第四章__高速鐵路的牽引技術(shù)(20061129)

1、第四章 高速鐵路的牽引技術(shù)1）要實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有機(jī)車更大的牽引功率及牽引力的新型動(dòng)力裝置和傳動(dòng)裝置；2）牽引動(dòng)力的配置己不能局限于傳統(tǒng)的機(jī)車牽引方式，而要采用分散的或相對(duì)集中的動(dòng)車組方式；高速牽引動(dòng)力涉及的新技術(shù)3）高速條件下新的制動(dòng)技術(shù)；4）高速電力牽引時(shí)的受電技術(shù)；5）適應(yīng)高速行車要求的車體及走行部的 結(jié)構(gòu)以及減少空氣阻力的新的外形設(shè)計(jì)等等。 這些都是發(fā)展高速牽引動(dòng)力必需解決的具體技術(shù)問題。 到目前為止，世界上已有日本、法國、德國、英國、意大利、瑞典、西班牙、美國、俄羅斯等國開行200公里小時(shí)以上的高速列車。 從速度看，己開行的高速列車的最高運(yùn)行速度可以劃分為三個(gè)等級(jí)： 1第一速度級(jí) 最高運(yùn)行速

2、度為200-250公里小時(shí) 2第二速度級(jí) 最高運(yùn)行速度為250-300公里小時(shí) 3第三速度級(jí) 最高運(yùn)行速度為300公里小時(shí) 高速列車對(duì)牽引功率的需求是根據(jù)高速列車的總質(zhì)量、最高運(yùn)行速度和該速度下的列車單位阻力來計(jì)算的，計(jì)算公式為：一、高速列車對(duì)牽引功率的需求 3600maxKVwQN牽引功率計(jì)算公式式中：N 高速列車所需的牽引功率(千瓦)；Q 高速列車的總質(zhì)量(噸)；w 高速列車的單位阻力(牛噸)；Vmax一高速列車的最高運(yùn)行速度(公里小時(shí))；K裕量系數(shù)。200公里小時(shí)250公里小時(shí)300公里小時(shí)第一速度級(jí)第二速度級(jí)第三速度級(jí)總牽引功率為6400千瓦總牽引功率為8800千瓦總牽引功率為1360

3、0千瓦根據(jù)公式若列車總質(zhì)量確定為800噸(可運(yùn)送旅客1000名)上述計(jì)算所得數(shù)據(jù)表明： 從常規(guī)速度級(jí)提高到第一速度級(jí)，速度增加倍，而所需的總牽引功率需要增加4倍。 這不僅是因?yàn)闋恳β逝c最高運(yùn)行速度成正比(由公式可知)，更主要的是因?yàn)樵诟咚偾闆r下，列車單位阻力要比常速情況下大大增加的緣故。 同樣質(zhì)量的列車 在常規(guī)速度(100110公里小 時(shí))時(shí)所需的總牽引功率僅為1600千瓦 應(yīng)當(dāng)指出，上述計(jì)算中都考慮了功率儲(chǔ)備，以確保有一定的富裕加速功率或能達(dá)到略高于該檔速度運(yùn)行所需的功率。各國部分高速列車質(zhì)量、最高運(yùn)行速度及牽引總功率一覽表 列車運(yùn)行時(shí)的阻力由列車運(yùn)行基本阻力和各種附加阻力組成。二、高速列

4、車的阻力運(yùn)行基本阻力 列車運(yùn)行基本阻力是指機(jī)車或動(dòng)力車及其附掛的客車或貨車的運(yùn)行基本阻力，它由列車的空氣阻力和機(jī)械阻力(包括輪軌摩擦阻力、軸承等滾動(dòng)部件的摩擦阻力)組成。 是指坡道附加阻力； 曲線附加阻力； 隧道空氣附加阻力等。 附加阻力1）低速運(yùn)行時(shí)，機(jī)械摩擦阻力是主要的；2）運(yùn)行速度達(dá)到100公里/小時(shí)左右時(shí)，空氣阻力與機(jī)械摩擦阻力大致各占一半；3）當(dāng)運(yùn)行速度達(dá)到200公里小時(shí)時(shí)，空氣阻力占運(yùn)行基本阻力的比重為70；4）若運(yùn)行速度再提高，空氣阻力所占的比重還將增大。 列車運(yùn)行基本阻力隨運(yùn)行速度的不同而異)dLA(CVC21Ddp2d列車運(yùn)行空氣阻力值計(jì)算公式式中： 空氣密度(公斤米3)；

