高速铁路和动车组课程论文.doc

II动车组技术论文动车组技术课程论文高速铁路和动车组浅析 班级：电化1班 姓名：张祥 学号：CD20150230时间：2015/4/21摘要本文首先简要介绍了我国机车车辆的发展概况，导出发展高速动车组的必要性。接着介绍各国高速铁路的概况，指出日、德、法等高速动车组技术领先国家最具特色的技术，引出中国从这些国家引进系列动车组关键技术并消化吸收再创新实现我国铁路跨越式发展的必然。其次重点介绍了我国CRH系列动车组总体、转向架、交流传动、制动、节能环保等几大关键技术。最后展望了中国高速铁路和动车组未来的发展方向。关键词： 机车车辆；动车组；高速铁路；技术；发展11动车组技术论文目录、我国机车车辆的发展状况 1.1 我国机车车辆的发展历程 1.2 我国动车组的发展历程 、高速铁路及高速列车概论2.1 我国高速铁路概况 2.2 日本新干线 2.3 法国GTV2.4 德国ICE 2.5 中国CRH、CRH关键技术、我国高速铁路和动车组展望、结束语 10参考文献 11.我国机车车辆的发展概况1.1我国机车车辆的发展历程我国铁路机车车辆工业的发展，大体经历3阶段：一是通过仿制起步，培育开发能力，闯过产业发展的幼稚期。解放前，我国没有一辆自己制造的机车，少数工厂只能担当维修任务。新中国成立后，从仿造国外机车着手，1952年制造出第1台蒸汽机车，1958年开始制造内燃机车和电力机车。通过仿制，培养了中国自己的技术力量，建立了自己的机车车辆制造业。60年代末，国产内燃、电力机车已经批量生产并投入运营，机车车辆工业成功地渡过了产业发展的幼稚期。二是引进吸收，自主创新，渡产业发展的成长期。伴随着我国改革开放，铁路机车车辆工业进入了成长期。70年代，在引进、消化国外产品的基础上加强自主开发，研制了东风4型、韶山3型等第2代内燃、电力机车。进入80年代，铁路抓住扩大开放的机遇，利用技贸结合的方式引进国外机车产品，通过消化吸收，自主创新，在内燃机车的柴油机、电力机车的控制技术、半导体技术等核心技术领域取得了突破，大幅度提高了国产电力、内燃机车的技术水平和工艺水平。我国自行研制的东风5、东风6、东风7、东风8型大功率内燃机车和韶山4、韶山6、韶山7型电力机车，以及应用新型转向架、制动机、车钩、缓冲器的客车和货车，技术含量不断提高，制造工艺日趋成熟，为铁路扩能、重载，提供了急需的技术装备。90年代初，为了支持铁路运输业应对日趋激烈的竞争形势，机车车辆工业着手研制提速机车车辆，取得了重大突破。与此同时，铁路机车车辆工厂通过密集投资，引进和自行研制了先进的工艺装备及生产线，进行了大规模的技术改造，制造工艺和开发能力上了一个新台阶。三是适应铁路发展需要，全面提升产业技术水平，进入产业发展的成熟期。进入90年代中期，我国已经形成了具有很强开发制造能力的机车车辆工业体系。机车车辆工业在研制生产满足重载需要的机车车辆后，又相继开发成功东风4D、东风11、韶山8、韶山9等准高速机车和25型提速客车，适应了提速的需要。1994年底，广深准高速铁路开行了时速160km旅客列车；此后不久，全路进行了4次大规模提速，旅客列车最高时速达到200km。以批量生产重载、提速机车车辆为标志，我国机车车辆工业开始进入产业发展的成熟期。2000年以来，具有我国自主知识产权的交流传动高速电力机车“奥星”号落成出厂；我国生产的“先锋”号交流传动电动车组在广深线创造了250km/h的试验速度。这标志着我国在铁路牵引动力技术的前沿领域开始融入国际发展大趋势。1.2 我国动车组的发展历程我国于20世纪90年代开始研发动车组。