動車組概論(概述機(jī)械)

1、1 1/63/63動車組概論動車組概論機(jī)械班機(jī)械班北京交通大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京交通大學(xué)機(jī)電學(xué)院宋永增宋永增 13641365530136413655302 2/63/63講座內(nèi)容：講座內(nèi)容： 高速鐵路概述高速鐵路概述 動車組車體技術(shù)動車組車體技術(shù) 動車組轉(zhuǎn)向架技術(shù)動車組轉(zhuǎn)向架技術(shù) 動車組牽引供電動車組牽引供電 國產(chǎn)動車組簡介國產(chǎn)動車組簡介 3 3/63/63第一章第一章 高速鐵路概述高速鐵路概述第一節(jié)第一節(jié) 高速鐵路概況高速鐵路概況 第二節(jié)第二節(jié) 動車組組成及關(guān)鍵技術(shù)動車組組成及關(guān)鍵技術(shù)4 4/63/63一、高速鐵路發(fā)展沿革一、高速鐵路發(fā)展沿革二、高速鐵路客運(yùn)特點(diǎn)二、高速鐵路客運(yùn)特點(diǎn)三、高速鐵路線

2、路特點(diǎn)三、高速鐵路線路特點(diǎn)第一節(jié)第一節(jié) 高速鐵路概況高速鐵路概況5 5/63/63一、高速鐵路發(fā)展沿革一、高速鐵路發(fā)展沿革1.1.鐵路速度的劃分鐵路速度的劃分 根據(jù)鐵路線路允許運(yùn)行的最高時(shí)速作以下根據(jù)鐵路線路允許運(yùn)行的最高時(shí)速作以下劃分：劃分：普通鐵路普通鐵路100100160km/h160km/h快速鐵路快速鐵路160160200km/h200km/h高速鐵路高速鐵路200km/h(200km/h(既有線改造既有線改造) ) 250km/h(250km/h(新建線新建線) )6 6/63/632.2.高速鐵路的組成高速鐵路的組成 高速鐵路是當(dāng)代新技術(shù)的集成，是一個(gè)龐大而高速鐵路是當(dāng)代新技術(shù)的

3、集成，是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程。包括：復(fù)雜的系統(tǒng)工程。包括： 高速鐵路線路高速鐵路線路是實(shí)現(xiàn)高速的基礎(chǔ)是實(shí)現(xiàn)高速的基礎(chǔ) 高速列車高速列車是高速鐵路新技術(shù)的核心是高速鐵路新技術(shù)的核心 高速鐵路安全運(yùn)行管理系統(tǒng)高速鐵路安全運(yùn)行管理系統(tǒng)是高速鐵路的是高速鐵路的神經(jīng)中樞神經(jīng)中樞7 7/63/63高速鐵路線路新技術(shù)高速鐵路線路新技術(shù) 高標(biāo)準(zhǔn)的平、縱斷面設(shè)計(jì)高標(biāo)準(zhǔn)的平、縱斷面設(shè)計(jì) 高速軌道新結(jié)構(gòu)高速軌道新結(jié)構(gòu)無渣軌道（軌枕板）無渣軌道（軌枕板） 高速道叉高速道叉 高速路基、路橋過渡段高速路基、路橋過渡段 高速鐵路橋梁和隧道高速鐵路橋梁和隧道 高速牽引供電系統(tǒng)高速牽引供電系統(tǒng)8 8/63/63高速鐵路安全

4、運(yùn)行管理系統(tǒng)高速鐵路安全運(yùn)行管理系統(tǒng) 高速列車速度控制技術(shù)高速列車速度控制技術(shù)（ATCATC） 無線列車控制系統(tǒng)無線列車控制系統(tǒng)移動閉塞（移動閉塞（ETCSETCS） 高速綜合調(diào)度中心（高速綜合調(diào)度中心（CTCCTC） 高速鐵路線路監(jiān)測診斷系統(tǒng)高速鐵路線路監(jiān)測診斷系統(tǒng) 自然災(zāi)害報(bào)警系統(tǒng)（地震、泥石流、臺風(fēng)、自然災(zāi)害報(bào)警系統(tǒng)（地震、泥石流、臺風(fēng)、大雪、暴風(fēng)雨）等大雪、暴風(fēng)雨）等9 9/63/63(1)(1)日本高速鐵路日本高速鐵路東海道新干線東海道新干線山陽新干線山陽新干線東北新干線東北新干線東北新干線延長線東北新干線延長線上越新干線上越新干線北陸新干線北陸新干線山形小型新干線山形小型新干線秋田

5、小型新干線秋田小型新干線3.3.世界主要國家高速鐵路的發(fā)展世界主要國家高速鐵路的發(fā)展1010/63/63日本高速鐵路網(wǎng)日本高速鐵路網(wǎng)項(xiàng)項(xiàng) 目目東海道東海道新干線新干線山陽山陽新干線新干線東北東北新干線新干線上越上越新干線新干線北陸北陸新干線新干線山形小型山形小型新干線新干線秋田小型秋田小型新干線新干線東北新干東北新干線延伸線線延伸線運(yùn)營公司運(yùn)營公司JRJR東海東海公司公司JRJR西日本西日本公司公司JRJR東日本東日本公司公司JRJR東日本東日本公司公司JRJR東日本東日本公司公司JRJR東日本東日本公司公司JRJR東日本東日本公司公司JRJR東日本東日本公司公司營業(yè)里程營業(yè)里程/km/km東

