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13级铁道机车车辆 2013232319 李永辉 电力机车的发展与前景 电力机车本身不带原动机，靠接受接触网送来的电流作为能源，由牵引电动机驱动机车的车轮。电力机车具有功率大、热效率高、速度快、过载能力强和运行可靠等主要优点，而且不污染环境，特别适用于运输繁忙的铁路干线和隧道多，坡度大的山区铁路。电力机车是从接触网上获取电能的，接触网供给电力机车的电流有直流和交流两种。由于电流制不同，所用的电力机车也不一样，基本上可以分为直-直流电力机车、交-直流电力机车、交-直-交流电力机车三类。 直直流电力机车采用直流制供电，牵引变电所内设有整流装置，它将三相交流电变成直流电后，再送到接触网上。因此，电力机车可直接从接触网上取得直流电供给直流串励牵引电动机使用，简化了机车上的设备。直流制的缺点是接触网的电压低，一般为l500V或3000V，接触导线要求很粗，要消耗大量的有色金属，加大了建设投资。交直流电力机车在交流制中，目前世界上大多数国家都采用工频（50Hz）交流制，或25Hz低频交流制。在这种供电制下，牵引变电所将三相交流电改变成25kV工业频率单相交流串励电动机，把交流电变成直流电的任务因机车上完成。由于接触网电压比直流制时提高了很多，接触导线的直径可以相对减小，减少了有色金属的消耗和建设投资。因此，工频交流制得到了广泛采用，世界上绝大多数电力机车也是交直流电力机车。交直交电力机车采用直流串励电动机的最大优点是调速简单，只要改变电动机的端电压，就能很方便地在较大范围内实现对机车的调速。但是这种电机由于带有整流子，使制造和维修很复杂，体积也较大。而交流无0整流子牵引电动机（即三相异步电动机）在制造、性能、功能、体积、重量、成本、及可靠性等方面远比整流子电机优越得多。它之所以迟迟不能在电力机车上应用，主要原因是调速比较困难。改变端电压不能使这种电机在较大范围内改变速度，而只有改变电流的频率才能达到目的。因此，只有当电子技术和大功率晶闸管变流装置得到迅速发展的今天，才能生产出采用三相交流电机的先进电力机车。交直交电力机车从接触网上引入的仍然是单相交流电，它首先把单相交流电整流成直流电，然后再把直流电逆变成可以使频率变化的三相交流电供三相异步电动机使用。这种机车具有优良的牵引能力，很有发展前途。德国制造的“E120”型电力机车就是这种机车。1866年，德国工程师西门子与技师哈卢施卡联营创立电机公司，发明强力发电机，制成世界上第一列电力机车。第二年在巴黎博览会上展出，震惊了许多人。1879年，在柏林的工商业博览会上，这辆世界最早的电力火车公开试运行。列车用电动机牵引，由带电铁轨输送电流，功率为3马力，一次可运旅客18人，时速7公里。两年之后1881年，柏林郊外铺设了规模虽小，但为世界最初营业用的电车路线。同时德国又试验成功驾空接触导线供电系统，使电力机车的供电线路由地面转向空中，机车的电压和功率都大大提高。1895年，在美国的巴尔的摩一俄亥铁路线上首次出现了长途电力机车。机车重96吨，1080马力，采用550V直流供电。1901年，西门子、哈卢施卡电机公司制造的电力机车在柏林附近创造了时速160公里的记录。与此同时，在1880年，美国爱迪生也进行了电车的实验。 中国第一台电力机车于1958年诞生于湖南株洲，命名为“韶山”，为中国铁路步入电气化立下了汗马功劳。电力机车由于速度快、爬坡能力强、牵引力大、不污染空气，因此发展很快。地下铁路也随着电车的出现而得以发展。近年来，随着电力、电子技术的发展以及环保意识的倡导，电力机车的发展取得了巨大的技术进步。电力机车弯道速度遥控技术是铁道部门发展的重要技术之一，它的发展直接制约着电力机车速度和运行效率的提高。本文简要介绍了目前的电力机车弯道速度遥控技术的发展概况，分析了电力机车弯道速度遥控系统的基本原理。该项技术以最新推出的电力机车弯道速度遥控系统的核心接收控制系统为中心，以信号的发送和接收以及提示报警系统为辅助，设计了电力机车弯道速度遥控的信号发射系统、信号接收系统、单片机接收控制系统和接收报警系统。本课题着重对其中的接收报警系统进行了详细的介绍。