动车组结构及原理 课件 第2章-动车组总体技术

第2章动车组总体技术授课内容2.1动车组关键技术2.2动车组技术参数2.3动车组限界2.4动车组牵引力2.5动车轻量化技术第2章

动车组总体技术2.1.1动车组九大关键技术2.1.2动车组十大配套技术（补充知识）1.理解动车组九大技术2.理解动车组十大配套技术学习知识点学习目标2.1

动车组关键技术第2章

动车组总体技术2.1

动车组关键技术第2章动车组总体技术为实现高速动车组技术的消化吸收、再创新和全面创新，根据动车组的基本组成、技术难度和我国轨道交通技术的现代化水平，把高速动车组的技术分成九大关键技术和十大配套技术。九大关键技术十大配套技术2.1.1

动车组九大关键技术第2章动车组总体技术1.动车组总成（即系统集成）轮轨关系接口——轮轨匹配关系弓网关系接口——符合400km/h以上运行速度的高速受电弓动力学参数，满足气动、阻力要求和噪声要求的高速受电弓结构。流固耦合关系接口——保证列车安全运行的环境风控制范围，列车阻力和气动抬升力限值。机电耦合关系接口——根据线路条件和动车组状态，给出满足动车组运行需求的牵引供电系统的总体参数。环境耦合关系接口——确定动车组噪声和噪声声强控制值，提升动车组降噪吸音材料的性能要求。通过动车组总成使动车组达到牵引、制动、车辆动力学、列车空气动力学、舒适性和安全性等性能要求。2.1.1

动车组九大关键技术第2章动车组总体技术2.车体车体关键技术主要包括：①车体轻量化技术，包括新材料、新工艺、改变车体结构、模块化和集成化。②气动外形技术。③车体密封技术。气动外形原始梁结构优化方案1优化方案2板件厚度：19.19mm质量：46.48t板件厚度：17.49mm质量：46.21t板件厚度：17.55mm质量：46.41t轻量化设计型材结构拓扑优化铝合金中空型材密封气流2.1.1

动车组九大关键技术第2章动车组总体技术转向架轻量化技术碳纤维转向架基于尺寸变量的构架轻量化实现转向架减重4.37%转向架悬挂技术非动力转向架动力转向架转向架结构简图3.转向架2.1.1

动车组九大关键技术第2章动车组总体技术转向架驱动技术动力转向架牵引电机齿轮箱驱动驱动转向架沿轨道导向行驶电机安装在转向架上提供动力，减少动力传递损失，提升加速性能；采用现代控制技术，实时调整电机输出，实现平稳加速和减速，并通过传感器实时监控驱动状态；转向架设计时，考虑沿轨道运行的导向性，同时考虑动态稳定性、有抗侧倾设计，提高安全性；实施减振技术。2.1.1

动车组九大关键技术第2章动车组总体技术牵引电机悬挂技术电机悬挂形式轴悬式架悬式体悬式刚性轴悬式刚性架悬式弹性轴悬式轮对空心轴架悬式挠性浮动齿式联轴节式架悬式电机空心轴架悬式半体悬式全体悬式弹性架悬式轴悬式架悬式体悬式2.1.1

动车组九大关键技术第2章动车组总体技术高温超导变压器：利用高温超导材料制作绕组的变压器，具有体积小、重量轻、效率高等优点。电子变压器：将工频交流电通过电力电子变换器转换为高频交流方波，然后通过高频变压器进行电压变换。

牵引变压器是牵引传动系统中质量、体积最大，耗损最多的部件。尤其在动力分散动车组中，由于要求起动加速功率和再生制动功率大，而安装空间又有限，所以主变压器损耗占到总损耗的30%，因此减小质量、减小体积、降低损耗，一直是牵引变压器技术发展的目标。随着电子技术的发展和高温超导线材性能的提高，出现了两种新型变压器4.牵引变压器技术（本课程不讲）2.1.1

动车组九大关键技术第2章动车组总体技术

牵引变流器采用新型大功率半导体器件，从最早的晶闸管发展到GTO、IGBT、IPM以至IGCT。牵引变流器发展的目标是小型化、轻量化、节能、环保、可靠和经济适用。关键技术：集成设计和冷却目前主要的冷却方式：风冷、油冷、水浴、沸腾冷却和热管冷却。5.牵引变流器技术（本课程不讲）2.1.1

动车组九大关键技术第2章动车组总体技术6.牵引电机技术（本课程不讲）近代高速动车组大多采用三相交流异步牵引电机直流电机三相交流异步牵引电机质量小、功率大、结构简单运用可靠、寿命长、维修简便具有较好的自我抑制空转的性能中国“复兴号”德国的ICE永磁多极同步牵引电机损耗低、质量小有可能实现无传动齿轮的直接驱动噪声小、无油泄漏2.1.1

动车组九大关键技术第2章动车组总体技术7.牵引传动控制系统（本课程不讲）

高速动车组电力牵引传动系统向功率大、质量小、体积小、可靠性高和低成本方向发展，基本都采用先进的交流(交-直-交)传动系统。而近代牵引传动控制手段普遍采用数字电路和大规模、超大规模集成电路以及微处理器、微控制器和数宇信号处理器等组成的微机控制系统，由单机个别控制向车载计算机网络发展。车载计算机网络由列车控制级、车厢控制级和功能控制级组成。2.1.1

动车组九大关键技术第2章动车组总体技术8.动车组制动技术（本课程不讲）关键技术：基础制动技术、动力制动技术、复合制动技术、非黏着制动技术和防滑控制技术。作用：产生一定的制动力，使列车在规定的距离或时间内减速或停车。基本组成：空气制动系统、电制动系统、磁轨制动系统、电磁制动系统、液压制动系统、组合制动系统和防抱死系统等智能控制系统。2.1.1

动车组九大关键技术第2章动车组总体技术作用：对整个列车的牵引、制动和车内所有设备进行控制、监测和诊断。组成：列车信息中央装置、列车信息终端装置、列车信息显示器、各种列车和车辆总线、网关以及车内各种设备的监控、诊断和显示装置。9.列车网络控制系统（本课程不讲）

高速动车组网络监控与诊断技术大致可以分为运行监控、故障检测与诊断以及通信网络三方面的内容。通信网络:控制指令和信息的传送

运行监控:防止列车冒进和追尾等冲撞事故的发生。

故障检测:诊断动车组的故障2.1.2

动车组十大配套技术第2章动车组总体技术1.空调系统动车组车内空气环境控制系统，通常称为动车组空气调节系统，它是列车的“呼吸器官”。主要功能：①供应新风，排放废气；②采暖和制冷制热能力；③气流的导向和分配；④气体的过滤；⑤新风和排气系统的压力保护；⑥紧急通风。组成：通风系统、制冷系统、制热系统、自动控制系统。补充知识2.1.2

