1、第三節(jié) 傳動方式與傳動裝置,常見傳動的種類： 離合器+機(jī)械變速裝置 液力變扭器 電力傳動+牽引電機(jī),高速列車的牽引傳動絕大部分采用電力牽引傳動方式，即使個別采用內(nèi)燃牽引的高速列車也采用電傳動方式。因此可以說，高速列車的牽引傳動毫無例外地一律采用電傳動方式。,電傳動方式,電傳動方式就是將外部輸入的能源(如電力動力車)或本身產(chǎn)生的能源(如內(nèi)燃動力車)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)動功輪輪對以牽引列車。這種電能變換和傳遞裝置稱為電傳動裝置。,電傳動方式的分類,按照電傳動裝置所采用的牽引電動機(jī)的類型，電傳動方式可分為兩大類：,(1)以直流(或脈流)牽引電動機(jī)為動力的直流電傳動方式

2、； (2)以交流牽引電動機(jī)為動力的交流電傳動方式。 交流電傳動方式又根據(jù)采用的同步或異步牽引電動機(jī)的不同分為交流同步電傳動方式和交流異步電傳動方式。,早期投入運(yùn)用的高速列車大部分采用直流電傳動方式。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)得到了實際應(yīng)用，從而相繼出現(xiàn)了交流同步傳動方式、交流異步傳動方式，這是科技進(jìn)步的必然趨勢。,1直流電傳動,直流電傳動依其牽引供電系統(tǒng)的不同分為直直電傳動和交直電傳動。,直直電傳動是指由直流供電系統(tǒng)供電、直流牽引電動機(jī)為動力的傳動方式,直直電傳動動力車的原理圖,動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

3、直流牽引電動機(jī)，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能后通過一整套齒輪傳動裝置驅(qū)動動力車的動輪。,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)的動力車就是由1500伏直流供電系統(tǒng)受電，采用的直直傳動方式。,直直電傳動的特點(diǎn),直直電傳動的設(shè)備簡單、技術(shù)可靠，因此在鐵路電氣化早期發(fā)展階段占有主導(dǎo)地位。,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，而直直電傳動由于本身一系列的不足，如接觸網(wǎng)電壓受直流牽引電動機(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，故而直直電傳動不可能得到進(jìn)一步的發(fā)展。,目前個別國家的高速列車動力車采用直直電傳動方式，是不得已沿用既有電氣化鐵路

4、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)，其傳動方式轉(zhuǎn)為交直電傳動。,交直電傳動,交直電傳動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)、脈流牽引電動機(jī)為動力的傳動方式。,交直電傳動動力車的原理圖,動力車通過受電弓從接觸網(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機(jī)供電，實現(xiàn)電能向機(jī)械能的變換。,目前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

5、高速列車均采用這種交直電傳動方式。,法國TGVPSE高速列車動力,現(xiàn)以法國TGVP3E高速列車動力車的傳動為例。該列車由前后2節(jié)動力車和中間8節(jié)拖車組成，動力車采用雙流制的電傳動方式，即能在兩種不同的電流制式下工作的一種電傳動方式。動力車(采用的直流牽引電動機(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)段銜接而采用的一種方式(有的歐洲國家為了實現(xiàn)國際聯(lián)運(yùn)還采用三流制、四流制的電傳動方式)。,法國TGVPSE高速列車原理圖,TGVPSE高速列車在舊線上運(yùn)行時，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，在單相交流25千伏、50赫茲供電條件

6、下運(yùn)行時，動力車能發(fā)揮它的全部功率，最高速度可達(dá)260公里小時。每臺動力車設(shè)有三個電氣柜，分別向同一轉(zhuǎn)向架上安裝的兩臺直流串激牽引電動機(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，因為單相工頻交流制具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：,（1）可以大大提高動力車的牽引功率，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。,2，交流電傳動,交流電傳動是以交流牽引電動機(jī)為動力的一種電傳動方式。 交流牽引電動機(jī)包括：單相

