高速铁路课件(全).ppt

高速铁路通论,1、绪论 2、高速铁路线路 3、高速铁路站场 4、高速动车组 5、高速铁路的牵引和供电技术 6、高铁列车运行控制系统 7、高速铁路调度指挥技术,2,高速铁路：1996年国际铁路联盟(UIC)的定义是：最高速度至少达到250kmh的专用线或最高速度达200km/h的既有线。 国际上根据铁路线路允许运行的最高时速作以下划分： 普通铁路（常速、中速）： 100160km/h 快速铁路（准高速或快速）： 160200km/h 高速铁路 ： 200km/h(既有线改造) 250km/h(新建线),一.绪论,1.1兴建高速铁路是客运市场发展的必然趋势 1.2世界高速铁路的发展情况及主要模式 1.3高速铁路的技术优势 1.4 我国高铁发展历程,1.1兴建高速铁路是客运市场发展的必然趋势,1825-1950,铁路运输处于垄断地位 50年代后受到了公路航空的挑战 根据“旅行时间”最短的法则，在主要优势为短途运输的公路和主要优势为长途运输的航空之间，仍然为铁路留有广宽的发展空间。,三种不同速度的高速列车的优势距离比较,210 km/h时， 300500km 250 km/h时， 250600km 300km/h时， 200800km,高速铁路与公路、航空、水运等客运方式是一种既相互竞争，又相补充的关系 兴建高速铁路是客运市场发展的必然趋势。,高速铁路技术是当代世界铁路的一项重大技术成就，它集中地反映了一个国家铁路牵引动力、线路结构、运行控制、运输组织和经营管理等方面的技术进步，也体现了一个国家的科技和工业水平。高速铁路在经济发达、人口密集的地区经济效益和社会效益突出。,1.2国外高速铁路的发展动态（1）,1.2国外高速铁路的发展动态（2）,自1964年日本东海道新干线以时速210公里的高速铁路投入运营以来，发达国家及一些发展中国家和地区竟相投资修建高速铁路。法、德、意、英、苏、瑞典、奥地利、西班牙、澳大利亚、美国、加拿大、巴西、南朝鲜和我国台湾等20多个国家和地区，都先后修建了高速铁路或制订了修建高速铁路计划。,法国TGV,运行于巴黎-里昂高速铁路的TGV,更舒适的TGV,欧洲之星, Eurostar,Thalys,Thalys and Eurostar,德国ICE（Inter City Express）,ICE1高速列车,ICE2高速列车 ICE3高速列车,ICE-V高速列车,日本高速新干线铁路网,100系列高速列车,0系列高速列车,200系列高速列车,300系列高速列车,400 系 列 高 速 列 车,500 系 列 高 速 列 车,E1系列高速列车,E2系列 高速列车,E3系列高速列车,1.2国外高速铁路的发展动态（4）,结论 日本、西欧高速铁路项目已经进入成熟发展期 东欧国家铁路的规划向西欧靠拢 新一轮的高速铁路建设高潮即将到来。,1.2 高速铁路发展的主要模式,高速铁路按其不同的建造和运营方式可分为三种类型: 1)既有线改造提速型（法国） 2)新建客、货共线型（德国） 3)新建客运专用型（日本）,1.3高速铁路的技术优势,高速铁路与普通铁路、公路、航空相比，其主要技术优势表现在： 1）速度快、旅行时间短。 2）行车密度高、运量大。 3）高速列车乘座舒适性好。 4）土地占用面积小。 5）能耗低。 6）环境污染小。 7) 外部运输成本低。 8) 列车运行准点。 9) 安全可靠。 10)不受气候影响，全天候运行。 11)社会经济效益好。,能耗低,一人使用1KWh的能源，乘坐不同的交通工具所能旅行的最长距离见图1.3一1。,环境污染小,交通工具排放到大气中有害物质有碳化物，氮化物，硫化物等，而其中的CO球变暖而倍受关注。三种交通工具排放有害物质的统计资料见图1.3一2。,列车运行准点,日本新干线平均晚点不超过1min。 西班牙AVE高速列车承诺晚点5min退赔全部票款。,中国高速铁路的发展历程, ,1994年我国第一条时速200km/h的准高速铁路-广州至深圳 铁路建成并投入运营，标志着我国铁路进入高速化时代。 2003年我国第一条客运专线-秦皇岛至沈阳客运专线建成 并投入运营，为探索适合中国国情的高速铁路的技术标准、施 工方法、运营管理及维护等积累了经验。 2007年4月18日，第六次铁路大提速在京哈、京沪、京广、京 九、陇海、浙赣、兰新、广深、胶济等干线展开。200km/h线 路延展里程达到6003公里，分布在京哈、京沪、京广、广深等 干线，其中京哈、京广、京沪、胶济线部分区段达到250km/h。,2004年，国务院批准了中长期铁路网规划（以下简称规划）。 2008年，发展改革委组织进行了修编调整。 截至2015年底，高速铁路1.9万公里，提前实现原规划目标。 2016版规划期限为2016-2025年,29,2004年版高铁发展规划 _2020年的目标：, ,建成客运专线1.2万公里，形成“四纵四横” 客运专线骨架； 建成环渤海、长江三角洲、珠江三角洲地区 快速客运系统铁路2000公里； 通过建设客运专线和推进既有线提速，建成 铁路快速客运网，实现： 2000公里左右范围内夕发朝至 4000公里左右范围内一日到达,中长期客运专线规划,京哈专线,徐兰专线 京沪专线 宁汉蓉专线 京广专线 杭甬深专线 杭长专线,青太专线,建成都市圈和城市带内快速 客运系统不小于2000公里。