（交通运输工程专业论文）关于我国铁路旅客列车运行安全监测与诊断系统的研究.pdf

论文摘要 y 7 4 1 5 4 0 本文通过对我国铁路旅客列车提速后，暴露出的安全隐患以及旅客 对铁路旅客运输安全、舒适的需求变化的分析，提出了加快铁路旅客列 车运行安全监测与诊断系统研究的必要性和紧迫性。在全面分析国外铁 路旅客列车运行安全监控的发展情况及我国铁路客车的发展现状后，着 重分析了我国铁路旅客列车运行安全地面、车载监测与诊断系统的开发 研制情况。对l a j k 一1 型空调列车安全监控系统的开发研制工作进行了 重点研究及技术经济分析，提出了进一步完善的意见那臻波。并就旅客 列车安全监控系统与人控、与当前正在进行的祝车车辆修制改革的关系 提出了自己的见利。 关键词：铁路旅客列车 安全监测与诊断研究 a b s t r a c t t h i sp a p e ra n a l y z e sh i d d e ns a f e t yt r o u b l e sa n dm o v i n g d e m a n d so fp a s s e n g e r so nr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o ns a f e t ya n d c o m f o r t e x p o s e dd u r i n g o u rr a i l w a y p a s s e n g e rt r a i n s p e e d - i r m r e a s i n g i ts t a t e st h en e c e s s i t yt oa c c e l e r a t et h e r e s e a r c ho np a s s e n g e rt r a i ns a f e 够i n s p e c t i n ga n dd i a g n o s i n g s y s t e m i tn o to n l ya n a l y z e st h ed e v e l o p m e n to fp a s s e n g e r t r a i ns a f e t yi n s p e c t i n gs y s t e mo v e r s e a st h o r o u g h l y , b u ta l s o h i g h l i g h t so u rd e v e l o p m e n to fs u r f a c ea n dv e h i c l e c a r r y i n g r a i l w a yp a s s e n g e rt r a i ns a f e t yi n s p e c t i n ga n dd i a g n o s i n g s y s t e m ，a n df i n a l l y f o c u s e so nt h e d e v e l o p m e n ta n d t e c h n i c a la n de c o n o m i ce v a l u a t i o no fl a j k 1 a i r - c o n d i t i o n i n gt r a i ns a f e t yi n s p e c t i n gs y s t e m m o r e o v e r , t h i sp a p e rp r o p o s e ss u g g e s t i o n sa n dp e r s o n a lo p i n i o no n f a r t h e rp e r f e c t i o na n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np a s s e n g e r t r a i n s a f e t yi n s p e c t i n gs y s t e ma n dm a n u a lc o n t r o la n d l o c o m o t i v ea n dc a rm a i n t e n a n c es y s t e mr e f o r m a t i o n k e yw o r d s ：r a i l w a yp a s s e n g e rt r a i n ，s a f e t yi n s p e c t i n ga n d d i a g n o s i n g ，r e s e a r c h 司e 士毕业论文 第一章绪论 第一节列车提速给我国铁路带来的新发展 铁路是人们出行的重要交通工具，是我国国民经济的大动脉，是 综合运输体系的骨干。速度是铁路运输的综合技术、经济指标。个 国家铁路列车运营速度的高低，反映了该国铁路技术装备的整体水平。 同时，速度也是现代交通运输工具的重要标志，是各种交通运输方式 市场竞争的关键因素。 自1 8 2 5 年英国诞生世界第一条公共服务铁路以来，在其后百余年 时间垦，铁路以速度快、运量大的特点而风靡世界，成为当时拉动经 济发展的火车头。