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文檔簡介

1、高 速 鐵 路 概 論第三章高速列車的牽引動力第一節(jié)概述受電弓與傳動安裝第三節(jié)動力車車體與轉(zhuǎn)向架第二節(jié)制動技術(shù)第四節(jié)第一節(jié)概 述 高速牽引動力是高速行車的重要技術(shù)關(guān)鍵之一,其本身涉及到許多方面的新技術(shù):新型動力安裝和傳動安裝牽引動力的配置動車組方式高速制動技術(shù)高速電力牽引時的高可靠的受電技術(shù)和配備車載微機控制的列車牽引、制動和智能診斷技術(shù)順應(yīng)高速行車要求的車體、走行部構(gòu)造及車體外形第第 一一 節(jié)節(jié)概概 述述從速度上看,目前已開行的高速列車的最高速度可以劃分為三個等級。第一速度級: 最高運轉(zhuǎn)速度200250Km/h第二速度級: 最高運轉(zhuǎn)速度250300Km/h第三速度級: 最高運轉(zhuǎn)速度300Km

2、/h以上法國、德國和日本的高速列車已從第一代開展到第三代。以法國 TGV高速列車為例,第二代與第一代相比,其最高運營速度由270km/h提高到300km/h,牽引電動機質(zhì)量不添加,而 額定功率 提高一倍,噪聲 降低 8dB。第三代TGV高速列車為雙層列車,車體資料為鋁合金,軸重小于17噸,比前兩代 TGV都輕。 第第 一一 節(jié)節(jié)概概 述述補充:提速的幾個概念補充:提速的幾個概念最高速度vmax平均技術(shù)速度vj平均游覽速度vla= vj/ vmax= vl /vj=vl /vmax = a 一、高速列車對牽引功率的要求二、高速列車的阻力三、牽引動力及其配置確保加速功率到達或略高于該檔速度運轉(zhuǎn)所需

3、的功率為其中 N高速列車所需牽引功率kW Q高速列車的總質(zhì)量(t) w高速列車的單位阻力(N/t) Vmax高速列車的最高運轉(zhuǎn)速度(km/h) K裕量系數(shù)3600maxkVwQN一、高速列車對牽引功率的要求 參考國外高速列車運轉(zhuǎn)情況及提出的一些閱歷公式進展計算可知:列車總質(zhì)量確定為800噸可運送旅客1000名,最高運轉(zhuǎn)速度到達200km/h時需求的總牽引功率為6400kW;最高運轉(zhuǎn)速度到達250km/h時需求的總牽引功率為8800kW;最高運轉(zhuǎn)速度到達300km/h時需求的總牽引功率為00kW。而同樣質(zhì)量的列車,在常規(guī)速度時所需的總牽引功率僅為1600kW。上述闡明,從常規(guī)速度級提高到第一速度

4、級,速度添加1倍,功率添加4倍。闡明N不僅與V成正比,更主要是高速以下車的單位阻力大大添加的緣故。一、高速列車對牽引功率的要求二、高速列車的阻力運轉(zhuǎn)阻力運轉(zhuǎn)阻力根本阻力根本阻力隨列車運轉(zhuǎn)隨列車運轉(zhuǎn)速度的不同而異速度的不同而異附加阻力附加阻力空氣阻力機械阻力坡道附加阻力隧道空氣附加阻力曲線附加阻力 在低速運轉(zhuǎn)時,主要是機械摩擦阻力;到達100KM/h時,空氣阻力與機械阻力各占一半,到達200Km/h時,空氣阻力占70,運轉(zhuǎn)速度越高,空氣阻力占的比例越大)(212dLCAVCDdd空氣阻力的計算公式為:空氣密度空氣阻力系數(shù)列車速度列車斷面積列車壓力阻力系數(shù)列車側(cè)面氣動摩擦系數(shù)列車長度列車氣動直徑d

5、CVAdCLd空氣阻力與列車速度的空氣阻力與列車速度的平方成正比平方成正比 三、牽引動力及其配置1 1、牽引動力的方式、牽引動力的方式 電力牽引電力牽引 內(nèi)燃電傳動牽引內(nèi)燃電傳動牽引電力牽引的優(yōu)點:功率大、軸重小、經(jīng)濟性能好、環(huán)境電力牽引的優(yōu)點:功率大、軸重小、經(jīng)濟性能好、環(huán)境污染小污染小電力牽引的缺陷:初期投資大電力牽引的缺陷:初期投資大內(nèi)燃電傳動牽引的優(yōu)點:投資少、見效快、經(jīng)濟性能好內(nèi)燃電傳動牽引的優(yōu)點:投資少、見效快、經(jīng)濟性能好 如英國的如英國的HSTHST高速列車、德國的高速列車、德國的VT610VT610內(nèi)燃動車組。內(nèi)燃動車組。內(nèi)燃電傳動牽引可用于尚未電氣化的高速鐵路區(qū)段,也內(nèi)燃電傳

6、動牽引可用于尚未電氣化的高速鐵路區(qū)段,也可作為加速開展高速鐵路建立的一種過渡牽引方式。可作為加速開展高速鐵路建立的一種過渡牽引方式。 高速列車的牽引可采用傳統(tǒng)的機車牽引方式,也可高速列車的牽引可采用傳統(tǒng)的機車牽引方式,也可采用動車組。由于動車組的軸重低,可減少對線路的破采用動車組。由于動車組的軸重低,可減少對線路的破壞作用,大部分列車采用動車組牽引方式。壞作用,大部分列車采用動車組牽引方式。2 2、牽引動力的配置、牽引動力的配置動力集中動力分散動力集中動力集中單端集中單端集中 傳統(tǒng)牽引方式,機車牽引客車傳統(tǒng)牽引方式,機車牽引客車功率較小、速度不高,小于功率較小、速度不高,小于200Km/h20