5、Cd 一空氣阻力系數(shù)； V 列車速度(米秒)； A一列車斷面積(米2)； Cdp列車壓力阻力系數(shù)； 列車側(cè)面氣動(dòng)摩擦系數(shù)； L 列車長度(米)； d 列車氣動(dòng)直徑(米) Fu=Pfj =(Pug) j Pu 機(jī)車或動(dòng)車的粘著重量全部動(dòng)軸荷載之和； g 重力加速度；j 計(jì)算粘著系數(shù)。粘著牽引力的計(jì)算公式從公式可以得出 牽引力的大?。?與動(dòng)軸的荷載 計(jì)算粘著系數(shù)有關(guān)。 粘著系數(shù)的大小與速度有關(guān)。 粘著系數(shù)j 運(yùn)行速度 粘著系數(shù)與運(yùn)行速度的關(guān)系 牽引的特性（各類機(jī)車）都有相同的特點(diǎn)： 速度越高，牽引力下降越多，而速度越高，阻力越大D=f(v2),因此就可能出現(xiàn)牽引力無法達(dá)到的情況。牽引的特性解決方法

6、：解決方法：增加牽引軸噸位 軸重由23噸變成25噸增加動(dòng)軸數(shù)量 2軸變3軸 多臺(tái)機(jī)車重聯(lián)運(yùn)行 動(dòng)力分散成動(dòng)車組運(yùn)行1)牽引動(dòng)力的型式 電力牽引和內(nèi)燃電傳動(dòng)牽引同樣都能滿足牽引高速列車的要求。 從世界各國發(fā)展高速鐵路的情況看，盡管電力牽引初始投資較大但絕大多數(shù)國家的高速列車都采用電力牽引。三、牽引動(dòng)力及其配置電力牽引具有：牽引功率大；軸重小；經(jīng)濟(jì)性能較好；利于環(huán)境保護(hù) 這一系列優(yōu)點(diǎn)，可以說電力牽引是高速鐵路的最佳選擇。電力牽引的優(yōu)點(diǎn) 因其投資少、見效快、經(jīng)濟(jì)性能好等特點(diǎn)，應(yīng)用于高速列車的牽引也有成功的先例，如英國的HST高速列車、德國的VT610內(nèi)燃動(dòng)車組。 內(nèi)燃電傳動(dòng)牽引可用于尚未電氣化的高速

7、鐵路區(qū)段，也可作為加速發(fā)展高速鐵路建設(shè)的一種過渡牽引型式。內(nèi)燃電傳動(dòng)牽引 高速列車的牽引可以采用電傳統(tǒng)的機(jī)車牽引型式，也可采用功車組牽引型式。由于動(dòng)車組的軸重低，可以減小對(duì)線路的破壞作用，因此目前世界上大部分高速列車采用動(dòng)車組牽引型式。動(dòng)車組牽引型式是高速列車主要的牽引方式日本 E2-1000國外典型的高速動(dòng)車組日本日本 700700系系法國 AGV德國德國 ICE西門子高速列車的牽引動(dòng)力配置有以下幾種方式： (1)牽引動(dòng)力集中配置于端方式 (2)牽引動(dòng)力集中配置于兩端方式 (3)牽引動(dòng)力分散配置方式2）牽引動(dòng)力的配置 這是一種傳統(tǒng)的牽引方式，即機(jī)車牽引客車方式。高速列車由一臺(tái)或幾臺(tái)機(jī)車集中于

8、一端來牽引。(1)牽引動(dòng)力集中配置于端方式 法國法國 TGV 這種傳統(tǒng)的機(jī)車牽引方式既有內(nèi)燃機(jī)車牽引，也有電力機(jī)車牽引。 一般應(yīng)用于既有線改造為客貨混用的高速鐵路上，其最高運(yùn)行速度為第一速度級(jí)(一般在200公里小時(shí)左右)。 它在高速化的初期為不少國家所采用，特別是內(nèi)燃機(jī)車牽引用與尚未電氣化的區(qū)段，是種投資少、見效快的牽引方式。 絕大多數(shù)國家采用的還是電力機(jī)車牽引，如英國采用91型電力機(jī)車(最高速度為225公里小時(shí))； 美國采用AEM7型電力機(jī)車(最高速度為202公里/小時(shí))； 俄羅斯采用SP200型電力機(jī)(最高速度為200公里小時(shí))作為牽引動(dòng)力。 這種牽引方式由于機(jī)車總功率較小，難以滿足進(jìn)一步

