铁道概论课件：高速铁路与重载铁路

高速铁路与重载铁路LOGO目录认识高速铁路01认识重载铁路02了解磁浮铁路与磁悬浮列车0301认识高速铁路一、高速铁路的概念“高速”是一个相对的概念。高速铁路是采用高新技术改造、更新传统铁路的一项重大技术成就,它具有安全、舒适、快速、输送能力大、能源消耗低、噪声小、效率高等特点。目前,列车运行速度的分挡规定为:120km/h以下称为常速;120~160km/h称为中速;160~200km/h称为快速或者准高速;200~400km/h称为高速;400km/h称为超高速。1985年5月,联合国欧洲经济委员会在日内瓦签署的国际铁路干线协议规定高速铁路的列车运行速度为:新建客运列车专用型高速铁路时速为300km/h;新建客货运列车混用型高速铁路时速为250km/h。1986年1月,国际铁路联盟秘书长勃莱认为,高速列车最高运行速度至少应达到200km/h。因此,国际上目前公认列车最高运行速度达到200km/h及其以上的铁路称为高速铁路。我国学术界定义(非官方定义):新建铁路列车最高运行时速≥250km,改建铁路列车最高运行时速≥200km,可称之为高速铁路;时速160~200km的铁路被称为快速铁路;高速铁路、城际轨道交通、城市客运铁路、以客为主适量兼顾货运的铁路均为铁路客运专线。二、高速铁路的建设与运营模式根据国家的国情和路情的不同,高速铁路的建设与运营模式一般有以下几种。(1)日本新干线模式:全部修建新线,旅客列车专用。(2)法国TGV模式:部分修建新线,部分旧线改造,旅客列车专用。(3)德国ICE模式:全部修建新线,旅客列车及货物列车混用。(4)英国APT模式:既不修建新线,也不对旧有线进行大量改造,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。(5)中国高速铁路建设的三种模式:新建时速为300~350km/h的客运专线,新建时速为200~250km/h的客运专线,新建时速为200km/h的客运专线。三、世界高速铁路的发展建设高潮(一)第一次建设高潮(1964~1990年)1964年10月,日本东海道新干线正式通车,该线从东京起始,途经名古屋、京都等地终至(新)大阪,全长515.4km,运营速度高达210km/h。东海道新干线高速铁路建设成就显著,在技术、商业、财政,以及运行效益和社会效益上都获得了极大的成功。日本于1971年通过了新干线建设法,并对全国的高速铁路网建设做出了规划,开始向全国普及发展。日本于1972年又修建了山阳、东北和上越新干线。日本新干线的成功建设给欧洲国家以巨大冲击,各国纷纷修建高速铁路。1981年,法国高速铁路(TGV)在巴黎和里昂之间开通,如今已形成以巴黎为中心、辐射法国各城市及周边国家的铁路网络。此后,德国开发了高速铁路系统,意大利修建了罗马—佛罗伦萨线。1986年,意大利政府批准了交通运输发展规划纲要,计划修建横连东西、纵贯南北、长达1230km的T形高速铁路网。为赶超日本,法国和德国也先后着手开展高速铁路试验。1981年,法国TGV列车的最高试验速度达到380km/h,1988年,德国ICE列车的最高试验速度达到406.9km/h;1990年,法国TGV列车又创造了515.3km/h的世界纪录。欧洲国家高速铁路技术的进展反过来又“刺激”了日本,使之加强了技术研究和新型车辆的开发,山阳新干线和东海道新干线的运行速度分别提高到275km/h和300km/h。日本、法国、意大利和德国共同推动了高速铁路的第一次建设高潮。三、世界高速铁路的发展建设高潮(二)第二次建设高潮(20世纪90年代初~20世纪90年代后期)第二次建设高潮不仅仅是铁路提高内部企业效益的需要,更是国家能源、环境、交通政策的需要。高速铁路建设在日本等国所取得的成就影响了很多国家,促进了各国对高速铁路的关注和研究。1991年,瑞典开通了X2000摆式列车,1992年,西班牙通过引进法德两国的技术建成了马德里—塞维利亚高速铁路。