动车组十大配套技术第2章动车组总体技术2.车钩及缓冲装置技术车钩缓冲装置是用于使车辆与车辆，机车或动车相互连挂。它由车钩，缓冲器、钩尾框，从板等组成。2.1.2

动车组十大配套技术第2章动车组总体技术3.车窗技术动车组车窗包括司机室前窗和客室侧面车窗2种。除了必须具有足够的强度要求外，还须具有良好的隔热隔声性能和减速功能。最新车窗技术具有安全锁定机制、智能化技术，如使用智能调光玻璃、集成显示屏功能提供站点、天气等实施信息，部分车窗采用自洁涂层具有自洁技术。2.1.2

动车组十大配套技术第2章动车组总体技术4.塞拉门技术组成：密封门框、门扇、侧立集成组件、承载驱动机构、内部操作装置、外部操作装置等大部件和机构支架、门口踏板以及下压条安装支架等小件。功能：集控功能、本车控制、门速度联锁、紧急解锁、障碍检测功能、隔离功能，隔音隔热功能。2.1.2

动车组十大配套技术第2章动车组总体技术5.内饰技术为了保证车辆的轻量化及旅客乘坐的舒适性，车内装饰通常采用轻量化、模块化设计，采取隔声降噪措施，充分体现人性化设计理念。动车组的内饰通常包括以下几个部分：座椅、行李架、车窗、照明系统、卫生间、餐车、安全设备等。6.辅助供电技术辅助供电系统是保证动车组除主传动系统以外的所有用电设备正常工作的必不可少的系统。现代高速动车组的辅助供电系统通常采用列车总线供电方式，由分散布置在若干辆车底架的各电源设备向干线并联供电。2.1.2

动车组十大配套技术第2章动车组总体技术7.风挡技术列车风挡设置在车厢两端，起活动连接作用，此外，还具有纵向伸缩性能，适应车辆间的相对运动；当动车组高速运行时（尤其是会车或通过隧道时），为了保证旅客的舒适性，连接风挡必须具有很好的密闭性。通常，高速动车组的风挡采用密闭式橡胶风挡或双层折棚风挡。2.1.2

动车组十大配套技术第2章动车组总体技术8.受电弓技术采用电力牵引的高速列车必须通过弓网受流系统不间断地从接触网上获取电能。受流装置是将电能由接触网顺利导入动车组内部变压设备的重要装置。结构：滑板、上框架、下臂杆(双臂弓用下框架)、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成。2.1.2

动车组十大配套技术第2章动车组总体技术9.座椅技术人体工学技术：座椅设计依据人体工学原理，具有可调性安全技术：结构和固定方式符合标准，配备安全带，保证安全隔音隔热技术：使用吸音材料减少外部噪音，配有加热通风功能便捷性设计：一些座椅设计为可折叠或可移动以方便乘客上下车智能化技术：最新先进动车组座椅集成传感器，监测乘客舒适度和安全情况，并为乘客提供实时信息和娱乐内容等个性化服务。2.1.2

动车组十大配套技术第2章动车组总体技术10.卫生间及集便技术高速动车组通常采用全封闭式集便系统。根据控制原理的不同，高速列车的厕所又分为真空式、循环式、喷射式和生物处理式其中较为成熟的是真空式和循环式，尤其真空式厕所已成为当前高速列车采用的首选，它具有清洁卫生、无环境污染、造价低廉、使用可靠和维修方便等优点。第2章动车组总体技术1.动车组的“九大关键技术”和“十项配套技术”都是什么？复习思考题第2章动车组总体技术第2章动车组总体技术授课内容2.1动车组关键技术2.2动车组技术参数2.3动车组限界2.4动车组牵引力2.5动车轻量化技术第2章

动车组总体技术2.2

动车组技术参数2.2.1性能参数2.2.2车辆主要尺寸1.

掌握动车组性能参数和主要尺寸参数学习知识点学习目标第2章动车组总体技术2.2.1

性能参数第2章动车组总体技术车辆技术参数是指车辆技术规格的某些指标，是从总体上表征车辆性能及结构的一些参数。一般分性能参数和车辆主要尺寸两大类。一、车辆性能参数(一)自重、载重和容积、自重系数、比容系数

自重：车辆本身的全部重量，t。CR400BF（整列16辆编组）为453-461.8

载重：车辆允许的正常最大装载质量，t。CR400BF约为91容积：装载空间，m3。2.2.1

性能参数第2章动车组总体技术一、车辆性能参数(一)自重、载重和容积、自重系数、比容系数

自重系数：是运送单位标记载重所需的自重，其数值为自重与标记载重之比。是一般列车的一个重要技术参数。如：CR400BF标记载重91t，自重28.3t，自重系数为0.31。

比容系数：是设计容积与标记载重的比值。不同类型的货车和列车因装载的货物不同，要求不同的比容系数。如P62标记载重60t，设计容积120m3，比容系数为2m3/t；C62A标记载重60t，设计容积71.5m3，比容系数为1.19m3/t。某些类型的货车（如平车）没有比容系数。罐车采用比容系数的倒数，称为“容重系数”。2.2.1

性能参数第2章动车组总体技术(二)速度

最高试验速度：车辆设计时，按安全及结构强度等条件所允许的车辆最高行驶速度。

最高运行速度：除满足安全及结构强度条件外，还必须满足连续以该速度运行时车辆有足够良好的运行性能。一、车辆性能参数2.2.1

性能参数第2章动车组总体技术(三)轴重指按车轴型式及在某个运行速度范围内该轴允许负担的并包括轮对本身质量在内的最大总质量。轴重的选择与线路、桥梁及车辆走行部的设计标准有关。

我国国家高铁CR400BF、CRH5等轴重为17t；

CRH380A/AL系列为≤15t

CRH380B、CRH380BL、CRH380C、CRH380CL等轴重为≤17t地铁车辆的轴重为12-16t；轻轨车辆轴重为10-12t一、车辆性能参数2.2.1

性能参数第2章动车组总体技术(四)每延米轨道载重是指车辆的总质量与其全长的比值。这个指标用于衡量单位长度轨道上所承受的车辆质量，是车辆设计中与桥梁、线路强度密切相关的一个参数，同时又是能否充分利用站线长度、提高运输能力的一个指标。按目前桥梁设计规范，允许车辆每延米轨道载重可取到8t。举例：一辆动车的总质量为62.5t，动车全长25.9m，则这辆动车的每延米轨道载重为2.45t/m。一、车辆性能参数2.2.1

性能参数第2章动车组总体技术(五)通过最小曲线半径是指在保证车辆能够安全通过曲线而不发生擦碰或其他安全隐患的前提下，曲线半径的最小值。(六)轴配置或轴列式（一般用轴列式表示）轴配置表示动轴与非动轴等排列情况。B—B，2—2所谓轴列式是指用英文字母或数字来表示车辆转向架结构特点的一种简单方法。英文字母表示动轴数（A—一根动轴，B—两根动轴，C—三根动轴）数字表示从轴数（1—一根从轴，2—两根从轴，3—三根从轴）注脚“0”表示动轴为单独驱动，即每个电机驱动一根动轴。例如，CRH5动车组轴列式，动车：1A-1A；拖车2-2。CRH系列动车组的轴列式？2.2.1