9、提高速度的要求，因而僅局限于滿足最高運(yùn)行速度為200公里小時(shí)的高速客運(yùn)的需要以及低于該速度的貨運(yùn)需要。 高速列車兩端為動(dòng)力車，中間全部為無動(dòng)力的拖車，牽引采用前挽后推方式。兩端設(shè)動(dòng)力車有利于往返運(yùn)行時(shí)不必轉(zhuǎn)向，并有利于前后端流線型處理。(2)牽引動(dòng)力集中配置于兩端方式1）機(jī)車模式2）動(dòng)車組模式集中于兩端的動(dòng)力車可以有幾種模式 兩端的動(dòng)力車實(shí)際上就是一般的機(jī)車，而中間的無動(dòng)力拖車即為般的客車。如德國的ICE高速列車，這種模式在列車長度方面機(jī)動(dòng)性較大，可隨意加大或縮小編組。機(jī)車模式機(jī)車牽引模式圖 兩端的動(dòng)力車與無動(dòng)力拖車具有共用轉(zhuǎn)向架和鉸接機(jī)構(gòu)，構(gòu)成動(dòng)車組，如法國的TGV高速列車。這種模式可保持整

10、列車的載荷均勻，運(yùn)行相對(duì)平穩(wěn)，但由于編組固定，因而在列車長度方面的機(jī)動(dòng)性較差。 動(dòng)車組模式法國 TGV-A高速列車具有鉸接機(jī)構(gòu)的動(dòng)車組車端連接圖動(dòng)車集中動(dòng)車組結(jié)構(gòu)簡圖 這是一種動(dòng)車組牽引方式，也有二種模式：1）完全分散模式2）相對(duì)分散模式(3)牽引動(dòng)力分散配置方式 高速列車編組中的車輛全部為動(dòng)力車，如日本的0系列高速列車，16輛編組中全部是動(dòng)力車。完全分散模式 高速列車編組小大部分是動(dòng)力車，小部分為無動(dòng)力的拖車。 如日本的100系列高速列車，16輛編組中有12輛是動(dòng)力車，4輛是拖車； 300系列的高速列車，16輛編組中有10輛是動(dòng)力車，6輛是拖車。相對(duì)分散模式動(dòng)力分散動(dòng)車組結(jié)構(gòu)簡圖 它將高度集

11、中的牽引動(dòng)力配置改為分散(或相對(duì)分散)配置，即將牽引動(dòng)力分散到各個(gè)動(dòng)力車上，克服了傳統(tǒng)機(jī)車牽引方式總功率受限制的缺點(diǎn)，可以提高高速牽引的總功率，從而使運(yùn)行速度進(jìn)一步提高到第二速度級(jí)和第三速度級(jí)。 這種牽引方式主要應(yīng)用于新建的高速客運(yùn)專線和新建的客貨混用高速線上，如日本、法國、德國、瑞典、意大利等國的高速鐵路就采用這種牽引方式。 動(dòng)車組牽引是當(dāng)前高速牽引的主要方式動(dòng)力分散動(dòng)車組 高速列車最高運(yùn)行速度的三個(gè)等級(jí)恰好反映了高速牽引動(dòng)力發(fā)展的三個(gè)階段。高速列車最高運(yùn)行速度與牽引動(dòng)力發(fā)展的三個(gè)階段 第一代牽引動(dòng)力有傳統(tǒng)的動(dòng)力集中配置的機(jī)車牽引和動(dòng)力分散配置的動(dòng)車牽引兩種形式。第一代牽引動(dòng)力 傳統(tǒng)的機(jī)車牽

12、引以英國IC225(inter city 225)高速列車的牽引為例，該列車由class 91型電力機(jī)車作牽引動(dòng)力，共牽引8輛客車，電力機(jī)車為交直流傳動(dòng)，采用直流牽引電機(jī)，總牽引功率為4700千瓦，最高運(yùn)行速度為225公里小時(shí)。傳統(tǒng)的機(jī)車牽引 動(dòng)力分散配置的動(dòng)車牽引如日本的0系列動(dòng)車組，其編組為16輛，全部是動(dòng)力車，采用交直流傳動(dòng)、直流牽引電動(dòng)機(jī)，每輛動(dòng)力車的牽引功率為4185千瓦?？偁恳β蕿?1840千瓦，最高運(yùn)行速度為210公里小時(shí)。動(dòng)力分散配置的動(dòng)車牽引 繼0系列之后又發(fā)展為200系列功車組，其編組為12輛，也全部是動(dòng)力車，仍采用交直流傳動(dòng)，直流牽引電動(dòng)機(jī)。只是每輛動(dòng)力車的牽引功率增至

13、4230千瓦，總牽引功率達(dá)11040千瓦，與0系列相近，但由于編組減少4輛，最高運(yùn)行速度就提高到240公里小時(shí)。 第二代牽引動(dòng)力則以相對(duì)集中配置為特點(diǎn)，即由動(dòng)力高度集中和動(dòng)力全部分散轉(zhuǎn)向動(dòng)力相對(duì)集中。第二代牽引動(dòng)力 如法國的TGVPSE動(dòng)車組，其編組為10輛，兩端為動(dòng)力車每端有3臺(tái)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，動(dòng)力車采用交直流傳動(dòng)、直流牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的牽引功率為2525千瓦，總牽引功率為6300千瓦，最高運(yùn)行速度為270公里小時(shí)； 法國以后又發(fā)展為TGVA動(dòng)車組，其編組仍為10輛，兩端為動(dòng)力車，動(dòng)力車改用三相交流傳動(dòng)同步牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，每輛動(dòng)力車的牽引功率為4400千瓦，總牽引功率達(dá)8800千瓦

