軌道交通車輛新技術(shù) 課件 項目六 既有線提速車輛技術(shù)

擺式列車：技術(shù)、分類與應(yīng)用探索擺式列車的概述、分類及轉(zhuǎn)向架介紹01認(rèn)識擺式列車02擺式列車的概述CONTENTS03擺式列車的分類04擺式列車的轉(zhuǎn)向架認(rèn)識擺式列車認(rèn)識擺式列車擺式列車是一種車體在轉(zhuǎn)彎時可以左右傾斜擺動的列車，能夠在普通路軌上的彎曲路段高速駛過而無需減速。擺式列車定義擺式列車由車體、走行部和傾擺系統(tǒng)3大部分組成，其中傾擺系統(tǒng)又由傾擺執(zhí)行機(jī)構(gòu)、作動器和控制系統(tǒng)組成。擺式列車組成擺式列車運行時,先由控制系統(tǒng)根據(jù)軌道的具體情況來控制作動器工作,然后輸出給傾擺執(zhí)行機(jī)構(gòu)。擺式列車運行原理傾擺執(zhí)行機(jī)構(gòu)再使列車發(fā)生傾擺,最后仍然由控制系統(tǒng)對列車傾擺角進(jìn)行檢測,控制作動器的工作。擺式列車關(guān)鍵裝置擺式列車的概述擺式列車的概述擺式列車組成擺式列車由車體、走行部和傾擺系統(tǒng)3大部分組成，其中傾擺系統(tǒng)又由傾擺執(zhí)行機(jī)構(gòu)、作動器和控制系統(tǒng)組成。擺式列車定義擺式列車是一種車體在轉(zhuǎn)彎時可以左右傾斜擺動的列車，能夠在普通路軌上的彎曲路段高速駛過而無需減速。擺式列車運行原理擺式列車運行時,先由控制系統(tǒng)根據(jù)軌道的具體情況來控制作動器工作,然后輸出給傾擺執(zhí)行機(jī)構(gòu)。擺式列車的優(yōu)勢擺式列車所獨有的一套裝置，也是擺式列車的關(guān)鍵所在，可以提高列車的穩(wěn)定性和乘坐舒適度。傾擺系統(tǒng)的重要性傾擺執(zhí)行機(jī)構(gòu)再使列車發(fā)生傾擺，最后仍然由控制系統(tǒng)對列車傾擺角進(jìn)行檢測，控制作動器的工作。擺式列車的分類自然傾斜式擺式車體結(jié)構(gòu)簡單應(yīng)用實例目前西班牙Talgo、日本381系列為自然傾斜式，并且日本381還采用了加裝控制風(fēng)缸的辦法，來輔助強制車體傾斜。傾斜方式自然傾斜式擺式車體是一種無源擺式車體，由滾輪裝置和高位空氣彈簧支承，當(dāng)車輛通過曲線時，車體自然地向曲線內(nèi)側(cè)傾斜。傾斜角度自然傾斜式擺式車體傾斜角度可達(dá)到3.5°～5°，能提高常規(guī)列車曲線運行速度14%～16%。存在問題自然傾斜式擺式車體存在車體傾斜滯后現(xiàn)象，目前在進(jìn)入曲線或駛出曲線時，車體傾斜滯后，影響乘坐體驗。強制傾斜式擺式車體具有擺動角度大等優(yōu)點強制傾斜式擺式車體是一種有源擺式車體，利用曲線檢測裝置、車載計算機(jī)控制裝置和傾擺傳動裝置進(jìn)行傾擺。傾斜方式強制傾斜式擺式車體的傾擺角度一般為8°，最高可達(dá)到10°，能夠顯著提高常規(guī)列車曲線運行速度，幅度可達(dá)30%～35%。傾擺角度強制傾斜式擺式車體具有擺動角度大、提速幅度大等優(yōu)點，是擺式列車發(fā)展的重要方向，未來有希望得到更廣泛的應(yīng)用。傾擺系統(tǒng)擺式列車的轉(zhuǎn)向架X2000轉(zhuǎn)向架x2000是瑞典ABB公司開發(fā)成功的擺式列車，是目前世界上較為成功的擺式列車之一。柔性定位轉(zhuǎn)向架X2000擺式列車轉(zhuǎn)向架為一系柔性定位轉(zhuǎn)向架，輪對搖頭定位剛度較小，易于趨于徑向。曲線通過能力強與普通的剛性較大的轉(zhuǎn)向架相比，X2000擺式列車在通過曲線時輪對可較容易地趨于徑向。瑞典X2000擺式列車轉(zhuǎn)向架瑞典X2000擺式列車轉(zhuǎn)向架123這種轉(zhuǎn)向架在半徑較大的曲線上趨于曲線徑向的能力較好，但曲線半徑較小時，導(dǎo)向效果不佳。導(dǎo)向效果不佳在擺枕和搖枕之間設(shè)置車體傾擺機(jī)構(gòu)，屬于簧間擺結(jié)構(gòu)，傾擺機(jī)構(gòu)布置在一、二系懸掛之間。傾擺機(jī)構(gòu)設(shè)置采用簧間擺結(jié)構(gòu)，二系彈簧和車體一起傾擺，二系彈簧受力不受傾擺的影響，受力狀況較好?；砷g擺結(jié)構(gòu)瑞典X2000擺式列車轉(zhuǎn)向架