7、0Km/h兩端集中德國兩端集中德國ICEICE,機車方式,列車長度方面機動性大,機車方式,列車長度方面機動性大法國法國TGVTGV,動車組方式,采用動車和拖車具有共用轉(zhuǎn)向,動車組方式,采用動車和拖車具有共用轉(zhuǎn)向架和鉸接構(gòu)造,載荷均勻,運轉(zhuǎn)平穩(wěn),但機動性差架和鉸接構(gòu)造,載荷均勻,運轉(zhuǎn)平穩(wěn),但機動性差動力分散動力分散完全分散方式完全分散方式中間車全部為動力車,如日本的中間車全部為動力車,如日本的0 0系列,系列,1616輛均為動力車輛均為動力車相對分散方式相對分散方式大部分為動力車,小部分為拖車,大部分為動力車,小部分為拖車,如日本的如日本的100100、700700系列,系列,1616輛中輛中1

8、212輛輛為動力車,為動力車,4 4輛是拖車輛是拖車采用動車牽引是當(dāng)前高速牽引的主要方式。它將高度集中的牽引動力配置改為分散或相對分散配置,即將牽引動力分散在各個動車上,抑制了傳統(tǒng)機車牽引總功率受限制的缺陷,從而使運轉(zhuǎn)速度進一步提高到第二速度級和第三速度級。這種牽引方式主要運用于新建的高速客運專線和新建的客貨混用高速線上,如日本、法國、德國、瑞典、意大利等國的高速鐵路都采用這種牽引方式。 3 3、牽引動力集中配置與分散配置的比較、牽引動力集中配置與分散配置的比較1 1軸重軸重 a a最大軸重最大軸重 牽引動力集中配置比分散配置的大牽引動力集中配置比分散配置的大 如如ICEICE為為19T19T

9、,TGV17TTGV17T,日本,日本0 0系系16T 16T ,100100系系15T 15T 。 b b平均軸重平均軸重 牽引動力集中配置比分散配置的平均軸重牽引動力集中配置比分散配置的平均軸重小由于整列車中大量拖車的軸重較輕小由于整列車中大量拖車的軸重較輕 如如ICE12.5TICE12.5T,日本,日本0 0系系15.1T15.1T,100100系系14.1T14.1T。軸軸 重重3 3、牽引動力集中配置與分散配置的比較、牽引動力集中配置與分散配置的比較 要開行高速列車,不論是最大軸重還是平均軸重都應(yīng)該降低。由于軸艱苦的列車對線路的影響和破壞作用也大。但在額定最高運轉(zhuǎn)速度下,最大軸重的

10、限制終究定位多少適宜,尚難作出一致結(jié)論。日本根據(jù)本身地理條件,采用牽引動力分散,將最大軸重定為16t。法國采用牽引動力集中配置方式,將最大軸重定為17t。 平均軸重低可以減少線路建立投資,減輕對線路的動力作用,從而降低線路的檢修和養(yǎng)護費用。軸軸 重重3 3、牽引動力集中配置與分散配置的比較、牽引動力集中配置與分散配置的比較2 2簧下質(zhì)量簧下質(zhì)量 機車車輛的簧下質(zhì)量因軌道不平順而產(chǎn)生沖機車車輛的簧下質(zhì)量因軌道不平順而產(chǎn)生沖擊呼應(yīng),直接影響到軌道、軌枕、道床乃至路基。擊呼應(yīng),直接影響到軌道、軌枕、道床乃至路基。在其他條件一樣的情況下,簧下質(zhì)量越大,對線在其他條件一樣的情況下,簧下質(zhì)量越大,對線路的

11、破壞作用也越大。隨著速度的提高,這種作路的破壞作用也越大。隨著速度的提高,這種作用也隨之增大。然而要用一個簡單的表達式對簧用也隨之增大。然而要用一個簡單的表達式對簧下質(zhì)量做出定量限制,尚難做到,由于其與軌道下質(zhì)量做出定量限制,尚難做到,由于其與軌道上部構(gòu)造質(zhì)量、軌面損傷、車輪輪圓度及本身動上部構(gòu)造質(zhì)量、軌面損傷、車輪輪圓度及本身動平衡、線路的質(zhì)量與養(yǎng)護程度等多種要素有關(guān)。平衡、線路的質(zhì)量與養(yǎng)護程度等多種要素有關(guān)。 為了對不同機車車輛簧下質(zhì)量的影響進展比為了對不同機車車輛簧下質(zhì)量的影響進展比較,通常采用等效簧下質(zhì)量的概念。牽引動力集較,通常采用等效簧下質(zhì)量的概念。牽引動力集中配置的高速列車動力車

12、的每輪等效簧下質(zhì)量略中配置的高速列車動力車的每輪等效簧下質(zhì)量略低于動力分散配置的數(shù)值。低于動力分散配置的數(shù)值。3 3、牽引動力集中配置與分散配置的比較、牽引動力集中配置與分散配置的比較2 2簧下質(zhì)量簧下質(zhì)量 機車車輛的簧下質(zhì)量因軌道不平順而產(chǎn)生沖機車車輛的簧下質(zhì)量因軌道不平順而產(chǎn)生沖擊呼應(yīng),直接影響到軌道、軌枕、道床乃至路基。擊呼應(yīng),直接影響到軌道、軌枕、道床乃至路基。在其他條件一樣的情況下,簧下質(zhì)量越大,對線在其他條件一樣的情況下,簧下質(zhì)量越大,對線路的破壞作用也越大。隨著速度的提高,這種作路的破壞作用也越大。隨著速度的提高,這種作用也隨之增大。然而要用一個簡單的表達式對簧用也隨之增大。然而

