交通設(shè)備概論-2-5高速鐵路

第二章鐵路運輸設(shè)備第一節(jié)鐵路運輸概述第二節(jié)鐵路線路與車站第三節(jié)鐵路車輛與牽引動力第四節(jié)鐵路信號與通信設(shè)備第五節(jié)高速鐵路第五節(jié)高速鐵路

High-SpeedRailway本節(jié)要點了解世界高速鐵路的發(fā)展情況及發(fā)展模式熟悉高速鐵路的技術(shù)優(yōu)勢掌握高速鐵路線路、機車車輛、通信信號、控制系統(tǒng)的基本特征了解磁懸浮鐵路09:451063一、概況二、高速鐵路的線路三、高速鐵路的牽引動力四、高速鐵路的車輛五、高速鐵路的信號與控制系統(tǒng)六、高速鐵路的通信系統(tǒng)七、磁懸浮鐵路簡介09:451064內(nèi)容提要一.概況09:451065（一）興建高速鐵路是客運市場發(fā)展的必然趨勢（二）世界高速鐵路的發(fā)展情況及主要模式（三）高速鐵路的技術(shù)優(yōu)勢（一）興建高速鐵路是客運市場發(fā)展的必然趨勢1825-1950,鐵路運輸處于壟斷地位50年代后受到了公路航空的挑戰(zhàn)根據(jù)“旅行時間”最短的法則，在主要優(yōu)勢為短途運輸?shù)墓泛椭饕獌?yōu)勢為長途運輸?shù)暮娇罩g，仍然為鐵路留有廣寬的發(fā)展空間。（見圖）09:451066高速鐵路的優(yōu)勢距離09:451067210km/h時，300～500km250km/h時，250～600km300km/h時，200～800km09:451068高速鐵路與公路、航空、水運等客運方式是一種既相互競爭，又相補充的關(guān)系興建高速鐵路是客運市場發(fā)展的必然趨勢。（二）世界高速鐵路的發(fā)展情況及主要模式高速鐵路技術(shù)是當(dāng)代世界鐵路的一項重大技術(shù)成就，它集中地反映了一個國家鐵路牽引動力、線路結(jié)構(gòu)、運行控制、運輸組織和經(jīng)營管理等方面的技術(shù)進步，也體現(xiàn)了一個國家的科技和工業(yè)水平。高速鐵路在經(jīng)濟發(fā)達、人口密集的地區(qū)經(jīng)濟效益和社會效益突出。09:4510691.國外高速鐵路的發(fā)展動態(tài)1.國外高速鐵路的發(fā)展動態(tài)

09:4510610自1964年日本東海道新干線以時速210公里的高速鐵路投入運營以來，發(fā)達國家及一些發(fā)展中國家和地區(qū)竟相投資修建高速鐵路。 法、德、意、英、蘇、瑞典、奧地利、西班牙、澳大利亞、美國、加拿大、巴西、韓國和我國臺灣等20多個國家和地區(qū)，都先后修建了高速鐵路或制訂了修建高速鐵路計劃。09:4510611據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全世界開行時速200km及以上的高速鐵路已超過10000km。以下是幾個主要國家的高速鐵路發(fā)展情況1.國外高速鐵路的發(fā)展動態(tài)

09:4510612法國TGV運行于巴黎-里昂高速鐵路的TGV更舒適的TGV09:451061309:4510614Thalysand

Eurostar歐洲之星,EurostarThalys09:4510615德國ICEICE1高速列車ICE3高速列車09:4510616ICE2高速列車ICE-V高速列車09:4510617日本高速新干線鐵路網(wǎng)100系列高速列車09:45106180系列高速列車200系列高速列車300系列高速列車09:4510619400