傾擺角不足一般情況下，不需要二系橫向主動懸掛裝置。缺點是在傾擺過程中，二系彈簧要變形，車體實際傾擺角小于理論傾擺角。傾擺機(jī)構(gòu)組成車體傾擺機(jī)構(gòu)由四根“八”字形吊桿和兩個液壓作動器組成，作動器一端位于擺枕上，另一端位于搖枕上。吊桿與作動器作用車體和傾擺機(jī)構(gòu)的重量通過吊桿機(jī)構(gòu)坐落在搖枕上，液壓作動器負(fù)責(zé)提供傾擺力量，推動車體發(fā)生傾擺。德國VT611擺式動車組轉(zhuǎn)向架VT611轉(zhuǎn)向架在搖枕和構(gòu)架之間有車體傾擺機(jī)構(gòu)，車體傾擺機(jī)構(gòu)為四根“八”字形吊桿和一個滾珠絲桿直線驅(qū)動的電動調(diào)節(jié)器。搖枕與構(gòu)架橫梁吊桿與構(gòu)架橫梁位于擺枕和構(gòu)架橫梁之間，車體和傾擺機(jī)構(gòu)的重量通過吊桿機(jī)構(gòu)坐落在構(gòu)架橫梁上。VT611擺式動車組轉(zhuǎn)向架是帶有機(jī)電式主動傾擺裝置的轉(zhuǎn)向架，該轉(zhuǎn)向架是專門為VT611型擺式動車組而開發(fā)的。意大利ETR460擺式列車轉(zhuǎn)向架ETR460轉(zhuǎn)向架一系懸掛為兩組螺旋彈簧，輪對采用帶彈性節(jié)點的拉桿定位。ETR460轉(zhuǎn)向架ETR460轉(zhuǎn)向架的另外一個特點是二系橫向采用了主動懸掛裝置，能夠提高列車的穩(wěn)定性和乘坐舒適度。ETR460特點轉(zhuǎn)向架設(shè)有一系垂向減振器、二系橫向和垂向減振器以及抗蛇行減振器。橫向主動懸掛傾擺機(jī)構(gòu)置于轉(zhuǎn)向架之內(nèi)，車體通過吊桿吊掛在轉(zhuǎn)向架的搖枕上。傾擺機(jī)構(gòu)設(shè)置轉(zhuǎn)向架二系采用高圓簧，滿足車體傾擺所需要的垂向變形，使轉(zhuǎn)向架具有較小的橫向剛度。二系橫向主動懸掛0201030405謝謝觀看項目一軌道交通發(fā)展史變革軌道：跨時代的交通技術(shù)可變軌距技術(shù)01可變軌距技術(shù)的概述02可變軌距技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀CONTENTS03地面變軌裝置04自動軌距轉(zhuǎn)換安全保障關(guān)鍵技術(shù)可變軌距技術(shù)的概述全球軌距分布米軌（1000毫米）占據(jù)世界鐵路的8%，是鐵路軌道的一種制式。米軌占比窄軌鐵路標(biāo)準(zhǔn)軌距寬軌窄軌鐵路（1067㎜）占據(jù)世界的7%，是一種比標(biāo)準(zhǔn)軌距更窄的鐵路制式。標(biāo)準(zhǔn)軌（1435毫米）占據(jù)世界鐵路的59%，是應(yīng)用最廣泛的軌距標(biāo)準(zhǔn)。寬軌（大于1435毫米，6種軌距）占據(jù)世界鐵路的22%，是軌距較寬的鐵路制式。軌距間互聯(lián)互通的方式直接換乘更換轉(zhuǎn)向架和輪對采用第三線可變軌距列車人員下車，貨物卸車，效率很低，特別是貨物運輸。在原軌道上多修一條軌，加入地面設(shè)備成本，需特殊信號機(jī)和道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)設(shè)備。把車輛架起來，更換不同軌距的轉(zhuǎn)向架和輪對，技術(shù)含量低，實現(xiàn)效率較快。可變軌距轉(zhuǎn)向架和配套的地面變軌裝置，技術(shù)含量高，省時便捷，實現(xiàn)跨軌距不停車自動快速通行?？