13、要用一個簡單的表達式對簧下質(zhì)量做出定量限制,尚難做到,由于其與軌道下質(zhì)量做出定量限制,尚難做到,由于其與軌道上部構(gòu)造質(zhì)量、軌面損傷、車輪輪圓度及本身動上部構(gòu)造質(zhì)量、軌面損傷、車輪輪圓度及本身動平衡、線路的質(zhì)量與養(yǎng)護程度等多種要素有關(guān)。平衡、線路的質(zhì)量與養(yǎng)護程度等多種要素有關(guān)。 為了對不同機車車輛簧下質(zhì)量的影響進展比為了對不同機車車輛簧下質(zhì)量的影響進展比較,通常采用等效簧下質(zhì)量的概念。牽引動力集較,通常采用等效簧下質(zhì)量的概念。牽引動力集中配置的高速列車動力車的每輪等效簧下質(zhì)量略中配置的高速列車動力車的每輪等效簧下質(zhì)量略低于動力分散配置的數(shù)值。低于動力分散配置的數(shù)值。3 3、牽引動力集中配置與分散

14、配置的比較、牽引動力集中配置與分散配置的比較3 3粘著利用和加速性能粘著利用和加速性能 充分利用粘著是高速列車牽引動力設(shè)計時的充分利用粘著是高速列車牽引動力設(shè)計時的一個重要的指點思想。日本在研制牽引動力安裝一個重要的指點思想。日本在研制牽引動力安裝時,以為粘著系數(shù)將隨速度的提高而下降,擔(dān)憂時,以為粘著系數(shù)將隨速度的提高而下降,擔(dān)憂單軸的粘著力過小,只好添加動軸的數(shù)量,以保單軸的粘著力過小,只好添加動軸的數(shù)量,以保證足夠的牽引力,這就是日本的高速列車的牽引證足夠的牽引力,這就是日本的高速列車的牽引動力采用分散配置方式的緣由之一。動力采用分散配置方式的緣由之一。 西歐各國開展高速列車時,人們對高速

15、運轉(zhuǎn)西歐各國開展高速列車時,人們對高速運轉(zhuǎn)條件下粘著的認(rèn)識已有提高。新型防滑安裝的研條件下粘著的認(rèn)識已有提高。新型防滑安裝的研制勝利,使動力車的設(shè)計可獲得較大的粘著系數(shù),制勝利,使動力車的設(shè)計可獲得較大的粘著系數(shù),用較少的動軸既可滿足牽引力的要求。用較少的動軸既可滿足牽引力的要求。3 3、牽引動力集中配置與分散配置的比較、牽引動力集中配置與分散配置的比較3 3粘著利用和加速性能粘著利用和加速性能 法國法國TGVTGV、德國、德國ICEICE、意大利、意大利ETR500ETR500的運營的運營閱歷都闡明:動力集中配置的列車的粘著利用完閱歷都闡明:動力集中配置的列車的粘著利用完全可以滿足高速行車的

16、要求。日本全可以滿足高速行車的要求。日本300300系列動車系列動車組的粘著系數(shù)也提高了,從而減少了動力車的數(shù)組的粘著系數(shù)也提高了,從而減少了動力車的數(shù)量。量。 動力分散配置型的高速列車大部分或全部為動力分散配置型的高速列車大部分或全部為動力車,因此具有較大的粘著牽引力和較好的起動力車,因此具有較大的粘著牽引力和較好的起動加速性能,而動力集中配置型在粘著利用方面動加速性能,而動力集中配置型在粘著利用方面那么較差。但目前采用三相交流傳動技術(shù),動力那么較差。但目前采用三相交流傳動技術(shù),動力集中配置行動力車的軸牽引功率已大大提高,從集中配置行動力車的軸牽引功率已大大提高,從而使其加速性能不亞于動力分

17、散配置型。而使其加速性能不亞于動力分散配置型。3 3、牽引動力集中配置與分散配置的比較、牽引動力集中配置與分散配置的比較4 4列車總功率和軸功率列車總功率和軸功率 高速列車在其牽引分量和速度目的值確定之后,高速列車在其牽引分量和速度目的值確定之后,無論采用動力集中還是分散配置,所需的列車總功無論采用動力集中還是分散配置,所需的列車總功率根本上是一樣的。兩者的區(qū)別僅在于動力分散配率根本上是一樣的。兩者的區(qū)別僅在于動力分散配置型列車的動軸多、單軸功率小;而動力集中配置置型列車的動軸多、單軸功率??;而動力集中配置型列車的動軸少、單軸功率較大。型列車的動軸少、單軸功率較大。 當(dāng)需求擴展高速列車編組時,