中国首列DMU型双层内燃动车组是一种理想的中、短途轨道运输工具。唐山机车车辆厂于1998年自行开发研制成功，并于当年6月在南昌至九江间投入运行。设计速度120km/h，总定员540人。中国首列液力传动内燃动车组，1998年底由四方机车车辆厂研制，并于1999年2月在南昌至九江和南昌至赣州间投入运行。设计速度140kmh，总定员450人。液力传动内燃动车组目前正在运行的有9组，其中2组在南昌铁路局，7组在哈尔滨铁路局。“新曙光”号准高速双层内燃动车组于1999年8月由戚墅堰机车车辆厂和南京浦镇车辆厂联合研制完成，并于当年10月在沪宁线上投入商业运行。最大运营速度180kmh，总定员1140人“春城”号电动车组，长春客车厂为迎接“99”昆明世界园艺博览会开发制造的中国首列商业运行电动车组。该电动车组为无污染的环保型绿色交通工具。具有普通旅客列车所无法比拟的灵活编组、机动开行的优点，又具有公路交通工具无法比拟的速度快、运量大、效率高、投资省、安全性好的优点。动车组总功率为2160kW，设计速度120km/h。“先锋”号交流传动电动车组，是南京浦镇车辆厂负责总体研制的我国第一列交流传动动力分散电动车组，首列电动车组命名为“先锋”号。列车运营速度200km/h，最高试验速度250km/h，总定员424人。“中原之星”交流传动电动车组，适用于中、短途快速旅客运输。由株洲电力机车厂、四方机车车辆股份有限公司、株洲电力机车研究所三家单位联合研制生产。首列动车组于2001年10月生产下线，配属郑州铁路局，于郑武线上运营。最高运营速度160km/h，总定员1178人。“大白鲨”高速电动车组，株洲电力机车厂研制的中国第一台正式进入高速领域的动力集中式高速动车组，是我国强大机车家族的又一精心完美之作。最大速度200km/h。“蓝箭”交流传动高速电动车组是为满足广深线“小编组、高密度、高速度”的公交化客运要求，由株洲电力机车厂、株洲电力机车研究所、长春客车厂和广铁集团于2000年共同研制的新一代交流传动高速电动旅客列车组。基本编组定员为421人，连挂编组定员约800人。最大速度220km/h。“中华之星”高速电动车组，该电动车组将成为我国京沈快速客运通道的主型列车及未来高速铁路的中短途高速列车和跨线快速列车。列车最高运营速度可达270km/h，是目前我国商业运行时速最快的电动车组。2002年11月27日，“中华之星”在秦沈客运专线综合试验中，成功创造了中国铁路的最高速度321.5km/h。该动车组广泛地采用了国内、外的先进技术，列车的整体技术性能达到国外同类产品的先进水平。CRH和谐号动车组在后文重点介绍。2高速铁路及高速列车概论2.1我国高速铁路总述高速铁路一般是指运行速度达200公里/小时以上的铁路，是由适合于高速运行的基础设施、固定设备、移动设备、完善且科学的安全保障系统和运输组织方法有机结合起来的庞大的系统工程，是当代高新技术的综合集成。根据我国2004年制定的中国铁路中长期发展规划，到2020年，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”铁路快速客运通道以及四个城际快速客运系统。建设客运专线1.2万公里以上，客车速度目标值达到每小时200公里及以上。2008年，中国拥有了第一条时速超过300公里的高速铁路京津城际铁路，拉开了中国高速铁路建设和运营的序幕，2009年中国又拥有了世界上一次建成里程最长、运营速度最高的高速铁路武广客运专线。而2010年2012年，中国将建成以北京为中心的8小时高速铁路交通圈。根据2008年新调整的中长期铁路网规划，到2012年，中国铁路营运里程将增加到11万公里，其中高速铁路客运专线建成1.8万公里。