系

列

高

速

列

車500系列高速列車09:4510620E1系列高速列車

E2系列高速列車09:4510621E3系列高速列車1.國外高速鐵路的發(fā)展動態(tài)09:4510622結(jié)論日本、西歐高速鐵路項目已經(jīng)進入成熟發(fā)展期東歐國家鐵路的規(guī)劃向西歐靠攏新一輪的高速鐵路建設(shè)高潮即將到來。2.中國高速鐵路的發(fā)展動態(tài)CRHCRH（ChinaRailwaysHigh-speed)，即中國高速鐵路，是中國鐵道部對中國高速鐵路系統(tǒng)建立的品牌名稱。通常用來指2007年4月18日起在中國鐵路第六次鐵路大提速后開行的動車組列車。09:4510623CRH1中國南車四方機車車輛股份有限公司與加拿大龐巴迪的合資公司——青島四方-龐巴迪鐵路運輸設(shè)備有限公司（BST）生產(chǎn)2.中國高速鐵路的發(fā)展動態(tài)09:4510624CRH2中國南車四方機車車輛股份有限公司（聯(lián)合日本川崎重工，引進技術(shù)）負責(zé)國內(nèi)生產(chǎn)。CRH3中國北車集團唐山軌道客車有限責(zé)任公司（聯(lián)合德國西門子，引進技術(shù)）負責(zé)國內(nèi)生產(chǎn)。以西門子ICE3（Velaro）為基礎(chǔ)。2.中國高速鐵路的發(fā)展動態(tài)09:4510625CRH5中國北車集團長春軌道客車股份有限公司（聯(lián)合法國阿爾斯通，引進技術(shù)）負責(zé)國內(nèi)生產(chǎn)。CRH6CRH6是由中國南車南京浦鎮(zhèn)車輛公司聯(lián)合廣東省成立的廣東軌道交通車輛修造基地即將生產(chǎn)的國內(nèi)最新型城際動車組，3.高速鐵路發(fā)展的主要模式09:45106261)新建客運專用型（日本）獨立系統(tǒng)，軌距不相同，白天運營，夜間養(yǎng)護2)新建客、貨共線型（意大利）客車時速250km/h,貨車時速120km/h3)既有線改造提速型（法國）既有線處于市郊建筑群4)改造機車車輛（英國）可控傾斜度的“擺式”車體電動車組（曲線）(三)高速鐵路的技術(shù)優(yōu)勢高速鐵路與公路、航空相比，其主要技術(shù)優(yōu)勢表現(xiàn)在：1）速度快、旅行時間短。2）行車密度高、運量大。3）高速列車乘座舒適性好。4）土地占用面積小。5）能耗低。6）環(huán)境污染小。7)外部運輸成本低。8)列車運行準(zhǔn)點。9)安全可靠。10)不受氣候影響，全天候運行。11)社會經(jīng)濟效益好。09:451062709:4510628能耗低一人使用1KWh的能源，乘坐不同的交通工具所能旅行的最長距離見圖1.3一1。09:4510629環(huán)境污染小交通工具排放到大氣中有害物質(zhì)：碳化物，氮化物，硫化物等三種交通工具排放有害物質(zhì)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)09:4510630列車運行準(zhǔn)點日本新干線平均晚點不超過1min。西班牙AVE高速列車承諾晚點5min退賠全部票款。二.高速鐵路的線路（一）線路標(biāo)準(zhǔn)（二）路基（三）橋梁（四）軌道結(jié)構(gòu)09:4510631（一）線路標(biāo)準(zhǔn)（平緩）大幅度提高平面最小曲線半徑標(biāo)準(zhǔn)平緩過渡的緩和曲線

歐洲：三次拋物線；日本：正弦曲線增大豎曲線半徑(25000m,350km/h)世界上已建及在建、籌建中高速鐵路線路平縱斷面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)09:451063209:451063309:4510634（二）路基1.平順、寬度足夠法國：12.6m；日本東海道：10.7m；…2.堅固、穩(wěn)定、抵御自然災(zāi)害3.排水4.設(shè)計、施工、養(yǎng)護經(jīng)濟(三)橋梁1.鋼筋混凝土梁、預(yù)應(yīng)力混凝土梁2.立體交叉3.鋼支座、橡膠支座（穩(wěn)定性）09:4510635（四）軌道結(jié)構(gòu)1.軌道類型（1）道砟軌道（2）板式軌道（整體道床）2.軌道結(jié)構(gòu)（1）鋼軌與聯(lián)接零件無縫線路新型粘接絕緣鋼軌（2）軌枕與道床重型軌道設(shè)備雙塊式混凝土軌枕（3）道岔道岔側(cè)股道：圓曲線或放射螺旋型消除有害空間：活動心軌牽引動力配置1.集中配置兩頭（一頭）帶司機室的動力車線路破壞力大2.分散配置每節(jié)車廂配有動力車輛軸重輕，靈活；造價、維修費用高、噪音大09:4510636三.高速鐵路的牽引動力四.高速鐵路車輛09:4510637車體走行部制動裝置牽引緩沖裝置

