第六章-高速铁路与重载运输PPT课件

1 第六章高速铁路与重载运输 教学目的 了解高速铁路发展 了解高速铁路的控制系统的原理 了解重载运输的概念和运输设备掌握高速铁路牵引动力与车辆 掌握重载列车的运输方式 第六章高速铁路与重载运输 2 第六章第一节高速铁路 第一节高速铁路 一 概述1 高速铁路的主要模式 1 日本新干线模式即全部修建新线 旅客列车专用 2 法国TGV模式即部分修建新线 部分旧线改造 旅客列车专用 3 德国ICE模式即全部修建新线 旅客列车及货物列车混用 4 英国APT模式即既不修建新线 也不大量旧线改造 主要靠采用由摆式车体的车辆组成的动车组 旅客列车及货物列车混用 其他国家高速铁路 西班牙中国X2000 CRH 3 一 概述 2 铁路按速度不同的划分标准 1 常速铁路 100 120km h 2 中速铁路 120 160km h 3 准高速铁路 160 200km h 4 高速铁路 200 400km h 5 特高速铁路 400km h以上但在85年国际铁路干线协议中规定 新客运专线为300公里 新客货混用型为250公里以上 第六章第一节高速铁路 4 3 高速铁路的技术经济优势 1 输送能力大 如新干线每3 5分钟发车间隔 2 速度快 上海到北京 全程1300公里 运行4 5小时左右 与飞机相近 3 安全性好 高速铁路42年来 基本没有出现过重大行车事故 安全性明显高于公路 航空 4 正点率高 基本不受气候影响 日本97年平均晚点只有0 3分钟 5 舒适 方便 运行平稳 发车间隔小 6 能源消耗低 7 环境影响轻 8 经济效益好 第六章第一节高速铁路 一 概述 5 二 高速铁路基础设施 本部分内容自学主要了解高速铁路基础设施中的 线路标准 路基 桥梁 轨道结构 提示 可通过与普通铁路相关设施的区别来进行了解学习 第六章第一节高速铁路 6 三 高速铁路牵引动力与车辆 1 高速铁路轮轨牵引动力型式 机车牵引方式动车组牵引方式注 动力来源一般采用电力牵引 2 牵引动力的配置 集中配置于一端或两端 分为传统的双机牵引方式和动车组方式 如 270公里 小时的中华之星电动车组 采用11节车辆编组 动车组由2节动力车和9节拖车组成产 前拉后推 再如 先锋号 交流传动电动车组 列车运营速度200Km h 最高试验速度250Km h 该电动车组由两个单元计6辆车组成 每3辆车组成一个单元 其中包含2辆动车和1辆拖车 分散配置 分为完全分散模式和部分分散模式 第六章第一节高速铁路 7 3 传动方式 主要分为直流电机牵引模式和交流电机牵引模式 第六章第一节高速铁路 三 高速铁路牵引动力与车辆 8 4 高速铁路车辆高速车辆与普通车辆相比 主要区别如下 1 车体轻 一般为10T左右 比普通客车轻3 4T 2 车体外形为流线型 减少空气阻力 3 车体密封性好 减少车内气压变化 4 隔音效果好 5 高速运行稳定性好 曲线通过能力强 6 制动方式多种方式同时使用 7 部分车辆采用摆式车体注 在高速列车中 基本是不特别把机车区分出来的 第六章第一节高速铁路 三 高速铁路牵引动力与车辆 9 四 高速铁路信号与控制系统 采用ATC 自动运行控制系统 和CTC 调度集中系统 ATC可分 ATO 自动驾驶系统 ATP 超速防护系统 ATS 列车自动监控系统 高速铁路与普通铁路信号不同处主要有 1 设置了综合调试系统 对列车运营实行集中控制 2 取消传统的地面信号 采用列车运行控制系统 3 采用计算机网络传输和交换行车 旅客等相关信息 第六章第一节高速铁路 10 高速铁路自动运行控制系统 ATC 按固定闭塞调整运行间隔 采用 速度 距离 模式曲线控制技术 模式曲线需有三种信息 前方列车距离 运行线路数据 列车制动性能 