6、京新大東京新大阪阪515.4515.4新大阪博多新大阪博多553.7553.7東京盛岡東京盛岡496.5496.5大宮新瀉大宮新瀉269.5269.5高崎長野高崎長野117.4117.4福島新莊福島新莊148.6148.6盛岡秋田盛岡秋田127.3127.3盛岡八戶盛岡八戶96.696.6開行時(shí)間開行時(shí)間1964.10.11964.10.1岡山岡山1972.3.151972.3.15博多博多1975.3.101975.3.10大宮盛岡大宮盛岡1982.6.231982.6.23上野大宮上野大宮1985.3.141985.3.14東京上野東京上野1991.6.201991.6.201982.11

7、.151982.11.151997.10.11997.10.1福島山形福島山形1992.7.11992.7.1山形新莊山形新莊1999.121999.121997.3.221997.3.222002.12.12002.12.1車站數(shù)量車站數(shù)量平均站間平均站間距離距離/km/km151536.836.8181832.632.6181829.229.29 933.733.76 623.523.56 617.417.46 625.425.44 432.232.2最高運(yùn)最高運(yùn)行速度行速度/km/h/km/h270270300300275275240240260260130130130130275275

8、車輛種類車輛種類0 0系系,100,100系系300300系系,500,500系系700700系系0 0系系,100,100系系300300系系,500,500系系700700系系200200系系,400,400系系E1E1系系,E3,E3系系E4E4系系200200系系,E1,E1系系E4E4系系E2E2系系400400系系E3E3系系E2E2系系-1000-10001111/63/63(2) (2) 法國高速鐵路法國高速鐵路 東南線東南線 大西洋線大西洋線 北方線北方線 東南延伸線東南延伸線 地中海線地中海線 巴黎聯(lián)絡(luò)線巴黎聯(lián)絡(luò)線 東部線東部線1212/63/63法國高速鐵路網(wǎng)法國高速鐵路

9、網(wǎng)線路名稱線路名稱東南線東南線大西洋線大西洋線北方線北方線聯(lián)絡(luò)線聯(lián)絡(luò)線東南東南延伸線延伸線地中海線地中海線東部線東部線區(qū)區(qū) 間間巴黎里巴黎里昂昂巴黎圖巴黎圖爾爾巴黎勒巴黎勒芒芒巴黎里爾巴黎里爾巴黎加萊巴黎加萊環(huán)巴黎環(huán)巴黎里昂里昂瓦朗斯瓦朗斯瓦朗斯瓦朗斯馬賽馬賽巴黎巴黎- -斯斯特拉斯堡特拉斯堡修建里程修建里程/km/km417417298298334334109109127127263263300300120120（在建）（在建）運(yùn)營時(shí)間運(yùn)營時(shí)間/ /年年南段南段1981.91981.9北段北段1983.91983.9到勒芒到勒芒1989.91989.9到圖爾到圖爾1990.11990.1到里

10、爾到里爾1993.51993.5到加萊到加萊1994.101994.10南部南部19941994西部西部19961996北段北段19921992南段南段199419942001200120072007最高營業(yè)最高營業(yè)速度速度/km/h/km/h270270300300300300300300300300350350320/350320/350高速列車高速列車類型類型TGV-PSETGV-PSETGV-ATGV-ATGV-NTGV-NTGV-TMSTTGV-TMSTTGV-RTGV-RTGV-2NTGV-2NTGV-2NTGV-2NTGV-RTGV-R翻新翻新AGVAGV總長總長/km/km18

11、481848（120120在建）在建）1313/63/63(3) (3) 德國高速鐵路德國高速鐵路 漢諾威維爾漢諾威維爾茨堡茨堡 曼海姆斯圖曼海姆斯圖加特加特 漢諾威柏林漢諾威柏林 科隆法蘭克科隆法蘭克福福1 14 43 32 21414/63/63德國高速鐵路網(wǎng)德國高速鐵路網(wǎng)項(xiàng)項(xiàng) 目目漢諾威維爾茨堡漢諾威維爾茨堡曼海姆斯圖加曼海姆斯圖加特特漢諾威柏漢諾威柏林林科隆法蘭克?？坡》ㄌm克福線路里程線路里程/km/km327327107107264264219219其中新建線其中新建線里程里程/km/km3273279999170170219219運(yùn)營開始日期運(yùn)營開始日期部分部分19871987，全

12、部全部19911991199119911998199820022002最高運(yùn)行速度最高運(yùn)行速度km/hkm/h250/280250/280250/280250/280250/280250/280300/330300/330列車類型列車類型ICE-1ICE-1ICE-2ICE-2ICE-2ICE-2ICE-3ICE-3總長總長/km/km917917（其中（其中815815為新建線）為新建線）1515/63/63中國提速鐵路網(wǎng)中國提速鐵路網(wǎng)1616/63/632002年已經(jīng)開通高速列車的主要國家年已經(jīng)開通高速列車的主要國家13771377（既有線）（既有線）瑞瑞 典典8 87474（海峽隧道）（

13、海峽隧道）英英 國國7 78888比利時(shí)比利時(shí)6 6254254意大利意大利5 5471471西班牙西班牙4 4917(815917(815新線新線) )德德 國國3 318481848法法 國國2 22049.1(+275.9)2049.1(+275.9)日日 本本1 1長度長度/km/km國國 家家序號序號1717/63/63二、高速鐵路客運(yùn)特點(diǎn)二、高速鐵路客運(yùn)特點(diǎn)(1) (1) 節(jié)省旅客送達(dá)時(shí)間節(jié)省旅客送達(dá)時(shí)間 在旅行時(shí)間方面，高速鐵路在在旅行時(shí)間方面，高速鐵路在85851058km1058km范圍內(nèi)，乘坐高速列車一般比乘坐其他公共交范圍內(nèi)，乘坐高速列車一般比乘坐其他公共交通工具節(jié)省時(shí)間

