鐵道概論第九章高速鐵路和重載運輸

中鐵電氣化鐵路運營管理有限公司海南維管段第九章高速鐵路與重載運輸

《鐵道概論》第六版海南維管段第一頁，共五十六頁。9.1.1概述鐵路按速度不同的劃分標準（1）常速鐵路：100—120km／h（2）中速鐵路：120—160km／h（3）準高速鐵路：160—200km／h（4）高速鐵路：200—400km／h（5）特高速鐵路：400km／h以上第二頁，共五十六頁。高速鐵路的技術(shù)經(jīng)濟特征（1）輸送能力大如新干線每3.5分鐘發(fā)車間隔（2）速度快上海到北京，全程1300公里，運行4.5小時左右，與飛機相近。（3）安全性好高速鐵路42年來，基本沒有出現(xiàn)過重大行車事故。安全性明顯高于公路、航空。（4）正點率高：基本不受氣候影響。日本97年平均晚點只有0.3分鐘。（5）舒適、方便：運行平穩(wěn)、發(fā)車間隔小。（6）能源消耗低、環(huán)境影響輕、經(jīng)濟效益好等第三頁，共五十六頁。高速鐵路的發(fā)展模式（1）日本新干線模式，全部修建新線，旅客列車專用。（2）法國TGV模式，部分修建新線，部分舊線改造，旅客列車專用。（3）德國ICE模式，全部修建新線，旅客列車及貨物列車混用。（4）英國APT模式，既不修建新線，也不大量舊線改造，主要靠采用由擺式車體的車輛組成的動車組；旅客列車及貨物列車混用。第四頁，共五十六頁。日本高速鐵路的發(fā)展7條新干線總長度達到：2139.9km第五頁，共五十六頁。日本500系高速列車第六頁，共五十六頁。日本700系高速列車由中日本鐵路和西日本鐵路共同研制，1999年春投入使用，270-285km/h。第七頁，共五十六頁。日本高速技術(shù)360新干線E9542005/6/24日宣布:開發(fā)成功360km/h高速列車第八頁，共五十六頁。法國TGV-2N高速列車最高運行速度：360km/h。2001年3月在1000km距離間創(chuàng)造了長距離旅行速度的世界紀錄：302km/h。第九頁，共五十六頁。2007年4月3日，法國高速列車TGV在巴黎－斯特拉斯堡東線鐵路上以574.8公里/小時的運行速度，創(chuàng)造了有軌列車最高時速新的世界記錄，同時打破了自己在1990年5月創(chuàng)下并保持17年之久的515.3公里/小時的世界記錄。第十頁，共五十六頁。動力分散式的ICE-31999年投入運營并出口荷蘭第四代ICE正在開發(fā)之中第十一頁，共五十六頁。90年代以來我國自主研究開發(fā)了一系列用于提速和高速鐵路的動車組第十二頁，共五十六頁。140km/h內(nèi)燃動車組第十三頁，共五十六頁。140公里“晉龍”號內(nèi)燃動車組第十四頁，共五十六頁。160公里/小時內(nèi)燃動車組第十五頁，共五十六頁。180公里時速“神州”號內(nèi)燃動車組

2000年10月18日首次駛出北京站1999年9月戚廠與浦廠聯(lián)合研制，10月投入京津線運營?？偣β?480kW,雙層，二動十拖，定員1440人，試驗速度達到210.8km/h。第十六頁，共五十六頁。305km/h藍箭號動力車試驗到400km/h第十七頁，共五十六頁。第十八頁，共五十六頁。中國高速鐵路發(fā)展客運專線1.6萬公里第十九頁，共五十六頁。9.1.2高速鐵路的技術(shù)設(shè)備線路提高線路平縱斷面標準路基——寬路肩設(shè)計板式軌道結(jié)構(gòu)；長軌條無縫線路；強韌性、高彈性軌道部件；可動心軌道岔第二十頁，共五十六頁。車輛牽引動力方式——電力牽引；動車組；動力分散配置車體——自重輕；流線型車頭；高氣密性、隔音性；車體傾擺技術(shù)走行部——高穩(wěn)定性；低噪聲制動裝置——摩擦制動+動力制動擺式列車信號——先進的列車控制系統(tǒng)第二十一頁，共五十六頁。高速鐵路線路平縱斷面特點大幅度提高平面最小曲線半徑標準平緩過渡的緩和曲線增長夾直線、圓曲線最小長度增大豎曲線半徑第二十二頁，共五十六頁。

獲得高曲線通過能力的途經(jīng)1.

