動車組概論1概述

1、動車組概論1動車組概論高速鐵路概述動車組車體技術動車組轉(zhuǎn)向架技術動車組車內(nèi)設備動車組牽引供電旅客信息系統(tǒng)動車組網(wǎng)絡及控制技術動車組制動技術動車組維修2022/9/172第一章 高速鐵路概述第一節(jié) 高速鐵路概況 第二節(jié) 動車組的組成及其技術特點第三節(jié) 國外高速列車簡介2022/9/173一、高速鐵路發(fā)展沿革二、高速鐵路客運特點三、高速鐵路線路特點第一節(jié) 高速鐵路概況2022/9/174一、高速鐵路發(fā)展沿革 國際上根據(jù)鐵路線路允許運行的最高時速作以下劃分：普通鐵路100160km/h快速鐵路160200km/h高速鐵路200km/h(既有線改造) 250km/h(新建線)2022/9/175200

2、2年已經(jīng)開通高速列車的主要國家1377（既有線）瑞 典874（海峽隧道）英 國788比利時6254意大利5471西班牙4917(815新線)德 國31576法 國22049.1(+275.9)日 本1長度/km國 家序號2022/9/176日本高速鐵路2022/9/177日本高速鐵路網(wǎng)2022/9/178法國高速鐵路2022/9/179法國高速鐵路網(wǎng)2022/9/1710德國高速鐵路14322022/9/1711德國高速鐵路網(wǎng)2022/9/1712二、高速鐵路客運特點(1)節(jié)約旅行時間 東京新大阪 515公里 2小時50分 巴黎里昂 417公里 2小時 漢諾威斯圖加特 524公里 3小時48分

3、2022/9/1713(2)安全和舒適 1985年聯(lián)邦德國鐵路、公路和民航運輸?shù)氖鹿事剩堪偃f人公里的傷亡人數(shù)）之比大致為1:24:0.8。公路大轎車的事故率為鐵路的2.5倍。 日本對20世紀70年代以來所發(fā)生的旅客生命財產(chǎn)事故分析表明，汽車事故是鐵路事故的1570倍，飛機事故是鐵路事故的63倍。2022/9/1714 我國1987年至1988年統(tǒng)計，鐵路發(fā)生的事故件數(shù)僅為公路的14，死亡人數(shù)為公路的1282，受傷人數(shù)為公路的11500。 就高速鐵路而言，日本近40年，法國10多年從未發(fā)生過列車顛覆和旅客死亡事故。 2022/9/1715(3)準時性 1000km內(nèi)乘坐高速列車比乘坐飛機化時間

4、少，高速列車正點率高，日本平均誤點0.8分。(4)能源消耗低(每人公里消耗能源比) 高速鐵路 小汽車 飛 機 1 5.79 5.252022/9/1716(5)占用土地少 一條雙向四車道高速公路占地面積是雙線高速鐵路的1.3倍1.6倍 一個大型飛機場占地面積相當于1000km雙線高速鐵路(6)運輸能力 日本東海道新干線年運量1.7億人次，是航空10倍，高速公路5倍，但運輸成本只是其1/5及2/5。 2022/9/1717(7)環(huán)境污染輕 污染物排放量（g/人公里) 小汽車 高速列車 CO 9.30 0.06 NOX 1.70 0.43 CH 1.10 0.032022/9/1718(8)效率和

5、效益 日本和法國的實踐證明，其直接投資收益都在12以上，一般在10年之內(nèi)即可還請全部貸款，其社會收益率也在20以上。 據(jù)日本資料，旅客由于從既有線改乘新干線高速列車，每年可節(jié)約旅行時間3億小時，即每年節(jié)省的時間效益相當于當時修建東海道新干線所需的全部費用。 法國一條高速鐵路的效益是一條6車道高速公路的3倍多。 2022/9/1719三、高速鐵路線路特點1超高與曲線半徑 列車在曲線上運行時，車輛和旅客都要經(jīng)受離心力。離心力F大小為： 為了減少列車通過曲線線路時旅客經(jīng)受的離心力和輪軌之間的相互作用力，國內(nèi)外鐵路都采用在曲線線路上設置超高的辦法，即把曲線線路外軌抬高，而內(nèi)軌保持原來的高度不變。 20

6、22/9/1720外軌超高h為： 超高h與列車運行平均速度和曲線半徑有關，當R一定時，超高設置得是否合適，在很大程度上取決于平均速度選用得是否恰當。 目前，除日本東海道新干線規(guī)定最大超高為200mm外，其余各線及法國高速干線最大超高均為180mm。2022/9/17212緩和曲線線型及長度 隨著列車運行速度的提高，過去使用的三次拋物線緩和曲線難以完全滿足旅客舒適的要求，軌道穩(wěn)定條件也受到一定影響。 為了改善這種狀況，有些國家研究采用了曲線型超高順坡緩和曲線。在這種緩和曲線范圍內(nèi)，與曲率相適應的超高也按曲線變化，并規(guī)定適當?shù)淖兓省＿@就是目前選用的半波正弦曲線。 2022/9/1722 緩和曲線