性能参数第2章动车组总体技术(七)最大起动加速度、剩余加速度和平均起动加速度、最大制动减速度、平均制动减速度①最大起动加速度是指列车在起动过程（正常定员、直线和平道）中所能达到的最大加速度，一般要求≥0.4m/s2。②剩余加速度是指列车速度达最大时的加速度，一般要求≥0.1m/s2。③平均起动加速度是指列车速度从0增至某一特定速度（一般为120-150km/h）之间的平均加速度。④最大制动减速度是指列车在额定载荷下，在空气制动和再生制动共同作用下所能达到的减速度的最大值。。⑤平均制动减速度是指列车在额定载荷下，自最大运行速度制动减速直至停车过程中的平均减速度。2.2.1

性能参数第2章动车组总体技术(八)单位自重功率指标指整车总功率与整车自重之比，一般为10~15kW/t。(九)供电电压、最大网电流和牵引电机额定功率供电电压是指动车组的接触网供电电压，分：①直流供电（电压为1500V或3000V）②交流供电：频率为50Hz时，电压为25kV。我国电气化铁路（包括客运专线）全部采用单相交流50Hz、25kV供电。最大网电流是指供电电网的最大允许电流。牵引电机功率由列车运行工况决定，单电机功率通常为：动力集中式动车组为1200-1400kW，动力分散式动车组为200-650kWCRH5-550kW；CRH380BL-586kW；CR400BF-650kW。2.2.1

性能参数第2章动车组总体技术(十)制动形式摩擦制动(踏面制动和盘形制动)、再生制动、电阻制动、涡流制动和磁轨制动。动车组均以再生制动为主，空气盘形制动为辅。(十一)坐席数及单位地板面积站立人数坐席数根据车内布置情况确定。一般情况下，普通车的坐席布置为2+3，头等车的坐席布置为2+2。单辆车坐席数最多约100人，最少约50人。2.2.1

性能参数第2章动车组总体技术(十二)紧急制动距离动车组从最高速度开始施行紧急制动直到速度为零时所行驶的距离。我国铁路关于动车组制动距离的标准：最高时速200km/h的动车组，紧急制动距离必须≤2000m；最高时速250km/h的动车组，紧急制动距离必须≤3200m；最高时速300km/h的动车组，紧急制动距离必须≤3800m；最高时速350km/h的动车组，紧急制动距离必须≤6500m。2.2.2

车辆主要尺寸第2章动车组总体技术(一)车辆外形尺寸

包括车辆全长、最大宽度和最大高度。车辆全长：该车两端钩舌内侧面间的距离车体长度车辆宽度是指车体最宽部分的尺寸。车辆最大高度是指车辆顶部最高点到钢轨轨顶面的距离。车辆最大宽度和最大高度必须符合车辆限界的要求(二)车体内部尺寸（长、宽、高）车体内部的尺寸必须满足大部分旅客的乘坐要求。通常车内部高度或称净空高度（地板到天花板距离），一般为2100-2300mm。某型号火车卧铺尺寸2.2.2

车辆主要尺寸第2章动车组总体技术(三)车钩高车钩中心线距轨面高度，简称车钩高。指车钩钩舌外侧面的中心线至轨面的高度。我国规定新造或修竣后的空车标准车钩高度为880mm车钩钩舌的水平中心线至轨面的高度。(四)地板面高度指新造或修竣后空车的地板面距轨面的高度。受两方面的制约：①车辆本身某些结构高度限制，如车钩和转向架；②与站台高度的标准有关。2.2.2

车辆主要尺寸第2章动车组总体技术(五)车辆定距指车体支承在前、后走行部之间的距离，对带转向架的车辆，又可称为转向架中心间距C。(六)转向架固定轴距（轴距）转向架固定轴距：不论是二轴转向架或是多轴转向架，同一转向架最前位轮轴中心线与最后位轮轴中心线之间的距离为转向架固定轴距D。A-车辆全长B-全轴距C-车辆定距D-固定轴距第2章动车组总体技术1.熟悉并掌握车辆（重点动车组）的主要技术参数。复习思考题第2章动车组总体技术第2章动车组总体技术授课内容2.1动车组关键技术2.2动车组技术参数2.3动车组限界2.4动车组牵引力2.5动车轻量化技术第2章