速度 距离 模式曲线控制方法原理 根据来自地面的信息和前方开通闭塞分区求得距前方列车所占用的闭塞分区轨道电路入口点的距离 再和车上所存储的线路数据 列车制动性能 最高允许速度等参数 实时计算出列车容许运行的速度 得出该列车在距离前行列车闭塞分区分界点的 速度 距离 模式曲线 列车运行速度不能超过该曲线所容许的速度 当列车超速时 ATC自动加大制动力 速度下降到正常时 自动缓解 四 高速铁路信号与控制系统 第六章第一节高速铁路 11 五 磁悬浮铁路 1 磁悬浮原理磁悬浮的原理 利用电磁系统产生的吸引力或排斥力将车辆托起 使整个列车悬浮在线路上 利用电磁力导向 直线电机将电能直接转换成推进力而推动列车前进 它不同于普通铁路列车的主要特征 是不使用车轮 而是依靠电磁作用力把车辆悬浮在轨道上方 除了空气摩擦之外 没有轮轨接触所带来的阻力 其次 磁悬浮列车的推动力来自于直线电机 它的动力直接产生于列车和轨道之间 它高速行驶时就像一架超低空飞行的飞机 其时速可达到500 1000千米 磁悬浮列车高速 安全 平稳 不污环境 节省能源 是一种理想的交通工具 第六章第一节高速铁路 12 2 分类 按悬浮力不同分推斥式和吸力式 按电磁铁的使用方式不同分为常导型和超导型两大类 常导型也称常导磁吸型 EMS 以德国高速常导磁浮列车transrapid为代表 它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起 悬浮的气隙较小 一般为10毫米左右 常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400 500公里 适合于城市间的长距离快速运输 超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型 EDS 以日本MAGLEV为代表 它是利用超导磁体产生的强磁场 列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用 产生电动斥力将列车悬起 悬浮气隙较大 一般为100毫米左右 速度可达每小时500公里以上 这两种磁悬浮列车各有优缺点和不同的经济技术指标 德国青睐前者 集中精力研制常导高速磁悬浮技术 而日本则看好后者 全力投入高速超导磁悬浮技术之中 五 磁悬浮铁路 13 第六章第一节高速铁路 五 磁悬浮铁路 14 3 我国磁悬浮 1982年国防科技大学在国内率先开始磁悬浮技术的研究 十几年来 对低速磁浮列车的悬浮 导向 推进等关键技术的基础性研究 初步掌握了低速磁浮稳定悬浮的控制技术 1989年 国防科技大学试制成长1 2米 宽和高各为0 5米 重量为110公斤的磁浮车实验模型 打开操纵开关 车体便自动悬浮起来 感应式直线电机驱动样车前进 速度为每小时36公里 1994年 西南交通大学又成功地进行了4个座位 自重4吨 悬浮高度为8毫米 时速为30公里的磁浮列车试验 此后 由铁道部科学研究院主持 长春客车厂 中国科学院电工研究所 国防科技大学共同研制的长为6 5米 宽为3米 自重4吨 内设15个座位的6吨单转向架磁浮试验车在铁科院室内磁浮实验线路上试验成功 并于1998年12月通过了铁道部科技成果鉴定 为低速常导磁悬浮列车的研究提供了技术基础 填补了我国在磁浮列车技术领域的空白 2001年1月3日 世界第一辆载人高温超导磁悬浮实验车在成都西南交通大学研制成功 该车采用国产高温超导块材 底部3毫米厚的车载薄底液氮低温容器连续工作时间大于 小时 悬浮净高23毫米 加速度 米 秒 悬浮总重量530公斤 可载5人 第六章第一节高速铁路 五 磁悬浮铁路 15 4 目前存在的技术问题 尽管磁悬浮列车技术有上述的许多优点 