,环渤海地区,长江三角洲地区,珠江三角洲地区,三个区域城际轨道交通规划图,“四纵”客运专线： 北京上海客运专线，贯通京津至长 江三角洲东部沿海经济发达地区； 北京武汉广州深圳客运专线， 连接华北和华南地区； 北京沈阳哈尔滨（大连）客运专 线，连接东北和关内地区； 杭州宁波福州深圳客运专线， 连接长江、珠江三角洲和东南沿海地区。,“四横”客运专线： 徐州郑州兰州客运专线，连接西 北和华东地区； 杭州南昌长沙客运专线，连接华 中和华东地区； 青岛石家庄太原客运专线，连接 华北和华东地区； 南京武汉重庆成都客运专线， 连接西南和华东地区；, 三个城际客运系统：, 环渤海地区, 长江三角洲地区 珠江三角洲地区,城际客运系统，覆盖区域内主,要城镇。,2008年高速铁路网规划调整 为满足快速增长的旅客运输需求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”等客运专线以及经济发达和人口稠密地区城际客运系统。建设客运专线1.6万公里以上。,客运专线网规划,基本保持“四纵四横”格局， 主要增加北京至承德至沈阳、 长沙至昆明、合肥至福州、西 安至成都等客运专线。,（四）城际轨道交通规划,城际轨道交通在完善长三,角、珠三角、京津冀地区 城际轨道交通网的基础上， 重点增加了辽中南、山东 半岛、中原地区（郑州）、 关中（西安）、江汉平原 （武汉）、湘东（长株 潭）、成渝、海峡西岸,（闽东南）城镇群等经济 发达和人口稠密地区城际,轨道交通。,环渤海城市群,长三角城市群,珠三角城市群,成渝城镇群,辽中南城镇群,北部湾城镇群,山东半岛城镇群 中原城镇群,昆明地区城际,武汉城市圈 湘东城镇群,关中城镇群,海峡西岸城镇群,2016年高速铁路网规划,明确划分了高速铁路网建设标准。 高速铁路主通道规划新增项目原则采用时速250公里及以上标准（地形地质及气候条件复杂困难地区可以适当降低），其中沿线人口城镇稠密、经济比较发达、贯通特大城市的铁路可采用时速350公里标准。,39,区域铁路连接线原则采用时速250公里及以下标准。 城际铁路原则采用时速200公里及以下标准。,40,到2025年，其中高速铁路3.8万公里左右。在原规划“四纵四横”主骨架基础上，充分利用既有铁路，形成以“八纵八横”主通道为骨架、区域连接线衔接、城际铁路补充的高速铁路网。,41,42,“八纵”通道为： 沿海通道、京沪通道、 京港（台）通道、京哈-京港澳通道、 呼南通道、京昆通道、 包（银）海通道、兰（西）广通道,“八横”通道为： 绥满通道、京兰通道、 青银通道、陆桥通道、 沿江通道、沪昆通道、 厦渝通道、广昆通道。,43,交通运输学院运输组织所,44,小结,从发达国家的高速铁路建设可知，兴建高速铁路是客运市场发展的必然趋势，高速铁路以其运距和技术优势，在市场中占据了一席之地，为铁路发展开辟了一条新路。,第二章 高速铁路的线路,第一节 概 述,一、线路组成-路基、桥隧建筑物、轨道。 二、高速铁路线路的基本特点：,（2）高稳定性;,（3）高精度、小残变、少维修;,（4）宽大、独行的线路空间。,（1）高平顺性;,三、列车风的影响 当列车高速行驶时，在线路附近产生空气运动，这就是列车风。 当列车以200km/h速度行驶时，根据测量，在轨面以上0.814m、距列车1.75m处的空气运动速度将达到17m/s（61.2km/h，风速7级，接近8级)，这是人站立不动能够承受的风速。,当列车进入隧道时，原来占据着空间的空气被排开。空气的粘性以及气流对隧道壁面和列车表面的摩阻作用使得被排开的空气不能象在隧道外那样及时，顺畅地沿列车两侧和上部流动，列车前方的空气受压缩，所引起的纵向气流速度约与列车速度成正比。 在隧道中列车风将使得道旁的工人失去平衡以及将固定不牢的设备等吹落在隧道中，这都是一些潜在的危险。 国外有些铁路规定，在列车速度高于160km/h行驶时不允许铁路员工进入隧道。列车速度稍低时，也不让员工在隧道中行走和工作。,列车风对线路两侧的影响 列车高速运行时，列车风对线路两侧会产生一定压力，对沿线人员及建筑物造成一定的危害，国际铁路联盟规定：桥上栏杆至轨道中心距离3.33.6m，不足需设避车台。站台需要设置防护栏杆。,列车风对列车会车的影响 两个列车在双线上会车时，它们的头部产生的空气压力波（列车风）相互作用在对方的侧面，可能会产生危险。高速复线的线路间距，按最高速度的不同，应在4.2米以上。,第二节 线路的平面和纵断面,一、线路平面-直线和曲线（圆曲线和缓和曲线）,一、线路平面 1、曲线的影响： （1）降低行车速度。曲线会给运行中的列车造成一种附加阻力，称为曲线阻力。曲线半径越小，曲线阻力越大，运营条件越差，在其他条件相同时，运行速度也越低。 （2）增加轮轨磨耗。曲线半径越小，磨耗增加越大。,2、超高与曲线半径 列车在曲线上运行时，车辆和旅客都要经受离心力。 为了减小离心力和轮轨之间的相互作用力，采用在曲线线路上设置超高。 外轨超高：,欠超高取值：60130mm,实置超高取值：200mm,目前，除日本东海道新干线规定最大超高为200mm外，其余各线及法国高速干线最大超高均为180mm，德国85mm等。,最小曲线半径：,几个主要国家高速铁路的曲线半径（m）,( )内为最小半径,我国高速铁路曲线半径的选用：,3、缓和曲线线型及长度 随着列车运行速度的提高，过去使用的三次抛物线缓和曲线难以完全满足旅客舒适的要求，轨道稳定条件也受到一定影响。 