4.1車體4.1.1車體結(jié)構(gòu)輕量化減輕磨損，提高速度；鋁合金材料09:4510638日本100系和300系車輛重量比較減少空氣阻力列車阻力是速度的二次函數(shù)，列車速度提高后空氣阻力非常突出，當(dāng)速度提高到300km／h時，空氣阻力的占總阻力的85％～90％。日本新干線100系比0系車頭長900mm,空氣阻力系數(shù)減少25%09:45106394.1.2車頭、外形流線化4.1.3提高氣密性車體氣密性要求，當(dāng)高速列車通過隧道或兩列高速列車交會特別是在隧道內(nèi)會車時，車外氣壓在短時間內(nèi)會產(chǎn)生很大的壓力波動，這種壓力波動大小幾乎與列車運行速度的平方成正比地增加，如果車體結(jié)構(gòu)不完全密封，車外的壓力波會迅速地傳至車內(nèi)，使車內(nèi)的壓力產(chǎn)主較大的波動，旅客會感覺到聲浪沖擊耳膜的感覺，令人難人忍受，因而影響了旅客的舒適性，提高車體的氣密性是發(fā)展高速列車的一項關(guān)鍵技術(shù)。09:45106404.1.4提高隔聲性能

車體表面涂刷防振阻尼層，減少固體聲；雙層車窗。09:4510641100系列高速列車內(nèi)部09:4510642ICE3一等車內(nèi)部ICE1-2一等車內(nèi)部09:4510643TGV一等車內(nèi)部TGV二等車內(nèi)部09:45106444.2走行部09:4510645輕量化：減少軸重和簧下死重穩(wěn)定性:橫縱向力舒適性曲線通過性能4.3制動09:4510646高速列車制動特點制動距離制動方式高速列車復(fù)合制動系統(tǒng)制動時的乘客舒適性制動系統(tǒng)的可靠性和安全性4.3.1高速列車制動特點高速列車的制動與常速列車的制動，原理相同。但由于高速列車的速度很高，動能很大，要在規(guī)定的時間和距離內(nèi)將這些動能消耗或吸收，用常速列車的單一閘瓦制動方式是無法達到的。因此，高速列車的制動必需采用綜合方式，即多種制動協(xié)調(diào)使用，方能獲得較好的效果。09:45106474.3.2

制動距離控制制動距離，保證制動時乘客的舒適性，保證制動系統(tǒng)的可靠性。列車的制動距離與列車的速度和制動方式有關(guān)。列車緊急制動距離隨行車速度以高于1次方的比例增加，300km/h的高速列車以緊急制動、0.8常用制動系數(shù)和0.5常用制動系數(shù)制動停車，其制動距離分別為4500、5200和7700m。相當(dāng)與長度為1500m的閉塞區(qū)間分別為3、4、6個。即使采用四顯示信號也不能滿足在兩個閉塞區(qū)的停車的要求。因此，高速列車的制動必須采用包括空氣制動（踏面制動和盤形制動）、動力制動和非粘著制動（磁軌制動和渦流制動）在內(nèi)的復(fù)合制動方式，以提供強大的制動力。09:4510648旅客列車的制動距離限制(m)09:45106494.3.3制動方式摩擦制動:1)閘瓦制動（又稱踏面制動）2)盤型制動3)摩擦式電磁軌道制動動力制動1)電阻制動2)再生制動3)電磁渦流制動