14、。通工具節(jié)省時(shí)間。 東京新大阪東京新大阪 515515公里公里 2 2小時(shí)小時(shí)3030分分 巴黎里昂巴黎里昂 417417公里公里 2 2小時(shí)小時(shí)1818/63/63(2)(2)安全和舒適安全和舒適 19851985年聯(lián)邦德國鐵路、公路和民航運(yùn)輸?shù)哪曷?lián)邦德國鐵路、公路和民航運(yùn)輸?shù)氖鹿事剩堪偃f人公里的傷亡人數(shù)）之比大致事故率（每百萬人公里的傷亡人數(shù)）之比大致為為1:24:0.81:24:0.8。 日本對日本對2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代以來所發(fā)生的旅客生命年代以來所發(fā)生的旅客生命財(cái)產(chǎn)事故分析表明，汽車事故是鐵路事故的財(cái)產(chǎn)事故分析表明，汽車事故是鐵路事故的15701570倍，飛機(jī)事故是鐵路事故的

15、倍，飛機(jī)事故是鐵路事故的6363倍。倍。 就高速鐵路而言，日本近就高速鐵路而言，日本近4040年，法國年，法國1010多多年從未發(fā)生過列車顛覆和旅客死亡事故。年從未發(fā)生過列車顛覆和旅客死亡事故。 1919/63/63 高速列車比汽車和飛機(jī)的乘坐空間大得多，高速列車比汽車和飛機(jī)的乘坐空間大得多，高速列車運(yùn)行平穩(wěn)，夜間行車可以使用臥鋪。尤高速列車運(yùn)行平穩(wěn)，夜間行車可以使用臥鋪。尤其是長途旅客可以享受到較高的舒適度。其是長途旅客可以享受到較高的舒適度。 (3)(3)準(zhǔn)時(shí)性準(zhǔn)時(shí)性 1000km1000km內(nèi)乘坐高速列車比乘坐飛機(jī)化時(shí)間少，內(nèi)乘坐高速列車比乘坐飛機(jī)化時(shí)間少，高速列車正點(diǎn)率高，日本平均誤點(diǎn)

16、高速列車正點(diǎn)率高，日本平均誤點(diǎn)0.60.60.80.8分，分，如果晚點(diǎn)超過如果晚點(diǎn)超過1 1分鐘，既為晚點(diǎn)列車。分鐘，既為晚點(diǎn)列車。 ICEICE平均正點(diǎn)率達(dá)平均正點(diǎn)率達(dá)90%90%，到站誤差小于，到站誤差小于5 5分鐘。分鐘。2020/63/63(4)(4)能源消耗低能源消耗低( (每人公里消耗能源比每人公里消耗能源比) ) 高速鐵路高速鐵路 小汽車小汽車 飛飛 機(jī)機(jī) 1 5.79 5.251 5.79 5.25(5)(5)占用土地少占用土地少 一條雙向四車道高速公路占地面積是雙線高一條雙向四車道高速公路占地面積是雙線高速鐵路的速鐵路的1.31.3倍倍1.61.6倍倍 一個(gè)大型飛機(jī)場占地面積

17、相當(dāng)于一個(gè)大型飛機(jī)場占地面積相當(dāng)于1000km1000km雙線雙線高速鐵路高速鐵路2121/63/63(6)(6)綜合造價(jià)綜合造價(jià) 普通復(fù)線電氣化鐵路：普通復(fù)線電氣化鐵路：10001000萬元公里萬元公里 高速鐵路（估計(jì)）：高速鐵路（估計(jì)）：1300130025002500萬元公里萬元公里 高速公路約為：高速公路約為：1100110026002600萬元公里萬元公里 大型機(jī)場至少有一條寬大型機(jī)場至少有一條寬6060米長米長4 4公里左右的公里左右的跑道，路面標(biāo)準(zhǔn)高于高速公路，其他通道和跑道，路面標(biāo)準(zhǔn)高于高速公路，其他通道和停機(jī)坪也需硬面化，而配置的各種現(xiàn)代化導(dǎo)停機(jī)坪也需硬面化，而配置的各種現(xiàn)代

18、化導(dǎo)航設(shè)備，造價(jià)都是相當(dāng)昂貴的。航設(shè)備，造價(jià)都是相當(dāng)昂貴的。 2222/63/63(7)(7)運(yùn)輸能力運(yùn)輸能力 高速鐵路客運(yùn)專線，年均單向輸送能力將達(dá)高速鐵路客運(yùn)專線，年均單向輸送能力將達(dá)5600560070007000萬人。萬人。 4 4車道高速公路客運(yùn)專線，年均單向輸送能力為車道高速公路客運(yùn)專線，年均單向輸送能力為87608760萬人。萬人。 航空運(yùn)輸主要受機(jī)場容量限制，采用大型客機(jī)的航空運(yùn)輸主要受機(jī)場容量限制，采用大型客機(jī)的單向輸送能力只能達(dá)到單向輸送能力只能達(dá)到1500150018001800萬人。萬人。 日本東海道新干線年運(yùn)量日本東海道新干線年運(yùn)量1.71.7億人次，是航空億人次，是