7、整流子牽引電動機(jī)、三相同步牽引電動機(jī)、三相異步牽引電動機(jī)。,它們之中，無換向器的交流牽引電動機(jī)，與直流牽引電動機(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)長的段時間內(nèi)，采用這類交流牽引電動機(jī)為動力的傳動方式終因調(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現(xiàn)，從而可以使交流牽引電動機(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方式時，競相研究和開發(fā)三相交流電傳動技術(shù)，紛紛采用以三相交流同步

8、牽引電動機(jī)和三相交流異步牽引電動機(jī)為動力的電傳動方式。,交流傳動形式,(1)交直交電傳動 (2)交交電傳動,(1) 交直交電傳動,這種電傳動方式的持點(diǎn)是在交流電源和交流輸出之間有一直流環(huán)節(jié)。,交直交電傳動動力車原理圖,動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濾波和儲能裝置，送入逆變器，再經(jīng)逆變器將交流電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)牽引電動機(jī)。,德國ICE高速列車,德國ICE高速列車就是采用交直交三相異步電傳動方式。ICE高速列車由前后2節(jié)動力車和中間14節(jié)附掛車組成。每節(jié)動力車有兩臺二軸轉(zhuǎn)向架，共裝

9、有4臺三相交流異步牽引電動機(jī)。每臺異步牽引電動機(jī)的持續(xù)功率為1200千瓦前后兩節(jié)動力車的總功率為9600干瓦。,受電弓由接觸網(wǎng)獲取單相交流電源(電源電壓為15干伏、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l 6 23赫芝的單相交流電轉(zhuǎn)換為所需的電壓及頻率可變的三相交流電，用于驅(qū)動異步牽引電動機(jī)。,電流變頻器由個四象限控制器和逆變器組成，這兩個部分內(nèi)中間環(huán)節(jié)直流鏈耦電路相連接。四象限控制器分別與主變壓器的4個次級線圈相連接，電動機(jī)端的逆變器也分成4個功能塊，每2塊構(gòu)成個三相匯流排，向一臺轉(zhuǎn)向架的兩臺異步牽引電動機(jī)供電。,三相交流牽引電動的優(yōu)點(diǎn),采用變壓

10、、變頻三相交流傳動是電傳動技術(shù)的一項突破，因為三相交流牽引電動機(jī)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，主要是：,功率大，轉(zhuǎn)速高。由于交流牽引電動機(jī)不存在換向器，因而電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不受換向器表面速度和換向性能的限制，只受齒輪傳動的限制，牽引電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可達(dá)4000轉(zhuǎn)分，可在相同的轉(zhuǎn)矩下有較大的功率，電動機(jī)的持續(xù)功率可提高到1400一2000千瓦，完全能夠滿足高速列車的牽引要求。,有較好的粘著性能。三相交流牽引電動機(jī)的機(jī)械特性硬，輪軌間的粘著利用和防空轉(zhuǎn)性能好。,運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用。尤其是三相異步牽引電動機(jī)的鼠籠式轉(zhuǎn)子，抗潮濕、耐沖擊，起動時還可承受數(shù)倍的過載能力。,體積小，重量輕。三相交流牽引電動機(jī)的體

11、積和重量要比同等功率的其他電動機(jī)小，這樣可以降低軸重，減輕輪軌間的動力作用，這對高速動力車而言是十分有利的。,(2)交交電傳動,這種傳動方式的特點(diǎn)是單相交流電源不經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)，直接變換為頻率可調(diào)的三相交流電，供給同步或異步牽引電動機(jī),交交電傳動動力車的原理電路圖,動力車通過受電弓從接觸網(wǎng)獲取單相交流電源，經(jīng)牽引變壓器降壓后，通過個或幾個變頻裝置，直接變換為可變頻率的三相交流電，向三相交流同步或異步牽引電動機(jī)供電。,法國TGVA高速列車就是采用的這種交交三相同步電傳動方式。從1979年開始，法國先后研究了多種可行系列的無換向器牽引電動機(jī)為動力的傳動方式，經(jīng)過對各種牽引電動機(jī)的研究，及重量、組成