到了2 0 世纪4 0 年代，随着高速公路和航空业的发 展，铁路在逐步失去速度优势的同时，也逐步失去了市场。与世界发 达国家相比。我国铁路的建设和发展晚于发达国家，因而萁铁路运输 市场份额的下降也迟于各发达国家，但随着科学技术的发展和改革开 放的不断深入，其它运输方式的迅猛发展，铁路在客货运量市场份额 的下降，也同样难逃厄运。我国铁路客运量由五、六十年代占全国总 运量的5 0 一6 0 ，到1 9 8 0 年的2 7 ，1 9 9 0 年下降到1 2 4 ；货运量 也由1 9 8 0 年的2 0 5 下降到1 9 9 0 年的1 5 7 。1 9 8 5 年到1 9 9 0 年间， 在全国客运量大幅度增长的形势下，铁路客货运量却出现负增长，铁 路发展面临着严峻挑战。 从2 0 世纪后期开始，世界发达国家铁路以牵引动力革新为开端， 依靠科技进步不断提高旅客列车速度，速度纪录一再被刷新。同时， 伴随着铁路速度的提高和高速铁路网的建设，铁路市场竞争能力也得 到显著加强，运量逐步回升，铁路在世界范围内重新崛起。 硕士毕业论文 2 0 世纪9 0 年代以前，我国铁路旅客列车运营速度长期停留在 1 2 0 k m h 以内。技术装备的落后，使铁路客运在市场竞争中处于明显 不利的地位。面对世界铁路科技发展的大趋势，面对中国交通运输市 场的激烈竞争，中国铁路几经探索，毅然选择了走大提速的发展道路。 我国铁路旅客列车提速最早起步于广深线，经过近十年的研究、 探索，铁道部决定1 9 9 7 年4 月1 日正式实施在既有线大面积提速的发 展战略，并全面调整列车运行图，开发适应市场要求的“夕发朝至、 朝发夕归”等运输新产品。 通过9 7 年、9 8 年、9 9 年、2 0 0 0 年连续四次大提速，我国铁路的 京哈、京沪、京广、京九、陇海、兰新、浙赣线等繁忙干线提速区段 列车最高运行时速达到1 4 0 1 6 0 h ，广深线利用摆式车使列车时速达 到2 0 0 k m ；提速线路营业里程达到1 3 0 0 0 多k m ：形成了中国铁路既有 线“四纵两横”的提速网络，基本覆盖了全国大部分省市区。列车速 度的提高和提速网络的形成，大大缩短了旅客的旅行时间，受到广大 旅客的普遍欢迎。提速加快了中国铁路客运发展，促进了客货比例结 构的变化，中长途客运量大幅度增长，运力资源配置更加合理，铁路 运输质量也得到较大提升，旅客周转量连续5 年较大幅度增长，年均 增长率达6 9 ，铁路运输收入五年跨上五个台阶，平均每年递增9 8 3 亿元，累计增收4 9 1 6 亿元。提速使中国铁路展现出前所未有的勃勃 生机和旺盛活力，所产生的影响和带来的变化大大超过提速本身。 第二节列车提速给我国铁路运输安全提出新课题 安全是铁路的永恒主题。所以，铁路运输安全始终是摆在各级领 导第一位的问题，广义的铁路运输安全可以定义为正点、准确以及可 硕士毕叫瞳鲁文 靠地把旅客或货物运送到目的地，同时确保铁路设施的状态完好和功 能稳定。一切与其不符的现象、状态或后果都不能说是安全的。 由此定义我们可以看到，铁路运输安全问题是一个涉及到工程、 技术、管理以及心理和生理等各个方面，既有物化的客观判断，也有 能动的和行为的主观规范性标准。 当铁路运输尚处于低级阶段时，铁路功能的发挥远远达不到铁路 的极限能力，特别是由于速度不高时，铁路运输系统的运转并未造成 大量的较严重的不安全因素孕育条件，无论是人还是设备都有足够能 力应付事故或突发的偶然事件，依靠设备的技术条件和维修保养标准 与限度，以及人的操作规范与行为指南，就基本能够满足铁路运输安 全的需要，然而，随着列车运行速度的提高，行车密度的加大，系统 中蕴含的不安全因素就开始不断增多起来。 表1 1 为1 9 8 8 - - 1 9 9 8 年度我国铁路行车重大，大事故和险情事故 的统计分布资料。 。曙凝右螺枣暖_i状眯姆廿a。蜊 静帮骚1 1 灿矧燃甜 8 誉 霉 s 蓦 嚣辍涮 高畸导篇屿 景； 如七。荨nn ；盘 葺 g荨j 一 暮衄 罨* 舯蒜臀* 唰剥暴酒蔷幂 堰曙暑卅蟪蛰精 累卅谢凶庭靼群剥* 骣罨擎 嚣抖抖蒜磊捋娥蟠卜掣馨翟 眭 蓬 罨扣妒霹爨， 型厘每督罡 赫 刘 笾 暮抖衄制坦妒督辅捌靴需蜷 芝 * 素锰帮杀基稍铽苦衷卅 * 拱雌虫制舞帮幕抖 足上c 匠嚣蝮 晨廿 厘姬蟹翌匿裂兰磊抖 暮廿玺s g 一 暮 置粼 士 幕* 亡 制鞋羞 辎j * 魁婶罩鹭 瘫 薯抖翟嚣 ：舟 二 ， 罂抖受鼍| 哪 斌犁赢* 翟磊 高 端晕赢朴素裂 搓姊赢抖餮彝 辎神赢廿囊脉 孽廿 懈盎螺盆轻碲晕笾帚晕怖k，孓恻*妊蟹剞66夏一 n山十爿斗h督h荦 硕士毕业论文 由图1 - i 可以看出，近十年中我国铁路行车重大、大事故发生率是 波浪型发展。说明我国铁路安全状况不稳，尚未达到有序可控的程度。 事故次数 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 o 芷 8 8 年8 9 年9 0 年9 1 年9 2 年9 3 年9 4 年9 5 年9 6 年9 7 年9 8 圈1 - 11 9 8 8 - - 1 9 9 8 年行车重大、大事故动态图 行车安全事故所造成的不良社会影响和经济损失也是巨大的，不算 恻接经济损失，仅每年直接经济损失就以千万计。