接收报警装置采用超声波发射接收装置作为机车到达弯道的检测元件,根据接收到的不同位置的编码信号,使系统发出相应的报警信号进行报警。这样，机车就能顺利通过弯道，并且大大提高了电力机车的运行效率。铁道机车车辆专业，该专业培养具有铁道机车生产、运用、检修、管理必备的专业知识和综合能力，能胜任铁道机车的生产、运用、管理、检测、检修和机车调度等岗位的高级技术应用性专门人才。电力机车弯道速度遥控技术以最新推出的电力机车弯道速度遥控系统的核心接收控制系统为中心，以信号的发送和接收以及提示报警系统为辅助，设计了电力机车弯道速度遥控的信号发射系统、信号接收系统、单片机接收控制系统和接收报警系统。接收报警装置采用超声波发射接收装置作为机车到达弯道的检测元件,根据接收到的不同位置的编码信号,使系统发出相应的报警信号进行报警。这样，机车就能顺利通过弯道，并且大大提高了电力机车的运行效率。ATC是一套以安全和效率为目的、调节列车运行间隔的自动控制设备，通过车载设备、地面设备、车站和控制中心组成的控制系统完成列车运行控制。ATC系统包括三个子系统：列车自动监控系统(ATS)，列车自动保护系统(ATP)和列车自动运行系统(ATO)。ATS子系统实现监督、引导列车按预定的时刻表运行，保证地铁运行系统的稳定性。它通过转换道岔建立发车进路，并向列车提供由控制中心传来的监督命令。ATP子系统具有超速防护、零速度检测和车门限制等功能。ATP提供速度限制信息以保持列车间的安全间隔，使列车在符合限制速度的标准下运行。在打开车门前，ATP先检查各种允许打开车门的条件，检查通过后，才允许打开车门。ATO子系统能自动调整车速，并能进行站内定点停车，使列车平稳地停在车站的正确位置。ATO从ATS处得到列车运行任务命令。其信息是通过轨道电路或轨旁通信器传送到列车上的。信息经过处理后传给ATO，并显示相关信息。ATO获得有用信息后，结合线路情况开始计算运行速度，得出控制量，并执行控制命令，同时显示有关信息。到站后，开门条件允许后，ATO打开车门。停站期间，列车通过车-地通信系统把列车信息传送给地面通信器，然后传到ATS。中国电力机车发展一.现代高速铁路发展对电力机车牵引动力的需求 1. 高速铁路货运特点：重载高速，集中化，单元化。大型化，标准化的集装箱运输。节省包装简化手续。 案例：俄罗斯曾实验开行 4340吨由440辆车组成的长6.5公里的由4台电力机车牵引的重载列车。 2.铁路客运特点：高速度，大密度，高频率。多采用电力机车牵引动车组，双层车厢。 3.电气化铁路成为发展趋势：向交直交传动，计算机控制系统电力机车牵引方向发展。 4.我国高速铁路的发展趋势。高速铁路：高速重载铁路。列车速度为200公里/小时。（UIC国际铁路联盟定义）安全，准时，快速，方便，舒适，环保。科技含量高，制动性强，运量大，适用于城际之间高频运输。对线路要求复线，站间距离长，线路尽可能平直，多立交和封闭性，牵引动力多采用电力机车，或电力机车动车组（客运）。要求列车车体有强大的制动性能。车体流线型，减少阻力。安装列车自动控制装置。对牵引动力的需求：需要采用电力机车或（磁悬浮），功率和牵引动力更大，有新型的动力装置和传动装置。要求：动力采用相对集中或分散（日本动车组），法国（相对集中），德国（两种兼备）。在高速条件下先进的制动技术提高和改进。对电力机车要求可靠性高的受电技术和装备。要求车载微机控制列车牵引，需要新型制动和智能控制技术。列车牵引和车辆发展趋势，要求适用高速条件下车体的走型部和外型。 二.我国电气铁路和电力机车发展简史： 1.1958年研制出我国第一台电力机车。1961年中国第一条电气化铁路宝风线（宝鸡到风洲）93公里建成。1980年中国电气化铁路里程达到1033公里。电力机车保有量达到210台。1988年电气里程5737公里，电力机车1224台。完成总运量的13.4%。1997年电气铁路达到11637.7公里，不含香港34公里和台湾498公里，电力机车保有量2870台，完成总运量的27% 2.电力机车技术引进和早期研制：第一代电力机车。1957年1978年仿制和改进阶段，主力车型是韶1（SS1）特点：采用大功率半导体硅整流，20触头组调压开关，700KW有补偿4级高压脉流牵引电动机，电阻制动。