12、和成本比較、決定在TGVA高速列車上采用電流源晶閘管逆變器三相交流同步牽引電動機(jī)，并利用單相混合橋式電路調(diào)節(jié)電壓。,* 交流傳動技術(shù),這種傳動方式的主要優(yōu)點(diǎn),1）電流從逆變器的個支路轉(zhuǎn)換到另一個支路是利用同步牽引電動機(jī)產(chǎn)生的電動勢自然實現(xiàn)的； 2）電流源逆變器僅由6個晶閘管支路組成，結(jié)構(gòu)簡單；,3）采用的強(qiáng)制換向器的結(jié)構(gòu)也非常簡單，重量也輕； 4）牽引電動機(jī)還可在任何轉(zhuǎn)矩下用蓄電池組實現(xiàn)勵磁，轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)工況運(yùn)轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電阻制動。,TGVA高速列車由前后2節(jié)動力車和中間10節(jié)拖車組成。每節(jié)動力車有2臺二軸轉(zhuǎn)向架、共裝有4臺三相交流同步牽引電動機(jī)。每臺同步牽引電動機(jī)的持續(xù)功率為1100干瓦，前后2

13、節(jié)動力車的總持續(xù)功率為8800千瓦。,TGVA動力車采用的STS44396型同步牽引電動機(jī)的技術(shù)。 與TGVPSE高速列車采用的直流牽引電動機(jī)相比、持續(xù)功率增加一倍，起動功率增加60，而重量卻減少110公斤，尺寸也略小。,第五章 高速鐵路機(jī)車和車輛技術(shù),第一節(jié) 動力車車體及走行部,一、動力車車體,對于高速動力車車體的基本要求是車體結(jié)構(gòu)輕量化和車體外形要符合空氣動力性能的要求。,1結(jié)構(gòu)輕量化,所謂結(jié)構(gòu)輕量化是要求高速動力車車體的承載結(jié)構(gòu)在確保其動力強(qiáng)度的前提下，盡可能降低其重量。但是，這會遇到的技術(shù)困難：,承載結(jié)構(gòu)較長,(1)高速動力車上要安裝更多的附屬設(shè)備，如制動裝置、測試和診斷裝置等。 由于

14、動力車的橫截面受限界的限制、故高速動力車的承載結(jié)構(gòu)比一般動力車或電力機(jī)車長些；,承載結(jié)構(gòu)最大彎矩大,(2)高速動力車在采用交流電傳動方式時，希望將變流、變頻裝置布置在牽引變壓器的上方，勢必造成動力車車體中部重量更加集中，再加上高速動力車轉(zhuǎn)向架的中心距較大，使車體承載結(jié)構(gòu)的最大彎矩更為加大；,原轉(zhuǎn)向架的部分轉(zhuǎn)移到車體上,(3)在采用交流電傳動方式時，重量明顯地從轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)移到車體上。高速客車輕量化，除可以節(jié)約能源消耗外，更主要的目的是減輕對線路的磨耗和損傷。,根據(jù)日本新干線的運(yùn)用經(jīng)驗，鋼軌下沉量(d)與軸重(W)、簧下重量(M)和列車速度V)有如下關(guān)系： 良好路基 a=W0.7M0.3V1.3 不

15、良路基 a=W2.0M0.4V0.7,計算表明：,在鋼軌下沉量不變的情況下，如果軸重和簧下重量分別下降20，則列車速度可由210公里小時提高到250公里小時。,為了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化，日本300系列高速動車組的車體采用鋁合金材料制造，比100系列高速動車組的耐候鋼車體的重量要減輕20；德國ICE高速列車的車體用鋁板材制造，同樣也降低了軸重。,2外形流線化,外形流線化是要求高速動力車車體外形應(yīng)呈流線型，以盡可能減小空氣阻力，使動力車具有良好的空氣動力性能。 在高速運(yùn)行條件下，空氣阻力已成為動力車總阻力中最主要的一部分。,空氣阻力主要組成部分,(1)動力車前、后端所受的空氣阻力； (2)裝于動力車車頂