18、均可添加動軸的當(dāng)需求擴展高速列車編組時,均可添加動軸的數(shù)量來滿足總功率的要求。動力分散配置型可在列數(shù)量來滿足總功率的要求。動力分散配置型可在列車中部添加牽引單元,而動力集中配置型那么可將車中部添加牽引單元,而動力集中配置型那么可將鄰接動力車的掛車轉(zhuǎn)向架改為動力轉(zhuǎn)向架。當(dāng)需求鄰接動力車的掛車轉(zhuǎn)向架改為動力轉(zhuǎn)向架。當(dāng)需求提高列車速度時,兩種配置均可經(jīng)過減少掛車的數(shù)提高列車速度時,兩種配置均可經(jīng)過減少掛車的數(shù)量來實現(xiàn)。量來實現(xiàn)。 總之,對于列車總功率,兩種配置方式幾乎沒總之,對于列車總功率,兩種配置方式幾乎沒有區(qū)別,而在軸功率問題上,由于科技的開展,單有區(qū)別,而在軸功率問題上,由于科技的開展,單軸功

19、率可以有較大的提高,這對牽引動力采用集中軸功率可以有較大的提高,這對牽引動力采用集中配置方式是有利的。配置方式是有利的。3 3、牽引動力集中配置與分散配置的比較、牽引動力集中配置與分散配置的比較5 5制動間隔制動間隔 有人以為動力分散配置型列車由于其動軸多,有人以為動力分散配置型列車由于其動軸多,可充分利用動力制動,縮短制動間隔。實踐上,可充分利用動力制動,縮短制動間隔。實踐上,動力制動也屬于粘著制動。無論動力配置方式如動力制動也屬于粘著制動。無論動力配置方式如何,其輪軌間允許的粘著系數(shù)是一樣的。只需制何,其輪軌間允許的粘著系數(shù)是一樣的。只需制動力不超越粘著允許的范圍,當(dāng)列車分量一樣,動力不超

20、越粘著允許的范圍,當(dāng)列車分量一樣,制動功率相等時,其制動間隔是一樣的。制動功率相等時,其制動間隔是一樣的。 動力集中型列車雖然其動軸少,但大量掛車動力集中型列車雖然其動軸少,但大量掛車車軸上有足夠的空間可用于安裝作用性能良好的車軸上有足夠的空間可用于安裝作用性能良好的盤型制動安裝和防滑器。尤以后者可使制動粘著盤型制動安裝和防滑器。尤以后者可使制動粘著系數(shù)的利用值提高,制動間隔不會比動力分散配系數(shù)的利用值提高,制動間隔不會比動力分散配置型大。而動力分散配置型列車的眾多動軸上均置型大。而動力分散配置型列車的眾多動軸上均安裝有牽引電動機,所剩余的位置狹窄,安裝盤安裝有牽引電動機,所剩余的位置狹窄,安

21、裝盤型制動安裝有一定困難。型制動安裝有一定困難。 3 3、牽引動力集中配置與分散配置的比較、牽引動力集中配置與分散配置的比較6 6受流受流 高速受流的穩(wěn)定性可用受電弓離線率來表征。高速受流的穩(wěn)定性可用受電弓離線率來表征。 動力分散配置型的高速受流是多弓受流,如日本動力分散配置型的高速受流是多弓受流,如日本100100系列高速列車需求升起系列高速列車需求升起6 6個受電弓,噪聲很大,甚至隔音個受電弓,噪聲很大,甚至隔音墻都無法擋住。多個受流弓相距很近、受電過程中引起接墻都無法擋住。多個受流弓相距很近、受電過程中引起接觸網(wǎng)導(dǎo)線產(chǎn)生復(fù)雜的多層動搖,而這些受電弓又無法跟隨觸網(wǎng)導(dǎo)線產(chǎn)生復(fù)雜的多層動搖,而

22、這些受電弓又無法跟隨處于動搖中的導(dǎo)線,導(dǎo)致頻繁的受電弓離線,伴隨頻繁的處于動搖中的導(dǎo)線,導(dǎo)致頻繁的受電弓離線,伴隨頻繁的飛弧放電效應(yīng)。不僅損失電能,嚴(yán)重時使動力車無法穩(wěn)定飛弧放電效應(yīng)。不僅損失電能,嚴(yán)重時使動力車無法穩(wěn)定任務(wù)。離線率超越任務(wù)。離線率超越10%10%,導(dǎo)致接觸導(dǎo)線波狀磨耗,壽命僅,導(dǎo)致接觸導(dǎo)線波狀磨耗,壽命僅4-54-5年。年。 歐洲汲取日本的教訓(xùn),經(jīng)過多次實驗和研討,最后的歐洲汲取日本的教訓(xùn),經(jīng)過多次實驗和研討,最后的處在處在200m200m以內(nèi)的間各種不允許第二個受電弓開起任務(wù)的結(jié)以內(nèi)的間各種不允許第二個受電弓開起任務(wù)的結(jié)論。論。法國、德國采用動力集中配置,升弓數(shù)量僅為法國、

23、德國采用動力集中配置,升弓數(shù)量僅為1 1個或個或2 2個,個,很少發(fā)生離線景象,防止了電弧放電、電磁干擾,使高速很少發(fā)生離線景象,防止了電弧放電、電磁干擾,使高速受流比較完善。受流比較完善。 3 3、牽引動力集中配置與分散配置的比較、牽引動力集中配置與分散配置的比較7 7外形流線化及運輸組織外形流線化及運輸組織 動力集中配置型高速列車的動力車相當(dāng)于動力集中配置型高速列車的動力車相當(dāng)于兩臺機車,分置于列車的兩端,便于頭部流線兩臺機車,分置于列車的兩端,便于頭部流線型化設(shè)計,且免除了轉(zhuǎn)線作業(yè)。中間的拖車相型化設(shè)計,且免除了轉(zhuǎn)線作業(yè)。中間的拖車相當(dāng)于普通的客車車輛,因此全列車可以采用一當(dāng)于普通的客車