图i - 2 为1 9 8 8 年1 9 9 8 年我国铁路行车重大、大事故直接经济损失金额，其中1 9 9 8 年为l 一8 月统计值。 直接经济损失 ( 千万元) 硕士毕业埔仑文 图1 - 21 9 8 8 1 9 9 8 年行车重大、大事故经济损失示图 由图1 2 可以看出，近十年来我国铁路因行车事故造成的直接经济 损失也是波浪型发展，但1 9 9 5 年以来直接经济损失一直是上升趋势。 且1 9 9 8 年前8 个月的损失额已接近十年来最高水平。 为了进一步分析事故成因，将我国铁路五年来行车重大、大事故的 原因按直接、人为、技术缺陷和其他进行分类，其中，直接人为因素主 要指铁路移动和固定设备被盗或被损坏、铁路职工明显违章操作、作业 或误动作、路外行车干涉( 如道口冲突) 等：技术缺陷主要指因铁路设 备本身技术缺陷，或设备超限运行和使用而未能及时发现，或一些设备 运行性能恶化。以及一些综合因素等；其他因素主要指因治安因素引起 的列车爆炸、火灾、以及一些突发的自然灾害等( 见图1 3 ) 。 卣分比 j 、 v7 p 一 l r 、卢j 9 4 年 9 5 年9 6 年9 7 年9 8 年 图1 - 3我国铁路各类行车重大、大事故在当年重大、大事故中的比率示图 0鲫俯鲫蚰如加 硕士牛塘鲁文 由图l 一3 可明确看出，1 9 9 6 年以后因为技术缺陷造成的事故比率开 始上升，这充分说明现代化铁路需要有现代化的技术保障措施。 另据原武汉铁路分局武昌车辆段对1 9 9 7 年第一次大提速前后三年 客车车辆在提速区段运行所发生的故障统计，其在转向架、车勾连接、 制动，电力干线等方面所发生的故障，提速后的二年每年都较1 9 9 7 年 前有5 0 以上的较大幄度地增长，且严重威胁着旅客列车的安全。 表1 - 2 为武昌车辆段1 9 9 5 - 1 9 9 8 年因轮对故障临修换轮情况的统计表。 表l - 2武昌车辆段1 9 9 5 1 9 9 8 年因轮对故障临修换轮情况的统计表 l 故障原因 较上 踏面 较上 轮缘 较上 踏面 较上维修换轮总 踏面 年增年增年增年增换轮数较上 剥离磨耗磨耗擦伤 1 年份欧长 长长总数年增长 9 5 年2 9 2o1 3 203 7o2 304 9 7o 9 6 年3 1 5+ 8 1 4 3+ 8 4 9+ 3 2 3 l+ 3 5 5 2 1+ 5 9 7 年4 7 7+ 5 l 2 8 5+ 9 9 1 0 3 + 1 1 0 5 3十7 1 9 2 9+ 7 8 9 8 年5 0 l+ 5 3 0 3+ 6 1 2 6+ 2 2 6 l+ 1 5 1 0 1 3+ 9 由表1 2 可以看出，列车提速的9 7 年较提速前的9 6 年，仅客车车 辆轮对故障就有一个较大幅度的增长，平均增幅为7 8 ，其中轮缘磨耗 为最高达到1 1 0 。这说明，列车提速加速了车辆轮对各部件磨损和故 障出现的频数，不能不引起我们的高度重视。 虽然经过改革开放后的发展，我国铁路运输设备在技术、工装、设 备水平都比l o 年前有很大的进步，但目前，我国铁路在客货列车运行 速度、牵引重量和行车密度不断提高的情况下，其运输安全保障体系， 总体上仍然是以人的感知为基础。如：机辆部门的司机、检车人员对机 硕士毕业论文 车车辆设备的故障判断仍是一把小锤“打天下”，依靠“看、摸、听、 闻”等手段，机务、车辆段对机车车辆施修，仍采取大拆大卸等粗放型 检修方式；工电部门对线路检查仍大多靠人工巡道、巡检的方式来“强 化”安全控制。已投入运用的安全监控设备，大部分处于局部的、单独 的、分散的运用阶段。因此，尽快开发出集成化、网络化、信息化程度 较高的现代化安全保障体系，以适应旅客列车提速和未来高速铁路需 要，是摆在我们面前急待解决的新课题。 第三节市场竞争对我国铁路旅客列车服务质量提出新要求 随着我国居民收入和生活水平的逐步提高，人们消费结构和消费观 念的转变，必然对客运需求产生重大影响，旅客对交通运输的需求己不 仅仅满足于安全、快速，其需求将愈来愈突现以下特点： 一是客运需求向多样化个性化方向发展。旅游，求职、公务、打工、 探亲访友和私人经营活动等旅客的比重将不断增加，逐步成为旅客运输 的主流。 二是旅客对旅行服务质量的要求越来越高。出行消费更趋于追求方 便快捷，经济合理，环境舒远，鼹务上承。 为适应客运市场需求的变化，争取客源，各种运输方式，如公路、 水运、民航等运输企业在不断改进服务、提高运行速度，缩短运行时间 的同时，争相发展，不惜投巨资引进新技术，更新设备，采用有闭路电 视、空调、厕所的大巴，舒适快捷的汽垫船，购置新型的大型“空中客 车”式客运飞机等以提高竞争能力。 我国铁路旅客运输使用的机车车辆在上个世纪八十年代前，还普遍 采取自然通风，冬季靠煤采暖，车内空气混浊，三、四个车箱共一个燃 司e 士毕n e 文 煤茶水炉，车内照明不足等2 1 、2 2 型老型车。上个世纪九十年代初， 才开始利用世界银行贷款，采取国外6 0 7 0 年代技术，推出了由发电车 集中供电的，每节车箱内有集中空调，电茶炉，照明带，轴温报警器的 2 5 型客车。