14、，比TGVPSE動(dòng)車組的總功率大1.4倍，因而其最高運(yùn)行速度可達(dá)300公里小時(shí)。 第三代牽引動(dòng)力是目前廣泛使用的新一代牽引動(dòng)力，主要采用動(dòng)力分散配置，并在傳動(dòng)技術(shù)上有新的突破，即采用三相交流異步牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。第三代牽引動(dòng)力 這就可以使動(dòng)力車的牽引功率大大增加(在不增加重量條件下)，且牽引粘著特性更為理想，從而使列車最高運(yùn)行速度突破300公里小時(shí)，進(jìn)入第三速度級(jí)。 德國的ICE型、瑞典的X2000型、意大利的ETR500型動(dòng)車組以及日本的300-700系列動(dòng)車組、法國研制的TGV-N動(dòng)車組，其設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度達(dá)350公里小時(shí)。技術(shù)發(fā)展：從動(dòng)力集中到動(dòng)力分散動(dòng)力分散牽引方式的特點(diǎn) 多動(dòng)力單元組成

15、，冗余性高，運(yùn)行可靠性高； 牽引力分散，降低車身強(qiáng)度要求，實(shí)現(xiàn)輕量化； 全部車輛為乘客車廂，定員多，運(yùn)量大，效率高； 牽引設(shè)備分散在地板下，軸重輕且軸重分布均勻，對(duì)線路影響??； 動(dòng)軸數(shù)量多，粘著要求低，受氣候等環(huán)境條件影響?。?使用電氣制動(dòng)多，減小機(jī)械制動(dòng)部件磨耗，節(jié)能； 電氣和機(jī)械制動(dòng)聯(lián)合使用，性能穩(wěn)定，安全性高 牽引功率大軸重小 啟動(dòng)加速性能好 可靠性高 列車?yán)寐矢?編組靈活動(dòng)力分散動(dòng)車組是當(dāng)今世界高速動(dòng)車組技術(shù)發(fā)展的方向。動(dòng)力分散動(dòng)車組優(yōu)點(diǎn):第二節(jié) 高速受電弓技術(shù) 目前世界各國最高運(yùn)行速度在200公里小時(shí)以上的高速列車，除英國的HST高速列車由內(nèi)燃動(dòng)車牽引外，其余均采用電力牽引。 與常

16、速列車的電力牽引相比較，高速列車電力牽引的受電有一些特點(diǎn)。 1高速受電的特點(diǎn) 高速列車的行車速度較常速列車高得多，因化受電弓沿接觸間導(dǎo)線移動(dòng)的速度大大加快。這就使接觸網(wǎng)與受電的波動(dòng)特性發(fā)生變化，從而對(duì)受電產(chǎn)生影響；特點(diǎn)一 高速列車在高速運(yùn)行時(shí)所受的空氣阻力遠(yuǎn)較常速列車大得多，空氣動(dòng)力也是影響高速受電的一個(gè)重要因素；特點(diǎn)二 高速列車所需的牽引功率較常速列車大得多，若采用多弓受電必然會(huì)增加阻力、加大噪聲，并引起接觸網(wǎng)的波動(dòng)干擾，因而受電弓的數(shù)量不能太多，這就需要解決受電弓從接觸網(wǎng)大功率受電的問題。特點(diǎn)三 高速列車的受電是通過受電弓與接觸網(wǎng)的接觸導(dǎo)線緊密接觸而實(shí)現(xiàn)的，因而受電是否正常直接取決于接觸網(wǎng)

17、-受電弓系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)。 一個(gè)工作可靠的接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)是確保高速動(dòng)力車良好取流的根本條件。2接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng) 由于接觸網(wǎng)的接觸導(dǎo)線是一根具有彈性的導(dǎo)線，受電弓也是一個(gè)彈性體，故而兩者構(gòu)成的是一個(gè)相互接觸的彈性系統(tǒng)。接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)為彈性系統(tǒng) 接觸網(wǎng)的基本功能是通過與受電弓的直接接觸將電能供給動(dòng)力車。對(duì)高速受電用的接觸網(wǎng)應(yīng)有更高的要求：對(duì)高速接觸網(wǎng)的要求(1)在最高行車速度和更大的速度變化范圍內(nèi)應(yīng)能保近正常供電；(2)應(yīng)有更高的耐磨性和抗腐蝕(包括抗電蝕)能力；(3)對(duì)接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和布置應(yīng)有更高的要求；(4)在接觸網(wǎng)的懸掛方面，目前在常速列車供電中采用的彈性半補(bǔ)償鏈形懸掛和彈性全補(bǔ)償鏈形