到2020年，计划用6万亿修建5万公里高速铁路。铁路十二五规划的总体目标是：铁路新线投产总规模达3万公里，十二五末全国铁路运营里程将由现在的9.1万公里增加到12万公里左右，其中，快速铁路4.5万公里左右，西部地区铁路5万公里左右，复线率和电化率分别达到50%和60%以上。按照这个规模，十二五期间将安排投资2.8万亿元。与十一五相比，铁路投产新线增长87.5%，完成投资增长41.4%。要赶快形成北京为中心到各个省会八小时高速铁路网，整体规模还以2008年调整过的(中长期铁路网)规划为准。动车组需求也将迅速放出。到2015年,我国将建成5万公里的快速铁路网,全路投入运营的动车组达到1500列以上,到2010年底全国动车存量估计约500标准列,整个十二五期间投入运营的动车组数量将远超过1000列,按5万公里快速铁路里程计算,每公里0.7节动车组,每8节动车组组成一列计算,我们预计2020年动车组总量约4350列,远期存量将达到5000-6000列。目前中国拥有的高速铁路有京津城际，昌九城际，哈大线，武广客运专线，郑西高速铁路，温福线，京石线，汉宜线，港深广，京沪线等。其中京沪高铁已于5月11日开始进入运行试验阶段，预计6月底正式开通运营。而4月25日，我国昆明至新加坡的高速铁路开工建设。据悉，这条泛亚高铁线路应在2020年建成通车，届时从昆明到新加坡，坐火车只要10多个小时。截至2010年底，中国新建高铁营业里程5149公里，另有在建里程1.7万公里。营业里程已经达到7531公里，是全世界高铁运营里程最长、在建规模最大的国家。同时也是技术最全、集成能力最强、运行速度最高的国家。目前全世界投入实际运营的最高速度，仍是京津城际高铁的350公里。事实上，中国的高铁速度代表了目前世界的高铁速度。作为中国第一条真正意义上的高速铁路，京津高铁从一问世就站在世界前沿，创造了运营速度、运量、节能环保、舒适度四个世界第一。中国仅仅用了5年时间，就跨越了发达国家半个世纪的高速铁路发展历程。目前全国高铁里程为8358公里，2011年将有12条高速铁路线建成使用，新增里程4715公里，全年投资额为6393亿元。除了2011年新增高铁里程4715公里外，铁道部已经细化了整个“十二五”期间的高铁投资计划，其中，2012年预计新增高铁里程3038公里，投资安排为3303亿元；2013年预计新增高铁里程2667公里，投资安排为3650亿元；2014年预计新增高铁里程为4421公里，投资安排为5429亿元；2015年预计新增高铁里程3847公里，投资安排为3434亿元。2.2 日本新干线日本的高速列车以动力分散为主，大编组、高功率、小轴重。1964年10月，日本先于其他国家开通了世界第一条高速铁路-东海道新干线(东京-新大阪的高速客运专线)，最高运行时速为210公里。至今已40多年过去，高速列车从东海道新干线的0系，发展了100系、200系、300系、400系、500系、700系、El系(MAX)、E2系、E3等。新干线里最受关注的车辆，是运营速度最快，体现出九十年代高科技水准的500系电动车组。生产于1995-1998年，16辆编组，最高运行时速为300公里。500系的车头流线型可谓十足，弯曲部分长达9米多。远远看过去，500系就象一条细长的蛇。所有新干线车辆中，流线型最好的就数500系了。700系名为铁路之星RailStar,这是日本最新也是最先进的一款电动车组。正式投入运行是在1999年3月11日。700系Csets模式每组车有16节车厢，Esets模式有8节车厢。最高运营时速为285km/h。