加大線路曲線半徑2.設(shè)置超高3.采用徑向轉(zhuǎn)向架4.車體傾擺技術(shù)

從固定設(shè)備考慮從移動設(shè)備考慮第二十三頁，共五十六頁。

鐵路按最小曲線半徑的分類分類最小曲線半徑m速度范圍Km/h采用擺式列車技術(shù)后的速度范圍，Km/h一般鐵路（Ⅱ級Ⅲ級鐵路）800-600（最小300，需減速通過）100-80120-100提速鐵路（Ⅰ級鐵路）1000（最小600，需減速通過）120-140160-180準高速鐵路1400-1700160-200200-250高速鐵路2500-4500200-300300-360特高速鐵路6000-10000300-400360-500第二十四頁，共五十六頁。徑向轉(zhuǎn)向架剛性轉(zhuǎn)向架—前輪對以巨大沖角沖向鋼軌，產(chǎn)生很大輪軌力徑向轉(zhuǎn)向架—輪對保持徑向位置可大大改善通過曲線時的輪軌受力狀況。第二十五頁，共五十六頁。車體傾擺技術(shù)原理—車體內(nèi)傾，利用重力分量平衡一部分離心加速度，猶如附加超高，可改善高速過曲線時的乘座舒適度。難點—根據(jù)曲線半徑及列車前進速度，實時控制車體傾擺的角度。

第二十六頁，共五十六頁。高速鐵路車輛高速車輛與普通車輛相比，主要區(qū)別如下：（1）車體輕：一般為10T左右，比普通客車輕3－4T（2）車體外形為流線型：減少空氣阻力；（3）車體密封性好：減少車內(nèi)氣壓變化（4）隔音效果好：（5）高速運行穩(wěn)定性好，曲線通過能力強（6）制動方式多種方式同時使用（7）部分車輛采用擺式車體第二十七頁，共五十六頁。高速鐵路信號控制系統(tǒng)高速鐵路與普通鐵路信號不同處主要有：（1）設(shè)置了綜合調(diào)試系統(tǒng)，對列車運營實行集中控制；（2）取消傳統(tǒng)的地面信號，采用列車運行控制系統(tǒng)；（3）采用計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸和交換行車、旅客等相關(guān)信息。第二十八頁，共五十六頁。列車自動控制系統(tǒng)ATC第二十九頁，共五十六頁。第三十頁，共五十六頁。9.1.3高速鐵路運輸組織特點1、運輸服務(wù)系統(tǒng)覆蓋旅客旅行服務(wù)的全過程，最大限度地滿足不同層次的旅客出行需求2、充分滿足旅客出行需求、適應(yīng)客流變化，制定運輸計劃和旅客列車開行方案3、建立以高新技術(shù)為基礎(chǔ)的安全保障體系4、建立以調(diào)度中心為中樞的運營管理總體系統(tǒng)第三十一頁，共五十六頁。9.1.4磁懸浮鐵路磁懸浮鐵路是利用電磁系統(tǒng)產(chǎn)生的吸引力或排斥力將車輛托起，使整個列車懸浮在線路上，利用電磁力導(dǎo)向，直線電機將電能直接轉(zhuǎn)換成推進力而推動列車前進的鐵路。磁懸浮鐵路不同于普通鐵路列車的主要特征是不使用車輪，而是依靠電磁作用力把車輛懸浮在軌道上方，除了空氣摩擦之外，沒有輪軌接觸所帶來的阻力。其時速可達到500～1000km。磁懸浮列車高速、安全、平穩(wěn)，不污環(huán)境、節(jié)省能源，是一種理想的交通工具。第三十二頁，共五十六頁。0