19、航空1010倍，倍，高速公路高速公路5 5倍，但運(yùn)輸成本只是其倍，但運(yùn)輸成本只是其1/51/5及及2/52/5。 2323/63/63(8)(8)環(huán)境污染輕環(huán)境污染輕 污染物排放量（污染物排放量（g/g/人公里人公里) ) 小汽車小汽車 高速列車高速列車 CO CO 9.30 0.06 9.30 0.06 NO NOX X 1.70 0.43 1.70 0.43 CH 1.10 0.03 CH 1.10 0.032424/63/63(9)(9)效率和效益效率和效益 日本和法國的實(shí)踐證明，其直接投資收益都在日本和法國的實(shí)踐證明，其直接投資收益都在1212以上，一般在以上，一般在1010年之內(nèi)即可

20、還請全部貸款，其年之內(nèi)即可還請全部貸款，其社會收益率也在社會收益率也在2020以上。以上。 據(jù)日本資料，旅客由于從既有線改乘新干線高據(jù)日本資料，旅客由于從既有線改乘新干線高速列車，每年可節(jié)約旅行時(shí)間速列車，每年可節(jié)約旅行時(shí)間3 3億小時(shí)，即每年節(jié)億小時(shí)，即每年節(jié)省的時(shí)間效益相當(dāng)于當(dāng)時(shí)修建東海道新干線所需的省的時(shí)間效益相當(dāng)于當(dāng)時(shí)修建東海道新干線所需的全部費(fèi)用。全部費(fèi)用。 法國一條高速鐵路的效益是一條法國一條高速鐵路的效益是一條6 6車道高速公路車道高速公路的的3 3倍多。倍多。 2525/63/63三、高速鐵路線路特點(diǎn)三、高速鐵路線路特點(diǎn)1 1超高與曲線半徑超高與曲線半徑 列車在曲線上運(yùn)行時(shí)，為

21、了減離小離心力和列車在曲線上運(yùn)行時(shí)，為了減離小離心力和輪軌之間的相互作用力，采用在曲線線路上設(shè)置輪軌之間的相互作用力，采用在曲線線路上設(shè)置超高。超高。 目前，除日本東海道新干線規(guī)定最大超高為目前，除日本東海道新干線規(guī)定最大超高為200mm200mm外，其余各線及法國高速干線最大超高均外，其余各線及法國高速干線最大超高均為為180mm180mm。2626/63/63曲線帶來的影響主要有兩點(diǎn)：曲線帶來的影響主要有兩點(diǎn)： （1 1）降低行車速度。曲線會給運(yùn)行中的列車造成一）降低行車速度。曲線會給運(yùn)行中的列車造成一種附加阻力，稱為曲線阻力。曲線半徑越小，曲線阻力種附加阻力，稱為曲線阻力。曲線半徑越小，

22、曲線阻力越大，運(yùn)營條件越差，在其他條件相同時(shí)，運(yùn)行速度也越大，運(yùn)營條件越差，在其他條件相同時(shí)，運(yùn)行速度也越低。越低。 （2 2）增加輪軌磨耗。曲線半徑越小，磨耗增加越大。）增加輪軌磨耗。曲線半徑越小，磨耗增加越大。 下表幾個(gè)主要國家高速鐵路的曲線半徑（下表幾個(gè)主要國家高速鐵路的曲線半徑（m m）: :法國法國德國德國意大利意大利日本日本TGV-TGV-PSEPSETGV-ATGV-A東海道東海道山陽山陽東北東北上越上越40004000（32003200）60006000（40004000）70007000（51005100）3000300025002500（20002000）40004000（

23、30003000）4000400040004000( )( )內(nèi)為最小半徑內(nèi)為最小半徑2727/63/632 2緩和曲線線型及長度緩和曲線線型及長度 緩和曲線線型緩和曲線線型 三次拋物線緩和曲線：三次拋物線緩和曲線：難以完全滿足高速運(yùn)行時(shí)的難以完全滿足高速運(yùn)行時(shí)的旅客舒適的要求，軌道穩(wěn)定條件也受到一定影響。旅客舒適的要求，軌道穩(wěn)定條件也受到一定影響。 半波正弦曲線：半波正弦曲線：采用曲線型超高順坡緩和曲線，與采用曲線型超高順坡緩和曲線，與曲率相適應(yīng)的超高也按曲線變化，并規(guī)定適當(dāng)?shù)淖兦氏噙m應(yīng)的超高也按曲線變化，并規(guī)定適當(dāng)?shù)淖兓??；省?緩和曲線長度緩和曲線長度 對行車的安全平順性有直接影響。

24、緩和曲線太短將不對行車的安全平順性有直接影響。緩和曲線太短將不利于行車的安全平順，緩和曲線太長又將給設(shè)置和養(yǎng)護(hù)帶利于行車的安全平順，緩和曲線太長又將給設(shè)置和養(yǎng)護(hù)帶來困難。來困難。2828/63/633 3夾直線夾直線 在同向曲線或反向曲線之間所加入的一段直在同向曲線或反向曲線之間所加入的一段直線段。線段。夾直線應(yīng)盡量長些夾直線應(yīng)盡量長些，特別是反向曲線時(shí)的，特別是反向曲線時(shí)的夾直線更應(yīng)長些，這對運(yùn)營是有利的。夾直線更應(yīng)長些，這對運(yùn)營是有利的。 我國擬建高速鐵路最小夾直線按下式確定：我國擬建高速鐵路最小夾直線按下式確定：2929/63/634 4線路間距線路間距 在高速復(fù)線鐵路上，兩列車交會時(shí)將