18、懸掛已不能適應(yīng)高速的要求，應(yīng)有更為先進(jìn)的接觸懸掛裝置。 在高速運(yùn)行條件下，接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)的工作對(duì)受電產(chǎn)生的影響，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：高速弓-網(wǎng)關(guān)系主要表現(xiàn)形式 受電過程中，弓線相互接觸，受電弓對(duì)接觸導(dǎo)線有一個(gè)抬升力，并使導(dǎo)線產(chǎn)生抬升量。 在兩者不接觸的地方，接觸導(dǎo)線由于自重而有一個(gè)下垂力，產(chǎn)生下垂量。 靜態(tài)時(shí)，抬升力就等于接觸壓力。當(dāng)受電弓沿接觸導(dǎo)線移動(dòng)時(shí)，受電弓的高度就開始迅遞變化再加上受電弓還受到高速空氣動(dòng)力的作用，從而將引起接觸壓力的變化。(1)弓線間的接觸壓力的形成和變化 壓力變小會(huì)造成受電弓離線，出現(xiàn)電弧，使弓、線燒傷； 壓力變大會(huì)使接觸導(dǎo)線過分升高，同時(shí)使受電弓滑板和接觸導(dǎo)線的

19、磨接加?。?總之，接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是高速受電的主要研究課題之一。 壓力變化的后果接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性測試 高速列車投入運(yùn)用后，即暴露出由于接觸導(dǎo)線波動(dòng)而產(chǎn)生嚴(yán)重的電弧放電以及強(qiáng)烈的噪聲問題。多弓的情況更為嚴(yán)重。 如日本100系列高速列車，有6個(gè)相距很近的受電弓同時(shí)工作(0系列高速列車升弓更多)。(2)接觸導(dǎo)線的被動(dòng)和噪聲 高速運(yùn)行時(shí)，接觸導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的多層橫波，其后果是：受電弓無法追隨處于波動(dòng)中的接觸導(dǎo)線以保持緊密、連續(xù)接觸，導(dǎo)致受電弓頻繁離線。 此外，6個(gè)受電弓同時(shí)升起與接觸導(dǎo)線接觸，猶如6把高速拉動(dòng)的“琴弓”在一根“琴弦”上同時(shí)“奏樂”，產(chǎn)生極大的噪聲。 因此，如何解決接

20、觸導(dǎo)線的波動(dòng)對(duì)接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)工作的影響，以及解決多弓受電而引起的強(qiáng)烈噪聲也是一個(gè)重要的研究課題。 當(dāng)接觸網(wǎng)的連接系統(tǒng)不能適應(yīng)列車運(yùn)行速度的要求時(shí)，受電弓的滑板就會(huì)與接觸導(dǎo)線脫離。 高速運(yùn)行時(shí)，受電弓的向上推力指使接觸導(dǎo)線的位置急速變化，這一變化以橫波的形式沿接觸導(dǎo)線前后傳播，使導(dǎo)線產(chǎn)生波動(dòng)；如果其傳播速度趕不上高速列車的運(yùn)行速度就會(huì)產(chǎn)生離線現(xiàn)象。(3)離線問題1）造成供電時(shí)斷時(shí)續(xù)，引起列車嚴(yán)重沖動(dòng)；2）會(huì)使弓、線間出現(xiàn)電弧放電、引起電蝕； 3）使兩者的工作表面嚴(yán)重粗糙，進(jìn)一步使弓、線磨損加速，工作壽命縮短；4）會(huì)造成牽引電流的急劇變化，有損于牽引電機(jī)的技術(shù)狀態(tài)；5）會(huì)對(duì)通信線路產(chǎn)全干擾。

21、因此，對(duì)離線的研究也是高速受電的一個(gè)主要研究方向。離線的危害 目前世界各國都在開展高速受電的研究，其主要方法為：1）對(duì)接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，探討最佳高速受電方式；2）在試驗(yàn)線上架設(shè)不同形式和結(jié)構(gòu)的鏈?zhǔn)綉覓爝M(jìn)行試驗(yàn)。世界各國研究高速受電系統(tǒng)的方法1）采用新型復(fù)合材料制成的接觸導(dǎo)線，以提高其抗拉強(qiáng)度；2）增大接觸導(dǎo)線和承力索的截面，以增加接觸導(dǎo)線和承力索的張力；3）減少接觸網(wǎng)的跨度，并采用更為合理的懸掛方式，確定受電弓同時(shí)升弓工作條件下兩個(gè)受電弓之間的最小間隔距離；4）改進(jìn)受電弓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。提高接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的主要措施 受電弓作為一種從接觸網(wǎng)取用電能的裝置是接觸網(wǎng)-受電弓