09:4510650部分高速列車制動方式一覽表09:45106514.4牽引緩沖裝置高速旅客列車要求車鉤的縱向間隙小，風(fēng)管、電氣線路能自動對接；緩沖器容量適當(dāng)，柔性較好；09:45106525.高速鐵路的信號與控制系統(tǒng)概述高速鐵路列車運行自動化系統(tǒng)高速鐵路行車指揮自動化系統(tǒng)小結(jié)09:45106535.1高速鐵路信號與控制系統(tǒng)的基本組成

09:4510654列車自動控制系統(tǒng)(ATCS)行車指揮自動化系統(tǒng)(ATS-AutomaticTrainSupervision)列車運行自動化列車制動防護(ATP-AutomaticTrainProtection)列車自動駕駛(ATO-AutomaticTrainOperation)5.2列車運行自動化控制系統(tǒng)系統(tǒng)的構(gòu)成無絕緣多信息軌道電路點式查詢應(yīng)答器微機化列車自動控制設(shè)備09:4510655運行自動化控制系統(tǒng)的基本思路：取消分散安裝再線路兩側(cè)傳統(tǒng)的信號設(shè)備，將列車運行控制功能集中于車上。列車位置由車上設(shè)備進行自身檢測，地面設(shè)備根據(jù)車上傳送的位置信息實現(xiàn)間隔控制列車運行安全速度是根據(jù)地面設(shè)備傳遞的信息，由車上設(shè)備進行自動控制。地面、列車之間的信息傳遞可采用應(yīng)答器、多信息無絕緣軌道電路及無線傳輸信道實現(xiàn)09:45106565.2.1系統(tǒng)的構(gòu)成09:451065709:45106585.2.1系統(tǒng)的構(gòu)成5.2.2無絕緣多信息軌道電路09:4510659無絕緣多信息軌道電路傳統(tǒng)軌道電路缺點：鋼軌絕緣斷電的阻力增加鋼軌與車輪的磨損絕緣破損影響行車安全無絕緣多信息軌道電路用載波束區(qū)分閉塞分區(qū)避免切斷鋼軌09:4510660

5.3列車自動控制系統(tǒng)框圖09:45106615.3高速鐵路行車指揮自動化系統(tǒng)構(gòu)成高速鐵路行車指揮系統(tǒng)的基本思路：取消分散安裝再線路兩側(cè)傳統(tǒng)的信號設(shè)備，將列車運行指揮控制中心集中。在調(diào)度中心控制范圍內(nèi)，有車載計算機輔助司機操縱列車運行。09:4510662調(diào)度中心計算機自動跟蹤列車運行并向列車傳遞運行計劃與控制命令。調(diào)度員監(jiān)督計算機的工作并給予必要的輔助調(diào)度。利用有線與無線的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)為調(diào)度中心與列車之間進行雙向信息傳遞。調(diào)度中心計算機在調(diào)度中心運行過程中，向車站各分機分區(qū)、分時地下達列車運行計劃。各車站的控制分機根據(jù)中心計算機的運行計劃，直接控制現(xiàn)場的有關(guān)連鎖設(shè)備與進路。09:4510663指揮中心微機數(shù)據(jù)網(wǎng)09:4510664列車自動控制系統(tǒng)示意圖09:4510665微機連鎖系統(tǒng)框圖09:4510666六.高速鐵路的通信系統(tǒng)概述有線通信無線通信數(shù)據(jù)通信與數(shù)字網(wǎng)圖象通信信息處理系統(tǒng)小結(jié)09:45106676.1概述高速鐵路通信的特點:通信應(yīng)具有高可靠性，以保證列車的高速安全運行。通信應(yīng)保證運營管理的高效率。通信與信號系統(tǒng)緊密結(jié)合，形成一個整體。通信與計算機和計算機網(wǎng)相結(jié)合，形成一個現(xiàn)代化的運營、管理、服務(wù)系統(tǒng)。通信應(yīng)完成多種信息的傳輸和提供多種通信服務(wù)。多種通信方式結(jié)合形成同意的鐵路通信網(wǎng)。09:451066809:4510669法國TGV的通信系統(tǒng)概況6.2有線通信（一）鐵路有線通信主要用來解決鐵路沿線長途干線以及中途地區(qū)間信息的傳輸。09:45106706.3無線通信固定無線通信移動無線通信1、列車無線通信