为加强市场竞争力，近几年，开发出的快速客车产品，在 提高客车运行速度的同时，注意改善旅行环境条件，开始注意在提高舒 适度上作文章，为旅客旅行方便、舒适创造条件，赢得了一部分市场份 额，增加了客流，取得了较好的经济和社会效益。 第四节新技术的迅猛发展，为开发运用安全舒适的旅客列车设 备创造新条件 党的十六大提出了全面建设小康社会，力争二0 二0 年比二0 0 0 年 国内生产总值翻两翻，人民生活更加殷实的奋斗目标，这对加快我国铁 路旅客运输的发展提出了更高要求。 同时，科学技术日新月异的发展，自动控制技术，空气动力学技术， 电子计算机技术，现代建设工程技术，环境保护技术，以及新材料新工 艺等，都为提高我国铁路运输设备安全性可靠性，完善监测控制手段， 提高检修工艺和质量、压缩检修时间创造了有利条件。 本文着重就在列车提速和未来发展高速列车的情况下，如何借鉴国 外的成功经验和作法，结合我国铁路旅客列车现状，开发和研制旅客列 车监测与诊断系统，以提高旅客列车运行的品质和安全可靠性、压缩库 停时间，满足旅客对铁路运输安全、速度、舒适的要求进行研究，提出 自己的意见和建议。 硕士毕业论文 第二章国外铁路客车与旅客列车运行 安全监测及诊断系统的发展 第一节国外铁路客车技术的发展与现状 1 8 2 5 年9 月2 7 日，英国斯托克顿至达林顿铁路通车使用的小 型二轴客车( 长3 6 米) 是世界上最早的铁路客车。 1 9 0 2 年，美国铁路首次使用的钢制客车是世界上最早的钢制 客车。 1 9 0 8 年，英国的斯通公司首先在铁路客车上安装空调设备。 1 9 3 1 年，美国人发明转向架。1 9 3 6 年美国试制成功世界= 最 早的转向架式客车。 1 9 3 3 年，美国制造的三辆铝合金客车并编成流线型特快列车 在联合太平洋铁路上行驶，是世界上最早的铝合金客车。 1 9 4 2 年，西班牙铁路试制成功t a l g o 1 】可倾式车体客车， 界上最早的可倾式车体客车。 是移 ，i ， 铁路客车是运送旅客的运载工具，其技术水准、设备设施以及性能 如何，直接关系到旅客列车的安全、速度、舒适、服务质量以及与其它 运输方式竞争的成败。因此，历来备受世界各国政府、企业，科研机构 的关注，尤其是高速铁路出现后，各国都不断投巨资改进客车设备，吸 收应用机械、电子、信息、化工、工程等方面的新技术、新工艺、新材 料，研究歼发新产品。 一、国外客车转向架的发展 支承客车车体并使之在轨道上运行的装置称为转向架，亦称走行 部。 1 0 硕士毕业冲鲁文 它配置在车体下方，在结构上是一个独立的部件。转向架的技术性 能关系到列车速度，且决定其安全性、稳定性和平稳性。传统的车辆转 向架为刚性构架式转向架，这种同一转向架上的各轮对保持相互平行， 由于各车轴问的刚性定位导致了车辆通过曲线时的轮对冲角( 指轮对轴 线与曲线半径之类角) ，引起严重的轮轨磨耗。因此，世界各国都围绕 高速运行的稳定性、良好的曲线通过性能、满足旅客舒适度等方面开展 对转向架装置的研发。 2 0 世纪5 0 _ - 6 0 年代，各国开始将列车速度提高到1 4 0 _ - 2 0 0 k m b ， 出现了许多新结构的转向架。按车体悬挂来分：有带摇动台和无摇动台 的，有摇枕和无摇枕的：按车体的支承方式分：有心盘支重和旁承支重 的；按中央弹簧分：有采用螺旋弹簧的和采用空气弹簧的；轴箱定位方 式更是形式不一。8 0 年代以来，随着旅客列车速度的进一步提高，高 速结构架的形式逐步趋于类同，它们的主要特点是：无摇枕、空气弹簧 悬挂，有回转阻尼，加装弹性定位等( 见表2 1 ) 。同时，降低转向架 自重是高速转向架技术开发的一个重要方面，它对改善车辆振动性能和 减少轮轨之间的动力作用均有显著效果。国外高速转向架轻量化的主要 措施有：采用无摇枕结构，空心车轴、小直径轮对、波形薄辐扳车轮、 构架轻量化、轴箱和齿轮箱采用铝合金制作等。 为在既有线上实现高速，德国、美国、日本、英国、意大利、瑞士、 西班牙、瑞典、法国、加拿大等国还相继研发出径向自导向转向架。该 转向架是柔性的，有适当阻尼的一系悬挂，每个轮对在其两端用人字形 橡胶弹簧定位，弹簧的刚度在所有三个位移方向上可分别适当选择，使 总的弹簧性能达到最佳，以实现良好的径向自导向作用。 1 】：( t “g o 一种轻型火琶! 垦曼：坠堑! 鳇焦毫塞丝皇! l lq 品昙 取 斑 麟 悄 谭 羹 幅 g 赣匣 颦幅 嚣熊 幅 生 撙 n 塔枨 强出 辑鞲 七 趔 叫 篡坦 啪 楚 _ 叵_ 叵 蝠 鞲 豁i i i i | 擐 = 8 椒鞋 憎出鞋 呐 最徽 s 皇 稍匾一肇蹙 倍 韬佰 n 垲矿 o强出 赠懈妊稚毒馨 蕾 篡州 n 恫摧 雹# 篷 蟹疆擐样 皿嘲整 蜒 悄出 杂 球 椒掘 佰叵矗挺鼗错鼎 鲁 融 最 出鬟幅精疑七搿l盟 、。 塔r 楚睡罩腽簿 n 簧 制 i ；| l l鼙敞 o疑 昭=嵌躯 萎铽 瓣 瑚 型 8 最硪 错 科 划型 出 圃 盘 n 馨馨 型 害羹 瞽 = 取 张 昭 n 昌 囊崩 墨懈 墓薹茎|椒 螬 口 s 竹 最最 g邕 善童 睡i 尝； 型谢 划口 整 画颦墩崔皿 = h n 囊馨 眷 仉 斑取荽斑 崔 g鬻被 墨嚼 挺峨 楚 昭 ” 埘矿 姥出 昂趟 轻蘸埘 篁 警 n 篡 州 乓 誊 掣艏 鲁 舯辅 蝠 疆啦 高 搓 昔 琏最 拱昭舞蹙 警 垲矿 螋岿 器 嚣椎壤 壁 肇 制 书整剞堵 型捏 暑 蛞 碧虽 _ _ _ _ 萎捌 s 堪景 燕 稍互翟 轺 登 蒜鬲型 觏积；e i 晶墓 嚣； 喵 爱录寻 笔 摧f鞋 型 蓬 赣 制长 歌 。 