勺冘壘嗉夹g(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀日本鐵路概況日本鐵路以新干線為代表的1435mm準(zhǔn)軌與以JR既有線為代表的1067mm窄軌兩大軌距。都營新宿線都營新宿線上采用1372mm窄軌，比中國線路情況復(fù)雜，因此日本較早啟動可變軌距技術(shù)研究?？勺冘壘噢D(zhuǎn)向架研究日本可變軌距轉(zhuǎn)向架的研究使動力轉(zhuǎn)向架具有實現(xiàn)可變軌距的可能性。日本日本可變軌距轉(zhuǎn)向架研究方向日本可變軌距轉(zhuǎn)向架研究分兩大方向，一是車輪與牽引電動機(jī)一體化的獨立車輪旋轉(zhuǎn)方式轉(zhuǎn)向架；二是采用平行萬向軸驅(qū)動裝置的左右車輪整體旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向架?？勺冘壘嘬嚰夹g(shù)研究日本研究了三代可變軌距車技術(shù)，第一代實驗車輛從1999年到2006年間，陸續(xù)在西日本與九州的區(qū)域間路線實驗運行?？勺冘壘嘬嚰夹g(shù)第二代第二代軌距可變列車試驗車以大型化以及高速安定為目標(biāo)，2009年12月24日，在日本九州新干線川內(nèi)車站至新水俁車站間，軌距可變列車試驗車達(dá)成了時速270公里的速度試驗。日本可變軌距車技術(shù)第三代第三代軌距可變列車試驗車預(yù)定在2022年九州新干線長崎線通車時使用。日本存在的問題日本可變軌距技術(shù)存在的問題包括轉(zhuǎn)向架重量過大、成本過高，軌距改變機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性不能滿足實用商業(yè)運行的需要。西班牙研究可變軌距技術(shù)：最早開始研究可變軌距技術(shù)的是歐洲的西班牙，擁有最成熟的可變軌距技術(shù)，并由兩大廠家生產(chǎn)可變軌距技術(shù)產(chǎn)品。掌握專利技術(shù)：西班牙主要兩個廠家生產(chǎn)可變軌距技術(shù)產(chǎn)品，Talgo-RD和CAFBRAVA，兩大廠家技術(shù)成熟，控制著可變軌距的大量專利技術(shù)。CAF轉(zhuǎn)向架產(chǎn)品：CAF是一家主要生產(chǎn)轉(zhuǎn)向架的公司，其轉(zhuǎn)向架產(chǎn)品可以和車體結(jié)合，為鐵路車輛提供穩(wěn)定的支撐和導(dǎo)向。Talgo可變軌距列車：Talgo是西班牙一家最早的可變軌距列車生產(chǎn)廠家，可追溯到1969年，并生產(chǎn)制造應(yīng)用在低溫環(huán)境下的俄羅斯鐵路和應(yīng)用在風(fēng)沙特殊環(huán)境的哈拉曼高鐵的車輛。Talgo可變軌轉(zhuǎn)向架設(shè)計要點：Talgo可變軌轉(zhuǎn)向架設(shè)計的幾個要點包括輪對不共軸、獨立旋轉(zhuǎn)，變軌器帶有自動鎖定輪對/解鎖裝置，變軌器一端寬一端窄，分別對應(yīng)兩種目標(biāo)軌距，輪對被強行擠到目標(biāo)軌距。0102030405中國啟動時速400公里可變軌距高速列車研究中國于2016年10月啟動了時速400公里可變軌距高速列車研究，旨在滿足“一帶一路”沿線國家跨國聯(lián)運需求，實現(xiàn)不同軌距鐵路上運營，為“一帶一路”沿線國家的互聯(lián)互通提供技術(shù)支撐。下線時速400km/h可變軌高速動車組2020年10月21日，中國成功下線了時速400km/h的可變軌高速動車組，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向架地面自動變軌距，使列車能夠自由馳騁在不同軌距的鐵路線上。變軌距轉(zhuǎn)向架地面變軌裝置中車四方所研發(fā)了“變軌距轉(zhuǎn)向架地面變軌裝置”，是其中重難點關(guān)鍵裝備。