动车组总体技术2.3

动车组限界一、性能参数学习知识点2.3.1铁路限界2.3.2动车组限界2.3.3动车组限界计算1.理解设置铁路限界的意义；2.掌握铁路限界相关概念；3.掌握动车组限界校核计算；4.了解线路概要相关知识学习知识点学习目标2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术1.设置限界的意义限界是铁路安全行车的基本保证之一，为了使机车车辆能在一定范围的路网内通行无阻，不会因车辆外形尺寸设计不当、货物装载位置不当或建筑物与地面设备的位置不当而引起不安全的行车事故，必须用限界分别对机车、车辆及建筑物等地面设备的外形尺寸加以制约。扩展阅读：GB146.1-2020标准轨距铁路限界第1部分：机车车辆限界GB146.2-2020标准轨距铁路限界第2部分：建筑限界机车车辆限界建筑限界轨面2.铁路限界定义铁路限界都是由机车车辆限界和建筑限界两者共同组成的，两者间相互制约与依存。建筑限界和机车车辆限界均指在平直铁路线上两者中心线重合时的一组尺寸约束所构成的极限轮廓。机车车辆限界（车限）是限制机车车辆横断面的最大尺寸。建筑限界（建限）是每一铁道线路必须保证留有的最小空间的横断面尺寸。2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术车限和建限及其相互关系示意图车辆限界活限界门建筑限界机车车辆限界轨面2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术⑴车辆制造公差。⑵载荷作用下弹簧的下沉，及弹簧性能误差。⑶磨耗或永久变形。⑷轮轨间隙、车辆自身横向间隙。⑸走行过程车辆相对线路的偏移。⑹线路在列车反复作用下可能产生的变形。⑺运输某些特殊货物时可能会超限。⑻为应付特殊情况的裕留空间。2.静偏移限界3.动偏移限界4.动态包络线限界1.无偏移限界1.无偏移限界空间利用率最低2.静偏移限界我国GB146.13.动偏移限界UIC4.动态包络线限界地铁车辆注：UIC：UnionofInternationalCar，国际铁路联盟2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术1.定义：机车车辆限界是与线路中心线垂直的，限制机车车辆外形尺寸的极限横断面轮廓。2.限界的使用：GB146.1-2020横向：以线路中垂线为基准，限界半宽表示，判断左右两侧宽度是否超限；垂向：以轨面为基准（距轨面高350mm），判断车辆在高度方向是否超限。若一辆车在某个横截面处的总宽虽不超限，但只要某侧半宽超限即为超限。分为上部限界和下部限界（1）上部限界（车限-1A）-距轨面高350mm以上部分限界（2）下部限界-距轨面高350mm及以下部分限界车限-1B车限-1C通过驼峰车辆减速器（缓解位置）的调车机车下部限界（车限-2）机车车辆限界建筑限界轨面2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术新造车空载状态垂直面内最大尺寸可按车限-1A的最大尺寸设计制造。（车限-1A）2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术进入GB146.2-2020中建限-1和建限-3的机车车辆下部限界为车限-1B（①车限-1B）2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术进入GB146.2-2020中建限-4的机车车辆下部限界为车限-1C（②车限-1C）2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术通过驼峰车辆减速器（顶）（缓解位置）的调车机车下部限界为车限-2③车限-22.3.1铁路限界第2章动车组总体技术1)当其停放在水平直线上且在无侧向倾斜和偏移时，除电力机车升起的受电弓外，其他任何部分均应容纳在限界轮廓之内，不得超越。2)校核时应以车体或转向架处于最低可能位置来考虑：在名义载重作用下的静挠度；按厂、段修规程检修限度表中允许的心盘、销套、轮辋等的最大磨耗；按检修限度表中弹簧、车体各梁允许的最大永久变形；2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术3)竖直高度均从轨面算起，所有横向宽度均从中垂线向两侧计算。4)新造车需在空载状态下按机车车辆上部限界(车限-1A)校核其垂直面内的最大尺寸。5)新造机车车辆下部设计制造垂直尺寸在计入静载（或整备）下的弹簧静挠度以及最大磨耗后，不应小于车限-1B或车限-1C所规定的垂直尺寸。6)通过自动化、机械化驼峰的机车车辆，其下部设计制造垂直尺寸在计入静载（或整备）下的弹簧静挠度以及最大磨耗后，不应小于车限-2所规定的垂直尺寸。7）在按5）、6）确定新造车下部设计制造垂直尺寸时，不需另计入其动载下的弹簧动挠度。2.3.2动车组限界第2章动车组总体技术动车组限界是铁路限界中机车车辆限界的一个重要的组成部分，其制定和制定原则在国内外铁路运输部门都是具有十分重要的地位。国际上动车组总体设计方面的主要标准有UIC505-1《国际联运用机车(动车)的动态限界》、UIC505-2OI《国际联运用客车和其他客运车辆的动态限界》《日本既有线路和新干线的车辆限界》、《ICE技术任务书》以及UIC567《客车的一般规定》等。2020年，我国发布了《标准轨距铁路限界第1部分：机车车辆限界》(GB146.1-2020)标准，规定了高速铁路动车组限界轮廓和机车车辆外形轮廓在设计时应满足安全运行的要求，同时也是动车组外形设计的依据。2.3.2动车组限界第2章动车组总体技术CRH系列动车组受电弓结构限界的制订参照国家标准GB146.2-2020的限界规定2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术车辆偏移量的计算当车辆通过曲线时，其端部偏向曲线外侧，而中部偏向曲线内侧，偏移量的大小与车辆长度、车辆定距、转向架固定轴距以及曲线半径有关。（1）车辆在曲线上的偏移情况：2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术（1）二轴车在曲线上的静偏移量（横向）假设：轮对和钢轨之间没有间隙；车体和轮对在水平面内无相对位移。2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术充分利用限界，则2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术对于有两个转向架的四轴车，转向架心盘处也要向曲线内侧偏移。四轴车在曲线上的偏移状况·········（2）·········（3）式中：——车体长度的数值，mm；——转向架中心距的数值，mm；——转向架轴距的数值，mm；——计算曲线半径的数值，mm。·········（1）——转向架中部偏移量的数值，mm；2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术车体端部和中部的偏移量可表示为：2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术当两列车运行在同一曲线区段上时，内侧曲线上车辆的端部与外侧曲线上车辆的中部相距最近，它们是否会相碰，可作校核性计算车体与转向架在曲线处的相对位置2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术③两车的最小间隙为：①外侧车辆车体中部的偏移量②内侧车辆车体端部的偏移量——复线在曲线处的线间距，mm；——车体宽度，mm；第2章动车组总体技术(1)曲线上车限和建限之间应留更大空间；(2)影响车辆在曲线上静偏移量的因素：①曲线半径R和超高h；②车体长度L;③车辆定距l；④转向架固定轴距S。2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术(3)校核车体宽度是否超限计算曲线半径R=300m计算车辆（定义：在确定机车车辆最大宽度缩减量时所采用的具有给定车体长度和转向架中心距的名义车辆。）见下表计算车辆种类车体长度L（m）车辆定距l（m）L/l在计算曲线上的静偏移量中部（mm）端部（mm）113.229.351.41436.4236.39226181.444135146.7注：①第1种用于不符合GB146.2-2020的标准轨距铁路线路运行的车辆；②第2种用于符合GB146.2-2020的标准轨距铁路线路运行的车辆。2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术当其车体长度和转向架中心距不大于计算车辆的相应尺寸并且符合计算车辆的车体长度与转向架中心距的比例时，不需要缩减其最大容许宽度（3400mm）。当其车体长度或转向架中心距不满足（3）要求（大于计算车辆的相应尺寸或虽不大于但不符合计算车辆的车体长度与转向架中心距的比例）时，应相应地缩减其最大容许宽度，并按以下方法计算。

特种机车车辆参照本方法计算。在机车车辆设计时应符合以下规定：2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术机车车辆中部和端部最大偏移量按式（1）、式（2）计算：·········（1）·········（2）式中：——机车车辆中部最大偏移量的数值，单位为毫米(mm)；——机车车辆端部最大偏移量的数值，单位为毫米(mm)；——车体长度的数值，单位为米(m)；——转向架中心距的数值，单位为米(m)；——转向架轴距的数值，单位为米(m)；——计算曲线半径的数值，R=300，单位为米(m)。2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术机车车辆中部和端部最大容许宽度缩减量按式(3)、式(4)计算：··（3）··（4）机车车辆距轨面某一高度处最大容许宽度按式(5)计算：··（5）2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术例1：已知：车体长度L=25500mm，车辆定距l=18000mm，转向架固定轴距b=2400mm，车体宽度为3104mm。试校核该车宽是否满足限界要求。解：①车体中部最大偏移量为：137.4mm＞135mm；②车体端部最大偏移量为：133.5mm＜146.7mm；③3104/2+(137.4-135)=1554.4＜1700mm。没有超限。计算车辆种类车体长度L（m）车辆定距l（m）L/l在计算曲线上的静偏移量中部（mm）端部（mm）113.229.351.41436.4236.39226181.444135146.72.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术