最拳基智趟鼍叫 卜 避斑圹掘 照崩琳 囊楚耋 妊牡 矗譬 刊觎 楚 粤 皇掣地 一 静掘 嚣错 裂蹙 卫 隶霸 鞋出 壹主 嚣嚣 蜊甾 氓蘸肇 塔锵 嘲崔 喇驾j 蓦 捌疆卫l ! 坦 馨坦 辑辅 暴 鞭氍髓蹙 露霎 8繁酉 墨幅 始椎 懈霹幅 h 蹦帐 蛙岜 主曩簧避 生刘警 譬 馨惺 悄楚 据 阜臻啦 1 | | 出 妾型 壤 喇 瞄 o瓣崔 e 型三 e冒 嚣岳 蛮 e 暴子 型童 刚 甜 e 曩暑 型 醛 蛰 正 刊 妊 套曼 皿 剥 哩 捌 捌幢 皂 蜊 螂理 踞 蘸u 样 疑 鬲 删 穗 善 誊 墨砻“ 直 蓬 书轾 一搿三 堰橱 靼蕞 蝠 撂 罾 歌 琳赫昶冲幅鼙霉好熙屋鬈裤趟蟾祷墅誊嘹ini ：瑙 h袋爿苷取警 司北b 毕业- 沧文 二、国外客车制动装置的发展 制动是设法散逸列车的动能，实施对列车减速或停车控制的重要设 备。实现铁路列车高速，制动是关键问题之，这是因为列车的动能随 运行速度的平方而增加。在一定的制动距离条件下，列车的制动功率是 速度的三次函数。而传统的闸瓦制动( 踏面制动) 一般只能在列车速度 1 4 0 k m h 以下时使用。因此，欧美和日本等国的客车上普遍使用盘形制 动。但当列车速度达到1 6 0 k m h 以上时，还必须使用不取决于轮轨粘着 系数的附加制动方式，以缩短高速时的制动距离。常用的有磁轨制动、 涡流制动。以及为防止制动力过大或因其它某种原因使粘着系数降低， 造成抱死车辆而发生滑行的防滑装置和增粘措施等。 三、国外客车供电技术的发展 现代客车用电量大，传统的车辆发电机远远不能满足需要。目前世 界上空调客车或动车组的供电方式有：机车集中供电( 包括非电化区段 的内燃机车向客车供电) ，发电车供电以及大功率车轴发电机供电三种 方式。而机车集中供电所占比重较大。 四、国外动车组的发展 动车组作为种现代轨道交通工具，因其灵活的运输方式、低污染、 低能耗、方便快捷、使用可靠等特点在世界各国普遍采用。目前，西方 发达国家中短途客运和市郊客运的7 0 - - 8 0 由动车组完成。常用的动 车组有电动车组和内燃动车组两种基本形式。在电气化铁路上，一般都 选用电动车组，最高速度超过2 0 0 k n v h 的动车组，一般称为高速动车组。 如日本新干线各系列、法国t g v 系列和德国i c e 系列都属于高速动车 组( 见表2 2 ) 。 1 、电动车组 国外电动车组在传动系统中普遍采用三相交流传动( 即交一直一 硕士毕业- 沦文 交) 技术，在牵引系统中普遍采用异步牵引电动机，使车辆自重大幅度 减轻，牵引力加大。 2 、内燃动车组 内燃牵引是非电气化线路上的唯选择。内燃动车组在许多国家得 到了应用。内燃动车组的传动可以分为机械传动、液力传动、电传动。 电传动又可分为直流传动和交流传动两种。液力传动是迄今世界上内燃 动车应用最广泛的一种传动方式。据统计，采用液力传动的内燃动车在 数量上达8 0 以上，采用纯机械传动和电力传动的总和还不到2 0 ，而 直流传动的内燃动车组占内燃动车组总保有量的3 ( 见表2 - 3 ) 。 1 4 锢 蚓 瓤 。 嚣世 琵 廿 张 在 枇“ 、 苴 ，目譬豫 2 惴 磬 、 证蝤 8 = ； 警鲻 电 聋 赢 囊 宜 j 邂 肝 矗 零 嫩景 一 趟靠 n暑 霉l 。 2 - 凼鼎氆捌 莲采i 匿型 曙 赶 型 瞄 眭 娌*耸 1 担普一 划 盘 稚 毒鞭 避 皿 啦 一 e廿 牛 隶 gp 廿 廿雌 m 寰 &里 驾 霉捆 爨 一 雹 墨 2 囊一嘤 *篮 裂三 制一 羹 窖88 8 宕 星 hh n n n 黜 l l 星 “ 搿型 谁 一 晕 一 霄 瞢 臀 幂 霎i 遥 一 i r ， 上 n避 墨吾 饰 罅 。埋一t 一 二 一蜃 蔷 一 _ 寻呈 墨 墨 一 香 雹 型一型 + 嚼里 叠 言 一 皇! 寰 育型 霄 竺 嚣督颦 耀 g奄 土 一 罄 一 毒 苍 蒋 一 j毫善 善 书善 蛙 惜皤 蟮谣 下 ；皇 l 噩i 蟊 8 蓦 *：噼l 蟮 童。罩 鲁 量g 。o =o 一 一 囊囊哥舞舞焉j囊 羹 序蠢 抖抖 一 *抖 墨鲁 奇 抖 斗 抖抖抖抖*讲； 蓼 吾虑 舌 零 罩 寺 奄 斋贯督嚣蒋需嚣 蔷 墨爿督兰l 鲁哥i 删 茁脚 哥 普 _ _ j j ：f 舒 螺 蜊 嚣嚣 耋i 舞岛 歪毫 蛋 差芏芏 o 奇 船如 廿 抽出“冉 冀鲁 理 罂墨 纠 ：型 蝴熠：圳划幽删；劂疆掘 担 捏 制姐 + 酬 体 嫦 神 仲 神神袖神神拂钟 妹 神谁苌 露 厶 一趣 溪鞠 亨 龋 萋 末喜 l i 冀攥 瓣 酗黎 军8 篓 量 譬一毓 霎蒌 琶昌 监 a j 篁。 嘉 塔 喇。塔m蚶。 里疑嚣 id l 唱 。二略螂 *宣*叫 业昌舞 啦旨 + 彘 e 磊 丘* 趟匝取暖粼军涮(芒群*林疆强靠警 懈寒鼙誊帮固譬一撩雹剀 酴= 1 i q n 群 w采爿斗书h帝 硕士毕业论文 表2 - 319 9 8 年主要国家铁路机车车辆数表 辆 内燃机车电力机车 内燃动车电力动车 蒸 动车缎动车组 汽 1 5 。 