24、車輛,因此全列車可以采用一致思索的減少空氣動力阻力的優(yōu)化設(shè)計。由于致思索的減少空氣動力阻力的優(yōu)化設(shè)計。由于拖車可隨意摘掛,從運輸組織及空氣動力學(xué)觀拖車可隨意摘掛,從運輸組織及空氣動力學(xué)觀念看,動力集中配置具有較好的性能。念看,動力集中配置具有較好的性能。 動力分散型高速列車需在兩端的牽引單元動力分散型高速列車需在兩端的牽引單元設(shè)駕駛室并制成頭部流線型,而且這兩個牽引設(shè)駕駛室并制成頭部流線型,而且這兩個牽引單元與其他牽引單元不能互換編掛,因此對運單元與其他牽引單元不能互換編掛,因此對運輸組織并不方便。輸組織并不方便。 第一代牽引動力有動力集中配置的傳統(tǒng)的機車牽引和第一代牽引動力有動力集中配置的傳

25、統(tǒng)的機車牽引和動力分散配置的動力牽引兩種方式。傳統(tǒng)的機車牽引動力分散配置的動力牽引兩種方式。傳統(tǒng)的機車牽引以英國以英國IC225IC225高速列車的牽引為例,最高運轉(zhuǎn)速度為高速列車的牽引為例,最高運轉(zhuǎn)速度為225km/h225km/h;動力分散配置的動力牽引如日本的;動力分散配置的動力牽引如日本的0 0系列動系列動車組,最高運轉(zhuǎn)速度為車組,最高運轉(zhuǎn)速度為210km/h210km/h。第二代牽引動力以相對集中配置為特點,如法國第二代牽引動力以相對集中配置為特點,如法國TGVTGV最最高運轉(zhuǎn)速度可達高運轉(zhuǎn)速度可達300 km/h300 km/h。高速列車最高運轉(zhuǎn)速度的三個等級恰好高速列車最高運轉(zhuǎn)速

26、度的三個等級恰好反映了高速牽引動力開展的三個階段:反映了高速牽引動力開展的三個階段:第三代牽引動力除仍采用兩端配置動力車外,主要在第三代牽引動力除仍采用兩端配置動力車外,主要在電傳動技術(shù)上有新的突破,即采用三相交流牽引電動電傳動技術(shù)上有新的突破,即采用三相交流牽引電動機驅(qū)動,使動力車的牽引功率大大添加,且牽引粘著機驅(qū)動,使動力車的牽引功率大大添加,且牽引粘著特性更為理想,從而使列車速度突破特性更為理想,從而使列車速度突破300 km/h300 km/h。已研。已研制勝利的有:德國的制勝利的有:德國的ICEICE、瑞典的、瑞典的 X2X2、意大利的、意大利的 ETR500ETR500行動車組以及

27、日本的行動車組以及日本的300300系列。法國正在研制系列。法國正在研制的第三代的第三代 TGVTGV動車組,其設(shè)計最高速度達動車組,其設(shè)計最高速度達350 km/h350 km/h。高速列車最高運轉(zhuǎn)速度的三個等級恰好高速列車最高運轉(zhuǎn)速度的三個等級恰好反映了高速牽引動力開展的三個階段:反映了高速牽引動力開展的三個階段:3-2 3-2 受電弓與傳動安裝受電弓與傳動安裝一、高速受電與受電弓二、傳動方式與傳動安裝在電力牽引情況下,無論機車或動力車,普通是由受電弓與傳動安裝、車體、走行部、車鉤緩沖安裝、制動安裝組成。除了與車輛類似的部分以外,從本節(jié)起,我們將逐次予以引見。一、高速受電與受電弓一、高速受

28、電與受電弓1、高速受電的特點2、接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)3、受電弓1、高速受電的特點高速列車的速度較高,因此受電弓沿接觸網(wǎng)導(dǎo)線的挪動加快。接觸網(wǎng)與受電弓的動搖特性發(fā)生變化,從而對受電產(chǎn)生影響;高速列車的空氣阻力較大,空氣動態(tài)力也影響到受電弓的受電;牽引功率較大,假設(shè)采用多弓受電必然會添加阻力、加大噪聲,引起接觸網(wǎng)的動搖干擾,因此受電弓不能太多,這就需求處理受電弓從接觸網(wǎng)大功率受電的問題。2 2、接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)、接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)1、在最高行車速度和更大的速度變化范圍內(nèi)能保證正常的供電;2、應(yīng)有更高的耐磨性和耐蝕包括電蝕性才干;3、對接觸網(wǎng)的布置和構(gòu)造有更高的要求;4、接觸懸掛方面,目前在常速列車供電中

29、采用的彈性半補償鏈形懸掛和彈性全補償懸掛不能順應(yīng)高速的要求,應(yīng)有更好的接觸懸掛安裝接觸網(wǎng)的根本功能是將電能供應(yīng)機車,對高速受電用的接觸網(wǎng)應(yīng)有更高的要求:接觸導(dǎo)線的動搖和噪聲接觸導(dǎo)線的動搖和噪聲高速運轉(zhuǎn)時,接觸導(dǎo)線會產(chǎn)生復(fù)雜的多層橫波,使受高速運轉(zhuǎn)時,接觸導(dǎo)線會產(chǎn)生復(fù)雜的多層橫波,使受電弓無法跟隨處于動搖中的接觸導(dǎo)線以堅持嚴(yán)密、延續(xù)電弓無法跟隨處于動搖中的接觸導(dǎo)線以堅持嚴(yán)密、延續(xù)接觸,導(dǎo)致受電弓頻繁離線。接觸導(dǎo)線的動搖會產(chǎn)生電接觸,導(dǎo)致受電弓頻繁離線。接觸導(dǎo)線的動搖會產(chǎn)生電弧放電以及劇烈的噪聲問題弧放電以及劇烈的噪聲問題離線問題離線問題導(dǎo)線的高度變化以橫波的方式傳播,其傳播速度趕不導(dǎo)線的高度變化