22、系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵部件，其工作是否正常將直接影響受電質(zhì)量。3受電弓用于高速受電的受電弓應(yīng)滿足以下基本要求：對(duì)高速受電弓的要求 受電弓的滑板與接觸導(dǎo)線之間要保持恒定的接觸壓力，以實(shí)現(xiàn)比常規(guī)受電弓更為可靠的連續(xù)電接觸。 受電弓的滑板與接觸導(dǎo)線之間的接觸壓力不能過大或過小。 因此，受電弓的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證滑板與接觸導(dǎo)線在規(guī)定的受電弓工作高度范圍內(nèi)保持恒定不變的、大小合適的接觸壓力。要求一：接觸壓力 接觸壓力除與接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、性能有關(guān)外，還與受電弓的靜態(tài)持性(靜止?fàn)顟B(tài)下接觸壓力與受電弓高度的關(guān)系)和動(dòng)態(tài)特性(運(yùn)行狀態(tài)下受電弓上下運(yùn)動(dòng)的慣性力)有關(guān)。 與常規(guī)受電弓相比要盡可能減輕受電弓運(yùn)動(dòng)部分的重量，運(yùn)行中，受

23、電弓將隨著接觸導(dǎo)線高度變化而上下運(yùn)動(dòng)，在高速條件下，這種運(yùn)動(dòng)更為頻繁，從而直接影響滑板與接觸導(dǎo)線之間接觸壓力的恒定。要求二：減小受電弓的重量降低運(yùn)動(dòng)慣性力 對(duì)于高速受電弓，除必須保證的機(jī)械強(qiáng)度和剛度外，應(yīng)盡可能降低受電弓運(yùn)動(dòng)部分的重量，從而減小運(yùn)動(dòng)慣性力。這樣才能使受電弓滑板迅速跟上接觸導(dǎo)線高度的變化，保證良好的電接觸。 由于高速運(yùn)行時(shí)空氣阻力很大，因此高速受電弓在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要作充分考慮，力求使作用在滑板上的空氣阻力由別的零件承擔(dān)，從而使受電弓滑板在其垂直工作范圍內(nèi)始終保持水平位置，以減小甚至消除空氣阻力對(duì)滑板與接觸導(dǎo)線間接觸壓力的影響。要求三：良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 滑板的材料、形狀、尺寸應(yīng)適應(yīng)高速

24、的要求，以保證良好的接觸狀態(tài)及更高的耐磨性能。要求四：對(duì)滑板的要求不同形狀的接觸滑板 要求受電弓在其工作高度范圍內(nèi)升降時(shí)，初始動(dòng)作迅速，終了動(dòng)作較為緩慢，以確保在降弓時(shí)快速斷弧，并防止升降受電弓對(duì)接觸網(wǎng)和底架過大的沖擊載荷。要求五：受電弓的升降 高性能受電弓圖高速受電弓外形弓頭阻尼器A D D 系統(tǒng)升弓裝置下臂底架上導(dǎo)桿碳滑板下導(dǎo)桿閥板上臂受電弓及附屬裝置第三節(jié) 傳動(dòng)方式與傳動(dòng)裝置 常見傳動(dòng)的種類： 離合器+機(jī)械變速裝置 液力變扭器 電力傳動(dòng)+牽引電機(jī) 高速列車的牽引傳動(dòng)絕大部分采用電力牽引傳動(dòng)方式，即使個(gè)別采用內(nèi)燃牽引的高速列車也采用電傳動(dòng)方式。因此可以說，高速列車的牽引傳動(dòng)毫無例外地一律采

25、用電傳動(dòng)方式。 電傳動(dòng)方式就是將外部輸入的能源(如電力動(dòng)力車)或本身產(chǎn)生的能源(如內(nèi)燃動(dòng)力車)通過一整套電能變換和傳遞裝置，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)動(dòng)輪輪對(duì)以牽引列車。這種電能變換和傳遞裝置稱為電傳動(dòng)裝置。電傳動(dòng)方式 按照電傳動(dòng)裝置所采用的牽引電動(dòng)機(jī)的類型，電傳動(dòng)方式可分為兩大類：(1)以直流(或脈流)牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的直流電傳動(dòng)方式；(2)以交流牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的交流電傳動(dòng)方式。 交流電傳動(dòng)方式又根據(jù)采用的同步或異步牽引電動(dòng)機(jī)的不同分為交流同步電傳動(dòng)方式和交流異步電傳動(dòng)方式。電傳動(dòng)方式的分類 早期投入運(yùn)用的高速列車大部分采用直流電傳動(dòng)方式。但隨著大功率可控硅變流技術(shù)的發(fā)展，使三相交流傳功技術(shù)