1002003004005006007008009001000

速度，km/h公路水運常速鐵路高速鐵路高速磁浮航空磁懸浮鐵路填補了高速鐵路和航空運輸之間的速度空白第三十三頁，共五十六頁。磁懸浮鐵路的基本制式常導(dǎo)磁吸型（EMS）：以德國高速常導(dǎo)磁浮列車為代表，是利用普通直流電磁鐵電磁吸力的原理將列車懸起，懸浮的氣隙較小，一般為10毫米左右。常導(dǎo)型高速磁懸浮列車的速度可達每小時400～500km，適合于城市間的長距離快速運輸。超導(dǎo)磁斥型（EDS）：以日本為代表。它是利用超導(dǎo)磁體（液氦）產(chǎn)生的強磁場，列車運行時與布置在地面上的線圈相互作用，產(chǎn)生電動斥力將列車懸起，懸浮氣隙較大，一般為100毫米左右，速度可達每小時500km以上。第三十四頁，共五十六頁。第三十五頁，共五十六頁。磁懸浮導(dǎo)向原理常導(dǎo)磁吸式的導(dǎo)向系統(tǒng)，是在車輛側(cè)面安裝一組專門用于導(dǎo)向的電磁鐵，當車輛運行發(fā)生左右偏移時，車上的導(dǎo)向電磁鐵與導(dǎo)向軌的側(cè)面相互作用，產(chǎn)生一種排斥力，使車輛恢復(fù)到正常位置，和導(dǎo)軌側(cè)面之間保持一定的間隙。當車輛的運行狀態(tài)發(fā)生變化時，例如運行在曲線或坡道上時，控制系統(tǒng)通過對導(dǎo)向磁鐵中的電流進行控制來保持這一側(cè)向間隙，從而達到控制列車運行方向的目的。第三十六頁，共五十六頁。磁懸浮推進原理磁懸浮列車由于懸浮起一定的高度，使車輪與鋼軌脫離，故不能依靠它們之間的摩擦力產(chǎn)生牽引力使車輛前進，而是采用一種叫做直線電機的推進裝置作為列車的牽引動力。直線電機是從旋轉(zhuǎn)電機演變而來的，它的基本構(gòu)成和作用原理與普通旋轉(zhuǎn)電機類似，就如同將旋轉(zhuǎn)電機沿半徑方向切開展平而成。于是，其傳動方式也就由旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動。第三十七頁，共五十六頁。日本地鐵車輛采用直線電機牽引可減小隧道截面節(jié)約地鐵投資直線電機原理普通電機展開直線電機