法国、德国等国家对高速铁路网进行了全面规划。法国于1992年公布了高速铁路网的规划,规划指出20年内新建高速铁路总里程为4700km;德国于1991年4月批准了联邦铁路公司改建、新建国内外高速铁路计划,该计划包括13个项目,其中涉及新建高速铁路的项目4个。欧洲国家大规模地修建本国或跨国界高速铁路,逐步形成了欧洲高速铁路网络。1991年,欧洲议会批准了泛欧高速铁路网规划中提出的在各国边境地区实施15个关键项目,有助于实现各个国家独立高速铁路之间的联网。1994年开通的英吉利海峡隧道把法国与英国连接在一起,开创了第一条高速铁路国际连接线。三、世界高速铁路的发展建设高潮(三)第三次建设高潮(20世纪90年代后期至今)1998年10月,在德国柏林召开的第三次世界高速铁路大会将当前高速铁路的发展定为世界高速铁路发展的第三次建设高潮。欧洲各国、亚洲(韩国、中国)、北美洲(美国)、澳洲(澳大利亚)也都掀起了建设高速铁路的新热潮。与前两次高速铁路发展建设高潮不同,第三次建设高潮的特征主要表现为以下几个方面:(1)多数国家在高速铁路新线建设初期就制定了修建高速铁路的规划。(2)虽然建设高速铁路所需资金较多,但是从社会效益、节约能源、治理环境污染等方面分析,修建高速铁路对整个社会具有较好的效益,成为各国政府的共识。(3)高速铁路能够促进地区之间的交流和平衡发展,欧洲国家已经将建设高速铁路上升到国家层面,呼吁在建设中携手打破边界的束缚。(4)建设高速铁路开创了多种形式融资的局面,从国家公益投资转向采用多种融资方式筹集建设。(5)高速铁路的技术创新正在向相关领域辐射和发展。(6)我国高速铁路技术、建设和运营里程快速发展,在世界高速铁路领域里占据重要位置。四、国外高速列车和高速铁路的特点(一)日本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210km。至今,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、E1系(MAX)、E2系、E3系、E4系等。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,发生事故少。(二)德国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,自重为78.2t,采用三相交流牵引装置,每辆动车的功率为4209kW,中间3辆拖车的长度均为24.34m。德国高速铁路发展有其特点: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。四、国外高速列车和高速铁路的特点(三)法国法国高速铁路线上采用的电动车组在牵引动力的布置上与日本不同,它采用的是动力集中式,只在列车两端的头车(或与头车相邻的客车的端)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TGVPSE电动车组,最高运行时速为270km。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300km。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1500V、3000V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。五、我国高速铁路的发展历程(一)广深准高速铁路的修建为中国高速铁路的修建提供了前提条件1994年,我国第一条准高速铁路广州—深圳铁路建成并投入运营,其列车运行速度为160~200km/h,使用由瑞典租赁的X2000摆式高速动车组,全线采用了众多代表当时国际先进水平的技术和设备。这条铁路的修建及同步进行的科学研究和实验,为中国高速铁路的建设做出了充分的前期准备。