26、得到了實(shí)際應(yīng)用，從而相繼出現(xiàn)了交流同步傳動(dòng)方式、交流異步傳動(dòng)方式，這是科技進(jìn)步的必然趨勢。直流電傳動(dòng)根據(jù)其牽引供電系統(tǒng)的不同分為： 直直電傳動(dòng) 交直電傳動(dòng)。 1直流電傳動(dòng)直直電傳動(dòng) 是指由直流供電系統(tǒng)供電、直流牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的傳動(dòng)方式原理圖如下： 動(dòng)力車通過受電弓從接觸網(wǎng)獲得直流電源(電源電壓大多為1500伏或3000伏)，電能直接供給直流牽引電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能后通過一整套齒輪傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)動(dòng)力車的動(dòng)輪。 法國最早開行的巴黎一波爾多間的高速列車(最高速度為200公里小時(shí))的動(dòng)力車就是由1500伏直流供電系統(tǒng)受電，采用的直直傳動(dòng)方式。 直直電傳動(dòng)的設(shè)備簡單、技術(shù)可靠。 因此在鐵路電氣化早期發(fā)展

27、階段占有主導(dǎo)地位。直直電傳動(dòng)的特點(diǎn) 但隨著列車速度和重量的提高，要求牽引功率有更大的增長，而直直電傳動(dòng)由于本身一系列的不足，如接觸網(wǎng)電壓受直流牽引電動(dòng)機(jī)電壓的限制而不能大幅度提高、接觸網(wǎng)使用的有色金屬較多、牽引變電所數(shù)量多等，故而直直電傳動(dòng)不可能得到進(jìn)一步的發(fā)展。 目前個(gè)別國家的高速列車動(dòng)力車采用直直電傳動(dòng)方式，是不得已沿用既有電氣化鐵路直流供電系統(tǒng)的結(jié)果。從50年代開始新建的電氣化鐵路則大都采用單相工頻交流供電系統(tǒng)，其傳動(dòng)方式轉(zhuǎn)為交直電傳動(dòng)。 交直電傳動(dòng)是指由單相交流供電系統(tǒng)供電(供電頻率可為工頻或低頻)、脈流牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的傳動(dòng)方式。交直電傳動(dòng)交直電傳動(dòng)動(dòng)力車的原理圖 動(dòng)力車通過受電弓從

28、接觸網(wǎng)獲取單相交流電源(電源電壓為25干伏、頻率50赫茲，個(gè)別北歐國家采用15千伏。162/3赫)，經(jīng)電源變壓器降壓后再由整流裝置將交流電變換為直流電，再經(jīng)平波電抗器向脈流牽引電動(dòng)機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的變換。 世界上一些國家的高速列車，如日本的0系列、100系列、法國的TGV-PSK、英國的IC225、意大科的ETR 450等高速列車均采用這種交直電傳動(dòng)方式。 該列車由前后2節(jié)動(dòng)力車和中間8節(jié)拖車組成，動(dòng)力車采用雙流制的電傳動(dòng)方式，即能在兩種不同的電流制式下工作的一種電傳動(dòng)方式。動(dòng)力車(采用的直流牽引電動(dòng)機(jī))既能在直流供電制下、又能在交流供電制下工作。 這是法國為了解決直流供電與交流供電區(qū)

29、段銜接而采用的一種方式(有的歐洲國家為了實(shí)現(xiàn)國際聯(lián)運(yùn)還采用三流制、四流制的電傳動(dòng)方式)。法國TGVPSE高速列車動(dòng)力簡介法國TGVPSE高速列車原理圖 TGVPSE高速列車在舊線上運(yùn)行時(shí)，由電壓為1.5千伏的直流電網(wǎng)供電，最高速度不超過200公里小時(shí)，在單相交流25千伏、50赫茲供電條件下運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力車能發(fā)揮它的全部功率，最高速度可達(dá)260公里小時(shí)。每臺(tái)動(dòng)力車設(shè)有三個(gè)電氣柜，分別向同一轉(zhuǎn)向架上安裝的兩臺(tái)直流串激牽引電動(dòng)機(jī)供電。 電力牽引從直流制轉(zhuǎn)為交流制是鐵路電氣化的大技術(shù)進(jìn)步，因?yàn)閱蜗喙ゎl交流制具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：(1)可以大大提高動(dòng)力車的牽引功率，為高速運(yùn)行提供最根本的前提條件；(2)可以實(shí)

