《铁路技术创》PPT课件.ppt

铁路技术创新 湖南铁路科技职业技术学院 主讲人 袁清武 专题一 提速 专题一 提速 速度是铁路综合技术的经济指标 它综合反映了国家铁路的技术装备的整体水平 高速的定义 既有铁路列车运行速度大于200公里 小时 新建铁路列车运行速度大于250公里 小时 一 我国旅客列车提速试验 1 94年1月 沈阳一大连 我国第一列提速列车 最高速度100 9km h 2 94年12月 广深线开行我国第一列准高速旅客列车 最高速度达到160km h 3 96年4月 沪宁线 我国第一列快速旅客列车 最高速度140km h 命名 先行号 4 96年12月30号 环行线 212 6km h 97年1月10号 铁道部新闻发布会 5 97年 沪宁段 沪杭甬线 特级旅客列车和公共汽车式 公交化 旅客列车 6 98年6月24日 郑武线 电气化 240km h 中国第一速 7 98年10月 广深线 第一列X2000型高速摆式列车 200km h 新时速 8 99年4月 120km h的 春城号 电动车组 成功运用于昆明世博会的旅客运输 9 99年10月 广深线 国产高速动车组 最高速度达到180km h 大白鲨 10 99年10月 沪宁线 国产 新曙光 双客内燃动车组 最高速度达到180km h 11 2000年 国产 蓝箭 200km h的动车组也在广州 深圳及广州 九龙间运营 12 2001年底 先锋号 国产动力分散式动车组在广深线试验速度达250km h 13 2002年 中华之星 试验 321 5km h 山海关 14 2003年 为秦沈高速小批量生产250km h 中华之星 和200km h 先锋号 动车组 2005年5月17日到6月6日 渝遂铁路200km h提速综合试验 试验速度225km h 二 我国客运提速取得重大进展 1 提速首期工程 广深准高速铁路建成并投入运营广深准高速铁路研究开发于1989年开始启动 首先成立了由铁科院和广州铁路局组成的联合专家组 对广深线提高旅客列车速度进行了前期研究 为把最高速度提高到160km h做了系统的可行性研究 1990年铁道部以铁计 90 1号文将 广深铁路实现旅客列车最高速度160km h的技术方案研究 列入1990年铁道部科学技术发展项目 根据铁道部下达的任务要求 广州铁路局和铁科院于1990年3月召开了攻关组全体会议 组织包括机 辆 工 电 运各专业数十名专家投入工作 成立了总体组 下设工务工程 运输 机车车辆 通信信号四个专业组 铁道部以铁科技函 1990 474号文下达了广深线准高速铁路科研攻关及试验计划的通知 从准高速机车车辆 线路工程 一直到安全保障体系 速度分级控制及安全评估与试验 共15大项攻关计划开始全面执行 1994年12月22日 广深准高速列车顺利开通运营 2 提速主体工程 既有繁忙干线的客货列车提速取得成功1997年4月1日 第一次实施新的列车运行图 全路开行 夕发朝至 旅客列车 旅行速度超过90km h 共78列 其中速度达到140 160km h的跨局旅客列车8对 货物列车最高旅行速度达到49 3km h 开行 五定 货运班列515趟 95年9月至10月 沪宁线首次进行了货 客列车提速试验 旅客列车最高试验速度达到173km h 货物列车最高试验速度达到100km h 试验为96年4月1日第一列提速列车 先行号 在沪宁线上正式开行做好了技术准备 95年至1996年 京秦线组织了又一次系统的旅客列车提速试验 试验为1996年7月1日 北戴河号 提速列车正式开行做好了技术准备 96年6月至7月 沈山线上又进行了一次大规模的客 货列车提速试验 旅客列车最高试验速度达183 5km h 1996年10月北京 大连首次开行了长途快速旅客列车 运行时分从16hl5min缩短到llh58min 96年11月 郑武线的郑州 漯河段进行了我国首次既有电气化线路上的提速试验 