(二)六次大提速标志着中国铁路进入高速铁路时代1997年、1998年、2000年、2001年、2004年、2007年,中国铁路完成了六次大提速。2007年的第六次大提速,“和谐号”动车组上线运行,而这一次提速使最高速度达到了250km/h,这也是既有线路提速能达到的最高速度。从1997年4月1日至2007年4月18日,中国铁路经历了六次大提速,城际快速客车和中心城市间的动车组快速客车开行,实现了速度、重量、密度的协调发展,标志着中国铁路进入了高速铁路时代。(三)秦沈客运专线的建设加快了中国铁路高速化进程高速铁路试验工程———秦沈客运专线,全长404km,于1999年8月16日开工建设,2003年10月12日正式开通运营。秦沈客运专线是当时中国国内技术最先进的铁路,全线设计时速达到200km/h或以上,并预留250km/h的提速条件。这条铁路的修建为探索适合中国国情的高速铁路的技术标准、施工方法、运营管理及维护等积累了经验。五、我国高速铁路的发展历程(四)京津城际高速铁路标志着中国高速铁路大规模建设时代的到来2005年7月4日,京津城际高速铁路开工建设,2008年8月1日正式开通运营,作为中国首条设计速度350km/h的高速铁路,拉开了我国高速铁路建设的帷幕。京津城际高速铁路与世界第一条高速铁路相比相差了44年的时间。这期间中国高速铁路经历了研究、论证、再研究、再论证、科学研究、技术储备、开工建设这样一个较为漫长的过程,这之后中国铁路进入了日新月异的腾飞阶段。(五)我国进入高速铁路的快速发展时期自从2008年京津城际高速铁路开通运营以来,至2023年底,我国建成投入运营的高速铁路里程已达到4.5万km,我国高速铁路营业里程和在建高速铁路里程长度稳居世界第一。运营时速为300~350km/h的高速铁路有:京沪、京广、哈大、郑西、沪杭、沪宁、京津城际、宁杭、西宝、杭长、津秦、郑徐、成渝等。运营时速为200~250km/h的高速铁路有:合宁、合武、石太、胶济、长吉、昌九、广珠、海南的东环、甬台温、温福、福厦、汉宜、成绵乐、石济、宝兰、沈丹、宁安、哈齐、津保等。六、高速铁路的特点(一)高速铁路线路的特点线路是列车运行的基础,高速列车运行要求线路具有高平顺性,高稳定性,高精度、小残变、少维修性,宽大、独行的线路空间,高标准的环境保护。1.高平顺性轮轨相互作用的理论指出,轨道不平顺所引起的轮轨动力响应,及其对行车安全性、平稳性和乘客舒适性的影响随着速度的提高而增大。因此,高速铁路应具有高平顺性的轨道。2.高稳定性稳定、沉降小而且沉降均匀的平顺路基是高平顺轨道的基础,要想稳定性好主要需要控制路基的“变形”并要求桥梁具有足够大的刚度。3.高精度、小残变、少维修性轨道铺设的初始不平顺是运营不平顺发生、发展、恶化的根源,因此,轨道初始铺设时要具有高精度。同时,由于高速动车组的频繁及猛烈的冲击载荷作用,要保证轨道运营后仍然具有高平顺性,则必须保证铺设时的小残余变形。只有这样,才能保证线路的少维修量。六、高速铁路的特点(一)高速铁路线路的特点4.宽大、独行的线路空间列车高速运行将带动周围的空气流动,威胁沿线工作人员和旅客的安全,对线路两侧的建筑物也有破坏作用。因此,人们需要在高速线路上增大线间距和旅客的安全退避距离,并采用全封闭线路。5.高标准的环境保护高速铁路需要强调线路本身与环境的完美结合。当列车运行速度超过250km/h后,轮轨、弓网的相互作用,以及与空气摩擦产生的噪声是让人无法忍受的,途经的城市及村庄地段需要设置声屏障等降噪措施。此外,高速铁路在开通时即以设计速度运行,要求有严密的轨道状态监控措施。六、高速铁路的特点(二)高速铁路桥梁的特点1.桥梁比例大,高架长桥多高速铁路的设计参数限制严格,如要求曲线半径大、坡度小,并需要全封闭行车,因此高速铁路的桥梁建筑物远远多于普通铁路,高架长桥的数量也很多。