30、現(xiàn)高壓輸電，減少變電站的數(shù)量，從而降低電氣化的初期投資；(3)大大減少有色金屬用量(約可減少60左右)；(4)可以降低能耗約l3，從而減少運(yùn)營支出；(5)可以避免直流電腐蝕地下設(shè)施。 交流電傳動(dòng)是以交流牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的一種電傳動(dòng)方式。 交流牽引電動(dòng)機(jī)包括： 單相整流子牽引電動(dòng)機(jī) 三相同步牽引電動(dòng)機(jī) 三相異步牽引電動(dòng)機(jī)2、交流電傳動(dòng) 無換向器的交流牽引電動(dòng)機(jī)，與直流牽引電動(dòng)機(jī)相比具有功率大、轉(zhuǎn)速高、體積小、重量輕、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)用可靠、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。 在相當(dāng)長的段時(shí)間內(nèi)，采用這類交流牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的傳動(dòng)方式終因調(diào)速不便和效率較低而未被應(yīng)用。 直到70年代，由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特別

31、是晶閘管技術(shù)和大功率逆變技術(shù)的逐步成熟，使得在大功率條件下交流電的變頻得以順利實(shí)現(xiàn)，從而可以使交流牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩能夠得到快速、平穩(wěn)、精確的控制。 在這一前提下，目前世界各國在選用高速列車的電傳動(dòng)方式時(shí)，競相研究和開發(fā)三相交流電傳動(dòng)技術(shù)，紛紛采用以三相交流同步牽引電動(dòng)機(jī)和三相交流異步牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的電傳動(dòng)方式。(1)交直交電傳動(dòng)(2)交交電傳動(dòng)交流傳動(dòng)形式(1) 交直交電傳動(dòng) 這種電傳動(dòng)方式的持點(diǎn)是在交流電源和交流輸出之間有一直流環(huán)節(jié)。 動(dòng)力車通過受電弓從接觸網(wǎng)獲得單相交流電源，經(jīng)牽引變壓器降壓后由整流裝置變換為直流電源，然后經(jīng)中間環(huán)節(jié)LC濾波和儲(chǔ)能裝置，送入逆變器，再經(jīng)逆變器將交流電

32、變換為振幅和頻率可調(diào)的三相交流電，供給三相交流異步(或同步)牽引電動(dòng)機(jī)。 牽引變壓器將電網(wǎng)的25kV 50Hz交流電變?yōu)闋恳兞髌鬏斎胨枰慕涣麟?。牽引變壓器牽引變流器外形圖牽引變流由： 整流器 中間直流電路 逆變器組成。牽引變流器工作原理圖電機(jī)整流器/逆變器/3交交直牽引變流器結(jié)構(gòu)原理圖逆變器整流器 中間直流電路牽引電機(jī)牽引電機(jī)可根據(jù)牽引變流器輸出三相交流電的幅值和頻率的變化，來改變動(dòng)車組的牽引力和速度。 列車制動(dòng)時(shí)牽引電機(jī)可在發(fā)電狀態(tài)下運(yùn)行，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，達(dá)到減速的目的。牽引控制系統(tǒng)牽引高壓設(shè)備高壓設(shè)備牽引變流牽引變流牽引驅(qū)動(dòng)牽引驅(qū)動(dòng)高壓電器高壓電器主變壓器主變壓器四象限四象限中間電

33、壓中間電壓過壓保護(hù)過壓保護(hù)牽引逆變器牽引逆變器牽引電機(jī)牽引電機(jī)齒輪箱齒輪箱車輪車輪網(wǎng)側(cè)變流控制器網(wǎng)側(cè)變流控制器電機(jī)側(cè)變流控制器電機(jī)側(cè)變流控制器車輛控制車輛控制接觸網(wǎng)受電弓主變壓器變流器牽引電機(jī)鋼 軌牽引系統(tǒng)關(guān)系鏈再生 德國ICE高速列車就是采用交直交三相異步電傳動(dòng)方式。ICE高速列車由前后2節(jié)動(dòng)力車和中間14節(jié)附掛車組成。每節(jié)動(dòng)力車有兩臺(tái)二軸轉(zhuǎn)向架，共裝有4臺(tái)三相交流異步牽引電動(dòng)機(jī)。每臺(tái)異步牽引電動(dòng)機(jī)的持續(xù)功率為1200千瓦前后兩節(jié)動(dòng)力車的總功率為9600干瓦。德國ICE高速列車 受電弓由接觸網(wǎng)獲取單相交流電源(電源電壓為15千伏、頻率為16 23赫茲)，主開關(guān)和輸電線濾波器裝在主變壓器原邊線圈上。牽引電流變頻器將16 23赫茲的單相交流電轉(zhuǎn)換為所需的電壓及頻率可變的三相交流電，用于驅(qū)動(dòng)異步牽引電動(dòng)機(jī)。 電流變頻器由個(gè)四象限控制器和逆變器組成，這兩個(gè)部