但仍然存在一些不足 1 由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮 导向和驱动功能的 断电后磁悬浮的安全保障措施 尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题 其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验 2 常导磁悬浮技术的悬浮高度较低 因此对线路的平整度 路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高 3 超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导技术更大 冷却系统重 强磁场对人体与环境都有影响 第六章第一节高速铁路 五 磁悬浮铁路 16 六 高速列车新技术 1 高速 子弹 列车2 行星 列车3 水下列车4 飞行列车 第六章第一节高速铁路 17 第二节重载运输 一 重载运输定义简单 重载运输是指开行5000T及其以上重量列车的运输方式 详细 国际重载协会认为 重载铁路必须满足以下三条标准中的至少两条 经常 定期开行或准备开行总重至少为5000吨的单元列车或组合列车 在长度至少为150公里的线路区段上 年计费货运量至少达2000万吨 经常 正常开行或准备开行轴重25吨以上 含25吨 的列车 第六章第二节重载运输 18 二 重载列车的运输方式 1 整列式重载列车 单机或多机牵引 与普通列车相似2 组合式重载列车 将两列开往同方向列车首尾相连运行 3 单元式重载列车 相当于直达式列车 中间不进行解编作业 第六章第二节重载运输 补充资料 中国铁路重载运输 19 三 重载运输设备 1 重载铁路线路技术标准由于重载运输的列车重量往往在5000吨以上 按目前每节车载重60吨计算 大约需要80多节 连接起来有1公里多长 所以停靠重载列车的车站站线有效长度基本要达到1050米 最好达到1700米 重载列车拉得多 爬坡自然困难 因此线路的最大坡度一般空车方向12 30 重车方向4 10 我国大秦线重 4 空 12 因为载重量大 一般的轨道无法承载 必须铺设或更换每米重60公斤以上的高强度钢轨 并配套同等强度的其它轨道构件 在有条件的线路地段 尽可能地铺设全断面淬火钢轨无缝线路 采用弹性扣件 硬质碎石道床 钢筋混凝土轨枕以及强化路基等 因为载重量大 列车通过曲线时轮轨侧压力大 偏磨严重 故需加大曲线半径 国外一般400 1200m 困难地段可取300m 第六章第二节重载运输 20 2 重载机车车辆 1 对牵引动力的要求除美国和加拿大主要采用内燃牵引外 绝大多数国家均采用电力牵引 部份重载列车采用多机牵引 机车合理布置在前部或中部 多机间实行微机联控 保证合适的牵引力和制动力 2 对重载运输车辆的要求应采用载重量大 强度高 自重系数小 制动性能好 可靠的车钩缓冲装置的大型四轴货车 第六章第二节重载运输 三 重载运输设备 21 3 重载单元列车的装卸设备重载单元列车 是把装 运 卸形成一套完整单元体系 即整个列车在同一站装车后 把列车作为一个整体 中途不更换机车 不解体的远距离运输 到站后卸货 并且在装车站要有与之配套的装卸机具和站内线路 1 单元列车的装车站装车站线示意图 2 单元列车装车系统在装车点应设有高速定量装车系统 3 单元列车卸车系统按列车编组的车型不同 卸车主要采用漏卸式和翻卸式 第六章第二节重载运输 三 重载运输设备 22 练习题 1 世界上第一辆正式运营的高速列车是 年 国 一般我们把时速超过 的称为高速铁路 2 高速铁路主要有四种修建模式 它们是日本的 模式 法国的 