2、防護無線通信3、列車運行自動化系統(tǒng)的無線通信旅客無線通信衛(wèi)星通信的應(yīng)用09:4510671法國TGV大西洋線地面與列車無線通信(含數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng))09:4510672各種通信的接口09:45106736.4數(shù)據(jù)通信與數(shù)字網(wǎng)數(shù)據(jù)通信1）數(shù)據(jù)交換網(wǎng)2）傳真交換網(wǎng)3）數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備數(shù)字網(wǎng)09:45106746.5圖象通信傳真電報工業(yè)電視電視會議系統(tǒng)圖象傳輸方式09:45106756.6信息處理系統(tǒng)旅客系統(tǒng)可視圖文信息系統(tǒng)貨物系統(tǒng)運輸系統(tǒng)新干線信息管理系統(tǒng)09:4510676小結(jié)通信在高速鐵路的運輸中起著神經(jīng)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的作用。要保證指揮列車運行的各種調(diào)度指揮命令信息的傳輸；為旅客提供各種服務(wù)的通信；為設(shè)備維修及運營管理提供通信條件。09:4510677七.磁懸浮鐵路簡介概述磁懸浮鐵路的基本制式和工作原理磁懸浮鐵路的車輛磁懸浮鐵路的線路磁懸浮鐵路的社會經(jīng)濟效益我國磁懸浮列車的發(fā)展前景小結(jié)09:45106787.1概述與傳統(tǒng)鐵路相比，磁懸浮鐵路由于消除了輪軌之間的接觸，時速可達500公里以上；無廢氣排出和污染，有利于環(huán)境保護；由于磁懸浮系統(tǒng)采用導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，不會發(fā)生脫軌和顛覆事故、車輪、接觸導(dǎo)線等摩擦部件，可以省去大量的維修工作和維修費用09:4510679世界磁懸浮鐵路的試驗與發(fā)展日本于1972年用ML100型試驗車實現(xiàn)了60公里／小時的磁懸浮運行。1975年著手修建宮崎試驗線。1977年開始對倒T型導(dǎo)軌和跨座式ML500型試驗車進行了無人駕駛的試驗。1979年12月，在九州宮崎試驗線上創(chuàng)造了517公里／小時的速度記錄。但因常溫下的超導(dǎo)材料尚未出現(xiàn)，還未能投入商業(yè)性的載人運行。09:4510680七、日本MLX-01磁懸浮高速列車09:4510681新型新干線200系列（1999年3月投入使用）世界磁懸浮鐵路的試驗與發(fā)展德國從1968年開始研究磁浮列車。1983年在曼姆斯蘭德建設(shè)了一條長32公里的試驗線，已完成了載人試驗。他們采用的TR06型試驗車，在該線上創(chuàng)造412公里／小時的記錄；并打算進一步突破500公里／小時。英國于1973年開始進行磁懸浮鐵路的研究，經(jīng)過20多年的研究和試驗，于1984年4月，從伯明翰機場至國際車站之間開通運行了低速磁懸浮列車，平均速度為25公里／小時，這是目前世界上唯一投入商業(yè)性運行的磁懸浮鐵路。09:4510682世界磁懸浮鐵路的試驗與發(fā)展經(jīng)過了各國多年的試驗以后，一般認為，短途磁浮運輸速度一般為200公里／小時，用于連接機場和市中心；中程磁浮運輸速度為300公里/小時，適用于城市間運輸；長途磁浮運輸速度一般在300公里／小時以上，適用于遠距離運輸。幾年來的運行實踐證明，常導(dǎo)磁吸式懸浮系統(tǒng)、直線異步電機推進的高架低速磁浮列車，適用于城市內(nèi)的公共交通和郊區(qū)客運。