最高试验速度达到185km h 这次试验不仅为线路及机车车辆的提速主要参数积累了大量试验数据 更为电气化线路接触网悬挂参数的确定 提供了充分的科学依据 综合所有提速试验的数据 全路提速的技术基础和依据 三大干线客货列车提速试验总结及提速装备技术条件研究论证报告 俗称绿皮书 出台 3 提速攻坚工程 秦沈客运专线建成当前 我国铁路运输业的主要矛盾已转变为用户需求和铁路供给间的矛盾 在一些线路上 原来的客 货共线运行组织模式 已不能适应社会主义市场经济的要求 铁路必须实行客货列车分线运行的组织模式 这是优化铁路服务质量 提高铁路综合运输效率和运输效益的必然趋势 在这样的大趋势下 铁道部在1999年开工建设我国第一条客运专线 秦沈客运专线 与京秦线 哈大线共同构筑北京至东北地区的快速客运通道 2003年6月秦皇岛 沈阳客运专线竣工 其设计时速就是200公里 小时 预留提高到250公里 小时的条件 建成试车时 中国自行设计制造的 中华之星号 高速列车 最高速度已达到321 5公里 小时 三 我国客运提速的回顾 1997年4月1日 第一次实施新的列车运行图 全路开行 夕发朝至 旅客列车 旅行速度超过90km h 共78列 其中速度达到140 160km h的跨局旅客列车8对 1998年10月1日 第二次实施新的列车运行图 提速主要集中在京广 京沪 京哈三大干线 扩大了快速旅客列车 夕发朝至 旅客列车的数量和范围 进一步提高了精品列车的开行质量 1999年10月1日第三次实施新的列车运行图 2000年第四次实施新的列车运行图 2004年4月18日第五次实施新的列车运行图 时速160公里及其以上的线路达到7700公里 几大干线开行一批 一站直达特别快车 有28条铁路线上的列车时速达到200公里 其目的之一显然是发展中长途客运 大力拓展客运市场 此次提速装备的DF11G SS7G SS9等提速机车和庞巴迪 25T型提速客车 全部装备了列车超速防护和客车轴温报警等安全装置 三 我国客运提速的回顾 在京广 京沪等7条铁路干线为期12天的提速试验圆满成功之后 铁道部宣布 2007年4月18号 全国铁路要正式实施第六次大面积提速和新的列车运行图 据说 提速之后全国主要城市之间的列车运行时间将会进一步缩短 铁道部副部长胡亚东说 铁道部决定 从明年4月18日起 实施铁路第六次大提速度 运行速度首次达到200公里 其中京哈 京广 京九线部分路段的运行速度达到250公里 胡亚东说 这次铁路大提速涉及京哈 京九 京广 京沪 陇海 兰新 浙赣 胶济等主要干线 主要城市间的列车运行时间进一步缩短 其中 京哈线北京到哈尔滨的运行时间为7小时58分 比目前最快的列车缩短两小时32分钟 北京到沈阳运行3小时59分 缩短1小时33分 京沪线北京到上海运行9小时59分 缩短一小时59分 北京到济南运行3小时25分 缩短43分钟 京广线 北京西到郑州 只用4小时52分 缩短50分钟 四 我国客运提速的展望 刘志军介绍说 我国将从今年起开始着眼于时速300公里客运专线建设需要 组织开发时速300公里动车组 抓紧设计完成时速200至250公里 编组16辆的卧车动车组 逐步形成适应我国铁路客运需求的动车组系列产品 利用时速200公里动车组的技术平台 开发时速200公里新型提速客车 在 十一五 期间实现时速200公里动车组国产化 四 我国铁路提速展望 我国铁路旅客列车提速的总体进程是分四步进行 第一步是在广深准高速铁路打下的技术基础上 首先在繁忙三大干线上开展提速试验研究 在三大干线上开行最高速度140 160km h的快速列车 推出 朝发夕归 夕发朝至 等精品列车 在国内产生提速的联锁效应 开始取得良好的企业经济效应和社会效益 第二步是在三大干线提速成功基础上 努力将提速范围向与三大干线相连接的其他干线扩展 进而向有客流 急需提速的其他单线铁路 甚至支线扩展 在少投入的前提下 实现全路范围的普遍提速 