4200KW，速度90公里/小时。 3.国产第二代电力机车；株洲厂1977年研制的韶3（SS3），特点4800KW,100公里/小时，8级晶闸管相控调压，800KW4级高压脉流牵引电动机。 4.国产第三代电力机车：1983-1985年我国研制出了韶4(ss4)货运电力机车。功率6400KW，8轴，最高速度100公里/小时。当时是中国功率最大的机车。技术特点：采用了经济四段半控桥晶闸管相控平滑调压，两级电阻制动和恒速，恒励滋控制，800kw中压脉流牵引电动机，B0转向架等先进技术，牵引制动性能优良，粘着利用充分。1985年，中国从法国购进了8K型电力机车。1986年从日本购进了6K型电力机车。中国先后研制了SS3G,SS3B,SS4G,SS4B,SS5,SS6,SS6B,SS7.SS8等型号的电力机车。技术采用消化吸收日法等国家电力机车先进技术，在自我吸收和创新的基础上，1998年6月，在武汉郑州段我国自主设计研制的SSB,创造了国产电力机车最高时速240公里/小时。已经采用微机控制的恒流准恒速特性控制技术，低位平杆牵引装置。 5.国产第四代电力机车：交流传动是现代国际电力机车技术发展的趋势。 1991年，我国开始研制AC40000型交直交电力传动机车。1995年成功。功率4000KW，最高时速120公里/小时，1025KW异步牵引电动机，体积小，重量轻，故障率低。能耗低，采用微机诊断检测控制系统。由西南交大牵引动力国家重点实验室实验成功。1996年，广州深圳铁路租赁瑞典X2000摆式列车。一节动车，六节拖车组成，3260KW，最高速度210公里/小时。交流传动，三相交流异步牵引电动机，G60晶闸管交流器，径向自导转向架技术，客车主动摆式技术，微机处理控制系统。对我国新的电力机车研制趋势有一定借鉴作用。 6中国京沪高铁设计论证。开始于上世纪90年代，组织专家，学者论证，主要用于北京，天津，济南，南京，上海铁路客运，设计铁路列车时速300公里/小时。电力机车牵引。 7.中国电力机车发展的特点和意义：40多年的风雨历程，经历了3个阶段，开发出4代产品，17种车型，2500多辆机车。第一阶段，1956年到1968年。引进和仿制阶段。第二阶段1968到1985年。艰难成长阶段。第三阶段：1985年至今。迅速发展阶段。由仿制到独立设计，政策为：大力发展电力牵引，合理发展内燃牵引。 国产电力机车技术发展比较： 1、速度的变化 48km/h90km/h120km/h140km/h160km/h200km/h 以上 2、运行方式的变化 调压调速恒流准恒速 串励电机复励电机 有级的磁场削弱无级的磁场削弱3、机械部分的变化 牵引装置：摆式支承中心销牵引杆 悬挂装置：抱轴式悬挂（滑动）抱轴式（滚动）架悬式悬挂 弹簧装置：板弹簧圆弹簧高圆弹簧 制动装置：单纯的空气制动，电制动空电联合制动 4、新技术的采用 采用微机进行控制、监测、记录、保护等 防空转/滑行保护 轴重转移的补偿 自动通过绝缘分相区 机车重联 意义：奠定了中国高速铁路发展的物质基础和技术人才基础，开创了自主设计和创新的新篇章，将使中国特色的高速电气铁路迅速进入现实发展阶段，逐渐达到世界先进水平。三现代电力机车发展趋势。 1.电力机车制动机的发展趋势。现代铁路货运多采用重载快速运输，旅客列车运行速度达到200公里/小时以上，实验列车速度达到500公里/小时。普遍开始采用电空制动，盘型制动，再生制动，轨磁制动的组合制动形式。采用单元制动，闸瓦间隙自动调节器。轮对进角调整，车体摆动控制等新装备。 电力机车将由摩擦制动，（动力制动）向非摩擦制动发展。1）电阻制动.电力机车上采用的辅助制动方法：制动时，将牵引电机转换为发电机，把列车的动能转化为电能，再由电阻器转换为热能散发到大气中，制动力的大小，可由牵引电机中的励磁电流进行控制。2）再生制动.与电阻制动类似，不同的是将牵引电机发出的电能通过电力设备反馈回供电系统，加以利用。3）轨道涡流制动。制动时，将转向架上的电磁铁放置在钢轨上方数毫米处，利用电磁铁和钢轨间的相对运动，在钢轨表面感应出涡流，把列车的动能转化为钢轨的热能，产生制动作用。4）旋转涡流制动。