09:45106837.2磁懸浮鐵路的基本制式和工作原理懸浮原理導(dǎo)向原理推進原理09:4510684懸浮原理常導(dǎo)磁吸式（EMS型）是利用裝在車輛兩側(cè)轉(zhuǎn)向架上的常導(dǎo)電磁鐵（懸浮電磁鐵），和鋪設(shè)在線路導(dǎo)向軌上的磁鐵，在磁場作用下產(chǎn)生的吸引力使車輛浮起，車輛和軌面之間的間隙與吸引力的大小成反比。超導(dǎo)磁斥式（EDS型）此種型式在車輛底部安裝超導(dǎo)磁體（放在液態(tài)氦貯存槽內(nèi)），在軌道兩側(cè)鋪設(shè)一系列鋁環(huán)線圈。列車運行時，給車上線圈（超導(dǎo)磁體）通電流，產(chǎn)生強磁場，地上線圈（鋁環(huán)）與之相切割，在鋁環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場與車輛上超導(dǎo)磁體的磁場方向相反，兩個磁場產(chǎn)生排斥力。當(dāng)排斥力大于車輛重量時，車輛就浮起來。09:451068509:4510686磁懸浮原理比較圖導(dǎo)向原理常導(dǎo)磁吸式的導(dǎo)向系統(tǒng)，是在車輛側(cè)面安裝一組專門用于導(dǎo)向的電磁鐵，當(dāng)車輛運行發(fā)生左右偏移時，車上的導(dǎo)向電磁鐵與導(dǎo)向軌的側(cè)面相互作用，產(chǎn)生一種排斥力，使車輛恢復(fù)到正常位置，和導(dǎo)軌側(cè)面之間保持一定的間隙。當(dāng)車輛的運行狀態(tài)發(fā)生變化時，例如運行在曲線或坡道上時，控制系統(tǒng)通過對導(dǎo)向磁鐵中的電流進行控制來保持這一側(cè)向間隙，從而達到控制列車運行方向的目的。09:4510687導(dǎo)向原理超導(dǎo)磁斥式的導(dǎo)向系統(tǒng)，可以采用以下三種方式構(gòu)成：在車輛上安裝機械導(dǎo)向裝置實現(xiàn)列車導(dǎo)向。在車輛上安裝專用的導(dǎo)向超導(dǎo)磁體，使之與導(dǎo)軌側(cè)向的地面線圈或金屬帶產(chǎn)生磁斥力，該力與列車的側(cè)向作用力相平衡，使列車保持正確的運行方向。利用磁力進行導(dǎo)引的“零磁通量”導(dǎo)向系統(tǒng)。09:4510688推進原理磁懸浮列車由于懸浮起一定的高度，使車輪與鋼軌脫離，故不能依靠它們之間的摩擦力產(chǎn)生牽引力使車輛前進，而是采用一種叫做直線電機的推進裝置作為列車的牽引動力。直線電機是從旋轉(zhuǎn)電機演變而來的，它的基本構(gòu)成和作用原理與普通旋轉(zhuǎn)電機類似，就如同將旋轉(zhuǎn)電機沿半徑方向切開展平而成。于是，其傳動方式也就由旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動。09:45106897.3磁懸浮鐵路的車輛車輛是磁懸浮鐵路的重要組成部分,是一種不與地面接觸的運載工具。從此懸浮鐵路產(chǎn)生到現(xiàn)在，隨著時代的發(fā)展和制式的不同要求車輛了不斷地更新。日本從1962年起，經(jīng)過廣泛深入的分析和論證，決定采用超導(dǎo)磁斥式懸浮系統(tǒng)。德國從70年代初開始研制磁懸浮列車，采用常導(dǎo)磁吸式。09:451069009:451069109:451069209:451069309:45106947.4磁懸浮鐵路的線路線路，作為磁懸浮鐵路的基本組成部分和走行基礎(chǔ)，在構(gòu)造上應(yīng)能滿足磁懸浮列車的基本要求。因為磁懸浮列車不但在構(gòu)造和原理上與傳統(tǒng)鐵路不同，而且采用不同的懸浮方式，對線路的要求也不一樣。磁懸浮鐵路的懸浮、導(dǎo)向和推進設(shè)備，無論什么型式，總有一部分安裝在車輛上，而另徊糠職滄霸諳唄上，因此線路結(jié)構(gòu)必須與之相適應(yīng)。尤其是直線電機，對線路平面的要求是較為嚴格的。09:45106957.4磁懸浮鐵