解：(1)根据题意得：L=25500mm，l=18000mm，S=2400mm，R=300000mm（固定）(2)车体端部、中部偏移量分别为（采用第2种计算车辆）(3)车体最大允许宽度当车体中部、端部偏移量均小于计算车辆在计算曲线上的偏移量时，车体最大宽度为1700×2=3400mm（固定），当车体中部、端部偏移量任意一个大于计算车辆在计算曲线上的偏移量时，车体最大宽度必须修正，即车体半宽减去车体中部和端部偏移量超偏最大值：(4)结论车体设计宽度3104mm小于最大宽度3395.2mm，没有超限。2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术1.何谓限界？包括哪几种类型？2.车辆限界的目的是什么？复习思考题1.已知：车体长度L=25000mm，车辆定距l=17500mm，转向架固定轴距b=2500mm，车体宽度为3300mm。试校核该车宽是否满足限界要求。2.某站厂，一列25型车停在半径是200m的曲线上，曲线外侧、线间距4.6m的另一股道上，一组编挂有D10型长大车的货车正在通过（D10

使用二台321型转向架）。试问D10

与25型车的最小间距。作业题两车位置图第2章动车组总体技术第2章动车组总体技术作业题2：

D10型车的参数：25型车的参数：第2章动车组总体技术线路构造概要自学内容线路是铁路列车运行的基础。铁路线路是由路基、轨道和桥、隧建筑物组成的一个整体工程。根据铁路在路网中的作用、性质和远期客货运量，铁路划分为三级：Ⅰ级：骨干网，远期年客货运量≥15Mt；Ⅱ级：骨干网或辅助网，远期年客货运量7.5～15Mt；Ⅲ级：地方网，远期年客货运量＜7.5Mt。第2章动车组总体技术1.线路的基本结构

线路包括：轨道、路基和桥隧建筑物。第2章动车组总体技术1.线路的基本结构钢轨轨道的组成及作用防爬设备轨枕道床联结零件道岔作用：轨道起着机车车辆运行的导向作用，直接承受由车轮传来的巨大压力，并把它传递给路基或桥隧建筑物。第2章动车组总体技术（一）钢轨

1）支承和引导车轮；2）为车轮滚动提供阻力较小的表面；3）承受车轮的作用力并传布于轨枕；4）在电气化铁路和自动闭塞区段，作为轨道电路使用。1.钢轨的功用2.钢轨的特点钢轨的作用要求它应当具备足够的刚度、韧度、硬度、顶面粗糙等特点。

刚度——抵抗由动荷载引起的挠曲变形；韧度——防止动荷载引起钢轨折断；

硬度——防止被车轮压陷或磨损太快；

顶面粗糙度——有利于机车的牵引力、制动力的实现。83第2章动车组总体技术（一）钢轨

在我国，钢轨的类型以每米长度的大致质量的kg整数（kg/m）表示，现行的标准钢轨类型有：75kg/m

、60kg/m

、50kg/m

等。3、钢轨类型及长度我国标准钢轨长度为12.5m及25m两种。

为使钢轨接头对接，曲线内股应使用厂制缩短轨。12.5m标准轨的缩短量为40mm，80mm，120mm三种；25m标准轨的缩短量为40mm，80mm，160mm三种。第2章动车组总体技术（一）钢轨5、轨缝

普通轨道为适应钢轨热胀冷缩的需要，钢轨接头处必须留有一定的缝隙。预留轨缝不应太小，以免高温时钢轨伸长而无伸长余地；轨缝也不应太大，以免低温时钢轨缩短，缝隙过大，严重影响运行。第2章动车组总体技术（二）轨枕

1)承受钢轨的垂直力、水平力。2)传递这二力给道床和路基。3)保持钢轨方向、位置、轨距。1、轨枕的功用

坚固耐久、具有弹性、造价合理、制造维修方便。2、轨枕的特点第2章动车组总体技术（三）钢轨联结零件两节钢轨的末端，用接头联结零件联结。接头联结零件1、接头联结零件可以分为：木枕联结扣件和混凝土枕联结扣件。2、中间联结扣件把钢轨与轨枕牢固地联结起来，以确保钢轨位置稳定。我国木枕轨道地段中间联结方式主要有混合式和分开式。第2章动车组总体技术（四）道床

道床铺设在路基面上的石碴（道碴）垫层，介于轨枕与路基之间，是轨道的重要组成部分。1、道床的功用与材料选择道床断面

1）承受来自轨枕的压力，均匀的传递到路基；2）固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横向移动，保持轨道的稳定；3）提供轨道弹性，缓和机车车辆轮对对钢轨的冲击；4）提供良好的排水性能，减少路基病害；便于轨道养护维修作业。碎石道床示意图

以碎石、矿渣、沙子等为材质构成的碎石道床，满足以上几点要求，价廉物美，是我国目前使用最广泛的道床类型。

第2章动车组总体技术（四）道床1）质地坚硬，耐压、耐磨，具有弹性；2）排水性能好，吸水度小；3）不易风化、侵蚀。2、道床应具备的性能道床断面为梯形，主要有三个要素：1）道床厚度（h）:足够的厚度，确保轨道稳定。2）顶面宽度（b）：一般为3米。3）边坡坡度（i）道床纵断面示意图3、道床断面第2章动车组总体技术（五）防爬设备

列车运行时，车轮作用于钢轨上除产生竖直力和横向力外，还产生一个纵向水平推力，能引起钢轨的纵向移动，有时甚至带动轨枕沿着线路方向一起移动，此种现象称为轨道的爬行。通过安装防爬设备来加强接头扣件、中间扣件的扣紧力以防止爬行。防止爬行的措施在曲线地段，由于列车横向力的作用，很容易引起轨距扩大。预防方法是采用轨距拉杆进行加固。

在直线地段，由于列车纵向力的作用，轨枕可能被拉斜。预防方法是将防爬器与防爬支撑配合使用。第2章动车组总体技术（六）轨距从轨道横断面上来看，轨道的几何形位包括轨距、水平和轨底坡。在线路同一断面处左右两股钢轨顶面的高度差，简称“水平”。直线部分高差不能超过4mm。在直线上钢轨不是竖直铺设，而要向内倾斜1:40的坡度，称为轨底坡。轨距示意图第2章动车组总体技术（六）轨距

两根钢轨轨头内侧之间的距离称为轨距。我国规定，轨距应在钢轨头部内侧顶面下16mm处测量。我国铁路主要采用1435mm的标准轨距，世界各国铁路也普遍采用1435mm的轨距。轨距宽于1435mm的称为宽轨铁路，如俄罗斯采用1524mm的宽轨铁路；轨距窄于1435mm的称为窄轨铁路，我国云南省曾有从昆明至河口的1000mm的窄轨铁路。在机车车辆不断运行的情况下，轨距可能产生一定的误差，我国规定标准轨距的误差宽不得超过6mm，窄不得超过2mm。为保证机车车辆顺利通过小半径曲线，曲线轨距应考虑加宽。第2章动车组总体技术（七）道岔