中車四方所歷時近2年，從零開始，迎難而上，打破國外技術(shù)封鎖，先后攻克多項關(guān)鍵技術(shù)。地面變軌裝置地面變換裝置基本結(jié)構(gòu)可變軌距技術(shù)的地面裝備和轉(zhuǎn)換基本原理類似，地面變換裝置基本可分成準(zhǔn)軌引路、軌距變換部、窄軌引路三部分。地面變換裝置組成當(dāng)列車經(jīng)過時，軸箱支承軌會承受列車的重量，數(shù)百個輥子組成的軸箱支承軌能夠確保列車平穩(wěn)行駛。軸箱支承軌作用通過解鎖導(dǎo)軌打開軸箱鎖銷，車輪處于可以左右移動的狀態(tài)，導(dǎo)向軌將車輪橫向推到指定的位置后鎖銷鎖緊。鎖銷打開與關(guān)閉完成轉(zhuǎn)向架軌距變化后，車輪重新接觸鐵軌，列車就可以繼續(xù)在鄰國的土地上馳騁，節(jié)省了數(shù)個小時的等待時間。轉(zhuǎn)向架軌距變化轉(zhuǎn)換原理與關(guān)鍵技術(shù)鎖銷鎖緊與行駛當(dāng)導(dǎo)向軌將車輪橫向推到指定位置后，鎖銷鎖緊，轉(zhuǎn)向架軌距變化完成，車輪重新接觸鐵軌，列車?yán)^續(xù)行駛。地面變軌裝置作用地面變軌裝置是一種特殊軌道，安裝在兩種不同軌距鐵軌的銜接處，用于支撐列車重量并實現(xiàn)軌距變換。軸箱支承軌支撐當(dāng)列車經(jīng)過時，地面變軌裝置將列車重量轉(zhuǎn)移到軸箱支承軌上，使車輪懸空，為后續(xù)的軌距變換做準(zhǔn)備。導(dǎo)向軌橫向推車地面變軌裝置的導(dǎo)向軌將車輪橫向推到指定的位置，確保車輪處于可以左右移動的狀態(tài)，為后續(xù)的鎖銷鎖緊做準(zhǔn)備。全自動完成軌距的轉(zhuǎn)換地面變軌裝置是一種特殊軌道，安裝在兩種不同軌距鐵軌的銜接處，用于支撐列車重量并實現(xiàn)軌距變換。地面變軌裝置功能當(dāng)導(dǎo)向軌將車輪橫向推到指定位置后，鎖銷鎖緊，轉(zhuǎn)向架軌距變化完成，車輪重新接觸鐵軌，列車?yán)^續(xù)行駛。鎖銷鎖緊與行駛當(dāng)列車經(jīng)過時，地面變軌裝置將列車重量轉(zhuǎn)移到軸箱支承軌上，使車輪懸空，為后續(xù)的軌距變換做準(zhǔn)備。軸箱支承軌支撐地面變軌裝置的導(dǎo)向軌將車輪橫向推到指定的位置，確保車輪處于可以左右移動的狀態(tài)，為后續(xù)的鎖銷鎖緊做準(zhǔn)備。導(dǎo)向軌橫向推車自動軌距轉(zhuǎn)換安全保障關(guān)鍵技術(shù)橫向?qū)χ屑夹g(shù)控制列車在變軌裝置上走直線，使3m寬的列車行進(jìn)中左右偏差僅0.5mm。軌距控制技術(shù)精確控制軌距變換到指定數(shù)據(jù)，偏差小于0.5mm。垂向承載無沖擊轉(zhuǎn)換技術(shù)使500個獨立輥子的平順度控制在0.1mm內(nèi)，乘客無顛簸感覺。位移控制技術(shù)——毫米級的精準(zhǔn)控制變軌動態(tài)橫向應(yīng)力監(jiān)測技術(shù)0.001s內(nèi)客觀判斷變軌是否卡滯，及時預(yù)警。輪對內(nèi)側(cè)距在線智能監(jiān)測技術(shù)實時反饋變軌動態(tài)，判斷變軌的準(zhǔn)確性。智能實時監(jiān)測技術(shù)——不遺毫發(fā)的智能實時監(jiān)測能夠承載近70噸的整車重量（單輛），同時還要通過勻速滾動控制列車前行。水杯大小的輥子體現(xiàn)了輥子的高強度和軸箱支承軌的承載能力，節(jié)約了大量的人力物力。小體格大力氣高強度軸箱支承軌——力拔千鈞的承載力裝置全程動態(tài)自動變軌，24h運用，無人值守，節(jié)約了大量的人力物力。全程動態(tài)自動變軌可實現(xiàn)雙向平順通過，避免重復(fù)投資，進(jìn)一步提高了裝置的實用性和便捷性。雙向平順通過全程自動變軌裝置——自動智能的便捷性設(shè)備機(jī)械電氣系統(tǒng)均采用-50℃耐