在日本近2000km的高速铁路中,桥梁占线路总长的47%,我国京沪高速铁路桥梁占线路总长的86.5%,武广客运专线桥梁占线路总长的42.14%。2.以中小跨度为主高速铁路对线路、桥梁、隧道等土建工程的刚度要求严格,因此,高速铁路桥梁跨度以中小跨度为主。例如,京沪高速铁路上的桥梁绝大多数为中小跨度,一般跨度为32m及24m。3.刚度较大,整体性好高速铁路桥梁必须具有足够大的刚度和良好的整体性,以防止桥梁出现较大的挠度和振幅。六、高速铁路的特点(二)高速铁路桥梁的特点4.纵向刚度大高速铁路要求一次铺设跨区间无缝线路,而桥上无缝线路钢轨的受力状态不同于路基,结构的温度变化、列车制动、桥梁挠曲会使桥梁在纵向上产生一定的位移,引起桥上钢轨产生附加应力。过大的附加应力会造成桥上无缝线路失稳,影响行车安全。因此,墩台基础要有足够的纵向刚度,以尽量减少钢轨附加应力和梁轨间的相对位移。5.保证日常检查维修高速铁路一旦中断行车,就会造成很大的经济损失和社会影响,因此,高速铁路桥梁一般利用夜间“维修天窗”进行日常检查和维修,白天正常运行。六、高速铁路的特点(三)高速铁路隧道的特点隧道是高速铁路基础设施的又一重要组成部分。列车运行速度的提高导致线路曲线半径变大,因此高速铁路需要“截弯取直”,修建顺直的线路,这使得高速铁路经过山区时会出现大量的隧道工程。高速铁路隧道与普速铁路隧道的最大区别点与列车空气动力学相关。当列车以高速通过隧道时,原来占据空间的空气被排开,空气的黏性及隧道壁面和列车表面的摩擦作用使列车前方的空气受到压缩,产生一个压力波动过程,进而对行车、旅客乘坐舒适度、车辆结构强度和环境等带来不利影响。缓解空气动力学效应可采取放大隧道断面有效面积、在隧道洞口修建缓冲结构及增设辅助坑道等措施。六、高速铁路的特点(四)高速铁路轨道高速铁路轨道结构是由钢轨、扣件、轨枕道床、道岔等部件组成的结构体。由于列车对轨道结构的作用力与速度密切相关,所以要求高速铁路轨道结构具有更高的安全性、稳定性和平顺性,在部件性能、技术水平和养护维修等方面标准更高、要求更严。高速轨道结构分为有砟和无砟轨道两种类型。有砟轨道具有结构简单、工程费用低、施工铺设速度快和易于维修等优点,但其缺点体现在稳定性较差,在列车动荷载作用下,轨道的平顺性容易受到影响,道砟粉化及道床累积变形速率较快,养护维修工作量大,修理成本较高;高速运行时道砟易飞溅击打列车且损伤钢轨;线路修理作业的施工慢行对运输影响较大等。六、高速铁路的特点(四)高速铁路轨道无砟轨道由钢筋混凝土浇筑而成,与有砟轨道相比,无砟轨道具有轨道稳定性好,轨道几何形位能持久保持,平顺性及刚度均匀性好,耐久性好,服务期长,避免高速运行时道砟飞溅等优点,缺点是初期投资费用高,施工工艺要求高,轨道弹性较差,振动噪声较大等。我国高速铁路无砟轨道结构总体上分为两大类,即预制板式无砟轨道和现浇混凝土式无砟轨道,其中预制板式无砟轨道分为CRTSⅠ、CRTSⅡ、CRTSⅢ型和道岔区板式4种。高速铁路正线及到发线轨道应按一次铺设跨区间无缝线路,施工时首先将钢厂生产的100m定尺长钢轨焊接成500m,然后将500m长钢轨运到现场焊接为2km长,最后再将相邻2km长钢轨焊连起来,形成无缝线路。为满足动车组高速过岔时的安全性和平稳性要求,高速铁路道岔必须具有高平顺性、高精度和高可靠性。高速铁路道岔号码主要有18号和42号,侧线通过速度分别为80km/h和160km/h。18号道岔主要用于正线和到发线,42号道岔主要用于联络线。02认识重载铁路一、重载铁路运输的发展概况(一)国外重载铁路运输的发展概况重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国铁路部门的广泛重视,特别是在一些幅员辽阔、资源丰富、煤炭和矿石等大宗货物运量占有较大比重的国家(如美国、加拿大、巴西、澳大利亚、南非、俄罗斯等)发展尤为迅速。20世纪80年代以后,随着新材料、新工艺、电力电子、计算机控制和信息技术等现代高新技术在铁路上的广泛应用,重载运输技术及装备水平不断提高,使得重载列车的牵引重量也有所提高。