机车车辆在运行过程中，常常需要由一条线路转入另一条线路，或跨越其它线路。在就需要设置线路的连接与交叉设备，即道岔。

道岔是铁路轨道的重要组成部分。由于道岔数量多、使用寿命短、限制列车速度、行车安全性低，与曲线、接头并称为轨道的三大薄弱环节。第2章动车组总体技术二、线路纵断面构造铁路线路在空间的位置是用它的中心线来表示的。第2章动车组总体技术1.铁路线路的平面和纵断面线路中心线是指距外轨半个轨距的铅垂线AB与两路肩边缘水平连线CD交点O的纵向连线。如下图所示：LL/2ABDCO第2章动车组总体技术1.铁路线路的平面和纵断面

线路中心线在水平面上的投影，叫做铁路线路的平面(俯视)，表明线路的直、曲变化状态；线路中心线展直后在铅垂面上的投影，叫铁路线路的纵断面（侧视），表明线路的坡度变化。线路纵断面线路平面第2章动车组总体技术2.限制坡度、加力牵引坡度及动能坡度（1）限制坡度限制坡度是这样一种坡度：在这个坡度上，一台机车牵引列车连续上坡运行时，列车运行速度最终能够稳定在机车计算速度的水平上。又陡又长限制坡度的选定，需要考虑以下问题：首先，要确保列车运行速度不能过低。其次，需考虑：铁路等级、地形条件、牵引种类、运输要求、邻线牵引定数。线路级别一般路段困难路段Ⅰ级6‰12‰Ⅱ级6‰15‰Ⅲ级15‰20‰第2章动车组总体技术2.限制坡度、加力牵引坡度及动能坡度（2）加力牵引坡度在一条铁路线的全线范围内，地形是不相同的。有一般地段，有困难地段，还可能有特殊困难地段(如跨越山岭地段)。在特殊困难地段，线路纵断面的设计有两个方案：

A.可以修建隧道穿过山岭；

B.也可以利用高坡(坡度值大于限制坡度数值的坡段)跨越山岭。在这个坡段上，列车必须以双机牵引或多机牵引。这种坡段称为加力牵引坡段。例如，我国京张铁路的关沟段和宝成铁路的宝凤段，都采用了加力牵引坡段。第2章动车组总体技术2.限制坡度、加力牵引坡度及动能坡度（3）动能坡度

机车牵引按限制坡度计算的列车质量，利用列车的牵引力和积累的动能，以不低于机车的计算速度所闯过的、大于限制坡度的坡度称动能坡度。变坡点与坡段长度到发线有效长度1050850750650550坡段长度500400350300250相连坡段的连接①减小车钩上下错动，避免脱钩；②减小车辆的垂向加速度，保证舒适性。线路级别竖曲线半径Ⅰ级10000mⅡ级10000mⅢ级5000m驼峰构造：编组站为了加快货物列车的分解与编组，人工设置一个土堆。第2章动车组总体技术

用一定的比例尺，把线路中心线及其两侧的地面情况投影到水平面上，就是铁路线路平面图。线路平面图和纵断面图是铁路勘测设计、施工和运营的重要文件。线路平面图三、线路平面构造第2章动车组总体技术三、线路平面构造直线：直线沿平面向前延伸时分为有缝线路和无缝线路两种。曲线：区间线路最小曲线半径对于客运专线（如秦沈客运专线）来说，区间线路的最小曲线半径为2800m，不得低于2200m。缓和曲线：由于直线与圆曲线的线路构造不完全相同，为了保证行车的安全与平顺，在直线与圆曲线之间设置一段缓和曲线。道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备，线路平面构造包括：直线、曲线、缓和曲线和道岔第2章动车组总体技术三、线路平面构造两股钢轨顶部应在同一水平面上。①有缝线路：12.5m和25m②无缝线路:用普通钢轨焊接而成。提高车辆运行的平稳性，减少了对线路的破坏。线路的平面由直线、曲线（圆曲线及缓和曲线）组成。1.直线第2章动车组总体技术（1）外轨超高平衡离心力使内外两股钢轨受力均匀，垂直磨耗均等旅客不因离心加速度而感到不适HGF外轨超高2.曲线将外轨抬高一定程度。曲线：区间线路最小曲线半径对于客运专线（如秦沈客运专线）来说，区间线路的最小曲线半径为2800m，不得低于2200m。第2章动车组总体技术2.曲线为防止轮对被轨道楔住或挤翻钢轨，对于小半径曲线的轨距要适当加宽(R≤350m时，≤15mm

)

，以使机车车辆能顺利通过曲线，并使钢轨与车轮间的横向力最小，减少轮轨间的磨耗。（2）轨距加宽第2章动车组总体技术3.缓和曲线对缓和曲线的规定①缓和曲线的坡度≯2‰，长度≮20m；②缓和曲线所夹的圆曲线长度＞20m；③两相邻缓和曲线之间必须夹一条直线：长度≮30m（Ⅰ级）≮25m（Ⅱ级）≮20m（Ⅲ级）为了使列车安全、平顺地由直线运行到圆曲线(或由圆曲线运行到直线）而在直线与圆曲线之间设置一个曲率半径逐渐变化的曲线称为缓和曲线。曲线线路级别一般路段困难路段特别困难Ⅰ级1200m800m≮300mⅡ级600m500m≮300mⅢ级600m600m≮250m第2章动车组总体技术3.缓和曲线车辆顺利通过曲线的措施：①外轨超高②加宽轨距①车辆在曲线处的运行速度曲线半径（m）250300400600800100012001500最大允许速度（km/h）687486105122136149166力平衡速度（km/h）47627288102114125139②轨距加宽量曲线半径（m）250250～299300～350＞350轨距加宽量（mm）151050第2章动车组总体技术3.缓和曲线高速线路的技术要求取决于列车的运行速度，故必须作近期、中期及长远规划。京沪高速铁路初步定为300km/h的高速车与160km/h的中速车混合运行，以后需要时可以提高350km/h。1.曲线：参数一般路段困难路段曲线半径(m)Rmin7000≮5500Rmax≯12000≯14000超高hmax(mm)180过超高+欠超高(mm)允许值110140实设值2202602.线路的坡度:对坡度要求较低(20‰)：如日本的新干线最大坡度15‰，法国的最大坡度是35‰。3.线间距:空气动力学问题的要求间距较大，京沪线拟定为5.0m(5.3m)。第2章动车组总体技术1.何谓限界？包括哪几种类型？2.车辆限界的目的是什么？3.线路由哪几部分组成？有砟轨道由那几部分组成？复习思考题第2章动车组总体技术第2章动车组总体技术授课内容2.1动车组关键技术2.2动车组技术参数2.3动车组限界2.4动车组牵引力2.5动车轻量化技术第2章