模式 德国的 模式和英国的 模式 3 高速铁路的牵引动力的配置方式主要有 三种 4 目前高速铁路使用的制动方式有 5 在高速列车的控制系统中 下列字符的含义是 ATC ATO ATP CTC ATS 6 我国普通列车信号是以 信号为主 以 信号为辅的方式 而高速列车以 信号为凭证 采用 模式曲线控制方式 7 磁悬浮的原理是 8 磁悬浮根据电磁铁的使用方式可分为 型和 型 分别属于电动型悬浮和电磁型悬浮 其中能使车辆浮起10 15cm的是 型 日本主要采用的是 型 9 重载运输是指 重载列车的运输方式可分为 式重载列车 式重载列车 式重载列车三种 其中机车固定编挂 固定回空的运输方式为 式重载列车 第六章练习题 练习作业 23 练习答案 1 1964年 日本 200公里2 新干线模式 TGV模式 ICE模式 APT模式3 牵引动力集中配置一端 牵引动力集中配置于两端 牵引动力分散配置4 闸瓦制动 盘形制动 电阻制动 再生制动 电磁涡流制动 电磁轨道制动 5 ATC 列车自动运行控制系统 ATO 列车自动驾驶系统 ATP 列车超速防护系统 ATS 列车自动监控系统 CTC 调度集中系统 6 地面信号为主 机车信号为辅 机车信号7 磁悬浮的原理是利用电磁系统产生的吸引力或排斥力将车辆托起 使整个列车悬浮在线路上 利用电磁力导向 直线电机将电能直接转换成推进力而推动列车前进 8 超导磁斥式悬浮 EDS 型 常导磁吸式悬浮 EMS 超导磁斥式悬浮 EDS 型 超导磁斥式悬浮 EDS 型9 重载运输是指开行5000T及其以上重量列车的运输方式 第六章练习答案 24 日本高速铁路 日本是世界上第一个建成实用高速铁路的国家 1964年10月1日东海道新干线正式开通营业 高速列车运行速度达到210公里 小时 从东京至大阪间旅行时间由6小时30分缩短到3小时 这条专门用于客运的电气化 标准轨距的双线铁路 代表了当时世界第一流的高速铁路技术水平 标志着世界高速铁路由试验阶段跨入了商业运营阶段 东海道新干线以其安全 快速 准时 舒适 运输能力大 环境污染轻 节省能源和土地资源等优越性博得了政府和公众的支持和欢迎 1975年山阳新干线通车营业 列车最高时速270公里 1985年东北新干线通车营业 列车最高时速240公里 1982年上越新干线通车营业 列车最高时速240公里 1997年长野新干线通车营业 列车最高时速260公里 第六章资料补充 25 法国高速铁路 TGV是法文中Train GrandeVitesse的缩写 翻译做英文是高速列车的意思 TheTGVParisSud Est 首列电气化的Tgv火车 它的商业运营速度是270公里每小时 并在1981年以370公里每小时的速度创下当时的世界纪录 TheTGVAtlantique 这就是后来的一代 Atlantique的代表颜色是铁灰色 在1990年 它以515 3公里的时速当之无愧的成为世界冠军 直到近年才有磁悬浮列车超过它 很多高速列车从这种车型中分出 如西班牙的Ave等 TheTGVDuplex 这是一辆双层高速列车 比原有车辆多出百分之四十五的运量 而且能以300公里的时速运营 第六章资料补充 26 德国高速铁路 ICE的全称是IntercityExpress 即城际快车 1982年 首列ICE V型试验车被德国铁道定购 1985年该车交付使用 并在1989年以406 9公里的时速成为当时的世界冠军得主 1990年乌兹堡到福尔兹的高速铁路开通 翌年首列ICE1型车投入使用 同年 专为ICE开通的铁路 1993年全部ICE1型车投入使用 同年第三条ICE专线开通 1994年 一列ICE1运抵美国 开始了它的每周之行 第一列使用ICE的国际列车开通 1996年 