25、產(chǎn)生巨在高速復(fù)線鐵路上，兩列車交會時(shí)將產(chǎn)生巨大的會車壓力波引起列車橫向搖晃。乘客在車內(nèi)大的會車壓力波引起列車橫向搖晃。乘客在車內(nèi)可明顯感受到列車交會時(shí)車輛的橫向沖擊搖晃。可明顯感受到列車交會時(shí)車輛的橫向沖擊搖晃。因此，需要根據(jù)具體情況選擇適當(dāng)?shù)木€路間距。因此，需要根據(jù)具體情況選擇適當(dāng)?shù)木€路間距。 日本鐵路曾對此做過研究與試驗(yàn)。在區(qū)間線日本鐵路曾對此做過研究與試驗(yàn)。在區(qū)間線路上，當(dāng)兩列時(shí)速路上，當(dāng)兩列時(shí)速250km250km的列車交會時(shí)，作業(yè)人員的列車交會時(shí)，作業(yè)人員站在兩車距離為站在兩車距離為0.8m0.8m的中間還是安全的，從而規(guī)的中間還是安全的，從而規(guī)定線路中心距至少為定線路中心距至少為4

26、.2m4.2m。在站內(nèi)線間距。在站內(nèi)線間距4.6m4.6m。3030/63/635 5最大坡度最大坡度 高速最大坡度除與地形條件有關(guān)外，還與高高速最大坡度除與地形條件有關(guān)外，還與高速列車的牽引功率、牽引特性和制動性能有直接速列車的牽引功率、牽引特性和制動性能有直接關(guān)系。關(guān)系。 我國擬建高速鐵路區(qū)間最大坡度一般不超過我國擬建高速鐵路區(qū)間最大坡度一般不超過1212，困難條件下，不超過，困難條件下，不超過2020。3131/63/636 6豎曲線半徑豎曲線半徑 在設(shè)計(jì)縱斷面時(shí)，相鄰坡段的坡度代數(shù)差應(yīng)盡量小些，在設(shè)計(jì)縱斷面時(shí)，相鄰坡段的坡度代數(shù)差應(yīng)盡量小些，不得超過允許的最大值。為保證行車的安全平順，

27、超過時(shí)不得超過允許的最大值。為保證行車的安全平順，超過時(shí)應(yīng)豎曲線來連接兩個(gè)相鄰的坡段。應(yīng)豎曲線來連接兩個(gè)相鄰的坡段。 豎曲線半徑一般采用圓曲線形的。豎曲線半徑的大小，豎曲線半徑一般采用圓曲線形的。豎曲線半徑的大小，除應(yīng)保證列車經(jīng)過變坡點(diǎn)時(shí)車鉤不脫鉤、車輪不脫軌外，除應(yīng)保證列車經(jīng)過變坡點(diǎn)時(shí)車鉤不脫鉤、車輪不脫軌外，還應(yīng)考慮在豎曲線上產(chǎn)生豎向離心加速度和離心力對旅客還應(yīng)考慮在豎曲線上產(chǎn)生豎向離心加速度和離心力對旅客舒適的影響。舒適的影響。 我國擬建高速鐵路上的豎曲線半徑標(biāo)準(zhǔn)如下：我國擬建高速鐵路上的豎曲線半徑標(biāo)準(zhǔn)如下： 最高時(shí)速（最高時(shí)速（km/h) km/h) 豎曲線半徑豎曲線半徑(m)(m)

28、160 160250 15000250 15000 250 250300 20000300 200003232/63/63第二節(jié)第二節(jié) 動車組組成及關(guān)鍵技術(shù)動車組組成及關(guān)鍵技術(shù)一、一、動車組功率需求及阻力動車組功率需求及阻力 二、動車組動力配置及組成二、動車組動力配置及組成三、動車組關(guān)鍵技術(shù)三、動車組關(guān)鍵技術(shù)3333/63/63一、一、動車組功率需求及阻力動車組功率需求及阻力 動車組列車對牽引功率的需求是根據(jù)高速動車組列車對牽引功率的需求是根據(jù)高速列車的總質(zhì)量、最高運(yùn)行速度和在該速度下列車的總質(zhì)量、最高運(yùn)行速度和在該速度下的列車單位阻力來確定的：的列車單位阻力來確定的：)( 3600maxkW

29、kvQN 式中式中 Q Q列車總質(zhì)量（列車總質(zhì)量（t t）；）； 列車的單位阻力（列車的單位阻力（N/tN/t）；）； 列車的最高運(yùn)行速度（列車的最高運(yùn)行速度（km/hkm/h）；）； k k裕量系數(shù)。裕量系數(shù)。maxv3434/63/63 空氣阻力空氣阻力與列車運(yùn)行速度的平方值成正比。列車與列車運(yùn)行速度的平方值成正比。列車之所以需要很大的牽引功率，就是因?yàn)榱熊囘\(yùn)行速度之所以需要很大的牽引功率，就是因?yàn)榱熊囘\(yùn)行速度越高，空氣阻力越大。越高，空氣阻力越大。 機(jī)械阻力機(jī)械阻力由軸承摩擦、輪軌滾動摩擦、滑動摩擦、由軸承摩擦、輪軌滾動摩擦、滑動摩擦、振動和沖擊等引起。振動和沖擊等引起。 附加阻力附加阻