30、以橫波的方式傳播,其傳播速度趕不上高速列車的速度,就會產(chǎn)生離線景象上高速列車的速度,就會產(chǎn)生離線景象在高速運轉(zhuǎn)條件下,接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的任在高速運轉(zhuǎn)條件下,接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的任務(wù)對受電產(chǎn)生的影響,表如今以下幾個方面:務(wù)對受電產(chǎn)生的影響,表如今以下幾個方面:弓線間的接觸壓力弓線間的接觸壓力壓力變小呵斥受電弓離現(xiàn),出現(xiàn)電弧,使弓線燒傷,壓力變小呵斥受電弓離現(xiàn),出現(xiàn)電弧,使弓線燒傷,壓力變大使接觸導(dǎo)線升高,使受電弓滑板和接觸導(dǎo)線的壓力變大使接觸導(dǎo)線升高,使受電弓滑板和接觸導(dǎo)線的磨損加劇磨損加劇3 3、受電弓、受電弓受電弓受電弓滑板和接觸導(dǎo)線壓力恒定,不能太大也不能太小受電弓運動部分的質(zhì)量盡量減輕,以

31、保證可靠的電接觸,主要是慣性力受電弓滑板上的空氣制動力盡量由別的零件承當(dāng),減小對接觸壓力的影響受電弓滑板的資料、外形、尺寸應(yīng)順應(yīng)高度的要求,以保證耐磨性和接觸形狀受電弓在升降弓時,初始動作迅速,終了動作緩慢,以確保在降弓時快速斷弧受電弓該當(dāng)滿足的要求受電弓該當(dāng)滿足的要求支柱拉桿腕臂接觸導(dǎo)線承力索吊弦墜砣二、傳動方式與傳動安裝二、傳動方式與傳動安裝1、直流傳動:以直流牽引電動機為動力 用于早期的高速列車2、交流傳動以交流牽引電動機為動力同步牽引電機異步牽引電機傳動方式:就是將外部輸入的能源或本身產(chǎn)生的能源經(jīng)過傳動方式:就是將外部輸入的能源或本身產(chǎn)生的能源經(jīng)過一整套電能變換和傳送安裝,將電能轉(zhuǎn)換為

32、機械能,驅(qū)動一整套電能變換和傳送安裝,將電能轉(zhuǎn)換為機械能,驅(qū)動動輪輪對以牽引列車。動輪輪對以牽引列車。這種電能變換和傳送安裝稱為電傳動安裝。按照電傳動安這種電能變換和傳送安裝稱為電傳動安裝。按照電傳動安裝所采用的牽引電動機的類型,電傳動方式分為兩大類:裝所采用的牽引電動機的類型,電傳動方式分為兩大類:早期的高速列車大部分采用直流電傳動方式,隨著大功率可控硅變流技術(shù)的開展,使三相交流電傳動技術(shù)得到了實踐運用,出現(xiàn)了交流同步傳動方式和交流異步傳動方式。1 1、直流電傳動、直流電傳動根據(jù)其牽引供電系統(tǒng)的不同分為直直電傳動和交直電傳動。直直電傳動是指由直流供電系統(tǒng)供電、直流牽引電動機為動力的傳動方式。

33、由于其設(shè)備簡單、技術(shù)可靠,因此在鐵路電氣化早期占有主導(dǎo)位置。但由于本身的缺乏,不能夠得到進一步開展。交直電傳動是指由單相交流供電系統(tǒng)供電、脈流牽引電動機為動力的傳動方式。從接觸網(wǎng)獲得單相交流電源,經(jīng)變壓器降壓后,由整流安裝將交流電變換為直流電,再向牽引電動機供電,實現(xiàn)電能向機械能的轉(zhuǎn)變。電力牽引從直流制轉(zhuǎn)為交流制是鐵路電氣化的一大技術(shù)提高,由于單相工頻交流制具有一系列優(yōu)點:可大大提高動力車的牽引功率,為高速運轉(zhuǎn)提供最根本的前提條件;可實現(xiàn)高壓輸電,減少變電站的數(shù)量,降低電氣化的初期投資;大大減少有色金屬用量減少60%左右降低能耗1/3,從而減少運營支出;可防止直流電腐蝕地下設(shè)備。無論是用于家庭

34、還是用于工廠,單相交流電源和三相交流電源,其電壓和頻率均按各國的規(guī)定有一定的規(guī)范,如我國大陸規(guī)定,直接用戶單相交流電為220V,三相交流電線電壓為380V,頻率為50Hz,規(guī)范的電壓和頻率的交流供電電源叫工頻交流電2 2、交流電傳動、交流電傳動交流電傳動是以交流牽引電動機為動力的一種電傳動方式。在相當(dāng)長的一段時間內(nèi),這種傳動方式因調(diào)速不便和效率較低而未被運用。直到晶閘管技術(shù)和大功率逆變技術(shù)的逐漸成熟,使得在大功率條件下交流電的變頻得以順利實現(xiàn),從而可以使交流牽引電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩可以得到快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確的控制。在這一前提下,世界各國紛紛采用三相交流同步牽引電動機和三相交流異步牽引電動機為動力的