动车组总体技术2.4

动车组牵引力2.4.1动车组牵引力产生2.4.2黏着对牵引力的限制2.4.3轮对空转与滑行2.4.4动车组运行阻力2.4.5动车组牵引特性1.掌握牵引力产生原理2.理解并掌握黏着定律3.了解轮对的空转与滑行4.了解动车组运行阻力5.了解动车组牵引特性的特点学习知识点学习目标第2章动车组总体技术2.4.1动车组牵引力产生第2章动车组总体技术1.牵引力的定义动车组牵引力是由动力传动装置产生的、与列车运行方向相同、驱动列车运行并可由司机根据需要调节的外力，它是由列车动力装置发出的内力，经传动装置传递，通过轮轨间的黏着而产生的由钢轨反作用于整列动车组所有动轮周上的切向力之和。2.牵引力的产生过程动车组牵引力的产生过程实质是电能变为机械能、内力引起外力的过程，具体为：接触网的高压交流电由动车上受电弓引入牵引变压器，牵引变压器将高压交流电变为低压交流电，经牵引变流器整流后变为直流电供给牵引电动机。牵引电动机转轴输出的转矩通过传动机构传递给轮对的动轮，使动轮获得扭矩。牵引力产生框图接触网牵引变压器动轮获得扭矩传动机构受电弓牵引变流器牵引电动机2.4.1动车组牵引力产生第2章动车组总体技术2.牵引力的产生过程如图，设动车一动轴轴重为Gi，在轮轨接触点C，有一个钢轨对车轮的法向反作用力N。当牵引电动机输出转矩Md时，通过大小齿轮啮合，传递给动轮一个转矩M。当M驱动动轮以圆心O旋转时，受到轮轨接触面间摩擦的阻碍。这时车轮与钢轨间产生作用力与反作用力，M转化为和力偶，由作用于钢轨，得到钢轨的反作用力F。F是一个由钢轨作用于轮对的切向外力，即动车一个动轴的轮周牵引力。整列动车组的轮周牵引力，一部分克服内部各种阻力，其余的通过转向架和车体传递到车钩，牵引列车前进。车钩上那一部分牵引力，称为车钩牵引力。2.4.1动车组牵引力产生第2章动车组总体技术由动车组匀速运动的力矩平衡方程得到动车一个动轴的轮周牵引力的计算公式为：因此，整列动车组的轮周牵引力为：式中，FS是整列动车组的轮周牵引力；n是整列动车组的动轴数。动车一动轴的轮周牵引力的推导过程如下：当忽略其它内摩擦力时，可得到力矩平衡方程为：式中，J是轮对的转动惯量；是轮对的角加速度；Ri是动轮半径。当动车做匀速运动时，。若，则有：2.4.2黏着对牵引力的限制第2章动车组总体技术1.蠕滑如图，动轮轴重Gi作用下轮轨接触处产生弹性变形，形成椭圆形接触面。蠕滑的产生是由于轮周牵引力F的作用，在动轮接触面处前部产生压缩，后部产生拉伸；而在钢轨接触面处前部产生拉伸，后部产生压缩。轮轨接触面前部轮轨间没有相对滑动，称滚动区，而后部轮轨间有相对滑动，称滑动区，两区域的大小将随轮周牵引力F的变化而变化。2.蠕滑率由于蠕滑的存在，动轮的滚动圆周速度将比其前进速度高，这两种速度差称蠕滑速度。蠕滑的大小可用蠕滑率表示。蠕滑率的具体计算公式为：式中，v是动轮前进速度；是动轮角速度。2.4.2黏着对牵引力的限制第2章动车组总体技术3.黏着定律黏着是指动轮与钢轨接触处由于正压力而出现的保持轮轨接触处相对静止而不相对滑动的现象。黏着定律—整列动车组的轮周牵引力最大值在任何时候都不得超过该动车组各动轮与钢轨间最大黏着力的总和，表示为：式中，FSmax是整列动车组的最大轮周牵引力；Fmax是动车一动轴的最大轮周牵引力；FS黏max是整列动车组的最大黏着牵引力；是轮轨间最大黏着系数；

是整列动车组的黏着重量()。4.黏着与计算黏着系数黏着系数定义为黏着力F黏与动轮轴重Gi之比，用于表征轮轨间黏着状态的好坏。其受多种因素的影响，在不同因素组合下，最大黏着系数是不同的。计算黏着系数是列车在通常条件下能够实现的最大黏着系数。由计算黏着系数

得到的黏着牵引力称为计算黏着牵引力，它有时可能是限制整列动车组最大轮周牵引力发挥的主要因素。2.4.3轮对空转与滑行第2章动车组总体技术1.黏着特性一般而言，随着车轮相对车体的切向运动速度(蠕滑速度)加快，轮轨间有效发挥的黏着力也将增大。但是当相对运动速度超过一定限值后，发挥的黏着力反而不断减少。这种有效发挥的黏着力和车轮相对车体的切向运动速度之间的关系称为黏着特性。轮轨黏着力

与蠕滑率之间的关系如图所示。微滑段：蠕滑率很小，且与轮轨间形成的黏着力成正比。大滑段：当驱动力矩M大到一定程度后，蠕滑率迅速增大空转：当驱动力矩进一步增大时，车轮相对于钢轨将会发生明显滑动，而钢轨能发挥的黏着力随蠕滑率的增加迅速下降。2.4.3轮对空转与滑行第2章动车组总体技术当轮周牵引力大于最大黏着牵引力时，动轮空转，使轮轨的摩擦力由静摩擦力变为动摩擦力，且摩擦力急剧下降，导致动轴加速空转，使传动装置和走行部损坏，同时轮轨接触面严重擦伤。故必须尽量避免空转。空转危害动轮出现空转时，轮轨将依靠滑动摩擦力传递切向力，这既大大削弱了轮轨间传递切向力的能力，又造成动轮踏面的擦伤，另外，还会因为超速等原因造成牵引电机损伤。故在牵引运行中，应尽量防止动轮空转的出现。防止空转的措施(1)在设计时，尽量选择合理的结构参数，使轴载荷转移降至最小，以提高黏着重量的利用率；(2)合理而有控制地撒砂，特别在直线轨道上，轨面条件恶劣时，撒砂可大大提高黏着系数；(3)采用性能良好的防空转装置。2.4.4动车组运行阻力第2章动车组总体技术用来牵引列车前进的动力称为牵引力，它在牵引列车时必须克服列车阻力。动车组运行阻力按照阻力产生原因分为动车组运行基本阻力和运行附加阻力。运行基本阻力运行基本阻力主要来源于零部件之间、列车表面与空气之间、车轮与钢轨之间的摩擦和冲击。包括动车组的机械阻力(如轴承的摩擦阻力、车轮的滚动阻力、轮轨之间的滑动阻力、冲击振动引起的阻力等)和空气阻力。运行附加阻力运行附加阻力主要取决于列车运行的线路条件和动车组的质量，与动车组类型几乎无关。主要包括坡道附加阻力，曲线附加阻力，隧道空气附加阻力，其他附加阻力，加算附加阻力和起动阻力。动车组基本阻力计算公式：式中，v是动车组运行速度；a，b，c是与机械阻力相关的系数2.4.5动车组的牵引特性第2章动车组总体技术牵引特性是动车组最重要的特性，是计算列车牵引与制动性能的最重要的原始数据。牵引特性的计算一般分为五个步骤：确定最大速度时的动车组牵引力；确定列车起动牵引力；确定恒牵引力、恒功率运行的转折点；牵引特性仿真计算；牵引特性校验。CR400BF型动车组的牵引特性CRH380BL型动车组的牵引特性CRH5型动车组的牵引特性第2章动车组总体技术高速动车组牵引特性的特点：低速区牵引力恒定或随速度升高而略有下降，应与高速列车的黏着特性随速度的变化趋势相适应；由于高速列车大都采用轻量化技术，牵引力比大功率机车的牵引力明显减小；高速区为恒功率曲线，牵引力随速度升高而呈双曲线下降；应采用动力分散牵引模式，在正常轨面状态下，起动时及低速范围的牵引力低于黏着限制曲线较多，因此，在动车组的牵引特性曲线图中，黏着特性曲线通常是不画出来的；在动车组的牵引特性曲线上通常不标注最低持续速度。2.4.5动车组的牵引特性第2章动车组总体技术复习思考题1.什么是动车组牵引力？动车组牵引力的产生过程是什么？2.推导动车一动轴的轮周牵引力。3.黏着系数的定义是什么。4.什么是黏着定律？用公式怎样表示。第2章动车组总体技术第2章动车组总体技术授课内容2.1动车组关键技术2.2动车组技术参数2.3动车组限界2.4动车组牵引力2.5动车轻量化技术第2章