首列ICE2型高速列车交付德国铁道 成为长途运输车辆 1997年 ICE2成为汉报道柏林的快速车辆 1998年 ICT 电动摆式列车 开始测试 六月三日 一列ICE1型车在汉堡和汉挪威之间发生了一起事故 之后所有的ICE1型车暂停了运营 1999年 ICE3型高速列车开始试运行 第六章资料补充 27 英国 瑞典高速铁路 1981年当英国的国营铁路首先利用倾斜技术来运营时遭到失败 他们称之为 先进的旅客列车 Apt在按日程表运行三天后 就停开了 因为乘客们抱怨有恶心等病态反映 且制动系统和尚处于开发阶段的悬挂系统仍存在技术故障 前面几节车厢不 倾斜 后来经过不断的改进完善 利用倾斜技术的摆式列车目前已在全欧洲盛行 瑞典引进的X2000摆式列车将斯德哥尔摩到哥德堡459公里的路程时间缩短了将近1 4 铁路市场份额由41 提高到55 美国铁路公司于1999年在华盛顿 纽约 波士顿之间开出时速达240公里的摆式列车 acela 在本站中有详述 届时 全程所需时间将从现在的8个小时减到5小时 甚至法国这个最先倡导高速列车的国家也在高速和普通轨道上试验作用摆式列车 英国的Apt摆式列车 瑞士的摆式列车 第六章资料补充 28 西班牙高速铁路 第六章资料补充 29 中国新时速 新时速摆式列车是由ABB戴姆勒 奔驰交通公司 Adtranz 制造的 在瑞典泛称为X 2000高速列车 新时速摆式列车是一种集中式电动车组 其编组为1T 6M 即1辆动车 6辆拖车 拖车中有1辆为无动力装置带驾驶室的尾车 其另一端为旅客车厢 时速200公里 广深铁路股份有限公司与瑞典ADtranz公司在1996年11月签署了合约 租用一组X2000摆式列车 以测试摆式列车在中国营运的可行性 该列车价值为 1600万美元 租金每年 180万美元 供货商免费提供日常维修和保养 大约一年 广深铁路股份有限公司已经正式买入X2000列车 第六章资料补充 30 西班牙AVE 意大利 瑞典摆式列车 第六章资料补充 31 车辆制动方式 制动可分为磨擦制动和动力制动 磨擦制动 闸瓦制动 盘形制动 磨擦式电磁轨道制动动力制动 电阻制动 再生制动 电磁涡流制动 动力车采用电阻 再生 制动为主 盘形制动为辅 非动力车采用盘形制动为主 电磁涡流制动 电磁轨道制动 为辅 第六章资料补充 32 5 摆式列车 1 摆式列车概述摆式列车车体可以随运行时所通过的线路轴线半径和列车速度的变化作相对应的侧向摆动 使作用在车体的离心力与其重力的分力达平稳状态 20世纪30年代美国最上开始研究 50 60年代欧洲开始试验 79年意大利最早投入运营 pendolino 80年西班牙的 Talgopendular 90年代欧洲广泛运行 我国与98年从瑞典ABB戴姆勒 奔驰公司引入 新时速 摆式列车 共7节 最高时速210公里 2 无源摆式列车 车体摆动的动力 来源于车体上的离心力 不需要专门的动力装置 其车体支撑点和重心分离 当通过曲线时 车体会自然倾斜 通过两侧两钢柱上方的空气弹簧自动调节倾斜量 如西班牙的Talgo摆式列车 优点 结构简单 维修方便 缺点 摆动幅度小 离心力补偿低且滞后 车体有横向移动感 3 有源摆式列车 车体的摆动力 来源于外部动力 故称主动式摆式列车 车上主要设备为加速度仪 陀螺仪 信号采集转换装置 摆动动力装置 特点 重心与摆动中心重合 无横向移动 补偿作用及时 摆动幅度较大 缺点 结构复杂 第六章资料补充 33 高速 子弹 列车 美国科学家们正在利用 电磁炮 原理研制一种新型的高速 子弹 列车 与磁悬浮列车不同的是 子弹 列车可以直接使用现有的铁路轨道 而不需要装备有电磁线圈的特殊轨道 这种利用电磁感应原理制成的 子弹 列车 机车头上安装有一组由气体涡轮发动机提供能量的电磁驱动线圈 