35、電傳動方式。2 2、交流電傳動、交流電傳動交流電傳動方式很多,主要有:1交直交電傳動其特點是交流電源和交流輸出之間有不斷流環(huán)節(jié)。2交交電傳動其特點是單相交流電源不經(jīng)中間直流環(huán)節(jié),直接變換為頻率可調(diào)的三相交流電,供應(yīng)同步或異步牽引電動機。動力車經(jīng)過受電弓從接觸網(wǎng)獲取單相交流電源,經(jīng)變壓器降壓后,經(jīng)過一個或幾個變頻安裝,直接變換為可變頻率的三相交流電,向牽引電動機供電。交流電傳動比直流電傳動有一系列優(yōu)交流電傳動比直流電傳動有一系列優(yōu)點,各項技術(shù)目的優(yōu)于直流電傳動。點,各項技術(shù)目的優(yōu)于直流電傳動。3-1 概 述3-2 受電弓與傳動安裝3-3 動力車車體與轉(zhuǎn)向架3-4 制動技術(shù)3-5 牽引供電系統(tǒng)動力

36、車車體1、構(gòu)造輕量化2、外形流線化一、動力車車體一、動力車車體1、構(gòu)造輕量化構(gòu)造輕量化是要求高速動力車車體的承載構(gòu)造在確保其動力強度的前提下,盡能夠降低其分量。高速客車輕量化,除可以節(jié)約能源耗費外,更主要的目的是減輕對線路的磨耗和損傷。根據(jù)日本新干線的運用閱歷,在鋼軌下沉量不變的情況下,假設(shè)軸重和簧下分量分別下降20%,那么列車速度可由210km/h提高到250km/h。動力車車體1、構(gòu)造輕量化2、外形流線化一、動力車車體一、動力車車體1、構(gòu)造輕量化為了實現(xiàn)構(gòu)造輕量化,日本300系列高速動車組的車體采用鋁合金資料制造,比100系列高速動車組的耐候鋼車體的分量減輕20%;德國ICE高速列車的車體

37、用鋁板材制造,同樣也降低了軸重。一、動力車車體一、動力車車體2、外形流線化 外形流線化是要求高速動力車車體外形應(yīng)呈流線型,以盡能夠減小空氣阻力,使動力車具有良好的空氣動力性能。細長、無棱角的流線型外形,前后兩端動力車的頭部應(yīng)呈尖凸?fàn)?、并裝有低位整體流線擋板;頂部平整光滑,除受電弓外盡能夠不安裝其他部件;車體外外表應(yīng)完全平滑光整,車窗、車門與車體齊平,手把、扶桿應(yīng)凹裝在車體表層內(nèi)。高速動力車的走行部均采用轉(zhuǎn)向架式,對其總體要求是:1、在零到最大速度的范圍內(nèi)能保證平穩(wěn)平安的運轉(zhuǎn);2、在直線或曲線上以最高速度運轉(zhuǎn)時,能保證垂直方向和程度方向的動力作用最??;3、能保證由于線路不平及經(jīng)過曲線時傳給牽引安

38、裝及車體的動力作用和沖擊最??;4、能保證充分利用粘著分量;5、具有良好的適檢性和適修性,零件有良好的耐蝕性。二、走行部分二、走行部分型號型號SF600SF600運轉(zhuǎn)速度運轉(zhuǎn)速度250km/h250km/h軌距軌距1435mm1435mm軸距軸距2600mm2600mm分量分量10t 10t 德國ICE高速列車的動力車轉(zhuǎn)向架構(gòu)造特點: 1、牽引電動機、齒輪傳動安裝及盤形制動安裝一同懸掛在車體和轉(zhuǎn)向架之間。這種懸掛方式使得它們的垂向作用分量的2/3屬于車體,1/3屬于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架。這種構(gòu)造設(shè)計可以到達高速運轉(zhuǎn)時垂向動力作用力很小的目的。 2、在程度方向上,垂向分配給轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的一部分牽引電動機、齒輪

39、傳動安裝及盤形制動安裝的分量,經(jīng)過橫向液壓減震器與車體相連。其結(jié)果可使橫向動力作業(yè)力也很小。 3、不采用常規(guī)牽引銷,經(jīng)過斜拉桿傳送牽引力和制動力。故轉(zhuǎn)向架不設(shè)中間橫梁,而呈框架封鎖構(gòu)造。 4、采用軸箱拉桿,實現(xiàn)軸箱的無磨耗縱向定位;橫向定位依托一系圓彈簧來實現(xiàn),使軸箱定位所含的部件數(shù)量最少。5、二系懸掛采用柔性高圓彈簧 6、牽引機構(gòu)和軸箱定位安裝中采用大體積橡膠元件和阻尼元件,可以在最大能夠限制范圍內(nèi),實現(xiàn)各個方向作用的相互獨立。 7、采用新的根底制動安裝,采用盤形制動替代了傳統(tǒng)的閘瓦制動。 8、采用新的構(gòu)造設(shè)計,動力車轉(zhuǎn)向架的分量僅為9.65T?;上沦|(zhì)量為1.88T。普通的電力機車的轉(zhuǎn)向架的

