2高速铁路概述2

《高速铁路概述》主要内容学习目标新课讲授本节小结本节习题

【主要内容】

【学习目标】第二节动车组的组成及其技术特点高速列车对牵引功率的需求动车组的动力配置及组成动车组的主要技术特点高速列车对牵引功率的需求高速列车的牵引动力可以采用传统的机车牵引型式，也可以采用动车组牵引型式。

高速列车对牵引功率的需求是根据高速列车的总质量、最高运行速度和在该速度下的列车单位阻力来确定的。

高速列车需要的牵引功率N为：式中Q－列车总质量（t）；

－列车的单位阻力（N/t）；－列车的最高运行速度（km/h）；

k

－裕量系数。高速列车对牵引功率的需求高速列车对牵引功率的需求列车的基本阻力随运行速度的不同而异。低速运行时，以机械摩擦阻力为主；运行速度达到100km/h左右时，空气阻力占运行基本阻力的50％；如果运行速度进一步提高，空气阻力所占的比例还将增大。高速列车对牵引功率的需求

空气阻力与列车运行速度的平方值成正比。列车之所以需要很大的牵引功率，就是因为列车运行速度越高，空气阻力越大。而这一随运行速度提高而迅速增大的空气阻力就成为高速列车运行时的主要阻力。

机械阻力由轴承摩擦、轮轨滚动摩擦、滑动摩擦、振动和冲击等引起。

附加阻力包括：坡道阻力、曲线阻力、隧道空气附加阻力、起动阻力等。动车组的动力配置及组成

所谓动车组就是由动力车和拖车或全部由若干动力车长期固定地连挂在一起组成的车组。动车组动力配置方式有两种：一种是动力分散，另一种是动力集中。动力分散又分为完全分散和相对分散两种模式。完全分散模式即高速列车编组中的车辆全部为动力车，如日本的0系高速列车，16辆编组中全部是动力车,如图所示。动车组的动力配置及组成日本的0系高速列车，16辆编组全部是动力车动车组的动力配置及组成

相对分散模式，即高速列车编组中大部分是动力车，小部分为无动力的拖车，如日本的100系、700系高速列车，16辆编组中有12辆动力车和4辆拖车，即12动＋4拖，如图所示。动车组的动力配置及组成日本的100系高速列车，12M＋4T动车组的动力配置及组成

与动力分散配置方式相对应牵引方式还有动力集中配置方式。如德国的ICE1、ICE2和法国的TGV。如图所示法国TGV－A。动车组的动力配置及组成TGV-A，1989年，300km/h，巴黎－大西洋，交流传动，1990年，试验速度515.3km/h，第二代动车组的动力配置及组成ICE1，1991年，280km/h，汉诺威－维尔茨堡，曼海姆－斯图加特动车组的组成（7部分）1．车体动车组车体分为带司机室车体和不带带司机室车体两种。它是容纳乘客和司机驾驶的地方，同时，又是安装与连接其他设备和部件的基础。为使车体轻量化，高速动车组车体通常采用铝合金和不锈钢材料制造。铝合金车体结构动车组的组成不锈钢点焊车体结构动车组的组成

动车组转向架分动力转向架和非动力转向架。动力转向架的车轴可以是全动轴，也可以是部分动轴。转向架置于车体和轨道之间，用来牵引和引导车辆沿轨道行驶和承受与传递来自车体及线路的各种载荷，并缓和其动作用力。转向架是保证列车运行品质和安全的关键部件。动车组的组成动车组的组成3．连接、缓冲装置车辆编组成列车运行必须借助于连接装置，即车钩。为了改善列车纵向平稳性，在车钩的后部设有缓冲装置，以缓和列车冲动。同时还应该连接车辆之间的电气和空气的管路。连接缓冲装置可以实现机械连接、高压电器连接、辅助系统和列车供电连接、以及控制系统连接。半永久车钩动车组的组成全自动车钩动车组的组成4．制动装置制动装置是保证列车安全运行所必需的装置。动车组常采用电气制动与空气制动的复合制动。动车组制动系统包括动力制动系统(再生制动)、空气制动系统（包括风源）、电子防滑器、及基础制动装置等。动车组的组成制动系统列车布置图

动车组的组成5．车辆内部设备车辆内部设备是指服务于乘客的车内固定附属装置。如车内电气、供水、通风、取暖、空调、座席、车窗、车门、行李架、旅客信息服务系统等。动车组的组成动车组的组成6．牵引传动系统牵引传动系统包括：主电路、高压设备、受电弓、主断路器、其它高压设备、主变压器、牵引变流器、牵引电机、及电传动系统的保护等。动车组的组成7．辅助供电系统辅助供电系统所供电的设备包括：空气压缩机冷却通风机油泵/水泵电机空气调节系统采暖设备照明设备旅客服务设备应急通风装置维修用电等动车组的组成7．辅助供电系统应急用电包括：客室应急通风应急照明应急显示维修用电通讯及其控制等。三、动车组的主要技术特点1.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。动车组的主要技术特点流线化头型(500系)动车组的主要技术特点2.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。动车组的主要技术特点3.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动车组的主要技术特点4.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。动车组的主要技术特点5.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。动车组的主要技术特点ICE密接式车钩缓冲装置动车组的主要技术特点6.交流传动技术

早期的电力牵引传动系统均采用交－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。动车组的主要技术特点7.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(AdvancedTrainControlSystems)研制了多种基础技术设备。动车组的主要技术特点目前在世界高速铁路上的自动控制方式主要分为两类，一类是以设备为主、人控为辅的控制方式，以日本新干线采用的ATC(列车自动控制)方式为代表。另是人机共用、人控为主的方式，以法国TGV高速列车为代表，主要采用有TVM300型安全防护系统及改进的TVM430型安全防护系统，还有德国ICE高速列车采用的FRS速差式机车信号和LZB型双轨条交叉电缆传输式列车控制设备等。动车组的主要技术特点8.倾摆式车体技术

列车通过曲线时，未被平衡的离心加速度超过允许限度时会对乘客产生不舒适感。这种未被平衡的离心加速度与列车速度的平方成正比，由此限制了列车通过曲线时的速度。采用摆式列车可以在既有线路条件下使列车通过曲线时的速度提高约30％。动车组的主要技术特点

采用外轨超高以减少离心加速度，如图所示。此时未平衡的离心加速度为：动车组的主要技术特点根据试验和实践证明，未被平衡的离心加速度有如下经验数据：gc<0.04g，旅客对未被平衡的离心加速度无明显感觉gc=0.05g，旅客能觉察未被平衡的离心加速度，但无不舒适的感觉gc=0.077g，一般旅客能长时间承受未被平衡的离心加速度gc=0.1g，一般旅客能承受不频繁的这种未被平衡的离心加速度动车组的主要技术特点我国铁路用限制欠超高的形式来保证列车通过曲线时的安全性和旅客舒适度：等级较高的线路：hd<70mm一般线路：hd<90mm既有线路上提速：hd≤110mm动车组的主要技术特点未被平衡的离心加速度与欠超高之间的关系未被平衡的离心加速度gc0.05g0.073g0.077g0.1g欠超高hd(mm)75110115.5150动车组的主要技术特点采用倾摆式车体技术时的曲线限速为：ht－车体倾摆后的当量超高（mm）动车组的主要技术特点车体倾摆角与当量超高ht的关系车体倾摆角(°)1234566.5当量超高ht(mm)265278104131157171动车组的主要技术特点下表为常规车辆和摆式车辆摆角为3°、6