《高速鐵路概述》主要內(nèi)容學習目標新課講授本節(jié)小結(jié)本節(jié)習題

【主要內(nèi)容】

【學習目標】第二節(jié)動車組的組成及其技術(shù)特點高速列車對牽引功率的需求動車組的動力配置及組成動車組的主要技術(shù)特點高速列車對牽引功率的需求高速列車的牽引動力可以采用傳統(tǒng)的機車牽引型式，也可以采用動車組牽引型式。

高速列車對牽引功率的需求是根據(jù)高速列車的總質(zhì)量、最高運行速度和在該速度下的列車單位阻力來確定的。

高速列車需要的牽引功率N為：式中Q－列車總質(zhì)量（t）；

－列車的單位阻力（N/t）；－列車的最高運行速度（km/h）；

k

－裕量系數(shù)。高速列車對牽引功率的需求高速列車對牽引功率的需求列車的基本阻力隨運行速度的不同而異。低速運行時，以機械摩擦阻力為主；運行速度達到100km/h左右時，空氣阻力占運行基本阻力的50％；如果運行速度進一步提高，空氣阻力所占的比例還將增大。高速列車對牽引功率的需求

空氣阻力與列車運行速度的平方值成正比。列車之所以需要很大的牽引功率，就是因為列車運行速度越高，空氣阻力越大。而這一隨運行速度提高而迅速增大的空氣阻力就成為高速列車運行時的主要阻力。

機械阻力由軸承摩擦、輪軌滾動摩擦、滑動摩擦、振動和沖擊等引起。

附加阻力包括：坡道阻力、曲線阻力、隧道空氣附加阻力、起動阻力等。動車組的動力配置及組成

所謂動車組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。動車組動力配置方式有兩種：一種是動力分散，另一種是動力集中。動力分散又分為完全分散和相對分散兩種模式。完全分散模式即高速列車編組中的車輛全部為動力車，如日本的0系高速列車，16輛編組中全部是動力車,如圖所示。動車組的動力配置及組成日本的0系高速列車，16輛編組全部是動力車動車組的動力配置及組成

相對分散模式，即高速列車編組中大部分是動力車，小部分為無動力的拖車，如日本的100系、700系高速列車，16輛編組中有12輛動力車和4輛拖車，即12動＋4拖，如圖所示。動車組的動力配置及組成日本的100系高速列車，12M＋4T動車組的動力配置及組成

與動力分散配置方式相對應(yīng)牽引方式還有動力集中配置方式。如德國的ICE1、ICE2和法國的TGV。如圖所示法國TGV－A。動車組的動力配置及組成TGV-A，1989年，300km/h，巴黎－大西洋，交流傳動，1990年，試驗速度515.3km/h，第二代動車組的動力配置及組成ICE1，1991年，280km/h，漢諾威－維爾茨堡，曼海姆－斯圖加特動車組的組成（7部分）1．車體動車組車體分為帶司機室車體和不帶帶司機室車體兩種。它是容納乘客和司機駕駛的地方，同時，又是安裝與連接其他設(shè)備和部件的基礎(chǔ)。為使車體輕量化，高速動車組車體通常采用鋁合金和不銹鋼材料制造。鋁合金車體結(jié)構(gòu)動車組的組成不銹鋼點焊車體結(jié)構(gòu)動車組的組成

動車組轉(zhuǎn)向架分動力轉(zhuǎn)向架和非動力轉(zhuǎn)向架。動力轉(zhuǎn)向架的車軸可以是全動軸，也可以是部分動軸。轉(zhuǎn)向架置于車體和軌道之間，用來牽引和引導車輛沿軌道行駛和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。轉(zhuǎn)向架是保證列車運行品質(zhì)和安全的關(guān)鍵部件。動車組的組成動車組的組成3．連接、緩沖裝置車輛編組成列車運行必須借助于連接裝置，即車鉤。為了改善列車縱向平穩(wěn)性，在車鉤的后部設(shè)有緩沖裝置，以緩和列車沖動。同時還應(yīng)該連接車輛之間的電氣和空氣的管路。連接緩沖裝置可以實現(xiàn)機械連接、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。半永久車鉤動車組的組成全自動車鉤動車組的組成4．制動裝置制動裝置是保證列車安全運行所必需的裝置。動車組常采用電氣制動與空氣制動的復(fù)合制動。動車組制動系統(tǒng)包括動力制動系統(tǒng)(再生制動)、空氣制動系統(tǒng)（包括風源）、電子防滑器、及基礎(chǔ)制動裝置等。動車組的組成制動系統(tǒng)列車布置圖