由于车体采用了中空铝型材，700系重仅708吨。车的编组方式为12动4拖，功率13200kw。700系全长约400米，共载1323名乘客。700系的车体是用铝合金压制成的中空外壳，内部填充的是吸音，防震的复合材料。 日本高速铁路的发展有以下几个特点：高速列车采用动力分散型，轴重小，这样的设计使得列车的安全性增强；线路中桥隧比重大，线路的标准不断提高；列车运行密度大，定员多，旅客输送量大；安全性能好，旅客死亡事故少2.3 法国GTV法国高速铁路线上采用的电动车组在牵引动力上的布置与日本不同，它采用的是动力集中式，只在列车两端的头车(或与头车相临的客车的一端)装有牵引动力装置。法国第一条铁路线(巴黎东南新干线)于1972年动工，1983年投入运用。运用TGV-PSE电动车组，最高运行时速为270公里。在巴黎东南新干线通车后，法国继续扩大高速铁路线，1990年大西洋新干线(巴黎-勒芒、图尔)正式通车，采用TGV-A电动车组，最高运行时速为300公里。“欧洲之星”高速列车是法国TGV列车的派生系列，目前运行在伦敦至巴黎和布鲁塞尔之间、该车载客量794人、12根动轴，总功率12000kw，时速达300km/h，编组型式为2L18T，铰接式转向架。法国高速铁路发展的特点是：动车组采用动力集中方式及铰链式车厢；多电流制供电与简单链型悬挂接触网，能使用一般线路的1500V3000V直流供电，也能使用高速线25KV交流供电；采用符合ETCS标准的TVM列车控制系统；注重系统的安全性与可靠性；线路要求高标准高质量。2.4德国ICE德国是铁路客运速度提高较快的国家之一。1962年德国研制的“莱茵金子”号客车的构造速度已达160km/h，1974年ET403型电动车组的最高运行速度为160km/h，1977年提高到200km/h。1985年制造出ICE型高速列车。由5辆车组成的ICE列车于1985年交付试验。头车和尾车为动车，各长20.8m，自重78.2t，采用三相交流牵引装置，每辆动车的功率为4200kw。中间3辆拖车的长度均为24.34m。德国的ICE第一代列车(ICE1)于1988年就跑出了400km/h的速度，列车编组为2辆动力头车牵引10-14节客车不等。该列车的设计把乘客的舒适度放在首位，由于德国铁路穿越隧道较多，故对列车的密封性设计也仿效日本新干线列车进行设计，为欧洲第一代气密性列车,随后改进制成ICE第二代(ICE2)和ICE第三代(ICE3)产品。由于ICE3要在莱茵-科隆间线路上运行，该线路设计坡度为40、并以300km/h运行，为了有足够的粘着力，故该车采用动力分散型。德国高速铁路发展有其一定特点：它采用三相交流传动技术；计算机控制列车制动；轻型车体构造；列车有自诊断技术；统一调度指挥。2.5 中国CRH中国铁道部将所有引进国外技术、联合设计生产的CRH动车组车辆均命名为“和谐号”。通常用来指2007年4月18日起在中国铁路第六次提速调图后开行的CRH动车组列车。CRH为英文缩写，全名ChinaRailwaysHigh-speed，中文意为“中国铁路高速”，是中国铁道部对中国高速铁路系统建立的品牌名称。中国铁路开行的CRH动车组已知有CRH1、CRH2，CRH3，CRH5，CRH380A等型。型号介绍：CRH1： 中国南车集团四方机车车辆股份有限公司与加拿大庞巴迪的合资公司青岛四方-庞巴迪铁路运输设备有限公司（BST）生产。原型车以庞巴迪为瑞典AB提供的RegainaC2008为基础，CRH1A为8节车厢编组座车动车组，200公里级别（营运速度200KM/h，最高速度250KM/h）。