使我国旅客列车服务质量登上更高的水平 取得更大的经济效益和社会效益 第三步是建立1 4万km的客货混跑快速线 实现旅客出行 一日行动圈 的目标 一日行动圈 内含三种类型的快速旅客列车 第四步时速200公里动车组技术 利用动车组技术平台 开发时速200公里新型提速客车 在 十一五 期间实现时速200公里动车组国产化 高速铁路以其明显的技术经济优势享誉世界 已成为公认的陆上旅客运输高速化发展趋势 高速铁路是当代高新技术的集成 高速铁路技术方兴未艾 21世纪将更加完善 中国高速铁路也将起步 发展 五 京沪高速铁路的技术概况 未来的京沪高速铁路的主要技术标准及技术方案已基本确定 这些已能较完整地勾画出我国第一条高速铁路的雏形 京沪高速铁路全线长1307km 设24个车站 站线有效长650m 最高运行速度为300km h 主要固定设施按满足350km h行车要求设计 最小追踪列车间隔时间按3min设计 近期按4min使用 采用高中速列车混跑的运输组织模式 中速列车在高速线上由专用机车牵引 列车定员1000 1200人 高速列车用长 短编组相结合方式 长编组定员1000人 短编组500人左右 车辆宽度3400mm 二等车席位配置为2十3 一等车为2十2 线间距为5 0m 单洞双线隧道断面为100m2最小曲线7000m 困难地段不小于5500m 最大坡度12 这些系当今的一流水平 北京 上海中途不停车的高速列车全程运行时间不超过5h 中途有停站的高速列车全程运行时间不超过6h 京沪高速铁路磁 轨争夺战已打了十年 铁道部于九四年就开始规划京沪高速铁路 工程投资规模将是仅次于三峡工程的中国第二大工程 如果采用轮轨技术 时速可达二百五十至三百公里 采用磁悬浮技术 时速能达四百五十至五百公里 2004年2月争论已久的京沪高速铁路方案终于尘埃落定 轮轨战胜磁悬浮 京沪高速铁路在国家 十五 期间已开工建设 京沪高速 法国阿尔斯通公司最终成为法 德 日三家中的最大赢家 专题二铁路重载 湖南铁路科技职业技术学院 主讲人 袁清武 一 快捷和重载是我国铁路货运发展的主要方向 发展方向 货运快捷化和重载化 重载运输 是世界铁路发展的重要趋势 是发挥铁路在大宗 散装物资运输市场优势 提高运输质量 效率和效益 形成强大生产力的重要标志 列车牵引重量的提高 是牵引动力 车辆大型化 轻量化 同步操纵技术 制动技术以及运输组织配套技术发展的综合体现 货运快捷化谋求提高铁路在高附加值货物运输市场的竞争能力 重载化继续保持铁路在大宗 散装货物运输市场的优势 铁路货运既要快捷化又要重载化 这是我国国情和路情所决定的 是相当时期内我国铁路货运相辅相成的两个方向 二 我国铁路快捷货物运输的发展 1 早期 开行供应港九地区的快运直达列车我国铁路快速货物运输 最早可追溯到20世纪60年代初开行的分别发自上海 武汉和郑州的三列供应港九地区的快运货物列车 30多年来 对港九地区的鲜活 土特产和日用物资供应发挥了积极作用 2 中期 开办集装箱快运直达列车和货物快递业务1992年我国铁路开始开行集装箱快运直达列车 在此基础上 1993年重新规划了东北至广州 东北至上海 上海至西安 连云港至阿拉山口四个方向的7条集装箱快运列车运行线 当年开行列车810列 发送集装箱170614箱 占集装箱发送量的6 8 但其运输组织仍属于传统的快运列车组织方式 与此同时 我国铁路运输企业开始经营类似邮包快递的货物快运业务 对高附加值 小批量货物利用行李车随同客车运送 虽然发展很快 但批量较小 尚未形成规模 3 近期 走向市场 进行快运新产品的开发从1997年4月1日开始 我国铁路在28个主要城市和港口口岸间的铁路干线上组织开行定点 定线 定车次 定时 定价的快速货物列车 称为 五定班列 包括为国际贸易和过境运输服务的7对过境班列和76个国内班列 总共开行53个编组去向 近30条对开运行线 每月共计515列 后又增加到522列 五定班列 