为了改善这种状况，有些国家研究采用了半波正弦曲线。,缓和曲线的长度的选用： 外轨超高递增坡度不致使轮对内侧车轮轮缘脱轨 轮对外侧车轮升高速度不致影响旅客的舒适 未平衡离心加速度的增长率不致影响旅客的舒适,4、夹直线 列车通过同向或反向曲线时，受力情况极为复杂，除因外轨超高使车辆绕线路纵轴转动外，还有缓和曲线始点和终点处的冲击以及未平衡离心加速度变化的影响等。 因此，必须在同向曲线或反向曲线之间加入一段夹直线段。夹直线应尽量长些，特别是反向曲线时的夹直线更应长些，这对运营是有利的。,加直线长度选用： 法国规定：夹直线最小长度为0.5v(m)。 德国规定：夹直线最小长度0.4v(m)计算。 日本规定：一般应大于100m，列车速度低于110km/h时，可大于50m。 我国高速铁路最小夹直线按下式确定：,1、最大坡度： 东海道新干线的正线最大坡度为15。 我国高速铁路区间最大坡度的选用,二、线路纵断面-平道和坡道,我国最大坡度的选用,2、坡段间的连接 直线连接与竖曲线连接 高铁竖曲线设置条件： 坡度a-bi 竖曲线半径一般采用圆曲线,竖曲线半径的选用： 法国： TGV东南线采用25000m， TGV大西洋线采用16000m； 日本：除东海道新干线采用10000m； 其余各线均采用15000m。 我国：,注意：,三、线路间距 日本铁路曾对此做过研究与试验。在区间线路上，当两列时速250km的列车交会时，两车距离为0.8m的中间还是安全的，从而规定线路中心距至少为4.2m。在站内线间距4.6m。 法国此值规定为4.2m。 德国则规定为4.5m。,我国高速铁路线间距的选用,线路间距：,第三节 路基与桥梁,路基基床由表层和底层组成： 表层厚度应为0.7m，底层厚度应为2.3m， 总厚度为3.0m 。,0.7m,二、桥 梁,高速铁路桥梁的特点：,2.刚度大、整体性好 高速铁路桥梁，梁高梁重均超过普铁。,3、耐久性高 主要承重结构按100年使用要求设计，结构要易于检查维修以保证桥梁的安全使用等（设计、施工、维护三个阶段共同来保障）。,墩台基础的沉降控制严格 工后沉降容许值： （1）墩台均匀沉降量： 对于有碴桥面桥梁：30mm 对于无碴桥面桥梁：20mm （2）相邻墩台沉降量之差： 对于有碴桥面桥梁：=15mm 对于无碴桥面桥梁: =5mm,对于沉降难以控制区段的桥梁，采用可调支座。,4.上部结构优先采用预应力混凝土结构： 刚度大、噪音低，受温度影响变形小。,5.大跨度的特殊孔跨结构多：,跨越交通干线或通航河流，大量采用钢混结合梁、连续梁、斜拉桥、钢桁拱等特殊结构大跨度梁式桥，技术复杂，施工难度大。,三、隧道,三大空气动力效应：瞬变压力，洞口微气压波， 行车阻力,措施： A、采用大断面：低阻塞比，洞口设缓冲结构。以减轻瞬间气压变化气压波和噪声污染。,200km,单线:52 双线：80m,250km,单线:52 双线：80m,300km,单线:70 双线：100m,B、安全空间-内设把手、护栏等。 隧道内安全空间距线路中心3.0米以外，单线设在电缆槽一侧，双线在两侧，宽度0.8米，高度2.2米。,C、在长度大于8km的电气化铁路隧道，设置运营通风设备。,D、照明与防灾救援设备 设有防火设施、隧道内外检测通报技术及避难、通风、排烟设施等。,第四节 高速铁路轨道,1. 铺轨的平顺性，稳定性-必须对轨道结构、轨道基础进行系统优化。,一、高速铁道对轨道结构的要求,（3）合理的道床结构和几何尺寸； （4）有碴轨道需要优质的特级道碴等。,（1）采用大型养路机械作业；,（2）对钢轨精确打磨。,第四节 高速铁路轨道,2、合理的刚度、合理的弹性 铺设500m长钢轨技术难度大，对技术和工艺有新要求 (1)厂制标准轨长100米或50米； (2)工厂焊接并铺设300500米长轨； (3)现场采用移动接触焊工艺。,3、质量良好的养护与维修,二、高速铁路轨道结构与类型,（一)有砟轨道,（二)无砟轨道,三、高速铁路轨道结构组成,第五节 轨道技术监测与维修管理,1、预防性计划维修,2、日常养护管理,3、线路大修,高铁综合检测车,为了能够保障既有铁路的安全运行，中国在2007年开始决定研制高铁综合检测车。通过在列车上配置的种种先进设备能够在运行途中对沿线的轨道、路基、接触网、通信信号、车辆动态、转向架载荷等进行实时检测，检测出来的数据能够帮助运营人员及时处置各种安全隐患，以便在最大程度上确保高速铁路各系统的安全运行。,中国第一辆高速综合检测车是0号高速综合检测车。0号高速综合检测车集成了世界上最先进的高速铁路检测系统，它能够以最高250公里的时速对线路进行全方位的检测并将数据进行实时处理，可以说高铁综合检测车既能够提高铁路设备的检测效率也能够位铁路的维护保养和安全运营提供可靠的大数据支撑。,因为高速综合检测车能够检测出高铁线路存在的安全隐患而其又有黄颜色和白颜色两种，所以广大网友根据颜色的不同而将高速综合检测车亲切地称为白医生或者黄医生。,思考题：,无砟轨道的经济技术优势分析 高速铁路线路平纵断面技术特点 高铁轨道施工技术特点 高铁维护与保养机械化及必要性分析,一、高速铁路车站的特点 二、 高速铁路车站站型及技术设备,第3章 高速铁路车站,123,成都东站,124,贵阳北站,130,一、高速铁路车站的特点,1车站作业单一，只办理客运作业，不办理货运业务。 