16、的部件所受的空氣阻力，主要是受電弓所受的空氣阻力； (3)走行部所受的空氣阻力，主要是轉(zhuǎn)向架及其他表面不光滑的設(shè)備所受的空氣阻力；,(4)動力車車體底板區(qū)所受的空氣 摩擦阻力； (5)車體外表面與空氣的摩擦阻力。,車體外形減小空氣阻力方法,(1)細(xì)長、無棱角的流線型外形，前后兩端動力車(或控制車)的頭部應(yīng)呈尖凸?fàn)?、并裝有低位整體沉線擋板； (2)頂部應(yīng)平整光滑，除受電弓外，頂板上盡可能不安裝其他部件(包括高壓電纜)； (3)車體外表面應(yīng)完全平滑光整，車窗、車門應(yīng)與車體齊平，手把、扶桿應(yīng)凹裝在車體表層內(nèi)。,日本高速列車為外形流線化采取的相應(yīng)措施,日本0系、100系和300系高速列車頭車外形。10

17、0系比0系頭車的前部伸出較長的鼻尖(約900毫米)，因而使空氣阻力系數(shù)由0系車的0.29降低到0.25；300系頭車形狀又作了徹底改進(jìn)，使車頭的前端采用全封閉低位擋板，車體表面更加平滑，并且車體高度比100系降低了400毫米，因此其空氣阻力系數(shù)達(dá)到了 0.20的水平。,二、走行部分,高速列車對動力車及拖車的走行部分，舒適性方面提出了更高的要求。 高速動力車的走行部均采用轉(zhuǎn)向架式。對高速動力車轉(zhuǎn)向架的總體有一定的要求。,高速動力車轉(zhuǎn)向架的總體要求,1在從零到最高速度的全部速度范圍內(nèi)能保證平穩(wěn)、安全地運(yùn)行； 2在直線和曲線段上以最高速度運(yùn)行時，能保證在垂直和水平方向上對線路的動力作用最??；,3能保

18、證由于線路不平及通過曲線時傳給牽引傳動裝置及車體的動力作用和沖擊為最??； 4能保證最充分地利用粘著重量； 5具有良好的適檢性和適修性，零件應(yīng)有較好的耐磨性和耐腐蝕性。,100系列、200系列轉(zhuǎn)向架外觀,E1系列、500系列轉(zhuǎn)向架外觀,日本高速轉(zhuǎn)向架軸箱定位裝置,100系,軸箱定位裝置（ 200系）,軸箱定位裝置（ E1系）,軸箱定位裝置（ 500系）,轉(zhuǎn)向架與車體連接裝置,帶搖枕轉(zhuǎn)向架（100系）,轉(zhuǎn)向架與車體連接裝置,無搖枕轉(zhuǎn)向架,高速動力轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn),現(xiàn)以德國ICE高速列車的動力車轉(zhuǎn)向架為例，介紹高速動力轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)。,ICE動車和拖車轉(zhuǎn)向架,ICE動車轉(zhuǎn)向架,構(gòu)架圖,牽引

19、裝置圖,驅(qū)動裝置,軸箱,結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)：電機(jī)懸掛方式,1牽引電動機(jī)、齒輪傳動裝置及盤形制動裝置一起懸掛在車體和轉(zhuǎn)向架構(gòu)架之間。它們的部分懸掛在轉(zhuǎn)向架中央上面的車體上，另一部分則通過擺桿懸掛在轉(zhuǎn)向架端部的支承上。,這種懸掛方式使得牽引電動機(jī)、齒輪傳動裝置及盤形制動裝置的垂向作用重量的23屬于車體，即通過系及二系彈簧懸掛。僅有13的垂向作用重量屬于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，也處于一系彈按懸掛之上。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計可以達(dá)到高速運(yùn)行時垂向動力作用力很小的目的。,設(shè)置橫向液壓減振器,2在水平方向上，垂向分配給轉(zhuǎn)向架的一部分牽引電機(jī)、齒輪傳動裝置及盤形刺動裝置的重量，通過橫向液壓減振器與車體相連。,液壓減振器采用持殊結(jié)構(gòu)，當(dāng)車體與轉(zhuǎn)向架相對位移較小時(直線蛇行時)，減振器的阻尼很大，而當(dāng)相對位移較大時(通過小