的实施 为实现 货物列车客车化 价格收费公开化 服务承诺规范化 进而提高集装箱和高运价率货物的市场份额迈出了重要一步 这是我国铁路在市场经济条件下 发展货物快运的开端 1998年3月 我国铁路继 五定班列 之后 又在行包运输领域开拓快运市场 先后在广州 浙江地区以路外承包方式组织开行了广州 棠溪 北京 东北 广州 大朗 乌鲁木齐 广州 大朗 成都 义乌 乌鲁木齐 义乌 杭州 东北 柯桥 成都的行包快运列车 这些行包快运列车以三个优势 即送达速度优势 运输价格优势 运输批量优势 一个准确 即每天开行 客车化 运到期限准确 加上实行路外承包方式 路内组织保障有力 取得较大的成效 三 重载运输的主要模式和特点 重载运输特点 是在一定的铁路技术装备条件下 扩大列车编组长度 大幅度提高列车重量 充分利用运输设施的综合能力 采用大功率内燃或电力机车 一台或多台 牵引达到一定重量标准的运输方式 发挥铁路集中 大宗 长距离 全天候的运输优势 达到增加运输能力 提高运输效率 降低运输成本的目的 世界铁路重载运输主要有三种模式 1 单元列车以北美 美国和加拿大 为代表 包括巴西 澳大利亚和南非等国在重载运输专线上开行的重载单元列车 其主要特点是列车固定编组 货物品种单一 运量大而集中 列车在装车地和卸车地之间循环往返运行 这种重载运输方式目前运用范围最广 经济效益也最显著 2 组合列车以前苏联为代表 是在繁忙运输方向上的能力紧张区段 通过将两列或两列以上普通列车连挂合并组成列车后通过一个或几个特定区间 使相同方向运行的几个列车之间的运行时间间隔压缩为零 从而达到加速车流和货流输送 有效提高运输能力的目的 这种方式始于1964年 在前苏联应用较多 但因其对机车操纵控制和运输组织有更多的要求 因此在世界范围内应用不太广泛 3 整列重载列车由单机或多机重联牵引 列车由不同型式和载重的货车车辆混合编组 达到规定载重量标准的列车 这种列车在运输途中可以根据实际需要进行改编 因此具有更大的通用性 但存在由于列车混编而产生的纵向冲击大及其他技术和运输组织问题需要研究解决 目前在我国繁忙干线上开行的重载列车主要为这种模式 而其他国家应用较少 为了推动世界重载运输的发展 1986年10月在加拿大温哥华召开的第三届国际重载运输会议上讨论确定 凡属重载铁路至少应满足下列三个条件的其中两项要求 列车重量至少达到5000t 轴重2lt及以上 年运量2000万t及以上 随着重载运输的发展 国际重载协会在1994年的年会上对重载铁路做了更为严格的规定 对原来的定义做了修改 按照新定义 重载铁路必须满足以下三条标准中的至少两条 列车重量至少达到5000t 轴重达到或超过25t 在长度至少为150km的线路区段上运量不低于2000万t 重载运输 是一项综合性的系统工程 除了铁路的技术设备 包括牵引动力 装货车辆 列车制动 多机牵引操纵和遥控 线路结构 站场配置 供电等应当适应列车重量提高的要求外 对于重载运输的货源货流组织 列车装卸 安全运行 运营管理等也不同于普通货物列车的传统组织方法 列车重量和长度的增加 也在列车动力学 轮轨关系 控制技术等方面提出了许多新的研究课题 各国铁路在发展重载运输的过程中 都针对一些主要关键技术和运营实践中遇到的问题 进行了大量的试验和研究 促使世界铁路重载运输技术水平不断提高 四 重载运输车辆 大轴重 低自重 低动力作用的大型化货车是当前重载货车发展的方向随着重载运输的发展 货车轴重2lt已不能适应要求 目前许多开行重载列车的国家已将货车轴重提高到25t 有的高达35t 更大轴重的货车经济性和适用性也在进一步研究之中 国际重载协会于1994年把重载货车的轴重标准从21t提高到25t 顺应了重载运输技术不断提高和发展的趋势 美国铁路采用的新造货车轴重都在30t以上 铝合金敞车 高边车等大型专用货车的轴重高达32 5t 巴西广泛采用了30t轴重的货车 