高速铁路运营初期，能力上会存在一定富余，但由于技术上的原因一般不开行货物列车。 日本、法国等多数国家高速铁路均不开行货物列车，德国虽存有两条客货混跑高速线，但仍以客车为多，货车主要在夜间运行，车站办理的作业主要是通过作业。我国高速铁路大部分也设定为不办理货运，即使如石太等客货混跑线的车站也基本不办理货运作业。,131,2在运行途中高速车站不办理行包、邮政托运业务，列车停站时间短。 我国普通客车多挂有行李车和邮政车。列车到达较大车站时，要进行邮件和行包的装卸作业，车站站台上沿站台的纵横向均须设置行邮拖车的走行通道，列车作业繁忙的大站通常需设横越股道、站台的地下通道，交叉干扰多，作业时间长，往往成为列车到发作业的主要限制因素。,132,3高速车站作业必须突出“以人为本、安全第一”的思想 高速铁路车站是一个大量人流集散的场所，其设计要以方便旅客使用为宗旨，从“管理为本”向“以人为本”的思想转变，在设计中提供多层次的出入通道引导旅客顺畅的进出站，做到快速集散客流、尽量减少旅客步行距离、减少滞留时间和安全方便。 不停站的高速列车通过车站的速度按设计要求应与区间相同，停站的列车进入咽喉区的速度也将达到80 kmh。随着列车运行速度的提高，在其通过或进站停车时产生强大的气压（列车风）。为了防止“列车风”危及人员安全，在车站内采取站台加宽、安全线后移等措施，来保证旅客人身安全、员工作业安全、列车运行安全、调车作业安全。,133,4.重视与既有铁路和其他交通方式的协调配合，方便旅客换乘。 日本高速铁路与既有线不联轨，高速铁路的列车开行方案具有统筹优化高速铁路与既有线、高速铁路与其它交通方式在各换乘地点和时间配合的特点。 与日本不同，法国高速铁路一般在铁路枢纽与既有线联轨，为减少旅客换乘而发展了高速列车下高速线、沿既有线继续运行至客流终到站的延伸服务模式。因此特别重视与既有线运行图在联轨站的协调配合和高速列车下线后在既有线的停靠方案及其时间安排。 德国高速铁路采用昼夜分区的客货混行模式，昼间运行旅客列车，夜间运行货物列车，在昼夜交替的时间段则为客货混行。因此除重视日间高速列车与普通城间列车的配合外，还特别重视在客货混行时间段的客货列车时间安排，尤其注意避免客货列车在区间隧道中交会，保证行车安全。,134,5高速车站的客运和行车组织工作要适应高效率快速作业要求 高速列车停站作业时间很短，列车停站时间最短1 min，立即折返的列车停站时间从国外经验看为1525 min，必须提高车站客运和行车组织工作水平，适应高速列车的高效、快速的作业要求。,高密度、小编组,二、高速铁路车站站型及技术设备 1、定义,高速铁路车站是高速铁路旅客运输的基层生产单位，是铁路与旅客之间联系的纽带，是铁路与旅客运输有关的行车、工务、电务等部门协调地进行生产活动的场所。,按作业性质和在线路上所处的位置分 越行站、中间站、始发（终到）站和枢纽站 按车站客运量分 大、中、小型客运站,2、分类,二、高速铁路车站站型及技术设备 3、越行站,定义 中国高速铁路特有的，设于站间距离较长的区间，办理高速列车越行作业的车站。 办理作业 不同速度列车之间的越行作业,日本、法国等国设有兼办越行作业和客运业务的车站。没有纯粹的越行站。,二、高速铁路车站站型及技术设备 3、越行站,布置图,正线主要办理高速列车通过，到发线办理列车待避作业 站台供值班员用，由于无需办理客运作业，原则上可以不设站台。,二、高速铁路车站站型及技术设备 4、中间站,定义 办理停站列车的到发作业和不停站列车的通过作业，以及办理旅客上、下车及换乘的车站。较大的一些中间站办理高速列车的少量始发、终到或立即折返作业。 办理作业 旅客列车停站或不停站通过； 较低速度旅客列车待避较高速度旅客列车； 少量高速旅客列车夜间折返停留； 办理停站的各种旅客列车的客运作业,二、高速铁路车站站型及技术设备 4、中间站,布置图 对应式,两个站台夹4条线，考虑到办理四交会的可能，故设两条停车待避用的到发线。,二、高速铁路车站站型及技术设备 4、中间站,布置图 对应式,特点站台不靠近正线，高速列车自正线通过时，不影响站台上旅客的安全，站台安全退避距离不必加宽。 适用于正线通过列车多、停站列车相对较少的中间站,二、高速铁路车站站型及技术设备 4、中间站,布置图 岛式,岛式中间站的中间站台靠近正线。正线为高速列车通过线，到发线为待避线。,二、高速铁路车站站型及技术设备 4、中间站,布置图 岛式,特点当有列车在正线停靠站台时，会影响后续追踪列车通过，降低区间通过能力；由于高速列车通过时受列车风的影响，站台安全退避距离需要加宽以保证旅客的安全，并需设置防护栅栏。,二、高速铁路车站站型及技术设备 4、中间站,布置图 岛式,适用于当停站旅客列车较多时，为了充分利用站台，可采用岛式。,二、高速铁路车站站型及技术设备 4、中间站,设置34条到发线，办理动车组折返停留作业 综合维修基地应尽量与车站的到发线衔接，必要时可采用跨线桥引入车站。,布置图 有折返作业的中间站,二、高速铁路车站站型及技术设备 5、始发（终到）站,定义 办理大量有始发（终到）高速列车的车站，通常位于高速铁路的起讫点，如京沪高速铁路的北京站和上海站。 