3 。0 0 单节 总动车和 茁节 总 动车 客车货车国家机 总数 坩 总数 埔 动车 列附挂车 动车 列 和附 垂 以上以上 挂车 数 数数量 数 数 数量 燕固：卯s3 4 75 7 56 删 蛙地利 1 6 - i5 2 935 8 3 1 8 i * d 法国 2 孵9ll b 51 b 端0町d 檀田10 7 l 33 鼬 1 8 7 9【38 6 ： 印j 望 44 9 6；s5 7 32 5 35 7 【 意走划 f 6 s1 22 1 36 79 3 0 蒋2 i 2 9 2 57 0 91 03 2 4 礁兰 2j 蛐2 6 21 02 5 41 0 【“3 饿萝斯4 30 3 25 9 2 1 0 2 南菲 3 7 4 8 1 8 【2 47 西班牙4 8 3 2i s o 3 8 131 88 9 2 堵鼻2 3 7 4 3 4 i5 7 l1 15 0 2 瑞士 2 7 5 3 5 9 a5 6 t j5 7 7 中硝1 0 i 0 4 7 4 5 i 42 4 64 ： 93 2 b 注：美国铁路客车数为a i t r a k 客运公司数据，其它均为级铁b 公司数据。 3 、摆式车体列车 目前世界各国在发展铁路高速客运中，基本上有两种模式。一种 是新建高速铁路技术，如日本的新干线、法国的t g v 、德国的i c e 等。 另一种是在既有线上进行少量改进，主要是改造机车车辆结构，使其 在曲线行驶时能够相应地倾斜摆动，从而减少侧向力，达到高速运行 和旅客乘坐舒适的目的，这就是高速摆式列车。世界上首辆摆式车体 ， 客车名为“p r e c op e n d u l 帆 是美国1 9 4 2 年制造的，运用在伯林顿铁p f ) f f o 路上。这种技术于5 0 年代在欧州开始研究并迅速推广应用。 r 摆式列车又分有源摆式列车和无源摆式列车。无源摆式列车的特 点是不需要动力装置，技术含量低、结构简单、成本低，可靠性及可 维修性均好。但因其摆动动力来源于列车运行时作用在车体上的离心 力。因此，车体摆动时受摆动机构阻力的影响，摆动幅度较小( 一般 硕士毕业论文 为2 度一5 度) ，对离心加速度的补偿作用在5 以下，且有滞后作用， 使乘客有横向振动之感。有源摆式列车的技术特点是需要有驱动装置， 所以，也就需要有控制驱动装置的信号采集和信号转换系统，从而实 现最佳控制。在列车进入曲线后，根据曲线半径和运行速度需要，经 过数据采集和处理，使车体倾摆够适当角度。车体摆动最大倾斜角为 8 度，可抵消7 0 的离心力，降低了对旅客的影响，提高了旅客的舒 适度。从意大利f i a t 公司的摆式列车近4 、5 年在意大利、瑞士、德 国等国得到近2 0 0 列的订货及瑞典、挪威、美国j 中国( 广深线) 采 、：f 用的x 2 0 0 0 摆式列车，可大致看出摆式列车的发展趋势。 德、法、西、意等国高速铁路成功的一条重要原因是与既有路网 紧密她接合在一起。这四国在大力发展高速铁路的同时，也在支线和 高速铁路网扩展地区采用摆式列车，说明摆式列车是高速专线的一种 很好的补充形式。 第二节国外旅客列车运行安全监测系统的发展 1 9 6 4 年i o 月1 日，世界第一条时速超过2 0 0k m ( 时速达2 1 0 k m ) 的高速铁路在日本东海道新干线正式通车，它标志着高速铁路由试验 研究阶段跨入商业运营阶段。随后世界各国竞相发展，使高速列车的 速度不断攀高。1 9 7 2 年法国研制出第一列高速电力动车组，命名为 t g v p s e ，最高试验时速3 8 0 k i n ，运行速度2 7 0 k r n h ；1 9 8 8 年德国高 速列车l c e 刨下4 0 9 k r n m 的离速记录；紧接着，1 9 9 0 年5 月3 1 日法 国钧t g v 又创下5 1 5 3 k m h 的世界最高速度，运营速度可达4 0 0k m h 。 并取得了自1 9 6 4 年高速铁路投入运营3 0 多年以来，除1 9 9 8 年6 月德 国发生过1 次伤亡事故外，其它国家高速铁路均未发生事故的骄人成 司e 士毕业论文 绩。人们不仅要问，这是为什么呢? 应该说，是世界各国高度重视、 运用科技手段不断完善高速铁路旅客监测系统起了关键性作用。 一、国外道旁车辆状态监测系统 1 、道旁轴温探测技术 自从五十年代中期开始在铁路上采用红外探测热轴以来，这项技 术设备在减少燃轴事故，保障运输安全上发挥臼益显著的作用，热轴 探测技术本身亦经历了更新换代的变化。 美国哈曼( h a r m o n ) 公司的w c o 一3 2 型轴温探测设备，探头是 热释电元件，利用前置放大器对元件进行补偿( 探头响应速度为微秒 级) ；适应于5 2 4 0k m h 列车运行速度的轴温探侧。探测器有一挡板 背景，使轴温具有统一背景，可排除其它干扰的影响，系统采用8 0 8 8 c p u 具有自动测速，计辆、自动热轴判别、语言报警的功能。法国c s e e 公司生产的d b c 红外探测器探头采用锑化铟光子元件，其响应速度微 秒绒，探头采用制冷方式，并用高速调制盘调制，使轴温肓统一背景， 绝对测温，这种探头适应列车速度最高可达3 0 0k m h 。