甚至让我国动车组设计走在世界的最前端。
二、CRH3型高速动车组车体结构概述
CRH3高速动车组主要是由头车、中间车组成，头车的头部区域呈扁形，并且表面比较光滑，目的是为了满足驾驶室的空间要求，尽可能地减小列车交会时表面产生的压力冲击波和尾部涡流带来的影响。头车车体结构的作用是为驾驶员提供一个安全的工作空间，车体在挡风玻璃以上的区域能够承受300kN的力；而作为基础车的中间车，为了减少行驶过程中的空气阻力，缓解两车相遇时产生的横向阻力和交会压力波，车身的断面鼓形，其车体主要是由底架、左右侧墙、内外端墙、车顶组成。其中，底架主要是由支撑车体的重量并与转向架相接的枕梁，用于传达前后方向力的端梁、中梁、侧梁，以及支撑乘客的横梁组成；侧墙的型材内侧主要呈L型导轨或T型槽，用于方便安装内部的设备、装件，如车窗、车门等，安装方式有焊接、铆焊、粘接；端墙由脚柱、端墙板、门框、端墙附件四部分组成，端墙的重要作用是增加动车组的刚度；为了加强车顶结构，还加设有横梁、纵梁、盖板等。
三、车体防火设计的要求
CRH3高速动车组车体的防火设计，必须符合国际铁路联盟以及中国铁路相关的防火安全标准。并且，轨道客车的火灾发生具有突发性、起程短、蔓延快、燃烧剧烈等特点。为了尽可能降低突发火灾对高速动车组的危害，在对高速动车组进行防火设计时，必须充分考虑使用材料、设施和设计结构。首先，在材料的选择上，要充分考虑车体材料的耐热性、防火性能，让车体的起火过程尽可能地延长；其次，要突显车体的隔热效果，延长火焰温度传递到车体的时间，为紧急疏散提供较为充足的时间；另外，还需在车厢之间设计防火隔离区，尽量将财产损失和人员伤亡的可能性降至最小。
四、铝合金车体防火设计
在温度、易燃物、空气三者皆有的条件下，火灾才会发生。另外，火灾的发生过程可以细分为点燃阶段、发烟燃烧阶段、发热阶段、冷却阶段。为了更好地实现CRH3型高速动车组铝合金车体的防火设计，无论是材料的选择上，还是结构的设计上，都可根据火灾的特点进行有的放矢地防火设计。
4.1防火材料的选择
车体的防火材料必须具备阻燃、无毒或少毒、低烟等特点，因此，CRH3型高速动车组车体所选用的材料是符合DIN 5510标准的低卤素物新型防火材料。该材料主要是由防寒材和防火胶组成，其中，防寒材具有防火的功能，例如：不含石棉的岩棉、玻璃丝棉、预热膨胀性防火毛毡；而防火胶主要作用是将防寒材有效地固定在车体上，常用的防火胶有耐热1000℃防火胶粘剂、耐热750℃防火胶粘剂、水性膨胀型防火胶粘剂。
在防寒材与车体的固定上，传统的固定方式是采用紧固钉连接的方式，而CRH3型高速动车组采用粘接技术，能更好地保护铝合金车体结构，因为火灾发生时，由于防火胶的耐火性能较好，不容易从铝合金车体的表面脱落，铝合金也不会直接暴露在火焰中，从而确保了车体刚性强度的稳定。
4.2防火结构设计
由于动车组车体的各部分结构存在差异，其防火需求各不相同，需要有针对性地进行防火设计，因此，将防火设计大致分为三个部分。
4.2.1端墙部位的防火设计
端墙部位的防火设计主要是实现防火隔火的功能，防止火灾大范围的蔓延，避免波及邻近的车厢，尽可能地降低乘客的伤亡和财产损失。因此，充分发挥耐火、隔火的作用，端墙部位的防火设计主要采用特种高温防火胶和岩棉配套使用。端墙部位的防火结构设计从车体向外依次是铝合金车体、金属环氧底漆、MVK643防火胶、岩棉。其中，岩棉具有较高的隔热系数，其耐火性能高达1050℃，能行之有效的降低火焰温度对铝合金车体表面的影响。加之使用耐热1000℃的MVK643防火胶，有效地减小铝合金车体和岩棉之间的空气流动速度，尽可能的避免火灾蔓延至邻近的车厢，从而更好地发挥防火、隔火的作用。
4.2.2非端墙关键部位的防火设计
为了降低火灾的蔓延速度、减小火灾面积和车体的损害程度，为有序疏散乘客争取时间，降低伤亡人数，非端墙关键部位的防火设计必不可缺。非端墙关键部位的防火设计主要采用防火毛毡和阻燃玻璃丝配套使用，以达到隔热、耐火的目的，非端墙关键部位的防火结构设计从车体向外依次是铝合金车体、金属环氧底漆、A128膨胀型防火胶、防火毛毡、K2000防火胶、玻璃丝棉。火灾发生时或者较长时间的火灾中，阻燃玻璃丝棉能够延长防火毛毡遇火发生膨胀的时间，进而有效地延长火焰温度传递到铝合金车体表面的时间，达到保护铝合金车体的目的。同时，防火毛毡和阻燃玻璃丝棉组成的双重隔热、防火结构，能有效的避免铝合金车体局部发生刚度散失的情况。
4.2.3非端墙非关键部位的防火设计
该部位的设计也是为了尽可能地减小火灾面积、缓解火灾的蔓延，非端墙非关键部位的防火设计，主要将防火胶和阻燃玻璃丝棉组合使用，具体的防火设计结构从车体向外依次是铝合金车体、金属环氧底漆、K2000防火胶、玻璃丝棉。火灾发生时，由于玻璃丝棉具有较高的软化点，在结构上能够起到防火的效果，外加使用防火胶将铝合金车体和玻璃丝棉紧密相接，两者之间几乎没有空气流动，这样的结构不仅能有效地保护铝合金车体，而且耐火性强且节约材料。
对K2000防火胶和玻璃丝棉组成的防火配套体系进行耐火测试时发现，该防火配套体系对延长金属表面温度的上升发挥重要作用。经测试发现，10kg/㎡试样的温度上升比40kg/㎡的试样慢，主要是因为处在氧气充足、空气流通的环境下，被高温碳化的玻璃丝棉会迅速转换成燃烧物，进一步加快对防火体系的损坏。如果使用大量的玻璃丝棉，就会加重对防火体系的破坏，但是，大量的使用玻璃丝棉又能有效地延长火灾的初起过程，为灭火抢救，疏散乘客提供更多的时间。因此，在防火设计中必须结合相应的情况，控制好玻璃丝棉的使用量，CRH3型高速动车组对玻璃丝棉的使用量最少为40kg/㎡，通常情况下的使用量是60kg/㎡。
五、总结
综上所述，为了提高CRH3型高速动车组铝合金车体的防火性能，需不断地优化车体的防火材料和结构，尤其是对细节化部位的结构进行严格地防火设计，这样才能更好地保护铝合金车体，更大程度上维持减少车体的刚度损失，以达到高速动车组车体防火和隔火的效果，为工作人员和乘客的生命安全保驾护航。
参考文献
[1]许信, 纪磊. 高速动车组车体关键制造技术分析[J]. 世界家苑, 2018, (10)
[2]陶兆山. 关于国内轨道车辆防火标准的探讨[J]. 轨道交通装备与技术, 2017, (2):50-51.
[3]梁建英, 丁叁叁, 田爱琴等. 新一代高速动车组车体设计创新技术[J]. 中国工程科学, 2015, 第17卷(4):63-68.