CRH1B为16节大编组座车动车组。CRH1E为16节车厢的大编组卧铺动车组。CRH2：中国南车集团四方机车车辆股份有限公司联合日本川崎重工，引进川崎重工业的新干线E2-1000型动车组技术，南车四方机车车辆股份有限公司负责国内生产。CRH2A为8节车厢编组座车动车组，200公里级别（营运速度200KM/h，最高速度250KM/h)。CRH2B为16节大编组座车动车组，CRH2E为16节大编组卧铺动车组。CRH2C为8节车厢编组座车动车组，300公里级别，作为京津城际高速铁路的用车，标称时速300公里，最高营运时速为350公里。CRH3： 中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司联合德国西门子，引进西门子ICE3（Velaro）技术，由北车唐山轨道客车有限责任公司负责国内生产。CRH3C为8节车厢编组座车动车组，300公里级别（营运速度330KM/h，最高速度380KM/h），作为京津高速铁路的用车。CRH3D为16节车厢的大编组座车动车组。CRH5：中国北车集团长春轨道客车股份有限公司联合法国阿尔斯通，引进法国阿尔斯通的Pendolino宽体摆式列车技术，取消了装设的摆式功能，车体以法国阿尔斯通为芬兰国铁提供的SM3动车组为原型。由北车长春轨道客车股份有限公司负责国内生产。CRH5A为8节车厢编组座车动车组，200公里级别（营运速度200KM/h，最高速度250KM/h）。CRH380A： 2010年9月，铁道部下发关于新一代高速动车组型号、车号及坐席号的通知，正式将四方机车车辆股份的CRH2-380型动车组型号名称更改，其中短编组动车为CRH380A，而长编组动车为CRH380AL。CRH380A采用与CRH2C一样的6动2拖的编组方式，牵引功率为9600千瓦，使用SS400+型高速受电弓，以及在受电弓的两侧为立体围护整流罩。列车设有二等座车/观光车（ZEG）1辆（1车）、一等座车(ZY)2辆(3车、4车其中3车带有一等包厢)、二等座车(ZE)4辆（2、6、7、8车）和二等座车/餐车(ZEC)1辆。其中观光座采用2+2方式布置，一等包厢采用3+0方式布置，一等座采用2+2方式布置，二等座为2+3布置。除了带酒吧的二等座车外，其他车厢所有座位均能旋转。首列CRH380A于2010年5月正式下线。“和谐号”动车组特点：“和谐号”动车组普遍采用交流传动及动力分散式。“和谐号”车头为可降低空气阻力的流线形。运行时速达200公里以上，最高可达350公里。“和谐号”列车通过电脑控制行车，电子显示驾驶数据。“和谐号”列车的座位划分为一等座及二等座。一等座为2+2排列方式，二等座为3+2排列方式。座椅可调节，座向可以转180度，附有可折叠的茶几。车内部设计注重人性化。自动调节温度的空调。所有车门都是电动塞拉门。还有使用卧铺的型号用于较长途的线路。200公里级别车主要在既有线路上运行，300公里级别的车主要在高速专用线路上运行。3. CRH关键技术通过从世界高速铁路技术发达国家引进高速动车组，经过中国南车北车集团的消化、吸收、再创新，中国铁路形成了具有自主品牌的CRH系列高速动车组。在先进、成熟、经济、适用、可靠的方针指导下，中国高速铁路在系统集成、轻量化、高速转向架、交流传动高速受流、高速制动、网络控制、人机工程、节能环保等方面达到了世界先进水平。下面简要介绍几个关键技术。CRH动车组总体技术：我国CRH系列动车组引入的都是动力分散式的动车组，均为8辆编组，可重联运行。动车组在总体布置、可靠性设计、列车控制与管理、复合制动等方面均达到了世界先进水平。