与轨道涡流制动原理相同，不同的是利用牵引电机的金属盘在电磁场中旋转，使金属盘表面产生涡流而发热，再由冷却风扇将热量散发到大气中，将列车的动能转化为热能。 2电力机车动力控制系统发展趋势。逐渐采用交直交传动，特点：单位功率大，启动牵引力大，粘着力强，效率高，速度快，适用我国重载货运，客运提速，既有线路扩容。直流电力机车接触网（单相交流）牵引电机（直流 交流电力机车接触网（单相交流）牵引电机（三相交流）交交 ，交直交，直交 ，磁悬浮列车直线电机（三相交流）采用电子计算机控制系统，经过了继电系统和半导体电子系统阶段，发展到电子微机控制系统。逐渐采用最高用电量控制技术。现代电力电子，电源技术的发展对电力机车的发展起到促进作用。电源技术，应用电子半导体器件，综合自动控制，计算机和电磁技术发展。多学科边缘交叉技术，在电力机车高质量，高效率，高可靠性电源中起关键作用。案例：电力机车手动控制的过分相问题，已经向电动机车和电动车组自动过分相技术发展，车内微机控制的普遍采用，车上自动控制断电方案是今后的发展方向。现在秦沈客运专线采用的是过分相预告信号及埋点方式仍是当前高速区段过分相的主流模式。 客运电力机车逐渐向动力分散的动车组发展。因为动车组更适合我国的客运繁忙的国情，总功率大，启动和制动性强，运量大，速度快，平均轴重轻。 动车；在客车车辆上安装动力装置，1906年，英国人首先制造了电传动150千瓦的动车。 动车组：在动车后面加挂动力车辆，形成动力联动的车组。两端均有驾驶台，不必调头就可返回起点站。主要应用在地铁和电气化铁路上。原理：随着机车速度的增加，轴重也在增加。动车组可采用全动力轴或部分为动力轴的方法减轻轴重，提高粘着牵引力，适合高速运行。 3. 电力机车电器的发展趋势 电力机车电器的概念：应用于铁路机车中，用来接通或断开电路，对电路或非电对象起到控制，保护，检测及调整作用的电气设备，称为机车电器。属于牵引电器，是组成机车电传动和自动化系统的基本组件。1）机车电器用途：与电机设备一起，作为完成机车运行各项操作的具体执行部件。实现对机车各电路的导通与断开的控制。实现各类电器间的控制，保护，检测及调整作用。 2 )主型电力机车使用的主要电器设备。受电弓，主断路器，转换开关，硅整流柜，司机控制器，微机控制柜，接触器，继电器，自动开关，万能转换开关，按键开关，蓄电池，熔断器，避雷器，电空阀，互感器，传感器。 3)电力机车电器的分类：电力机车电器按电路不同可分为主电路电器，辅助电路电器和控制电路电器。电力机车电器按作用不同可分为：开关电器，保护电器，控制电器，检测电器。受流器。习惯中，常将电力机车电器分为主型电器，接触器和继电器，其他电器三大类。 主型电器指专为电力机车设计，作用很关键，结构较复杂，体积较大的那些电器，如受电弓和主断路器等。 接触器用于主辅电路起开关作用，继电器多用于控制电路，起开关，控制和保护作用。 其他电器，除了上两类以外的所有电器的总称，包括互感器，传感器，避雷器，熔断器，蓄电池，各类开关等。 4）电力机车电器的发展趋势: 低压电器：提高使用寿命和操作频率，减少体积，减轻重量，扩大容量，降低成本。不断采用性能较好，运行可靠以及免维护的接触器及继电器，广泛应用无触点电器及混合式电器。高压电器：发展大容量，快速动作，断口电压高的新系列产品，如应用真空断路器。努力发展组合电路器及成套配电装置。 总体上的发展趋势：提高工作可靠性，电器寿命，提高分断能力，减少体积，简化拆装线路，降低费用的基本方向发展。 5） 受电弓的发展趋势 现在主型电力机车使用的受电弓：韶山系列第三代电力机车普遍安装TSG3630/25型单臂受电弓，它是以法国Faiveley公司的AM51UF型受电弓为基础的国产化产品。近年来在以SS9G、SS7E为代表的新型机车中开始换装设计速度达200Km/h的 DSA200型单臂受电弓，已成为目前国内新造电力机车的首选产品，并适用于相应速度等级的各种电力机车及动车组。 TSG3(6)630/25型受电弓： 工作特点： a.受流方式：受流时“滑动受流”（滑动接触） b.动作特点：升降时“先快后慢”（快动免击） c.使用方式：使用时“后弓运行”（防砸免污） 5）技术创新及改进和发展的趋势： a.弓头支撑改用弹簧盒取代原用支架,保证机车运行时，弓头能随着接触导线的高度变化而作前后点头及上下动作，以改善受流质量。 