国外重载列车牵引重量一般为1万~3万t。例如,美国重载列车牵引重量为13600t;加拿大重载列车牵引重量为16000t;南非重载列车牵引重量为18500~20000t;澳大利亚重载列车牵引重量为28000t;巴西重载列车牵引重量为31000t。2001年,澳大利亚在纽曼山—海德兰铁路线上试验开行了编组达682辆货车的重载列车,列车总长为7353m,牵引重量达99734t,净载重为82000t,创造了重载列车新的试验纪录。一、重载铁路运输的发展概况(二)中国重载铁路运输的发展概况中国重载铁路运输的发展大致经历了4个阶段,并相应开行了3种模式的重载列车。(1)第一阶段(1984~1986年):改造既有线、开行重载组合列车。(2)第二阶段(1985~1992年):新建大秦铁路、开行重载单元列车。(3)第三阶段(1992~2002年):改造繁忙干线、开行5000t重载混编列车。(4)第四阶段(2003年至今):大秦铁路开行2万t、提速繁忙干线开行5500~5800t的重载列车。大秦铁路西起大同地区的韩家岭站,东至秦皇岛的柳村南站,途经山西、河北、北京、天津四省市,全长653km,1988年底一期工程竣工,1992年底全线开通运营,是我国第一条以开行重载单元列车为主的双线自动闭塞电气化铁路运煤专线,也是我国西煤东运的重要战略通道,用户群辐射26个省区市。2002年,大秦铁路达到年运量1亿t的设计能力,此后历经三次大规模扩能改造、技术升级,年运量连续突破2亿t、3亿t、4亿t大关,走出了一条具有中国特色的内涵式扩大再生产之路。2012年至2022年,大秦铁路累计完成运量约47亿t,超之前20多年总运量近14亿t,并于2018年创造了单条铁路年运量4.51亿t的世界最高纪录。截至2023年2月17日,煤运量占全国铁路煤运总量1/5的“中国重载第一路”大秦铁路累计运量突破80亿t,创造目前世界上单条铁路货运量最高纪录。二、重载铁路的概念和标准概念：重载铁路是用于运载大宗散货(主要为煤炭、矿石和粮食等)的、供总重大、轴重大的列车、货车行驶的、行车密度和运量特大的铁路。重载铁路是一种效率甚高的运输方式。人们针对重载列车须着重研究的问题是运行管理、轨道的适应性,以及大宗散货的装卸等。(3)2017年,国家铁路局发布了《重载铁路设计规范》,对重载铁路有了明确的概念和规范定义,满足以下三项条件中两项的铁路:①列车牵引重量为8000t以上。②轴重为270kN及以上。③在至少150km线路区段上年运量大于40Mt。标准。(1)1994年标准要求重载铁路满足以下3条中至少两条:①列车牵引重量至少达到5000t。②轴重达到或超过25t。③在长度至少为150km的线路上年运量不低于2000万t。(2)2005年标准要求新申请加入国际重载协会的重载铁路满足以下3条中至少两条:①列车牵引重量不小于8000t。②轴重达27t以上。③在长度不小于150km的线路上年运量不低于4000万t。三、重载列车(一)整列式重载列车整列式重载列车是由大功率单机或多机重联牵引,由不同形式和载重的货物车辆混合编组,达到规定重载标准的列车。该种列车固定编组,货物品种单一,运量大而集中,在装卸地之间循环往返运行。以北美铁路为代表,我国在大秦线曾用C63、C70、C76、C80等开行这种重载列车。(二)组合式重载列车组合式重载列车是由两列及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。两列或两列以上列车连挂合并,使列车的运行时间间隔压缩为零。我国大秦线开行的4×5000t和2×10000t列车为这种重载列车。(三)单元式重载列车单元式重载列车指把大功率机车双机或多机与一定数量的同类大型专用货车固定编组(包括编组辆数和机车车辆的编程位置),组成一个长、大、重的运输“单元”,并以此作为运营计费的单位。