动车组总体技术2.5动车轻量化技术2.5.1动车组轻量化总体思路2.5.2动车组轻量化技术要求2.5.3动车组轻量化具体措施1.动车组轻量化意义2.动车组车体轻量化3.动车组转向架轻量化4.车内设备及零部件轻量化5.动车组轻量化技术要求6.掌握轻量化具体措施学习知识点学习目标第2章动车组总体技术2.5.1动车组轻量化总体思路第2章动车组总体技术1.车辆轻量化的意义减少材料消耗量，降低成本；减少动力消耗，减少制动时产生的热能和粉尘；减少对轨道线路的压力，减轻线路损耗，降低维修费用；提高运行速度，缩短旅行时间，提高舒适性，间接提高工作效率；车辆轻量化，尤其是簧下质量的减轻，减小轮轨间的作用力，减小噪声，减小环境污染。车体、转向架及内部设备轻量化结构轻量化设计的动车组转向架构架2.5.1动车组轻量化总体思路第2章动车组总体技术2.车辆轻量化的设计原则采用比强度高的材料作为车体结构的承载件。有效地利用材料的强度和刚度保证设计要求。采用变截面的方法(改变结构截面形状)提高结构刚度。采用最少的材料获得最大的刚度和强度。尽量减少独立部件的数量，使用长尺寸构件。这样可以减少焊缝数量，提高焊接自动化水平，保证焊接质量，提高车体结构的抗疲劳强度。必须满足如强度、刚度等技术条件的要求和使用性能。应减少制造和维修费用，降低生产成本。2.5.1动车组轻量化总体思路第2章动车组总体技术3.车辆轻量化的总体思路整车车体轻量化：确保车体强度、刚度的前提下优化车体材料、结构，从而实现车体承载结构的轻量化。转向架轻量化：通过降低转向架轴重、簧间质量、簧下质量等方法实现轻量化。车内设备及零部件轻量化：对动车组车内设备及零部件采用模块化、集成化以及材料轻量化设计，可以使动车组整体轻量化效果显著。铝合金材料中空型材车体基于尺寸变量的轻量化构架吊架轻量化结构2.5.1动车组轻量化总体思路第2章动车组总体技术4.车辆轻量化的案例

结合灵敏度分析、子模型技术、拓扑优化等方法，对车辆车体、转向架、设备吊架等结构进行轻量化设计，实现了结构减重。基于子模型和混合模型的车体实现车体减重4.89%基于尺寸变量的构架轻量化实现转向架减重4.37%结构拓扑的设备吊架轻量化实现制动控制单元吊架减重5.67％2.5.2动车组轻量化技术要求第2章动车组总体技术结构强度和刚度：高速动车组车体轻量化与提高车体强度、刚度的要求存在冲突，车体结构设计需要在满足现代车辆设计标准规定的条件下，对车体强度、刚度、自振频率和轻量化需予以综合协调。振动和噪声控制：除强度、刚度外，轻量化设计可能会引起车体和部件的振动特性变化和车内外噪声水平。温度和环境适应性：轻质材料的使用和结构的轻量化设计需进行高低温测试等相应的环境适应性测试，使列车能在极端温度条件下保持性能稳定，不易受温度变化影响，确保其在高湿度、高盐雾和高紫外线等各种环境条件下的可靠性。制造工艺和成本：采用新型制造工艺进行轻量化设计时，要确保轻量化设计的材料和结构能够适应现有的制造工艺，保证工艺改进方法和技术能实现高效生产。同时，还要确保工艺的可操作性。2.5.3动车组轻量化具体措施第2章动车组总体技术优化梁柱断面；用压型件代替型钢；在满足腐蚀寿命要求的前提下适当减薄构件的壁厚；大断面梁件开减重孔。采用结构优化设计方法，对整个车体进行结构优化设计，使车体各构件仅可能充分发挥各自的承载能力。1.车体结构的轻量化设计经验证明，对耐候钢车体进行合理优化结构设计，重量一般可减轻10%左右。轻量化设计车头结构有限元轻量化结构优化设计轻量化材料车头结构（1）合理的结构设计2.5.3动车组轻量化具体措施第2章动车组总体技术（2）采用新型材料首选铝台金因为铝合金的比重约为钢的1/3。另外，铝合金耐腐蚀能力强．可以省去油漆工序，减轻车辆自重。而且其挤压性能好，可以制成筒型挤压型材整体焊接结构而使车体结构轻量化。与一般钢结构相比，人工费节省约40%，车辆重量减少约30%；其次是不锈钢

由于不锈钢的耐腐性能好，可以不用考虑因为锈蚀而增加金属的厚度；第三种材料是耐候钢最差的材质是碳素钢其自重最大，价格最便宜，抗腐蚀性最差。动车组车体结构材质车体结构重量（t）CRH5铝合金8CRH380BL铝合金7.5CR400BF铝合金7CR450铝合金（大型挤压型材）6（6.5）2.5.3动车组轻量化具体措施第2章动车组总体技术机械力学性能项目含铜耐候钢铝合金A7N01不锈钢301抗拉强度σ/Mpa410～5203401050抗拉屈服极限σ/MPa250280770伸长率/%171010纵向弹性模量E/kg·cm-22.1×1067.2×1052.0×106硬度（HB）约130约100＜380剪切强度/Mpa约3021.556疲劳强度/MPa180～290103430比强度σ/γ低高中等比重γ/g·cm37.852.797.93主要采用含铜耐候钢、铝合金、不锈钢。2.5.3动车组轻量化具体措施第2章动车组总体技术车辆种类结构重量（kg）减重比列（％）钢结构铝结构米兰地铁6700300055东京地铁9540410056西德地铁9500467051瑞士客车9350395057法国市郊车ER153009400610035意大利