特点 具有全线最大的客运量；为全线高速列车主要检修基地和运营指挥机构所在地的车站；设有高速列车动车段和管理机构,二、高速铁路车站站型及技术设备 5、始发（终到）站,办理作业 办理高速旅客列车的客运业务； 办理高速旅客列车的始发、终到，动车组的取送和折返作业 办理动车组的整备、检修作业。,二、高速铁路车站站型及技术设备 5、始发（终到）站,设有4条到发线、4座站台。 由于没有不停站的高速旅客列车通过，正线可靠近站台设置，并作为到发线使用。 始发站应设有与到发线相衔接的动车段（所）或综合维修基地,布置图,6、枢纽站,定义 枢纽站多设于高速铁路沿线大、中城市的铁路枢纽，一般都与普通铁路干支线接轨，以办理通过的旅客列车作业为主，兼办部分始发、终到的高速列车。 办理作业 办理旅客列车的客运业务和旅客换乘 办理停站、不停站的旅客列车通过作业 办理部分始发、终到高速旅客列车的始发、终到作业 办理高速列车动车组的整备、检修作业。,技术设备 车站或车站附近都设有与既有线间的联络线，办理列车的转线。车站规模较大，68条站线（包括正线）停靠客车，配备有动车组运用维修所等设施。,6、枢纽站,布置图,通过式,按到发线相互位置关系分又尽头式、通过式、混合式。,6、枢纽站,布置图,混合式,6、枢纽站,7、动车段、综合检修设备在高速铁路车站的设置,动车段（所、场）的主要设备有：到发兼停留线、检修库、台车检查设备及动车组清洗设备等。段（所、场）内主要设备的布置形式有两种：,7、动车段、综合检修设备在高速铁路车站的设置,（1）横列式：到发兼停车场与检修库横向排列，具有占地少，作业集中的优点；但检修车需折返运行，增加转线作业费用，且咽喉区有交叉干扰。当停车的动车组数较少（410列）时可以采用。,7、动车段、综合检修设备在高速铁路车站的设置,（2）纵列式：到发兼停车场与检修库纵向排列，可节省动车组转线作业时间，转线作业与到发作业互不干扰；其缺点是占地较长。当动车组到发列数较多且地形允许时可采用纵列式。,7、动车段、综合检修设备在高速铁路车站的设置,高速铁路的各项固定设备必须经常保持高质量工作状态，以确保列车安全运行。为此，应设有各专业包括工务、电务、供电、房屋、给水排水等的维修基地。这些基地通常集中在一起，形成综合维修基地。,第四章：高速动车组技术,本章主要内容,4.1 高速列车概述 4.2 高速动车组的关键技术 4.3 高速动车组的车体及车内设施 4.4 高速动车组车端连接装置 4.5 高速动车组转向架 4.6 高速牵引传动技术 4.7 高速动车组制动技术 4.8 高速动车组运用及维修,第1章 动车组概述,动车组分类 按牵引动力分： 电动车组 内燃动车组 磁悬浮动车组,按动力配置方式分： 动力集中型 动力分散型 按转向架连接方式分： 独立式 铰接式,59,动力集中型动车组是指将列车电器和动 力设备集中安装于位于列车两端的动力车 上，仅动力车的轮对是动力轮对，动力车不 载客的动车组。 牵引动力集中在两台动车上，牵引电机和电器数量少，列车制造和维护费用低；受电弓数量少，全列车最多只需两组（每动车一受电弓；容易变更动车车型以适应不同路况的需要。但粘着利用等指标不如动力分散式。,高速动车组的基本模式,59,动力分散型动车组是将由电机驱动的动力 轮对分散布置在列车的全部或部分轮对上， 同时将列车的主要电器和机械设备吊挂在车 辆下部，列车全部车辆可载客的列车模式。,高速动车组的基本模式,优点：动轴数量多、轴重轻、总功率大、牵引动力大、启动加速快、驱动动轴多、牵引粘着重量大，易于发挥牵引力以适应高速需要，动力车易于加长和缩短，运用较灵活，每台转向架的牵引装置功率小，体积重量较小，有利于实现转向架轻量化和低轴重； 缺点：每辆动车都装有全套牵引用电器和电机，增加了动车组的制造成本和维修费用， 必须采用多组受电弓，不利于接触网的运用、维修，已成为限制车速提高的一个因素。,由于动力分散动车组与动力集中动车组比较在高速运用条件下有明显的优点，原采用动 力集中技术的国家在开发时速300公里及以上 高速动车组时，也选择了动力分散的技术。 动力分散是高速动车组的发展趋势。,动车组基本组成,车体 转向架 车辆连接装置 制动装置 车辆内部设备 牵引传动系统 辅助供电系统 列车控制网络信息系统,4.车端连接装置,车体结构,高速动车组车体：轻量化技术+铝合金/不锈钢 低车内、车外噪声,车顶设备,空调机组 制动变阻器 受电弓,空调机组,制动变阻器,受电弓,集电装置（受电弓）,受电弓装置,空调装置,车下悬吊设备,牵引变压器 牵引和辅助变流器 牵引电机 制动模块 空气压缩机 水箱 污物箱 蓄电池箱 充电机 空气弹簧辅助风缸,车钩及缓冲器,动车组两端设全自动车钩。 车辆间由半自动车钩联接。 缓冲器采用基层橡胶方式，位于车钩后端。 车钩及缓冲器可以在不架起车体的情况下拆装和检修。