单机或多机重联牵引,由不同形式和载重的货车混合编组而成。我国京沪、京广、京哈等大干线开行的5000t货物列车为这种重载列车。四、重载铁路技术(一)线路技术重载铁路的基本特征是运量多、轴重大。尤其是轴重,它是车辆每一轮对加于轨道上的重力,对轨道结构与线路状态有着广泛的影响。轨道的破损与运量和轴重有着密切的关系,重载列车对轨道的坡缓的要求比较很严格。重载铁路线路选用的是重型和特重型的钢轨,一般铺设60kg/m及其以上的重轨,采用钢轨涂油润滑和打磨技术。为了延长钢轨使用寿命,减少养护工作量,人们采用超长轨无缝线路和可动心轨道岔,此外,还可以加固道床,增加道砟的厚度和密实度。美国、加拿大、南非等重载线路的道床厚度为300mm以上,巴西高达400mm。同时,在曲线地段、长大下坡制动地段和长隧道内,采用全长淬火钢轨和轨头硬化钢轨、承载力大的轨枕、扣压力大的弹性扣件,以减少钢轨接触应力所引起的损伤。四、重载铁路技术(二)重载机车车辆技术南非、瑞典等的重载列车采用大功率电力机车牵引,但美国、加拿大和澳大利亚较多采用内燃机牵引。1.机车技术重载机车的发展重点为交流传动技术、径向转向架、微机控制的防滑防空转系统。(1)交流传动技术交流传动技术自20世纪70年代末开始发展,90年代以后,大功率交流传动机车成为重载牵引动力的发展方向。美国GM公司(GeneralMotorsCompany,通用汽车公司)和GE公司(GeneralElectricCompany,通用电气公司)研制出了用于重载牵引的SD70MAC、SD80MAC、SD90MAC、AC4400CW、AC6000CW等新型交流传动内燃机车,已在美国、加拿大、澳大利亚、巴西等国铁路批量投入运营。SD90MAC内燃机车如图9-1所示。其柴油机功率为6000hp(4476kW),起动牵引力为890kN,持续牵引力为734kN,最高速度为120km/h。四、重载铁路技术(二)重载机车车辆技术德国西门子公司生产的BR185型重载电力机车如图9-2所示。德国西门子公司生产的BR185型重载电力机车额定牵引力为300kN,持续功率为5600kW,最高速度为140km/h。2003年以来,中国铁路通过技术引进、消化吸收创新,现已掌握大功率电力机车的核心技术。2007年6月25日,首批总功率为9600kW的和谐1型(HXD1)8轴交流传动电力机车在大秦铁路投入运营,可双机牵引2万t重载组合列车。2008年1月22日,总功率为9600kW的和谐2型(HXD2)机车也在大秦线2万t重载组合列车牵引试验中取得成功,并正式投入运行。2009年6月12日,HXD1C型大功率交流传动6轴电力机车研制成功,功率为7200kW,起动牵引力为570kN,最高速度为120km/h,轴重为25t。另外,总功率为7200kW的和谐3型(HXD3)交流传动电力机车已经成为京沪、京广两大铁路干线的主力机型。四、重载铁路技术(2)径向转向架使用径向转向架可以提高车辆的曲线通过能力。普通转向架的轴是彼此平行的,即轴只能旋转运动,当转向架通过曲线时,轮面无法与钢轨完全接触,导致机车牵引力下降。径向转向架和每一轴没有固定在轴箱中,能在转向架的前后方运动,在通过曲线时,轴能处于曲线半径的径向方向上。这样可以使轮对与轨道间的冲角减少、轮轨间的横向作用力降低,改善机车的运行品质和稳定性,并使轮对的阻力减少、轮轨磨耗减少、车轮寿命延长。(3)微机控制的防滑防空转系统为了进一步提高机车的黏着性能,国外的重载机车广泛采用车轮防滑系统。20世纪90年代以后,美国的AC6000CW、SD90MAC等新型重载机车开始采用新型计算机控制的防滑系统。计算机控制防滑防空转系统的突出优点是随着轮轨黏着系数的变化调节制动力,可对制动、即将滑行、缓解、再黏着的全过程进行动态检测与控制。四、重载铁路技术2.货车技术重载货车的发展方向是大轴重、低自重、低动力作用。