CRH动车组车体轻量化技术：车体、车内设备以及走行部(转向架)重量的减轻实现了列车的轻量化，不仅可以减少原材料的消耗，降低牵引功率，提高列车运行速度，改善列车启动和制动性能，而且可有效减小轮轨间的动力作用，减小振动和噪声，增加机车和线路的使用寿命，达到节能和环保的要求。轻量化主要有三大优点：一是节能；二是减小对轨道的破坏；三是改善振动噪声引起的环境问题。节能主要体现在牵引和制动消耗的能量上，重量越轻，所需牵引和制动功率就越小。列车超重，对轨道的振动冲击越严重，易造成轨道的破坏。重量越大，振动噪声越大。列车轻量化是一个综合工程，需要从材料、结构、工艺等多个方面进行考虑直观体现在重量的变轻上。具体可分为车体结构轻量化、转向架轻量化、车内设备、变电系统的轻量化，这些反映了一个国家的综合设计及制造水平。CRH动车组交流传动技术现代高速列车和动车组几乎全都采用了先进成熟的交流传动技术。交流传动电力牵引的列车一般来说主要由受电弓从接触网上将单相交流电引入列车，经过主变压器进行变压后向主变流器输入，变成需要的直流电，再经过逆变器逆变成牵引电机所需的三相交流电，简称交一直一交传动。CRH动车组高速受流技术接触网受电弓受流系统的受流过程是受电弓在接触网下，以机车速度运动中完成的，受流过程是一个动态过程，这一动态过程包括了多种机械运动形式和电气状态变化：受电弓相对于接触导线的滑动摩擦；受电弓上下振动；受电弓由于机车横向摆动而形成的横向振动；接触网上下振动，井形成行波沿导线向前传播；受电弓和接触导线之间发生的水平和垂直方向撞击；弓网离线发生电弧，受电弓受流中，电流发生剧烈变化等等，所以，弓网受流过程是一个复杂的机械电气过程。随着列车速度的提高，上述各种运动加剧，维持弓网之间的良好接触性能愈加困难，受流质量也随之下降，当列车速度超过受流系统的允许范围外，受流质量将严重恶化，影响列车取流和正常运行。在高速条件下，受流系统的性能与常规电气化铁路的受流质量是不同的，系统所需解决的问题也不尽相同，高速受流技术是高速铁路的关键技术之一。CRH动车组制动技术现代高速动车组采用动力分散模式，列车制动由电气制动和空气制动复合而成，包括制动控制系统和制动执行系统。控制系统由制动信号发生、传输装置和制动控制装置组成；执行系统即基础制动装置，常见的有闸瓦制动和盘形制动。由于运行速度高，黏着系数小，制动距离要求短，动车组均设有高性能电阻防滑器，进行防滑控制，充分利用黏着。CRH动车组节能环保技术. 我国高速铁路和动车组展望随着世界高速铁路技术的不断发展，高速列车的商业运行速度迅速提高。旅行时间的节约，旅行条件的改善，旅行费用的降低，再加上国际社会对人们赖以生存的地球环保意识的增强，使得高速铁路在世界范围内呈现出蓬勃发展的强劲势头，高速铁路将在21世纪获得迅速发展。因此，世界各地都正在计划进一步加快高速铁路的建设。由此可见，更为密集的高速铁路网目前看来前途一片光明。与世界许多国家相比，我国高速铁路的发展有更加广阔的空间。我国国土东西跨度5400公里，南北相距5200公里，这决定了中长距离客货运量需求巨大，而铁路是经济又快捷的交通运输方式，因此有很大的发展潜力。从1998年到现在，中国已有20多个城市研究发展高速铁路。中国高速铁路的建设和发展，将会给国内外铁路建设者带来巨大的商机，同时促进世界和区域经济的提速和发展，为世界经济的腾飞做出巨大的贡献。展望未来10年、20年世界铁路的发展，基本不会改变轮轨粘着的状况，因此，铁路动车和动车组的扩大运用和技术水平的提高仍有广阔的空间和充分的余地。今后一个时期内，动车和动车组发展的基本方向仍朝着更安全、更快速、更环保、更