動車組的組成5．車輛內(nèi)部設(shè)備車輛內(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、取暖、空調(diào)、座席、車窗、車門、行李架、旅客信息服務(wù)系統(tǒng)等。動車組的組成動車組的組成6．牽引傳動系統(tǒng)牽引傳動系統(tǒng)包括：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、牽引電機、及電傳動系統(tǒng)的保護等。動車組的組成7．輔助供電系統(tǒng)輔助供電系統(tǒng)所供電的設(shè)備包括：空氣壓縮機冷卻通風機油泵/水泵電機空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)采暖設(shè)備照明設(shè)備旅客服務(wù)設(shè)備應(yīng)急通風裝置維修用電等動車組的組成7．輔助供電系統(tǒng)應(yīng)急用電包括：客室應(yīng)急通風應(yīng)急照明應(yīng)急顯示維修用電通訊及其控制等。三、動車組的主要技術(shù)特點1.頭型流線化隨著列車運行速度的提高，周圍空氣的動力作用一方面對列車和列車運行性能產(chǎn)生影響；同時，列車高速運行引起的氣動現(xiàn)象對周圍環(huán)境也產(chǎn)生影響。對于高速動車組來說，列車頭型設(shè)計非常重要，好的頭型設(shè)計可以有效地減少運行空氣阻力，列車交會壓力波和解決好運行穩(wěn)定性等問題。動車組的主要技術(shù)特點流線化頭型(500系)動車組的主要技術(shù)特點2.車體結(jié)構(gòu)輕量化為了節(jié)省牽引功率，降低高速所引起的動力作用對線路結(jié)構(gòu)、機車車輛結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的損傷，以及提高旅客乘坐舒適度，需要最大限度地降低高速動車組的軸重。因此，國外各國高速列車車體的主要材料是鋁合金和不銹鋼，從發(fā)展趨勢看，鋁合金將成為動車組車體的主導材料。動車組的主要技術(shù)特點3.高性能轉(zhuǎn)向架技術(shù)提高列車運行速度首先遇到的問題是轉(zhuǎn)向架運行平穩(wěn)性和安全性，所以，提高列車運行速度應(yīng)具有高性能的轉(zhuǎn)向架。對于高速轉(zhuǎn)向架要求具有高速運行的穩(wěn)定性，良好的曲線通過性能，滿足乘客乘坐舒適度的要求動車組的主要技術(shù)特點4.復(fù)合制動技術(shù)高速列車的制動能量與速度的平方成正比，因此，傳統(tǒng)的純空氣制動能力已不能滿足需要。因此高速列車必須采用能提供強大制動力并更好利用粘著的復(fù)合制動系統(tǒng)。該復(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(包括盤形制動和踏面制動)系統(tǒng)、微機控制的防滑器和非粘著制動裝置等組成。動車組的主要技術(shù)特點5.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2mm，上下、左右偏移也很小，對提高列車的運行平穩(wěn)性和電氣線路、風管的自動對接提供了保證。動車組的主要技術(shù)特點ICE密接式車鉤緩沖裝置動車組的主要技術(shù)特點6.交流傳動技術(shù)

早期的電力牽引傳動系統(tǒng)均采用交－直傳動，用直流電動機驅(qū)動。由于直流電動機的單位功率重量較大，使高速列車既要大功率驅(qū)動又要求減輕軸重，形成難以克服的矛盾。在交流轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中，交流牽引電動機較傳統(tǒng)的直流牽引電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、體積小、重量輕及造價低等一系列優(yōu)點。交流牽引電動機沒有整流子結(jié)構(gòu)對電動機功率的限制，牽引功率可以得到進一步提高。動車組的主要技術(shù)特點7.列車自動控制及故障診斷技術(shù)

列車自動控制系統(tǒng)對高速列車安全運行的重要作用，世界各國在發(fā)展高速鐵路時都十分重視列車自動控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)，許多國家作為先進列車控制系統(tǒng)(AdvancedTrainControlSystems)研制了多種基礎(chǔ)技術(shù)設(shè)備。動車組的主要技術(shù)特點目前在世界高速鐵路上的自動控制方式主要分為兩類，一類是以設(shè)備為主、人控為輔的控制方式，以日本新干線采用的ATC(列車自動控制)方式為代表。另是人機共用、人控為主的方式，以法國TGV高速列車為代表，主要采用有TVM300型安全防護系統(tǒng)及改進的TVM430型安全防護系統(tǒng)，還有德國ICE高速列車采用的FRS速差式機車信號和LZB型雙軌條交叉電纜傳輸式列車控制設(shè)備等。動車組的主要技術(shù)特點8.傾擺式車體技術(shù)

列車通過曲線時，未被平衡的離心加速度超過允許限度時會對乘客產(chǎn)生不舒適感。這種未被平衡的離心加速度與列車速度的平方成正比，由此限制了列車通過曲線時的速度。采用擺式列車可以在既有線路條件下使列車通過曲線時的速度提高約30％。動車組的主要技術(shù)特點

采用外軌超高以減少離心加速度，如圖所示。此時未平衡的離心加速度為：動車組的主要技術(shù)特點根據(jù)試驗和實踐證明，未被平衡的離心加速度有如下經(jīng)驗數(shù)據(jù)：gc<0.04g，旅客對未被平衡的離心加速度無明顯感覺gc=0.05g，旅客能覺察未被平衡的離心加速度，但無不舒適的感覺gc=0.077g，一般旅客能長時間承受未被平衡的離心加速度gc=0.1g，一般旅客能承受不頻繁的這種未被平衡的離心加速度動車組的主要技術(shù)特點我國鐵路用限制欠超高的形式來保證列車通過曲線時的安全性和旅客舒適度：等級較高的線路：hd<70mm一般線路：hd<90mm既有線路上提速：hd≤110mm動車組的主要技術(shù)特點未被平衡的離心加速度與欠超高之間的關(guān)系未被平衡的離心加速度gc0.05g0.073g0.077g0.1g欠超高hd(mm)75110115.5150動車組的主要技術(shù)特點采用傾擺式車體技術(shù)時的曲線限速為：ht－車體傾擺后的當量超高（mm）動車組的主要技術(shù)特點車體傾擺角與當量超高ht的關(guān)系車體傾擺角(°)1234566.5當量超高ht(mm)265278104131157171動車組的主要技術(shù)特點下表為常規(guī)車輛和擺式車輛擺角為3°、6