(1)轴重在轴重方面,美国、加拿大、澳大利亚的重载货车普遍采用32.5~37.5t的轴重,巴西、瑞典的重载货车采用30t的轴重,南非的运煤专线采用28t(旧车26t)的轴重,俄罗斯的重载货车采用27t的轴重。(2)车体材料国外重载货车的车体材料普遍采用低合金钢及铝合金、不锈钢,美国90%的重载货车采用了铝合金车体。(3)转向架通过改变转向架结构来改变货车的动力学性能,一直是各国铁路部门研究的主题,尤其是对于大型重载货车尤为重要。南非、瑞典采用了谢菲尔自导径向转向架,加拿大、美国、澳大利亚研制了导向臂式货车转向架。四、重载铁路技术2.货车技术(4)车钩缓冲装置随着重载列车编组辆数和牵引重量的不断增加,机车与车辆之间、车辆与车辆之间的纵向力也随之增大,特别是在列车牵引起动和制动时,车钩作用力要比普通列车大得多。从行车安全的角度考虑,人们对货车车钩缓冲装置的强度和疲劳寿命要求更高。国外重载列车采用了以下方法来提高车钩强度。①采用高强度的合金钢,并通过热处理达到较高的破坏强度和屈服极限。②优化车钩结构和纵向力传递过程的设计,特别是优化车钩装置中薄弱环节的零部件性能。③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,以大幅度减小列车的纵向冲力,美国、加拿大的第二代单元列车及巴西的重载列车的车辆之间均采用了这种连接方式。新型单元货物列车每两辆车体之间用一个铰接式。3.机车无线同步操控与电空制动技术针对重载列车的牵引动力,除美国、加拿大和澳大利亚主要采用内燃机车牵引外,绝大四、重载铁路技术3.机车无线同步操控与电空制动技术针对重载列车的牵引动力,除美国、加拿大和澳大利亚主要采用内燃机车牵引外,绝大多数国家均采用大功率电力机车牵引。为满足重载列车的牵引要求,主要是通过增加机车的牵引功率和实现轮轨之间最佳黏着来提高机车的牵引力。此外,机车还需要有足够大的起动牵引力,以保证重载列车在长大坡道线路区段安全运行。在运行中的牵引和制动过程应能自动调整和控制,并在机车上装设必要的故障检测和诊断系统。目前,当列车重量超过10000~12000t时,多采用多机牵引,多台机车合理地分布在列车前部和中部,并根据列车的实际重量确定所需要的机车台数。由于列车编组很长,牵引动力又分别位于整个列车的不同部位,前后机车联系、操作动作的失调都会直接危及行车安全。为了解决这一问题,在重载列车的机车上装设了遥控装置,主要采用机车无线遥控操纵系统(locotrol)技术和电控空气制动(electronicallycontrolledpneumatic,ECP)两种技术。03了解磁浮铁路与磁悬浮列车一、磁浮铁路的含义磁浮铁路是依靠磁力将车辆悬浮于导轨上,利用直线电机驱动列车前进的铁路系统。研究成果表明,磁浮铁路的运行速度可达600km/h以上。在500km/h的速度下,磁浮列车每座位千米的能耗仅为飞机的1/3~1/2。磁浮列车从结构上抱住轨道梁,列车不会脱轨,安全可靠性高。磁浮铁路没有传统铁路轮轨接触时的噪声和振动,环境友好性强。2019年9月,国家铁路局批准发布铁道行业标准《磁浮铁路技术标准(试行)》(TB10630—2019),自2020年1月1日起实施。这是我国磁浮铁路领域的基础性行业标准,将为规范和引领磁浮铁路建设和装备制造提供重要的技术支撑。二、磁浮铁路的发展磁浮铁路的产生和发展是与世界科学技术进步及铁路的发展密不可分的。世界铁路的发展大体上经历了初创时期、筑路高潮时期、停滞不前时期和现代化时期。(一)初创于铁路停滞不前时期1825年,英国在达林顿到斯托克顿之间修建了21km的世界上第一条铁路。从此以后,欧美等比较发达的国家竞相仿效,开始修建铁路。第一次世界大战后到20世纪60年代初,由于战后公路和航空运输的快速发展,主要资本主义国家的公路、航空与铁路的竞争更为激烈,铁路客货运量的比例逐渐减少,世界铁路进入了停滞不前时期。