德国信号技术 公司1 9 9 0 年研制的h o a f o a 9 0 8 型热轴及抱死闸探侧系统，探头采 用光子元件( h g c a t e 碲镉汞) 和制冷技术，采用6 0 0 0 h z 频率调剂， 以统一背景，同时具有自校准功能，探头可适应列车3 0 0k m h 通过速 度，在探测列车轴温同时探测轮箍、车轴制动盘的温度。探测站利用 处理器进行数据处理、声光报警，并以9 6 0 0 b s 传送数据。如果司机在 规定的时间没有反应，则该设备自动实施制动。 2 、道旁声音检测系统( t a d s “) 由美国北美铁路协会( a a r ) 的分支机构运输技术中心公司 ( t t c i ) 开发的道旁轮对轴承声音监测系统t a d s “，经过五年多的 试验，1 9 9 9 年1 1 月安装在新泽西利米德尔塞克斯( m s 卜u ) 线路上。 硕士毕业n 仑文 t a d s “检测设备包括2 个麦克风检测阵列，分别安装在线路两侧，麦 克风检测阵列放置在一个特殊设计的箱体中，还有2 个车轮传感器测 量速度的车轮轴承设置，每个麦克风前面有一扇百叶窗，仅当列车通 过时打开。其检测方法是依靠声学原理，对车轮和轴承的声音信号进 行分析，探头通过一个具有噪声过滤功能的数据处理器发送信号。 t a d s “的检测原理是：当轮对或轴承出现剥离、擦伤、过热和裂损等 缺陷时( 通常在缺陷变得用肉眼能辩清之前) ，其声音信号就会发生变 化，声学故障探测器就是利用对变化声音信号的处理进行重大故障提 前报警的。t a d s t m 设备有3 台系统计算机，用于高速数据采集，数据 分析和通信，一旦完成数据采集和处理，与轮对车自承性能有关特性资 料就通过因特网传输给有关部门。 3 、道旁转向架性能检测器( t p d ) t t c i 的t p d 检测仪是一个安装在轨道上基于应变仪测量系统。 它在最易发生脱轨事故的弯道旁监测车辆悬挂系统工作状态的好坏， 它将测量车轮与钢轨之间的力和迎角，并记录a e i ( 标识阅读器) 记 号，为车辆业主和维修企业提供车辆动态信息，使他们“能集中精力 对薄弱部件安排维修计划，而不是按运行里程和时间去维修。”即：该 设备具有以下特性：( 1 ) 检测参数包括垂向力、横向力、车轮轨道冲 角( a o a ) ：( 2 ) 与设备标识自动识别器的接口，可以将检测性能参 数和具体的车辆识别号及零件位置联系起来；( 3 j 车辆报警通过电子 邮件、传真或传呼机发送到使用者指定的地址或电话上；( 4 ) 与b n e r r i s 接口可以进行长期溯源和对有a e i 车辆的性能进行分析。 二、国外旅客列车运行安全监控系统 1 、车载微机控制系统 最早开展车载微型机应用研究的国家有前苏联、德国、瑞士和日 硕士毕“套文 本等国家。随着交流传动技术和计算机通信技术的发展，使微机控制 技术逐步发展到目前的包括传动控制，速度调节、故障诊断、旅客信 息系统和行车安全等在内的实时微机控制系统。一些著名的公司都开 发和发展了各具特色的车载微机控制系统。如a s e a 公司的t k a c s 、 a b b 公司的m i c a s 、a e g 公司的g e a t r a c 、a d t r a n z 公司的 m r r r a c 、西门子公司的s a s 、e l i n 公司的e l l a s 、阿尔斯通公 司的a g a t e 等。 现代车载微机控制系统的共同特点和发展趋势如下： ( 1 ) 控制系统由单一的机车传动控制发展到由列车总线、车辆总 线和控制器总线连接的列车通信和控制网络系统。 ( 2 ) 硬件电路板均实现了标准化、模块化，除外部接口随机车而 有所不同外，微机内部所涉及的插件均是通用的。 ( 3 ) 通常采用列车控制级、机车控制级和传动控制级三级控制， 其优点一是根据各级控制对速度的不同要求采用不同的语言编程；二l1 是分级控制便于不同类型机车之间的移植。 ， ( 4 ) 采用多c p u 控制。l l ( 5 ) 均采用功能强大的软件开发工具支持应用软件的开发和系统l i 诊断。l i ( 6 ) 为适应交流传动实时控制的需要，采用了高速信号处理器芯i l 片，并使用了矢量控制和直接转矩控制等新型控制方法。 l ( 7 ) 级间通信广泛采用r s 4 8 5 标准，利用电平差信号进行传输，l i 以增强抗干扰能力。同时，广泛采用双绞屏蔽线和光纤传输信号，提l i 高抗电磁干扰的能力。 l ( 8 ) 地面信号送上机车，机车微机控制装置根据地面信号情况采f 取必要措施，保证行车安全，提高运行可靠性。j 2 0 硬士毕业论文 ( 9 ) 随着控制任务和控制功能的不断增加，使用的微机数量越来 越多，控制系统也正由集中控制向分布式控制系统发展。 2 、车载信号设备( 又称列车智能技术) 铁路智能技术设备系统是随着计算机技术的发展而引入应用的。8 0 年代引入微型计算机后，进入了智能化的大发展时期。各国铁路首先 在高速列车上推广运用。 ( 1 ) a t s 。最初的车载设备是列车自动停车装置( a t s ) 。当车内 信号显示红灯，发出警报督促司机注意，司机若在规定对阅内不按规 定操作，则机车自动产生制动，使列车停车。 ( 2 ) a t c ( 列车自动控制设备或系统) 。该系统完全改变了传统 的信号控制方式，可以连续实时监督高速列车的运行速度，自动控制 列车的制动系统，实现列车超速防护：另外，通过集中运行控制，实 现列车群体的速度自动调整，使列车均保持在最佳运行状态。 ( 3 ) a t o ( 列车自动驾驶设备) 。它虽然不是满足故障安全的设 备，但在装有a t c 设备的车上增加a t o 设备，可以实现定位停车和 定时运行( 按规定的程序进行加、减速，按设定的时间跑完运行区间) 。 3 、列车运行鲁动检测和诊断系统 该系统对机车车辆的主要设备和控制系统进行实时监测，由微机 对采集的信息进行分析处理，并根据设备的参数限值判断设备的技术 状态，指出故障的所在地点，向乘务员提示排除故障的地点、方法及 采取应急措施的建议；同时记录故障前后设备的状态数据，建立故障 档案。 德国l c e 高速列车在世界上首次采用了全列车综合诊断技术，列 车上1 0 0 多个微处理控制的子系统均具有自我诊断能力，这些子系统 通过列车数据总线与动车的高级诊断系统连成网络，对运行中的列车 2 硕士毕业论文 分为部件、单辆车、列车三个层次连续监测诊断。此外，诊断系统还 能通过列车无线通信系统向有关检修段发送主要的诊断数据。 日本j r 东日本公司的监视装置大致分为两种。一种是新干线监视 系统；另一种是从常磐回线特快6 5 1 系列( 超日立) 发展起来的，也 就是现在既有线使用的监视系统。 ( 1 ) 新干线监视系统 1 9 8 2 年，j r 东日本公司在东北、上越新干线2 0 0 系列车辆上安装 了m o n l 系列监视系统。这种监视装置掌握列车运转状态和各车装置 的动作情况，显示在司机操纵台上为司机做出判断提供信息，同时， 备有应急处理的辅助功能。不仅给司机或乘务员提供信息，并经由通 讯网使行车调度也能掌握其信息。1 9 9 0 年又为内山形新干线制造的4 0 0 系列电动车上装了升级后的m o n 4 型监视装置。 ( 2 ) 既有线监视系统 1 9 8 8 年，j r 东日本公司开始在既有线新造6 5 l 系列“超日立”车 辆上安装监视装置，型号为m o n 3 系列，其后2 5 l 系、2 5 3 系、2 】5 系列车新造出来，每次都追加了新的需要内容，发展了m o n 3 系列。 1 9 8 9 年j r 东日本在新造的9 0 1 系列车辆上装上了m o n 8 监视装置。 该装置对原有的监视装置追加了新规格和新功能的控制传输系统。由 此，把“监视装置”改名为“控制传输装置”。这种m o n 8 系列控制 传输装置开始在2 0 9 系列通勤电动车上采用。1 9 9 2 年和1 9 9 3 年间又 分别装上e 2 3 5 系列和e 3 5 1 系列( 见图2 1 ) 。 m o n 8 系列具有两大功能。即控制传输功能和原有的监视功能。 其传输线由监视器传输线、控制传输线和控制预备传输线构成，分别 为两芯屏蔽线。 e 3 5 1 系列监视器装置的功能由画面显示的内容看有3 个模式。 硕士毕业冲鲁文 通常模式通常运转时使用“通常模式”。在通常模式监视器 画面可以切换为“运转”画面，“车长”画面、“试运转”画面。它可 以分别为司机、车长、检修人员提供服务。 检修模式它是以记录故障时机器动作信息和安全装置工作 信息为主体的画面。在检修库检修时使用。 试验模式是在车上进行自动试验的功能，通常控制传输装 置，把要做试验的级位指令给各装置，同时，接受装置内自己诊断得 出的结果。把判别结果与测量值表示在画面上，其数据通过i c 卡可打 印出来。定期检查( 约三个月一次) 时进行功能检查试验使用该模式 ( 见表2 4 1 、2 4 2 ) 。 图2 - le 3 5 1 系列m o n 8 控制传输系统图 控制传输指令；= = 2 0 m a 分流回路传输 硕士毕业论文 表2 _ 4 1监视画面一览表 模 式画面选 画面转换概要 面面 转择 张数 换 准备画电源接通后装置表示。准备中” l 曲 初期选选择“运转”、“车长”、“试验”模式画面 1 择画面 出段信息画面确认出段时各机器有无异常 l + a 非常制动在郅个车上以何种条件作用着，对于常 确认制动信息藏面用制动可确认制动档、制动缸压力 2 确认起动信息画面起动级位、电机电流、接触网电压均可确认l 三相供电信息画面s t v 的运转状，给电区间的确认从画面上可以对 l s 孙，复位，延长供电指令 计算功率信息画面 走行距离、牵引功率、再生功率均可表示i 线路选择画面在运转信息丽面上提供的信息，选择运行线路，从 2 + a 作业卡片上表示行进线路： 运行线路信息画面表示选择了的行进线蹈 2 时刻表信息画面表示选定的行进线路时刻表，确认时刻表 l + a 艘 时刻设置画面对画面表示的时钟进行修正 模运 列车编号设定画面基本上由作业卡片( t o 存贮卡片) 读取列车编号 l 式转 该画面也可用手动设定 模 现在位置修正画面运转情报画面的停车站名与实际停车时刻不相符 i + a 式 时，对画面进行手动修正 应急处理手动画面表示故障发生时必要的应急处理技术( 司机可以 处理的) ，共1 4 项 2 1 昂常处理手动画面表示列车火灾时与代用闭束运转时手操作 6