30、力包括：坡道阻力、曲線阻力、隧道空氣包括：坡道阻力、曲線阻力、隧道空氣附加阻力、起動阻力等。附加阻力、起動阻力等。 附附加加阻阻力力機(jī)機(jī)械械阻阻力力空空氣氣阻阻力力基基本本阻阻力力列列車車阻阻力力 3535/63/63 列車的基本阻力隨運(yùn)行速度的不同而異。列車的基本阻力隨運(yùn)行速度的不同而異。列車低速運(yùn)行時(shí)，以機(jī)械摩擦阻力為主；運(yùn)行列車低速運(yùn)行時(shí)，以機(jī)械摩擦阻力為主；運(yùn)行速度達(dá)到速度達(dá)到100km/h100km/h左右時(shí)，空氣阻力占運(yùn)行基本左右時(shí)，空氣阻力占運(yùn)行基本阻力的阻力的5050。 隨運(yùn)行速度提高而迅速增大的隨運(yùn)行速度提高而迅速增大的空氣阻力空氣阻力將將成為高速列車運(yùn)行時(shí)的主要阻力。成為高

31、速列車運(yùn)行時(shí)的主要阻力。3636/63/63二、動車組動力配置及組成二、動車組動力配置及組成1. 1. 動車組定義動車組定義 所謂所謂動車組動車組就是由動力車和拖車或全部由就是由動力車和拖車或全部由若干動力車長期固定地連掛在一起組成的車組。若干動力車長期固定地連掛在一起組成的車組。 動車組是當(dāng)今世界高新技術(shù)的集成，采用動車組是當(dāng)今世界高新技術(shù)的集成，采用了機(jī)械、材料、電子計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、工程了機(jī)械、材料、電子計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、工程仿真等領(lǐng)域的最新技術(shù)，是高速鐵路的標(biāo)志性仿真等領(lǐng)域的最新技術(shù)，是高速鐵路的標(biāo)志性裝備。裝備。3737/63/63(1)(1)動力集中動力集中配置配置 列車編組中兩端

32、（或一端是動力車，另一列車編組中兩端（或一端是動力車，另一端是控制車）為動力車，中間為拖車。端是控制車）為動力車，中間為拖車。 如法國的如法國的TGVTGV和德國的和德國的ICE1ICE1高速列車，如圖所示。高速列車，如圖所示。2.2.動車組動力配置方式動車組動力配置方式3838/63/63 TGV-ATGV-A，19891989年，年，300km/h300km/h，巴黎大西洋，交流傳動，巴黎大西洋，交流傳動，ICE1ICE1，19911991年，年，280km/h280km/h，漢諾威維爾茨堡，曼海漢諾威維爾茨堡，曼海姆斯圖加特姆斯圖加特3939/63/63(2)(2)動力分散動力分散配置配

33、置 列車編組中全部為動力車或大部分是動力車，列車編組中全部為動力車或大部分是動力車，小部分為拖車。小部分為拖車。 如日本的如日本的0 0系高速列車和系高速列車和100100系高速列車。系高速列車。4040/63/63 日本的日本的0 0系高速列車，系高速列車，1616輛編組全部是動力車輛編組全部是動力車日本的日本的100100系高速系高速列車，列車，12M12M4T4T4141/63/633.3.動力集中與動力分散比較動力集中與動力分散比較 動力集中優(yōu)點(diǎn)動力集中優(yōu)點(diǎn): :與傳統(tǒng)的列車相似，便于按習(xí)慣進(jìn)行運(yùn)行管與傳統(tǒng)的列車相似，便于按習(xí)慣進(jìn)行運(yùn)行管理和維修管理。理和維修管理。機(jī)械、電器設(shè)備在運(yùn)用

34、中便于監(jiān)測和進(jìn)行技機(jī)械、電器設(shè)備在運(yùn)用中便于監(jiān)測和進(jìn)行技術(shù)保養(yǎng)。術(shù)保養(yǎng)。 旅客車廂內(nèi)噪聲、振動較小，舒適度較高。旅客車廂內(nèi)噪聲、振動較小，舒適度較高。牽引頭車可以摘掛使列車進(jìn)入既有線，甚至牽引頭車可以摘掛使列車進(jìn)入既有線，甚至可更換內(nèi)燃機(jī)車使列車直接進(jìn)入非電氣化鐵可更換內(nèi)燃機(jī)車使列車直接進(jìn)入非電氣化鐵路運(yùn)行。路運(yùn)行。4242/63/63動力集中缺點(diǎn)動力集中缺點(diǎn): :載客量相對減少。載客量相對減少。動力車軸重難以降低。動力車軸重難以降低。動力車大的粘著牽引力與車輪的軸重要求動力車大的粘著牽引力與車輪的軸重要求形成難以克服的矛盾。形成難以克服的矛盾。動力車的制動能力受到粘著的限制，因此動力車的制動

35、能力受到粘著的限制，因此列車的制動性能欠佳。列車的制動性能欠佳。4343/63/63 動力分散動車組優(yōu)點(diǎn)動力分散動車組優(yōu)點(diǎn): :動力車同時(shí)可以載客，增加了動車組的載客動力車同時(shí)可以載客，增加了動車組的載客量。量。較易實(shí)現(xiàn)高速列車減輕軸重的要求。較易實(shí)現(xiàn)高速列車減輕軸重的要求?？山鉀Q高速列車大牽引力與軸重限制之間的可解決高速列車大牽引力與軸重限制之間的矛盾。矛盾。列車具有較好的制動性能列車具有較好的制動性能。4444/63/63動力分散缺點(diǎn)動力分散缺點(diǎn): :車輛下部吊裝動力設(shè)備，其產(chǎn)生的振動和車輛下部吊裝動力設(shè)備，其產(chǎn)生的振動和噪聲會影響車廂內(nèi)的舒適度。噪聲會影響車廂內(nèi)的舒適度。分散的動力設(shè)備故