b.底架部分装有阻尼器用来吸收高速运行下的冲击 震动。有：170Km/h 无：120Km/h c.传动部分采用直线式结构（与车顶呈15度夹角），使传动动作更简洁迅速；用转臂取代滑环和拐臂的配合，使结构更简单明了。 d.采用活塞式缓冲阀，安装于车体内部，便于调整升、降弓时间。为压缩空气流量控制阀。借助改变通流管路的截面大小来调节气流量，确保升降弓“先快后慢”的动作特点的实现。 整弓及弓头向重量轻、动态接触性能稳定、弓网跟随性优良的方向发展。 先进的结构设计及大量采用优质铝合金和不锈钢等轻型材料保证了较轻的整弓质量，是原来TSG3型受电弓质量的一半；尤其是轻质量的弓头及较大的弓头自由度实现了弓网的良好接触，在已进行的弓网试验检测表明，离线率几近为0。 e.受流性能更加理想 滑板长度超出TSG3型受电弓326mm，达到1576mm，使得受流范围更大，不会发生拉出值超限的情况，性能更加稳定；最大可受取1000A的电流，受流能力有进一步的提高。 采用气囊式驱动，升降弓动作速度更快。 f、采用ADD自动降弓装置 安全独特的ADD系统结构简单、可靠性高，反应灵敏，动态情况下1.2s离线150mm。 g、可匹配集成化主断控制器 在弓网故障发生时，主断控制器可断开机车主断路器，从而避免了带负载降弓时弓网之间产生拉弧而损坏受电弓和接触网。该装置输出为无触点控制，体积小、可靠性高、安装简单。 h、在接触网线正常的情况下，实现10万公里免维护。由于关键件采用国际知名品牌，质量可靠，如荷兰KONI公司的阻尼器，德国KNORR公司和日本SMC公司的阀类，德国INA、ASK、及FAG轴承，法国生产的气囊等。高质量配件的采用大大降低了产品的故障率及维修费用。 i、耐侯性及耐腐蚀性强 产品可在-40+70的气候条件下正常使用，适应中国广大地区及高温、高寒、高空气盐密地区。 j、产品的质量保证期长、寿命长 整弓的质量保证期为50万公里或48个月。整弓的设计寿命为30年；易损件设计寿命均在5年以上。 6)主断路器的发展趋势： a.作用： 总开关接通或切断机车总电源。 总保护当机车发生短路、过载、欠压、接地等严重故障及在牵引工况下机车发生紧急停车时，能自动切断机车电源。 b.发展方向：大容量、快速动作、断口电压高的新系列产品，如应用真空断路器。 c. TDV3型双 断口真空断路器. 适用于电力机车和电动车组作为主断路器使用，它是一种新型的技术先进、极具发展前途的高压开关。以真空作为绝缘介质和灭弧介质，利用其高绝缘强度和去游离作用进行灭弧。与空气断路器相比，具有结构简单、工作可靠、分断容量大、动作速度快、绝缘强度高、维修方便等优点。 铁道机车就业前景随着我国铁路、城际轨道交通和城市地铁建设发展，带来了交通运输类人才需求的迅猛增长，铁道机车车辆专业就是其中之一。铁道机车车辆是一个集合名词，称呼所有在铁路运输上的车辆，主要分机车和车辆两部分。学生主要学习研究机车的构造工作原理，毕业后从事机车研究、生产、牵引、检修等工作。近几年铁路和城市地铁建设发展，确实带来了交通运输类人才需求的增长。教育部公布的2011年本专科专业就业状况中，铁道机车车辆专业的就业率区间处于B+阶段85%。在麦可思2012届就业率较高的“主要高职高专专业前50排名”中，该专业排名第六，就业率为96.1%。当然，这个专业对口性比较强，开设的院校不多，国内专科阶段开设该专业的院校有24所，2012年毕业生规模在5000-6000人左右，毕业生中男性占95%;女性占5%。铁道机车车辆专业毕业生就业领域包括：铁路机务运用管理、电力机车大修厂和生产厂检测、检修部门，从事机车驾驶工作；机车车辆设备维修养护、技术改造、检修；机车车辆设备保养、机车车辆整备作业等工作。 2011年中国铁路固定资产投资计划同比约增长3%，其中基本建设投资规模同比保持不变，仍为7000亿元；更新改造投资规模同比增长12%，铁路机车车辆购置投资规模同比增长26%。铁路固定资产投资总规模的增长，带动车辆装备行业整体发展，机车车辆购置投资的增加预示今年的车辆市场有加快发展的态势，客货分线,也给货车市场发展带来机遇。 随着市场的不断发展和各企业实力的增强，国内货车制造厂家间竞争日