40、分量為30T,簧下為6T。第三章 高速列車的牽引動力3-1 概 述3-2 受電弓與傳動安裝3-3 動力車車體與轉(zhuǎn)向架3-4 制動技術(shù)3-5 牽引供電系統(tǒng)3-4 3-4 制動技術(shù)制動技術(shù)1、高速列車制動的特點2、制動方式3、高速列車的制動方式一、高速列車制動的特點一、高速列車制動的特點 列車制動的普通概念是指對行進中的列車施行減速或使在規(guī)定的間隔內(nèi)停車。 制動的重要性不僅在于它直接關(guān)系到運輸平安,還在于它是進一步提高列車運轉(zhuǎn)速度的決議要素。列車的速度越高,對制動的要求也就越高。因此,高速列車的制動技術(shù)就成為高速運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 高速列車由于速度快,用常速列車的單一閘瓦制動方式無法將動能在規(guī)定

41、的時間和間隔內(nèi)耗費或吸收,高速列車的制動必需采用綜合方式,即多種制動協(xié)調(diào)運用。二、制動方式二、制動方式摩擦制動摩擦制動閘瓦制動盤形制動電磁軌道制動動力制動動力制動電阻制動再生制動電磁渦流制動經(jīng)過機械摩擦來耗費列車動能的制動方式。優(yōu)點:制動力與列車速度無關(guān),無論在高速和低速時都有制動力,特別在低速時能對列車施行制動直至停車。缺陷:制動力有限,這是受熱能分發(fā)的限制而直接影響制動功率增大的緣故。1閘瓦制動 制動力的大小經(jīng)過改動閘瓦壓力來調(diào)理。在高速時閘瓦與車輪踏面之間的摩擦系數(shù)較小,制動力不夠。假設(shè)添加閘瓦壓、力,那么會呵斥速度降至某一值時車輪被抱死,產(chǎn)生滑行,制動力反而下降,且車輪踏面、鋼軌都會被

42、擦傷。 所以它只能配合其他制動起到低速制動和停車制動的作用。1.摩擦制動摩擦制動閘瓦制動2 2盤形制動盤形制動 以合成資料或粉末冶金資料制成的制動塊又稱閘襯夾以合成資料或粉末冶金資料制成的制動塊又稱閘襯夾緊裝在車軸上的鑄鐵或鋼制動圓盤,經(jīng)過制動塊與制動圓緊裝在車軸上的鑄鐵或鋼制動圓盤,經(jīng)過制動塊與制動圓盤之間的機械摩擦來耗費列車的動能。盤之間的機械摩擦來耗費列車的動能。 和閘瓦制動相比,它散熱性能較好,并具有較好的高速制和閘瓦制動相比,它散熱性能較好,并具有較好的高速制動性能。缺乏之處是高速制動時制動塊磨損速度明顯加快,動性能。缺乏之處是高速制動時制動塊磨損速度明顯加快,熱載荷大時制動圓盤易產(chǎn)

43、生裂紋。不能確保制動平安,因熱載荷大時制動圓盤易產(chǎn)生裂紋。不能確保制動平安,因此其制動功率依然要受溫升的限制。此外,制動力要經(jīng)過此其制動功率依然要受溫升的限制。此外,制動力要經(jīng)過車輪來傳送,因此受輪軌粘著的限制。車輪來傳送,因此受輪軌粘著的限制??傊P形制動在高速列車的動力車上也只能起輔助制動總之,盤形制動在高速列車的動力車上也只能起輔助制動作用。作用。1.摩擦制動摩擦制動2、盤形制動3 3電磁軌道制動磁軌摩擦制動電磁軌道制動磁軌摩擦制動 利用裝在轉(zhuǎn)向架上的制動電磁鐵,經(jīng)通電勵磁后吸壓到鋼軌上,制利用裝在轉(zhuǎn)向架上的制動電磁鐵,經(jīng)通電勵磁后吸壓到鋼軌上,制動電磁鐵在軌面上滑行,利用其與鋼軌之間

44、的機械摩擦來耗費列車動電磁鐵在軌面上滑行,利用其與鋼軌之間的機械摩擦來耗費列車的動能,從而產(chǎn)生制動作用。的動能,從而產(chǎn)生制動作用。制動電磁鐵掛裝在非動力車輛轉(zhuǎn)向架的兩個車輪之間,距軌面有一制動電磁鐵掛裝在非動力車輛轉(zhuǎn)向架的兩個車輪之間,距軌面有一定高度。根據(jù)制動電磁鐵懸掛的高度不同,電磁鐵制動安裝分為高定高度。根據(jù)制動電磁鐵懸掛的高度不同,電磁鐵制動安裝分為高懸掛和低懸掛兩種。懸掛和低懸掛兩種。高懸掛時,制動電磁鐵與軌面之間的間隔為高懸掛時,制動電磁鐵與軌面之間的間隔為120-160mm120-160mm,制動時,依,制動時,依托風(fēng)動安裝使制動電磁鐵吸附于軌面上。托風(fēng)動安裝使制動電磁鐵吸附于軌面上。低懸掛時,制動電磁鐵與軌面之間的間隔僅為低懸掛時,制動電磁鐵與軌面之間的間隔僅為6-10mm6-10mm,制動時,制,制動時,制動電磁鐵以其本身的吸力,抑制彈簧力,動電磁鐵以其本身的吸力,抑制彈簧力, 直接吸附到軌面上。直接吸附到軌面上。 1.摩擦制動摩擦制動3 3電磁軌道制動磁軌摩擦制動電磁軌道制動磁軌摩擦制動電磁軌道制動的特點:電磁軌道制動的特點:制動力不受輪軌粘著力的限制,是一種非粘著制動方式;制動力不受輪軌粘著力

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