36、障率相對較高。分散的動力設(shè)備故障率相對較高。列車只能分單元編組。列車只能分單元編組。與傳統(tǒng)運(yùn)營、維修管理體制和習(xí)慣不適應(yīng)，與傳統(tǒng)運(yùn)營、維修管理體制和習(xí)慣不適應(yīng)，必須建立一套新的維修保養(yǎng)體系。必須建立一套新的維修保養(yǎng)體系。動力設(shè)備分裝在各車輛，給車輛本身的減動力設(shè)備分裝在各車輛，給車輛本身的減重又增加了一定困難。重又增加了一定困難。4545/63/634.4.動車組的組成動車組的組成（7 7部分）部分）(1)(1)車體車體-動車組車體分為動車組車體分為帶司機(jī)室車體帶司機(jī)室車體和和不帶不帶帶司機(jī)室車體帶司機(jī)室車體兩種。兩種。(2)(2)轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架-動車組轉(zhuǎn)向架分動車組轉(zhuǎn)向架分動力轉(zhuǎn)向架動力轉(zhuǎn)向架

37、和和非動非動力轉(zhuǎn)向架。力轉(zhuǎn)向架。(3)(3)連接、緩沖裝置連接、緩沖裝置-連接緩沖裝置可以實(shí)現(xiàn)機(jī)連接緩沖裝置可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接、高壓電器連接、輔助系統(tǒng)和列車供械連接、高壓電器連接、輔助系統(tǒng)和列車供電連接、以及控制系統(tǒng)連接，包括：電連接、以及控制系統(tǒng)連接，包括：車鉤、車鉤、緩沖裝置電氣和空氣裝置。緩沖裝置電氣和空氣裝置。4646/63/63(4)(4)制動裝置制動裝置-動車組常采用動車組常采用電氣制動電氣制動與與空氣制動空氣制動的復(fù)合制動。動車組制動系統(tǒng)包括動力制動系統(tǒng)的復(fù)合制動。動車組制動系統(tǒng)包括動力制動系統(tǒng)( (再生制動再生制動) )、空氣制動系統(tǒng)（包括風(fēng)源）、電子、空氣制動系統(tǒng)（包括風(fēng)源）、

38、電子防滑器、及基礎(chǔ)制動裝置等。防滑器、及基礎(chǔ)制動裝置等。(5)(5)車輛內(nèi)部設(shè)備車輛內(nèi)部設(shè)備-車輛內(nèi)部設(shè)備是指服務(wù)于乘客車輛內(nèi)部設(shè)備是指服務(wù)于乘客的車內(nèi)固定附屬裝置。如車內(nèi)電氣、供水、通風(fēng)、的車內(nèi)固定附屬裝置。如車內(nèi)電氣、供水、通風(fēng)、取暖、空調(diào)、座席、車窗、車門、行李架、取暖、空調(diào)、座席、車窗、車門、行李架、旅客旅客信息服務(wù)系統(tǒng)信息服務(wù)系統(tǒng)等。等。4747/63/63(6)(6)牽引傳動系統(tǒng)牽引傳動系統(tǒng)為動車組提供牽引動力，包為動車組提供牽引動力，包括：主電路、高壓設(shè)備、受電弓、主斷路器、括：主電路、高壓設(shè)備、受電弓、主斷路器、其它高壓設(shè)備、主變壓器、牽引變流器、牽引其它高壓設(shè)備、主變壓器、牽

39、引變流器、牽引電機(jī)、及電傳動系統(tǒng)的保護(hù)等。電機(jī)、及電傳動系統(tǒng)的保護(hù)等。(7)(7)輔助供電系統(tǒng)輔助供電系統(tǒng)-指除為牽引動力系統(tǒng)之外的指除為牽引動力系統(tǒng)之外的所有需要用電力的負(fù)載設(shè)備提供電能的系統(tǒng)，所有需要用電力的負(fù)載設(shè)備提供電能的系統(tǒng)，包括輔助供電系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)。包括輔助供電系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)。4848/63/63三、三、動車組關(guān)鍵技術(shù)動車組關(guān)鍵技術(shù)1.1.優(yōu)良的空氣動力學(xué)外形優(yōu)良的空氣動力學(xué)外形2.2.車體結(jié)構(gòu)輕量化車體結(jié)構(gòu)輕量化3.3.高性能轉(zhuǎn)向架技術(shù)高性能轉(zhuǎn)向架技術(shù)4.4.復(fù)合制動技術(shù)復(fù)合制動技術(shù)5.5.密接式車鉤緩沖裝置密接式車鉤緩沖裝置6.6.交流傳動技術(shù)交流傳動技術(shù)7.7.列車自動