,车钩及缓冲器装置,缓冲器,车钩,电连接器,连接座,转向架结构,动力转向架,一系悬挂,二系悬挂,轮对轴箱装置,转向架,车辆信息控制系统,列车信息控制示意图,车内设备,一等车,二等车,风-水-电-冷-暖-门-窗-座-架-旅客信息系统,卫生间,小便间,盥洗室,车内电器, 电器控制 广播系统 显示系统 照明系统,供电及牵引传动系统,接负载,AC/DC,DC/AC,25kV，50Hz,单相交流 直流 交流,交流牵引电机,电力电子变流器,制动和供风系统,司控器,基础制动,制动控制单元,总风管,空气压缩机,制动系统空气压缩机,长：1128.5mm 宽：832.5mm 高：605mm 重量：416kg 排气压力：880kPa排气量：2m3/min 方式: 往复式,本章主要内容,4.1 高速动车组概述 4.2 高速动车组的关键技术 4.3 高速动车组的车体及车内设施 4.4 高速动车组车端连接装置 4.5 高速动车组转向架 4.6 高速牵引传动技术 4.7 高速动车组制动技术 4.8 高速动车组运用及维修,62,有较高的运行稳定性 高的运行安全性 有好的舒适性 车体轻，轴重小 车体气密性好（如CRH2要求：车内压力从4kPa降到 1kPa时间大于50s） 车体外形流线形，尽量减小运行阻力 采用集便装置等,高速动车组的主要技术要求,高速动车组的主要技术特点,优良的空气动力学外形 车体结构轻量化 高性能转向架技术 复合制动技术 密接式车钩缓冲技术 交流传动技术 高速受流技术 列车自动控制及故障诊断技术,4.2 高速动车组的关键技术,一、头型流线化 随着列车运行速度的提高，周围空气的动力作用一方面对列车和列车运行性能产生影响；同时，列车高速运行引起的气动现象对周围环境也产生影响。 对于高速动车组来说，列车头型设计非常重要，好的头型设计可以有效地减少运行空气阻力，列车交会压力波和解决好运行稳定性等问题。,2019/9/21,188,4.2 高速动车组的关键技术,流线化头型(500系),二、车体结构轻量化 为了节省牵引功率，降低高速所引起的动力作用对线路结构、机车车辆结构产生的损伤，以及提高旅客乘坐舒适度，需要最大限度地降低高速动车组的轴重。因此，国外各国高速列车车体的主要材料是铝合金和不锈钢，从发展趋势看，铝合金将成为动车组车体的主导材料。,4.2 高速动车组的关键技术,三、高性能转向架技术 提高列车运行速度首先遇到的问题是转向架运行平稳性和安全性，所以，提高列车运行速度应具有高性能的转向架。对于高速转向架要求具有高速运行的稳定性，良好的曲线通过性能，满足乘客乘坐舒适度的要求。,2019/9/21,190,4.2 高速动车组的关键技术,四、复合制动技术 高速列车的制动能量与速度的平方成正比，因此，传统的纯空气制动能力已不能满足需要。 因此高速列车必须采用能提供强大制动力并更好利用粘着的复合制动系统。该复合制动系统通常由制动控制系统、动力制动、空气制动(包括盘形制动和踏面制动)系统、微机控制的防滑器和非粘着制动装置等组成。,2019/9/21,191,4.2 高速动车组的关键技术,制动系统,五、密接式车钩缓冲装置 目前世界各国高速列车（如日本、德国）普遍采用密接式车钩连接装置，该装置两车钩连接面的纵向间隙一般都小于2mm，上下、左右偏移也很小，对提高列车的运行平稳性和电气线路、风管的自动对接提供了保证。,4.2 高速动车组的关键技术,ICE密接式车钩缓冲装置,六、交流传动技术 早期的电力牵引传动系统均采用交一直传动，用直流电动机驱动。由于直流电动机的单位功率重量较大，使高速列车既要大功率驱动又要求减轻轴重，形成难以克服的矛盾。 在交流转动系统中，交流牵引电动机较传统的直流牵引电动机具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻及造价低等一系列优点。 交流牵引电动机没有整流子结构对电动机功率的限制，牵引功率可以得到进一步提高。,2019/9/21,194,4.2 高速动车组的关键技术,牵引变压器将电网的25kV 50Hz交流电变为牵引变流器输入所需要的交流电。,牵引变压器,牵引变流器,牵引变流器由整流器、中间直流电路和逆变器组成。,牵引电机,牵引电机可根据牵引变流器输出三相交流电的幅值和频率的变化，来改变动车组的牵引力和速度。,列车制动时牵引电机可在发电状态下运行，将动能转化为电能，达到减速的目的。,七、列车自动控制及故障诊断技术 列车自动控制系统对高速列车安全运行的重要作用，世界各国在发展高速铁路时都十分重视列车自动控制系统的研究和开发，许多国家作为先进列车控制系统(Advanced Train Control Systems)研制了多种基础技术设备，例如列车超速防护系统、卫星定位系统、车载智能控制系统、车载微机自动监测和诊断系统等。,2019/9/21,198,4.2 高速动车组的关键技术,牵引控制系统,牵引,高压设备,牵引变流,牵引驱动,网侧变流控制器,电机侧变流控制器,车辆控制,接触网,受电弓,主变压器,变流器,牵引电机,钢 轨,牵引系统关系链,再生,列车网络控制系统,本章主要内容,4.1 高速列车概述 4.2 高速动车组的关键技术 4.3 高速动车组的车体及车内设施 4.4 高速动车组车端连接装置 4.5 高速动车组转向架 4.6 高速牵引传动技术 4.7 高速动车组制动技术 4.8 高速动车组运用及维修,4.3 高速动车组的车体及车内设施,动车组车体是车辆上容纳旅客（乘务人员）的部分，又是安装与连接车辆其他设备和部件的基础。分为带司机室的头车车体和中间车体。 作为承载结构，其构造及功能与普速客车车体相仿，但有新要求，即采用了大量新技术、新材料和新工艺。