7、的長度對行車的安全平順性有直接影響。緩和曲線太短將不利于行車的安全平順，緩和曲線太長又將給設置和養(yǎng)護帶來困難。一般緩和曲線的長度應考慮以下因素：外軌超高遞增坡度不致使輪對內(nèi)側(cè)車輪輪緣脫軌輪對外側(cè)車輪升高速度不致影響旅客的舒適未平衡離心加速度的增長率不致影響旅客的舒適 2022/9/1723 緩和曲線的長度按下列公式計算： 式中：K1、K2、K3為常數(shù)，v為行車速度，h為實設超高，hQ為欠超高。 實用的緩和曲線長度一般從上述三種條件計算結(jié)果中選取最大者。2022/9/17243夾直線 列車通過同向或反向曲線時，受力情況極為復雜，除因外軌超高使車輛繞線路縱軸轉(zhuǎn)動外，還有緩和曲線始、終點處的沖擊以及

8、未平衡離心加速度變化的影響等。 因此，必須在同向曲線或反向曲線之間加入一段夾直線段。夾直線應盡量長些，特別是反向曲線時的夾直線更應長些，這對運營是有利的。因為列車通過反向曲線時，其曲線單位附加阻力比單個曲線增大，影響運行中列車的穩(wěn)定與安全。2022/9/1725 法國高速鐵路規(guī)定相鄰曲線的夾直線最小長度為： 德國高速鐵路的夾直線最小長度按0.4v計算。 日本高速鐵路則規(guī)定：一般應大于100m，列車速度低于110km/h時，可大于50m。 我國擬建高速鐵路最小夾直線按下式確定：2022/9/17264線路間距 日本鐵路曾對此做過研究與試驗。在區(qū)間線路上，當兩列時速250km的列車交會時，作業(yè)人員

9、站在兩車距離為0.8m的中間還是安全的，從而規(guī)定線路中心距至少為4.2m。在站內(nèi)線間距4.6m。 法國以TGV動車組進行空氣動力試驗后，認為在300km/h情況下，4m線路間距是可行的。但考慮未來發(fā)展和便于設置渡線，此值規(guī)定為4.2m。 德國則規(guī)定為4.5m。2022/9/17275最大坡度 高速最大坡度除與地形條件有關外，還與高速列車的牽引功率、牽引特性和制動性能有直接關系。 東海道新干線的正線最大坡度為15，在2.5km以內(nèi)允許到18，列車回送線延長250m以內(nèi)最大坡度可不大于30，列車停車及解編線路最大坡度不大于3。2022/9/17286豎曲線半徑 在鐵路線路的縱斷面上，由于列車在經(jīng)過

10、相鄰兩坡段的變坡點時會產(chǎn)生附加應力和附加加速度。因此，在設計縱斷面時，相鄰坡段的坡度代數(shù)差應盡量小些，不得超過允許的最大值。為保證行車的安全平順，超過時應豎曲線來連接兩個相鄰的坡段。 2022/9/1729 豎曲線半徑一般采用圓曲線形的。豎曲線半徑的大小，除應保證列車經(jīng)過變坡點時車鉤不脫鉤、車輪不脫軌外，還應考慮在豎曲線上產(chǎn)生豎向離心加速度和離心力對旅客舒適的影響。 通過理論分析認為，在一定機車車輛構(gòu)造等條件下，豎曲線半徑與行速度有關，行車速度越高，豎曲線半徑應越大。計算公式如下： 2022/9/1730 法國TGV東南線的豎曲線半徑采用25000m，TGV大西洋線采用16000m；日本除東海

11、道新干線采用10000m外，其余各線均采用15000m。 我國擬建高速鐵路上的豎曲線半徑標準如下： 最高時速（km/h) 豎曲線半徑(m) 160250 15000 250300 200002022/9/1731第二節(jié) 動車組的組成及其技術特點一、高速列車對牽引功率的需求 二、動車組的動力配置及組成三、動車組的主要技術特點2022/9/1732一、高速列車對牽引功率的需求 高速列車的牽引動力可以采用傳統(tǒng)的機車牽引型式，也可以采用動車組牽引型式。 所謂動車組就是由動力車和拖車或全部由若干動力車長期固定地連掛在一起組成的車組。 高速列車對牽引功率的需求是根據(jù)高速列車的總質(zhì)量、最高運行速度和在該速度