为了提高铁路旅客列车的运行速度,提高铁路的竞争力,1914年Bachelet在英国进行了基于电磁感应相斥原理的直线电机模型试验。1922年,德国的赫尔曼·肯佩尔(HermannKemper)提出了电磁悬浮理论,并于1934年申请了“无轮车辆悬浮铁路”专利(DRPNo.643316)。一年之后,他还提出了原型车辆,展示了该系统的承载能力(承载能力为210kg)。1936年,肯佩尔发表的论文阐述了电磁吸引式(EMS)的磁浮铁路的概念。20世纪40年代,美国等国家进行了磁悬挂系统的开发,20世纪50年代,开发了磁性支撑(轴承)和风洞模型的磁性支撑,1959年,Polgreen提出了带导向轮的采用永久磁铁相斥悬浮方式的磁浮铁路。到了1960年,德国、英国、美国、日本等国家几乎同时通过用气垫方式和磁浮方式进行了高速铁路的开发。这些国家的许多大学也对磁悬浮的基本原理和推进用的直线电机进行了学术研究,从侧面支持了磁浮铁路的研究。二、磁浮铁路的发展(二)发展于铁路现代化时期在电磁悬浮理论诞生之后的近40年间,由于战后经济不景气、世界铁路的停滞不前和当时科技水平的制约,磁浮铁路技术几乎没有什么大的发展。以1964年世界上第一条高速铁路(东海道新干线)建成通车为标志,世界铁路进入了现代化时期,其明显的标志是列车运行速度的提高。在这种形势下,一些比较发达的国家开始重视磁浮铁路技术的研究。1969年,德国的克劳斯-马菲公司(Krauss-Maffei,KM)采用短定子直线电机列车驱动技术,研制了“运捷01”(transrapid01,TR01)号磁浮试验车。两年后,德国使用TR02号试验车达到164km/h的试验速度。1984年,德国建成了埃姆斯兰(Emsland)试验线。在该试验线上,采用德国的第一个原型车TR06,最高试验速度达到412km/h(1983年);采用第二个原型车TR07,最高试验速度达到450km/h(1993年)。1999年,德国试制完成了准备用于实际的应用型列车TR08。1972年,日本磁浮试验车辆悬浮走行成功,试验速度为60km/h,1999年4月载人试验速度达552km/h,1999年11月双向列车会车速度为1003km/h。1974年,英国在德比进行磁浮试验,后在伯明翰建成620m的磁浮线路,1984年运营,1996年关闭。这是到20世纪末为止在世界范围内唯一一条曾经投入商业运营的磁浮铁路线路。其他国家,如苏联、美国、加拿大、法国、韩国、澳大利亚、罗马尼亚、中国等也曾开展过试验研究。二、磁浮铁路的发展(三)成熟于21世纪20世纪末,经过多个国家长期的试验研究,逐渐形成了以日本为代表的超导超高速磁浮铁路ML技术、德国常导超高速磁浮铁路TR技术及日本主要用于中短途客运的中低速地面运输系统(highspeedsurfacetransport,HSST)技术。针对这三种磁浮铁路技术修建了相应的试验线,并在试验线上进行了充分的试验研究,相应的车辆、轨道、供电、运行控制等设施及相关技术经过多次改进日趋完善,已经建成或正在准备修建实用化的线路。日本ML技术已经在山梨试验线上进行了两个阶段的试验,对试验成果的评估结论为“已确立实用化的基础技术”。2003年12月,日本超导体磁悬浮列车在山梨试验线上创造了581km/h的陆路交通最高试验速度。德国TR技术已在我国上海成功得到应用,上海磁浮线于2002年底建成,2006年4月正式运营。TR08磁浮车于2003年11月创造了501km/h的最高试验速度。日本HSST技术已在东部丘陵线得到应用,该线在2005年3月投入运营。三、磁浮铁路的技术原理(一)悬浮、导向作用磁浮铁路从悬浮机理上可分为电磁悬浮和电动悬浮。电磁悬浮(electromagneticsuspension,EMS)指对车载的、置于导轨下方的悬浮电磁铁(或永久磁铁加励磁控制线圈)通电励磁而产生电磁场,电磁铁与轨道上的铁磁性构件(钢质导轨或长定子直线电机定子铁芯)相互吸引,将列车向上吸起悬浮于轨道上,电磁铁和铁磁轨道之间的悬浮