这样列车自身便成为一颗 子弹 而沿着传统轨道旁建成的一种梯形状铸铅反作用极板就成为一门 电磁炮 的炮膛 可以驱动和引导 子弹 列车前进 据美国桑迪亚国家实验室研制的 子弹 列车模型试验结果表明 子弹 列车能以每小时321 86千米的速度在现有的铁路轨道上高速行驶 子弹 列车的加速性能十分优异 列车仅行驶3 6米就可从静止状态加速到每小时54 7千米 另外 子弹 列车由于其无需重新建造铁路轨道 所以制造成本要比磁悬浮列车低得多 是一种有发展前途的新型列车 第六章资料补充 34 行星 列车 目前 美国麻省理工学院独辟蹊径正在着力研制一种在地下行驶的新型列车 这种被人们称之为 行星 列车的新型列车 实际上是一种地下真空磁悬超音速列车 据列车设计师们宣称 这种神奇的 行星 列车最高运行速度可以达到每小时22500千米 为音速的20多倍 以美国本土为例 行星 列车横穿美国东西部仅需21分钟便可以走完全部旅程 而一般喷气式飞机却至少要化费 小时的时间 第六章资料补充 35 水下列车 另一正在研制的是水下列车 目前 美 英 日 法 德等国家纷纷加入研制水下列车的行列 并宣称按照当代科学技术的水平制造水下列车已无任何技术上的障碍 为了解决列车在水中快速行驶时所遇到的阻力 潜流 湍流以及海水对流等海洋动力等问题 水下列车的车身将借助于导向轮固定在水下高架单轨铁路路基上 并利用类似于潜水艇使用的垂直和水平稳定装置 使列车在深水中行驶时能够保持平稳 水下列车的动力装置为线性发动机 安装在高架单轨铁路路基上的特制通电线圈会产生一个强大的磁场 与列车车身的电磁铁相互作用 从而驱动列车在水中高速行驶 人们乘坐水下列车可以置身于五光十色神秘的海底世界 第六章资料补充 36 飞行列车 日本东北大学正在研制一种时速高达500千米的新型飞行列车 飞行列车是一种利用空气动力原理的新型列车 即利用列车行驶在距离地面或水面30厘米左右上方空间时所产生升力而飞行的列车 这种新型飞行列车的动力装置仅是一台电动机 电动机由装在机体下部的导电弓架从跑道上供电 由于飞行列车的车体要比普通列车轻得多 行驶迅速安全 甚至可以实现无人驾驶 专家们一致认为 飞行列车是一种理想的地面飞行器 它吸取了飞机和列车两者的优点 很有发展潜力 第六章资料补充 37 单元式重载列车 单元式重载列车 是把大功率机车双机或多机与一定编成辆数的同类专用货车固定组成一个运输 单元 并以此作为运营计费的单位 机车操纵采用无线遥控同步运转系统 运送的货物品种单一 在装 卸站间往返循环运行 中途列车不拆散 不进行改编作业 机车车辆固定编挂位置 车底固定回空 两端车站装卸设备配套 是装 运 卸 一条龙 的运输组织形式 在路网规模大 行车密度小 货运比重大 运能较富裕的美国 加拿大 澳大利亚等国 组织开行从装车地到卸车地之间的重载单元列车 通过货物集中发送 快速装卸 加速机车车辆周转来降低成本 从而获得较大的效益 提高了与其他运输方式的竞争能力 美国的重载单元列车 牵引总重在10000吨以上 是名副其实的万吨列车 并曾创造总重达44066吨的世界最高纪录 第六章资料补充 38 组合式重载列车 组合式重载列车 是由两列及其以上同方向运行的普通货物列车首尾相接 合并组成的列车 机车分别挂于各自的货物列车首部 由最前方货物列车的机车担任本务机车 运行至前方某一技术站或终到站后 分解为普通货物列车 它实质上是在线路通过能力紧张的区段 利用一条运行线行驶两列及以上的普通货物列车的一种扩大运输能力的方式 前苏联铁路是客货混用 列车数量多 行车密度大 运能与运量的矛盾比较突出 为扩大运输能力 挖掘现有设备潜力 即组织开行超重 超长列车或组合式列车 并成功地试验开行了总重4304