,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构 二、轻量化的车体车体结构及车内设备 三、良好的隔声性能车体密封技术 四、较好的防火性能车内防火设计 五、良好的车内环境车内环境控制,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构,4.3 高速动车组的车体及车内设施,1、动车组运行中列车的表面压力 2、动车组会车时列车的表面压力 3、动车组通过隧道时列车的表面压力 4、列车风 5、列车空气动力学的力和力矩,在铁路车辆中，一般需要研究的各种空气力学问题主要包括以下几个方面：,当列车高速行驶时，在线路附近产生空气运动。,空气阻力,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构,4.3 高速动车组的车体及车内设施,不同列车速度下空气阻力所占的比例,空气阻力占主导地位,动车组的阻力主要由空气阻力和机械阻力（即轮轨摩擦阻力、轴承等滚动部件的摩擦阻力和振动阻力）组成。,设计车体外形（头、身、尾，车顶、车下设备 ）,降低表面粗糙度和列车高度,降低空气阻力,优良的空气动力学性能,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构,4.3 高速动车组的车体及车内设施,空气阻力可以简略地用下面公式表示： 式中 Cx 空气阻力系数 空气密度 v 列车速度 A 列车横截面积,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构,4.3 高速动车组的车体及车内设施,列车良好空气动力学性能的实现主要通过车体外形的特殊设计实现的。具体表现为： （1）头尾部为细长呈流线型状； （2）列车下部均设有导流罩，且能够方便开启； （3）列车纵断面尽量采用平滑过渡方式，形状不一致时应加过渡区段； （4）列车的外表面光滑平整，无明显的突出和凹陷； （5）列车的受电弓外形具有良好的空气动力学性能。,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构,4.3 高速动车组的车体及车内设施,1、动车组头型设计 头部纵向对称面上的外形轮廓线，要满足司机室净空高、前窗几何尺寸、玻璃形状以及瞭望等条件。在此基础上，尽可能降低该轮廓线的垂向高度，使头部趋于扁形，这样可以减小压力冲击波，并改善尾部涡流影响。同时，将端部鼻锥部分设计成椭圆形状，可以减少列车运行时的空气阻力。,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构,4.3 高速动车组的车体及车内设施,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构,4.3 高速动车组的车体及车内设施,(a)扁宽形,(b)椭球形,(c)梭形,(d)钝体形,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构,4.3 高速动车组的车体及车内设施,头车外形比较,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构,4.3 高速动车组的车体及车内设施,长客动车组的原型车(SM3型)外型,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构,4.3 高速动车组的车体及车内设施,2、动车组车身外型设计 动车组车身横断面形状设计有以下特点： 整个车身断面呈鼓形，即车顶为圆弧形，侧墙下部向内倾斜（5o左右）并以圆弧过渡到底架，侧墙上部向内倾斜（3o左右）并以圆弧过渡到车顶。,这不仅能减小空气阻力，而且有利于缓解列车交会压力波及横向阻力、侧滚力矩的作用。,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构,4.3 高速动车组的车体及车内设施,德国ICE动车组车身断面形状,车体断面比较,长客动车组车体结构断面布置图,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构,4.3 高速动车组的车体及车内设施,车辆底部形状对空气阻力的影响很大，为了避免地板下部设备的外露，采用与车身横断面形状相吻合的裙板遮住车下设备，以减少空气阻力，也可防止高速运行带来的沙石击打车下设备。,车体表面光滑平整，尽量减少突出物。如侧门采用塞拉式；扶手为内置式；脚蹬做成翻板式，使侧面关闭时可以包住它。 两车辆连接处采用橡胶大风挡，与车身保持平齐，避免形成空气涡流。,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构,4.3 高速动车组的车体及车内设施,100系,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构 二、轻量化的车体车体结构及车内设备 三、良好的隔声性能车体密封技术 四、较好的防火性能车内防火设计 五、良好的车内环境车内环境控制,4.3 高速动车组的车体及车内设施,二、轻量化的车体车体结构及车内设备,4.3 高速动车组的车体及车内设施,3、途径： 轻型材料 合理设计,2、轻量化部件： 车体结构 车内设备 转向架 悬挂设施及其他设备,1、轻量化意义： 降低轴重（减少线路损害） 节约能源（减少动力能耗） 