40、控制及故障列車自動控制及故障診斷技術(shù)診斷技術(shù)8.8.車廂密封與集便處理車廂密封與集便處理9.9.高速受流技術(shù)高速受流技術(shù)10.10.傾擺式車體技術(shù)傾擺式車體技術(shù)4949/63/631.1.優(yōu)良的空氣動力學(xué)外形優(yōu)良的空氣動力學(xué)外形 對于高速動車組來說，列車頭型設(shè)計(jì)非常重對于高速動車組來說，列車頭型設(shè)計(jì)非常重要，好的頭型設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：要，好的頭型設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：- 減少高速動車組運(yùn)減少高速動車組運(yùn)行的空氣阻力；行的空氣阻力；- 減小列車交會壓力減小列車交會壓力波變化；波變化；- 保證高速動車組運(yùn)保證高速動車組運(yùn)行穩(wěn)定等。行穩(wěn)定等。 5050/63/632.2.車體結(jié)構(gòu)輕量化車體結(jié)構(gòu)輕量化 節(jié)省牽引功率；

41、節(jié)省牽引功率； 最大限度地降低高速動車組的軸重；最大限度地降低高速動車組的軸重； 降低高速所引起的動力作用對線路結(jié)構(gòu)、機(jī)降低高速所引起的動力作用對線路結(jié)構(gòu)、機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)的損傷；車車輛結(jié)構(gòu)的損傷； 提高旅客乘坐舒適度。提高旅客乘坐舒適度。5151/63/633.3.高性能轉(zhuǎn)向架技術(shù)高性能轉(zhuǎn)向架技術(shù) 作用：作用： 用來牽引和引導(dǎo)車輛沿軌道行駛用來牽引和引導(dǎo)車輛沿軌道行駛 承受與傳遞來自車體及線路的各種載荷，并緩和其動承受與傳遞來自車體及線路的各種載荷，并緩和其動作用力作用力 是保證列車運(yùn)行品質(zhì)和安全的重要部分是保證列車運(yùn)行品質(zhì)和安全的重要部分性能要求：性能要求： 具有高速運(yùn)行的穩(wěn)定性具有高速運(yùn)行的

42、穩(wěn)定性 具有運(yùn)行的平穩(wěn)性具有運(yùn)行的平穩(wěn)性 高速通過曲線的性能高速通過曲線的性能 5252/63/63 4.4.復(fù)合制動技術(shù)復(fù)合制動技術(shù) 復(fù)合制動系統(tǒng)通常由制動控制系統(tǒng)、動力制動、空復(fù)合制動系統(tǒng)通常由制動控制系統(tǒng)、動力制動、空氣制動氣制動( (包括盤形制動和踏面制動包括盤形制動和踏面制動) )系統(tǒng)、微機(jī)控制的防系統(tǒng)、微機(jī)控制的防滑器和非粘著制動裝置等組成。高速列車對制動系統(tǒng)的滑器和非粘著制動裝置等組成。高速列車對制動系統(tǒng)的要求：要求：- 對制動能力的要求對制動能力的要求- 舒適度要求舒適度要求- 安全可靠性要求安全可靠性要求- 控制準(zhǔn)確要求控制準(zhǔn)確要求- 維修方便要求維修方便要求- 輕量化要求輕

43、量化要求5353/63/63 5.5.密接式車鉤緩沖裝置密接式車鉤緩沖裝置 目前世界各國高速列車（如日本、德國）普目前世界各國高速列車（如日本、德國）普遍采用密接式車鉤連接裝置，該裝置兩車鉤連遍采用密接式車鉤連接裝置，該裝置兩車鉤連接面的縱向間隙一般都小于接面的縱向間隙一般都小于2mm2mm，上下、左右偏，上下、左右偏移也很小，對提高列車的運(yùn)行平穩(wěn)性和電氣線移也很小，對提高列車的運(yùn)行平穩(wěn)性和電氣線路、風(fēng)管的自動對接提供了保證。路、風(fēng)管的自動對接提供了保證。 5454/63/636.6.交流傳動技術(shù)交流傳動技術(shù) 交直傳動系統(tǒng)，采用直流電動機(jī)驅(qū)動；交直傳動系統(tǒng)，采用直流電動機(jī)驅(qū)動； 交流傳動系統(tǒng)，

44、采用交流牽引電動機(jī)驅(qū)動。交流傳動系統(tǒng)，采用交流牽引電動機(jī)驅(qū)動。電機(jī)整流器/ /逆變器/3/35555/63/63交流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：交流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠；具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠； 體積小、重量輕；體積小、重量輕； 功率大：交流電機(jī)沒有整流子結(jié)構(gòu)對電動機(jī)功率大：交流電機(jī)沒有整流子結(jié)構(gòu)對電動機(jī)功率的限制，牽引功率可以得到進(jìn)一步提高；功率的限制，牽引功率可以得到進(jìn)一步提高； 造價(jià)低、維修少，使用壽命長等。造價(jià)低、維修少，使用壽命長等。5656/63/63 7.7.列車自動控制及故障診斷技術(shù)列車自動控制及故障診斷技術(shù) 列車自動控制系統(tǒng)對高速列車安全運(yùn)行的重列車自動控制系統(tǒng)對高速列車安全運(yùn)行的重要作用，世界各國在發(fā)展高速鐵路時(shí)都十分重視要作用，世界各國在發(fā)展高速鐵路時(shí)都十分重視列車自動控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)，許多國家作為列車自動控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)，許多國家作為先進(jìn)列車控制系統(tǒng)先進(jìn)列車控制系統(tǒng)(Advanced Train Control (Advanced Train Control Systems)Systems)研制了多種基礎(chǔ)技術(shù)設(shè)備。研制了多種基礎(chǔ)技術(shù)設(shè)備。5757/63/63兩大類自動控制方式：兩大類自動控制方式： 一類是以設(shè)備為主、人控為輔的控制方式，以一類是以設(shè)備為主、