12、下的列車單位阻力來確定的。2022/9/1733高速列車需要的牽引功率N為：式中 Q列車總質(zhì)量（t）； 列車的單位阻力（N/t）； 列車的最高運行速度（km/h）； k裕量系數(shù)。2022/9/1734 列車運行時的阻力由列車運行基本阻力和各種附加阻力組成。列車基本阻力由列車的空氣阻力和機械阻力所組成。 列車的基本阻力隨運行速度的不同而異。低速運行時，以機械摩擦阻力為主；運行速度達到100km/h左右時，空氣阻力占運行基本阻力的50；如果運行素進一步提高，空氣阻力所占的比例還將增大。2022/9/1735 空氣阻力與列車運行速度的平方值成正比。列車之所以需要很大的牽引功率，就是因為列車運行速度越

13、高，空氣阻力越大。而這一隨運行速度提高而迅速增大的空氣阻力就成為高速列車運行時的主要阻力。2022/9/1736二、動車組的動力配置及組成 動車組的動力配置屬于動力分散配置方式。這種牽引方式有兩種模式。 一種是完全分散模式，即高速列車編組中的車輛全部為動力車，如日本的0系高速列車，16輛編組中全部是動力車。如圖所示。 2022/9/1737日本的0系高速列車，16輛編組中全部是動力車2022/9/1738 另一種是相對分散模式，即高速列車編組中大部分是動力車，小部分為無動力的拖車，如日本的100系、700系高速列車，16輛編組中有12輛動力車，4輛是拖車，即12動4拖，如圖所示。2022/9/

14、1739日本的100系高速列車，12M4T2022/9/1740 與動力分散配置方式相對應牽引方式還有動力集中配置方式。如德國的ICE1、ICE2和法國的TGV。如圖所示法國TGVA。2022/9/1741TGV-A，1989年，300km/h，巴黎大西洋，交流傳動，1990年，試驗速度515.3km/h，第二代2022/9/1742動車組的組成（7部分）1車體 動車組車體分為帶司機室車體和不帶帶司機室車體兩種。它是容納乘客和司機駕駛的地方，同時，又是安裝與連接其他設備和部件的基礎。為使車體輕量化，高速動車組車體通常采用鋁合金和不銹鋼材料制造。2022/9/1743動車組的組成2轉(zhuǎn)向架 動車組

15、轉(zhuǎn)向架分動力轉(zhuǎn)向架和非動力轉(zhuǎn)向架。動力轉(zhuǎn)向架的車軸可以是全動軸，也可以是部分動軸。轉(zhuǎn)向架置于車體和軌道之間，用來牽引和引導車輛沿軌道行駛和承受與傳遞來自車體及線路的各種載荷，并緩和其動作用力。轉(zhuǎn)向架是保證列車運行品質(zhì)和安全的關鍵部件。2022/9/1744動車組的組成3連接、緩沖裝置 車輛編組成列車運行必須借助于連接裝置，即車鉤。為了改善列車縱向平穩(wěn)性，在車鉤的后部設有緩沖裝置，以緩和列車沖動。同時還應該連接車輛之間的電氣和空氣的管路。連接緩沖裝置可以實現(xiàn)機械連接、高壓電器連接、輔助系統(tǒng)和列車供電連接、以及控制系統(tǒng)連接。2022/9/1745動車組的組成4制動裝置 制動裝置是保證列車安全運行所

16、必需的裝置。動車組常采用電氣制動與空氣制動的復合制動。動車組制動系統(tǒng)包括動力制動系統(tǒng)(再生制動)、空氣制動系統(tǒng)（包括風源）、電子防滑器、及基礎制動裝置等。 2022/9/1746動車組的組成5車輛內(nèi)部設備 車輛內(nèi)部設備是指服務于乘客的車內(nèi)固定附屬裝置。如車內(nèi)電氣、供水、通風、取暖、空調(diào)、座席、車窗、車門、行李架、旅客信息服務系統(tǒng)等。 2022/9/1747動車組的組成6牽引傳動系統(tǒng) 牽引傳動系統(tǒng)包括：主電路、高壓設備、受電弓、主斷路器、其它高壓設備、主變壓器、牽引變流器、牽引電機、及電傳動系統(tǒng)的保護等。2022/9/1748動車組的組成7輔助供電系統(tǒng) 輔助供電系統(tǒng)所供電的設備包括：空氣壓縮機冷

17、卻通風機油泵/水泵電機空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)采暖設備照明設備旅客服務設備應急通風裝置維修用電等2022/9/1749動車組的組成7輔助供電系統(tǒng) 應急用電包括：客室應急通風應急照明應急顯示維修用電通訊及其控制等。 2022/9/1750三、動車組的主要技術特點 1.頭型流線化 隨著列車運行速度的提高，周圍空氣的動力作用一方面對列車和列車運行性能產(chǎn)生影響；同時，列車高速運行引起的氣動現(xiàn)象對周圍環(huán)境也產(chǎn)生影響。 對于高速動車組來說，列車頭型設計非常重要，好的頭型設計可以有效地減少運行空氣阻力，列車交會壓力波和解決好運行穩(wěn)定性等問題。2022/9/1751流線化頭型2022/9/17522.車體結(jié)構(gòu)輕量化 為了