缩短制动距离（减轻制动系统的负担）,二、轻量化的车体车体结构及车内设备,4.3 高速动车组的车体及车内设施,4、车体轻量化材料 耐候钢车体 不锈钢车体 铝合金车体,二、轻量化的车体车体结构及车内设备,4.3 高速动车组的车体及车内设施,5、车体结构的轻量化设计 世界各国的铝合金车体的三种结构: 大型中空挤压铝型材焊接结构（单壳结构） 采用航空骨架式铝合金车体结构 大型中空挤压铝型材与开口型材的混合结构（双壳结构）,二、轻量化的车体车体结构及车内设备,4.3 高速动车组的车体及车内设施,采用大型中空挤压铝型材焊接结构（单壳结构）,二、轻量化的车体车体结构及车内设备,4.3 高速动车组的车体及车内设施,采用航空骨架式铝合金车体结构,二、轻量化的车体车体结构及车内设备,4.3 高速动车组的车体及车内设施,双壳结构,二、轻量化的车体车体结构及车内设备,4.3 高速动车组的车体及车内设施,6、 车内设备的轻量化技术 车内设备材料，首先应满足功能要求和防火阻燃要求，装饰板应反映时代感，车内设备约占客车总重量的20，轻量化具有重要意义。 车内设备如门、窗、行李架、座椅、供水设备、卫生设备等等，均可选用轻合金或高分子工程材料和复合材料，使设备重量大大减轻。 车内装饰板材广泛采用薄膜铝合金墙板，工程塑料顶板等。,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构 二、轻量化的车体车体结构及车内设备 三、良好的隔声性能车体密封技术 四、较好的防火性能车内防火设计 五、良好的车内环境车内环境控制,4.3 高速动车组的车体及车内设施,三、良好的隔声性能车体密封技术,4.3 高速动车组的车体及车内设施,1、车体的密封性能： 压力波对旅客舒适性的影响； 车外压力的波动会反应到车厢内，使旅客感到不舒服，轻者压迫耳膜，重则头晕恶心甚至造成耳膜破裂。,2、高速列车的声源： 轮轨噪声（碰撞、摩擦声）； 空气沿车体表面流动产生的摩擦声和受电弓与接触网导线的摩擦声； 风挡等构件的撞击声。 列车进出隧道产生的压缩波和反射波所产生的噪声等。,车辆的密封质量对列车的空气动力学性能及对车内环境控制的影响很大。,4.3 高速动车组的车体及车内设施,3、 列车的密封需要从车体结构和部件上给以考虑。当前世界各国在高速列车上采用的密封技术主要有： 车体结构的密封 采用连续焊缝以消除焊接气隙；对不能施焊的部位，必须用密封胶密封； 固定式车窗的密封 多硫橡胶等材料，采用填充式密封以保证密封的可靠性和耐久性，同时保证在压力波造成的气动载荷下不会造成变形和破坏。 侧门密封，采用密封性能良好的塞拉门； 端门密封，头、尾的端门要采用可充压缩空气的橡胶条； 通过台，通过台风挡采用橡胶大风挡，并注意处理好渡板处的密封问题； 空调装置密封； 厕所密封。,三、良好的隔声性能车体密封技术,4.3 高速动车组的车体及车内设施,为了降低车内噪声，一方面要削弱噪声源发出噪声的强度，另一方面要提高车体的隔声性能。 4、削弱噪声源发出噪声强度的措施 （1）在车轮上安装消音器和开发弹性车轮，可有效地降低轮轨噪声： （2）车体外形设计成流线形，车体表面平整、光滑都有利于减小空气与车体的摩擦声； （3）采用橡胶风挡，可减小撞击声； （4）在空调系统上安装消音器，降低牵引电机风扇的噪声、驱动装置等设备的振动噪声。,三、良好的隔声性能车体密封技术,4.3 高速动车组的车体及车内设施,5、提高车体隔声性能的措施,（1）采用双层墙结构，可增加隔声量45dB（A）。 （2）在车体金属（如地板）表面涂刷防振阻尼层，使钢结构的声频振动转化为热能消散，减少了声波的辐射和声波振动的传递，从而减少车内噪声； （3）采用双层车窗，减少从侧面传入车内的噪声； （4）车内选用吸声效果好的高分子聚合材料； （5）提高车体气密性的措施，同样可以起隔声作用。,三、良好的隔声性能车体密封技术,一、优良的空气动力学性能流线形车体结构 二、轻量化的车体车体结构及车内设备 三、良好的隔声性能车体密封技术 四、较好的防火性能车内防火设计 五、良好的车内环境车内环境控制,4.3 高速动车组的车体及车内设施,四、较好的防火性能车内防火设计,4.3 高速动车组的车体及车内设施,1、高速列车防火系统设计原则 系统集成、预防为主、应急对策、以人为本。 系统集成：防火措施按区域配套，通过列车网络构成防火系统的集成响应、信号传递和信息显示； 预防为主：所有材料与器件的选用以防止不会发生火燃或防止火种蔓延为主体，将火情发生因素压到最小程度，达到预防火灾的要求； 应急对策：一旦火灾发生，有严格的分级应急对策，将火灾限制在区域内，限制在低等级火警之下； 以人为本：一切应急对策均以“以人为本”为出发点，防止措施的最终手段要以实现旅客的安全转移为目的。,4.3 高速动车组的车体及车内设施,2、 防火结构设计 （1）选用耐火材料 车辆使用的耐火材料，主要指阻燃、低烟、低毒的高分子材料和耐火涂料。 根据车型和部位不同选择不同等级的防火、防烟毒材料。 卧车包间的隔墙全部采用防火板包上，隔墙里添加阻燃材料；采用阻燃风挡。在两头端门关闭时保证10min内不致火灾蔓延至邻车。,（2）车门有自动和手动开关功能 失火时能安全疏散旅客；车窗上设有应急手柄或备有应急手锤，平时手锤封在盒内，火警时操纵应急手柄打开车窗或用手锤把窗玻璃击碎。,