定子置于軌道上轉(zhuǎn)子置于車輛上第三十八頁，共五十六頁。9.2重載運輸7.2.1概述

7.2.2重載運輸技術(shù)設(shè)備

第三十九頁，共五十六頁。9.2.1概述重載運輸?shù)亩x：具備以下三條中的兩條可視為重載(1)經(jīng)常開行總重至少為8000t的列車(2)在長度至少為150km的線路區(qū)段上，年貨運量至少達到4000萬t(3)經(jīng)常開行軸重25t以上的列車第四十頁，共五十六頁。重載列車的運輸方式(1)整列式重載列車(2)組合式重載列車(3)單元式重載列車第四十一頁，共五十六頁。(1)整列式重載列車是由大功率單機或多機牽引，列車由不同型式和載重的貨物車輛混合編組，達到規(guī)定重載標準（牽引重量達到5000t及其以上）的列車。目前，中國繁忙干線上開行的重載列車主要為這種模式。第四十二頁，共五十六頁。(2)組合式重載列車是由兩列及其以上同方向運行的普通貨物列車首尾相接、合并組成的列車。運行至前方某一技術(shù)站或終到站后，分解為普通貨物列車。實質(zhì)上是在線路通過能力緊張的區(qū)段，利用一條運行線行駛兩列及以上的普通貨物列車的一種擴大運輸能力的方式。第四十三頁，共五十六頁。(2)組合式重載列車前蘇聯(lián)鐵路是客貨混用，列車數(shù)量多、行車密度大，運能與運量的矛盾比較突出，為擴大運輸能力、挖掘現(xiàn)有設(shè)備潛力，即組織開行超重、超長列車或組合式列車，并成功地試驗開行了總重43047t的重載列車。第四十四頁，共五十六頁。(3)單元式重載列車單元式重載列車——是把大功率機車雙機或多機與一定編成輛數(shù)的同類專用貨車固定組成一個運輸“單元”，并以此作為運營計費的單位。單元式重載列車運送的貨物品種單一，在裝、卸站間往返循環(huán)運行，中途列車不拆散，不進行改編作業(yè)，機車車輛固定編掛位置，車底固定回空，兩端車站裝卸設(shè)備配套，是裝、運、卸“一條龍”的運輸組織形式。第四十五頁，共五十六頁。(3)單元式重載列車在路網(wǎng)規(guī)模大、行車密度小、貨運比重大、運能較富裕的美國、加拿大、澳大利亞等國，組織開行從裝車地到卸車地之間的重載單元列車，通過貨物集中發(fā)送、快速裝卸、加速機車車輛周轉(zhuǎn)來降低成本，從而獲得較大的效益，提高了與其他運輸方式的競爭能力。美國的重載單元列車，牽引總重在10000t以上，是名副其實的萬噸列車，并曾創(chuàng)造總重達44066t的世界最高紀錄。第四十六頁，共五十六頁。世界重載運輸技術(shù)的發(fā)展北美鐵路是重載運輸發(fā)展最早的地區(qū)，70年代末美國一級鐵路開始了重載運輸。美國重載列車通常編組在100輛以上，列車重量可達萬t左右。南非鐵路窄軌重載運輸，在世界享有盛名，對推動這一領(lǐng)域的技術(shù)進步產(chǎn)生了積極影響，南非重載運輸列車編組達20000t。第四十七頁，共五十六頁。世界重載運輸技術(shù)的發(fā)展澳大利亞重載列車采用大功率機車、大軸重專用貨車，編組為120輛以上，列車總重1－2萬t。巴西的礦石專列為206-320輛重載敞車編為一組，列車總重量達26000t-32000t。重載列車擴大了列車編組，提高列車重量，可以大幅度提高鐵路運輸能力，顯著降低運輸成本，大大提高勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。第四十八頁，共五十六頁。中國鐵路重載運輸發(fā)展的三個階段第一階段自1984年至1990年，主要為改造舊線，開行組合式重載列車。選擇了晉煤外運通道的豐臺—沙城—大同線和北京—秦皇島線為試點，開行組合式重載列車。采用內(nèi)燃機車雙機牽引7400t，使用縮短型敞車和裝有配套技術(shù)的新型車輛。根據(jù)貨流的特點，采取了固定車底、固定機車、固定發(fā)到站、固定運行線，從大同西站出發(fā)直達秦皇島東站，卸車后原列空車返回，進行循環(huán)拉運。組合式重載列車對擴大晉煤外運數(shù)量，緩解沿海繁忙干線能力緊張，促進國民經(jīng)濟的發(fā)展作出了重要貢獻。第四十九頁，共五十六頁。中國鐵路重載運輸發(fā)展的三個階段第二階段自1990年至1992年，新建大同至秦皇島鐵路運煤專線，開行單元式重載列車。大秦鐵路是借鑒加拿大、澳大利亞等國開行重載單元列車的經(jīng)驗，在國內(nèi)新建的第一條雙線電氣化重載運煤專線，全長653公里。1988年試驗開行了單機牽引6000t，雙機牽引10000t單元式重載列車。1992年底正式開行列車重量為6000t和10000t的單元列車。2006年6月1日,大秦線開行的重載列車牽引總t位達到20000t，跨入了國際先進行列