35t轴重的货车在澳大利亚已投入使用 南非窄轨重载线的货车轴重也达26t 俄罗斯有计划将轴重提高到27t 并已进行相应的试验 降低货车自重是提高货车净载重的有效措施 主要是通过采用耐候钢 低合金钢及铝合金等轻型高强度的车体结构材料 以及采取改进车体承载型式和优化结构设计的手段来实现 美国采用的铝合金高边敝车自重只有19 96t 而以往生产制造的钢制货车自重则为27 22t 每辆铝制敞车在相同轴重 29 8t 相同总重 119 3t 的情况下 载重量可提高7 26t 这种新型结构车辆轴重提高到32 5t后 车辆载重量可提高约18t 自重系数降低到0 182 约为我国货车自重系数的50 美国多单元运煤货车组 由5辆敞车通过铰接式转向架连接成为一个整体 每两辆车体间用一个铰接式转向架连接 只在每一车组的两端设立独立转向架和端墙 敞车车体之间取消端墙 以充分利用端部的空间 这样可使相同载重的列车长度缩短30 由于采用了铰接式转向架 车长减短 转向架中心距减小 从而提高了车辆的曲线通过能力 加拿大采用 浴盆式 敞车的第一代重载单元列车在运煤专线上运营近20年后 在20世纪80年代末至90年代初又开发了第二代新型单元列车 其基本单元是由无间隙牵引杆将10辆车连接成车辆组 以减小车辆间的纵向冲动 车辆组与车辆组间用传统的车钩和缓冲器相连 由一台可控制的机车连挂3个车辆组 形成一个单元列车 还可根据运输实际需要编成多单元列车 使用牵引杆可使车辆自重减轻454kg 更重要的是 无间隙牵引杆的使用 使列车中的间隙减小90 从而大大减少车辆间的相对运动 运行中的列车冲动也随之显著降低 并由此减轻了作用于牵引系统 轴承 悬挂装置和车体的冲击载荷 由于列车中节省了90 的缓冲器 车钩和钩舌 大大减少了维修费用和能源消耗 经济效益显著 这种货车还采用了自导向径向转向架 使轮轨作用力及轮轨磨耗降低 因横向作用力而造成的转向架和心盘的磨耗减少 列车通过曲线时的阻力也降低了约30 为减少空气阻力 车辆外形采用了流线形设计 南非铁路早在1975年就开始在矿石货车上使用自导向径向转向架 现已在重载线路上广泛应用 1 提高车钩强度 高强度低合金钢 通过热处理达到较高的破坏强度和屈服极限 优化车钩结构和纵向力传递过程的设计 特别是加强车钩装置中薄弱环节的零部件 尽可能减少车钩的纵向间隙 甚至采用无间隙牵引杆来代替车钩 以大幅度地减轻列车的纵向冲动 美国 加拿大第二代单元列车的车辆以及巴西重载列车的每两辆矿石车间采用了这种连接方式 一般对普通货物列车纵向力的要求是2000kN以下 而国外重载列车的相应要求已提高到3000kN以上 如美国E级车钩的破坏强度为3342kN 2 改善车钩纵向力 避免缓冲器 压死 造成的刚性冲击 对重载列车用货车缓冲装置的基本要求是 缓冲器的容量能充分吸收车辆冲撞作用时产生的能量 设计时 根据货车车辆的重车质量和调车速度确定其最低容量 国外重载货车的缓冲器容量多在50kJ以上 如美国的Mark50型缓冲器为53 8kJ 增加行程 根据国外经验 重载货车的缓冲器行程多在80mm以上 美国Mark50型缓冲器为83mm 较普通货车旧型缓冲器的行程增加20mm 提高能量吸收率 即增大缓冲装置将冲击动能转换为热能的吸收系数 吸收率是缓冲装置减振性能的重要指标之一 重载货车缓冲器的吸收率一般应提高到90 左右 五 我国铁路重载运输的发展与展望 l 我国铁路重载运输的发展回顾试验 1984年至1985年 我国先后在大同 秦皇岛 石家庄 济南 山海关 沈阳间进行试验 继而组织正式开行了组合重载列车 这种组合式重载列车是由两列普通货物列车首尾相连 合并编组为一个列车 通过成倍数地增加列车的重量和长度 利用一条运行线组织运行 有效地提高了运输方向上的线路通过能力 新建 80年代中期至90年代初 大 同 秦 皇岛 双线电气化重载运煤专线 西段于1988年12月28日建成投入运营 1992年底全线