18、節(jié)省牽引功率，降低高速所引起的動力作用對線路結(jié)構(gòu)、機車車輛結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的損傷，以及提高旅客乘坐舒適度，需要最大限度地降低高速動車組的軸重。因此，國外各國高速列車車體的主要材料是鋁合金和不銹鋼，從發(fā)展趨勢看，鋁合金將成為動車組車體的主導材料。 2022/9/17533.高性能轉(zhuǎn)向架技術 提高列車運行速度首先遇到的問題是轉(zhuǎn)向架運行平穩(wěn)性和安全性，所以，提高列車運行速度應具有高性能的轉(zhuǎn)向架。對于高速轉(zhuǎn)向架要求具有高速運行的穩(wěn)定性，良好的曲線通過性能，滿足乘客乘坐舒適度的要求。 2022/9/17544.復合制動技術 高速列車的制動能量與速度的平方成正比，因此，傳統(tǒng)的純空氣制動能力已不能滿足需要。 因此高

19、速列車必須采用能提供強大制動力并更好利用粘著的復合制動系統(tǒng)。該復合制動系統(tǒng)通常由制動控制系統(tǒng)、動力制動、空氣制動(包括盤形制動和踏面制動)系統(tǒng)、微機控制的防滑器和非粘著制動裝置等組成。 2022/9/17555.密接式車鉤緩沖裝置 目前世界各國高速列車（如日本、德國）普遍采用密接式車鉤連接裝置，該裝置兩車鉤連接面的縱向間隙一般都小于2mm，上下、左右偏移也很小，對提高列車的運行平穩(wěn)性和電氣線路、風管的自動對接提供了保證。 2022/9/1756ICE密接式車鉤緩沖裝置2022/9/17576.交流傳動技術 早期的電力牽引傳動系統(tǒng)均采用交一直傳動，用直流電動機驅(qū)動。由于直流電動機的單位功率重量較

20、大，使高速列車既要大功率驅(qū)動又要求減輕軸重，形成難以克服的矛盾。 在交流轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中，交流牽引電動機較傳統(tǒng)的直流牽引電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、體積小、重量輕及造價低等一系列優(yōu)點。 交流牽引電動機沒有整流子結(jié)構(gòu)對電動機功率的限制，牽引功率可以得到進一步提高。2022/9/17587.列車自動控制及故障診斷技術 列車自動控制系統(tǒng)對高速列車安全運行的重要作用，世界各國在發(fā)展高速鐵路時都十分重視列車自動控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)，許多國家作為先進列車控制系統(tǒng)(Advanced Train Control Systems)研制了多種基礎技術設備，例如列車超速防護系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、車載智能控制系統(tǒng)、車載微機

21、自動監(jiān)測和診斷系統(tǒng)等。2022/9/1759 目前在世界高速鐵路上的自動控制方式主要分為兩類，一類是以設備為主，人控為輔的控制方式，以日本新干線采用的ATC(列車自動控制)方式為代表。 另一類是人機共用、人控為主的方式，以法國TGV高速列車為代表，主要采用有TVM300型安全防護系統(tǒng)及改進的TVM430型安全防護系統(tǒng)，還有德國ICE高速列車采用的FRS速差式機車信號和LZB型雙軌條交叉電纜傳輸式列車控制設備等。2022/9/17608.傾擺式車體技術 列車通過曲線時，未被平衡的離心加速度超過允許限度時會對乘客產(chǎn)生不舒適感。這種未被平衡的離心加速度與列車速度的平方成正比，由此限制了列車通過曲線時

22、的速度。采用擺式列車可以在既有線路條件下使列車通過曲線時的速度提高約30。 2022/9/1761擺式列車 2022/9/1762第三節(jié) 國外高速列車簡介一、日本高速列車二、法國高速列車三、德國高速列車2022/9/1763一、日本高速列車200系400系E1E2E3E4STAR210系100系300系700系951試驗車961試驗車198519921999300X100N系300N系500系WIN350東北上越山形北陸秋田東 海 道山 陽19642022/9/1764一、日本高速列車2022/9/1765一、日本高速列車2022/9/17660系,1964年，220km/h，東海道，山陽2022/9/1767100系,1985年，230km/h，東海道，山陽2022/9/1768300系，1992年，270km/h，東海道，山陽，交流傳動2022/9/1769E2，2002年，275km/h，東北，主動懸掛控制2022/9/1770E4，1997年，240km/h，東北，北陸，雙層，16輛，1634人，定員最多2022/9/1771500，1997年，300km/h，東海道，山陽2022/9/17727