动车组列车的结构及关键技术课件

动车组列车的结构及关键技术动车组列车的结构及关键技术1 动车组列车的结构及关键技术动车组列车是城际和市郊铁路实现小编组、大密度的高效运输工具，其因具有编组灵活、方便、快捷、安全、可靠、舒适的特点而备受世界各国铁路运输和城市轨道交通运输的青睐。动车组列车称得上铁路旅客运输的生力军。动车组列车的结构及关键技术动车组列车是城际和市郊铁路实现2 动车组列车的结构及关键技术图4-1 中国标准动车组最新的中国标准动车组采用全新的命名系列，如中车青岛四方机车车辆股份有限公司生产的“蓝海豚”被命名为CR400AF；中车长春轨道客车股份有限公司生产的“金凤凰”被命名为CR400BF。未来中国标准动车组列车将采用CR200/300/400命名（分别对应100200、200300和300400速度等级）。动车组列车的结构及关键技术图4-1 中国标准动车组最新3 动车组列车的结构及关键技术动车组列车一般包括动力车和非动力车(拖车)。动车组列车的动力车一般有客室，要运载旅客，它的客室部分与拖车完全一致；而拖车则与一般车速的客车样。从结构组成来看，动车组列车一般可分为以下七大部分：1.1 动车组列车的结构 动车组列车的结构及关键技术动车组列车一般包括动力车和非动4 动车组列车的结构及关键技术动车组列车的结构具有特殊性，其车体分为带司机室头车车体和中间车体两种。其内部空间不仅包括用于司机操纵驾驶、容纳旅客及装载行李的地方，而且包括用于设置动车上其他设备和部件的连接安装基础的地方。通常，车体空间框架由底架、端墙、侧墙和车顶等组成，承受着作用于车辆上的各种垂直载荷和水平载荷。为了保证车体的强度、刚度及车体的轻量化指标，高速动车组通常采用不锈钢材料、薄壁筒形整体承载结构，或铝合金材料、中空型组焊结构制造，而铝合金材料是今后动车组车体的主导材料。1.1 动车组列车的结构1.车体 动车组列车的结构及关键技术动车组列车的结构具有特殊性，其5 动车组列车的结构及关键技术转向架位于车体与轨道之间，是车辆上能相对车体回转的一种走行装置。它承受着车体的自重和载重，传递来自车体及线路的各种荷载，并缓和其作用力，用来牵引和引导车辆沿轨道行驶。转向架主要由构架、轮对、轴箱、弹簧悬挂减振装置、基础制动装置等部分组成；动车转向架具有牵引驱动装置。转向架必须具有足够的强度和良好的运行平稳性，以保证安全运行和满足旅客的舒适性要求。1.1 动车组列车的结构2.转向架 动车组列车的结构及关键技术转向架位于车体与轨道之间，是车6 动车组列车的结构及关键技术制动装置是由车辆上起制动作用的零部件所组成的一整套机构。制动装置分别安装在全列车辆动拖车的相应位置上，其主要作用是保证高速运行中的列车能按需要实现减速或在规定的距离内实现停车，以保证行车安全。制动系统包括动力制动系统、空气制动系统、电子防滑器及基础制动装置等部分。1.1 动车组列车的结构3.制动装置 动车组列车的结构及关键技术制动装置是由车辆上起制动作用的7 动车组列车的结构及关键技术车端连接装置是将车辆与车辆之间连接起来，传递纵向牵引力及缓和列车运行中的冲击力，以及传递电力及列车控制信号的装置。车端连接装置主要包括密闭式风挡、车钩缓冲装置和牵引缓冲装置等。密闭式风挡的作用是防止风沙及雨水侵入车内，保证旅客和乘务人员安全地在相互连挂的车辆间通过，改善列车密封状况，以及减小空气对列车的阻力。车钩缓冲装置通常采用机械气路、电路均能同时实现自动连接的密接式车钩。常见的牵引缓冲装置有半永久牵引拉杆、半自动车钩和缓冲器、全自动车钩和缓冲器。1.1 动车组列车的结构4.车端连接装置 动车组列车的结构及关键技术车端连接装置是将车辆与车辆之间8 动车组列车的结构及关键技术车辆电气系统包括车辆上的各种电气设备及其控制电路。车辆电气系统按其作用和功能可分为主电路系统、辅助电路系统和电气与控制电路系统。（1）主电路系统。主电路系统由牵引电机及与其相关的电气设备和连接线组成，其作用是将电网的电能转变为车辆运行所需的牵引力，并在电气制动时将车辆的动能转换为电制动力。主电路系统是列车上的高压、大电流、大功率动力回路。1.1 动车组列车的结构5.车辆电气系统 动车组列车的结构及关键技术车辆电气系统包括车辆上的各种电9 动车组列车的结构及关键技术（2）辅助电路系统。辅助电路系统是为保证列车正常运行而对必须设置的辅助设备(如供某些电器通风、冷却的通风机，空气压缩机，空调装置，车辆照明，通信控制系统等)所提供的辅助用电系统。（3）电气与控制电路系统。电气与控制电路系统分为有接点的直流电路系统和无接点的电子电路系统。电气与控制电路系统的作用是控制主电路和辅助电路中各电器的工作，通过司机操纵主控制器和各按钮使列车正常运行或由列车自动运行控制系统控制运行。1.1 动车组列车的结构5.车辆电气系统 动车组列车的结构及关键技术（2）辅助电路系统。辅助电路系10 动车组列车的结构及关键技术列车车内设备是指为旅客提供必要的舒适条件所需的设备（固定附属装置）和服务于车辆运行的辅助设备。固定附属装置有换气装置、空调装置、取暖装置、厨房设备、卫生设施、旅客信息系统、座椅和拉手等。车辆运行的辅助设备有通风冷却装置、辅助空气压缩机、辅助电源装置、蓄电池、继电器（箱）、主控制箱、总风缸、各种电气开关和接触器（箱）等。1.1 动车组列车的结构6.车内设备 动车组列车的结构及关键技术列车车内设备是指为旅客提供必要11 动车组列车的结构及关键技术列车控制与监测网络系统（TCMS）主要由中央控制单元（CCU）、列车信息终端装置、列车信息显示器（含IC卡架）、列车总线（WTB）、车辆总线（MVB）、控制总线（CAN）、网关（GW）及车内各种设备的监控、诊断和显示装置等组成。TCMS的主要作用是对整个列车的牵引、制动和车内的所有设备进行控制、监测与故障诊断。信息传输及网络控制是由计算机系统完成的，其主要采用模块化产品，产品分布在列车的各个控制现场。顺畅的通信网络是列车正常运行的根本保证，是现代列车运行的核心。1.1 动车组列车的结构7.列车控制与监测网络系统 动车组列车的结构及关键技术列车控制与监测网络系统（TCM12 动车组列车的结构及关键技术动车组列车的关键技术主要包括九个方面（九大关键技术），即动车组总成（系统集成）、动车组车体技术、动车组转向架、动车组牵引传动控制系统、动车组网络控制技术、动车组制动技术、牵引变压器、主变流器、牵引电机。由于牵引变压器、主变流器和牵引电机属于牵引传动控制系统的主要组成部分，因此将这三方面归入动车牵引传动控制系统一并叙述。1.2 动车组列车的关键技术 动车组列车的结构及关键技术动车组列车的关键技术主要包括九13 动车组列车的结构及关键技术动车组列车是当今世界最新的机电一体化技术集成产品，它应用了铁路专用领域的最新重大成果，是高速铁路的核心装备。总成技术包括总体技术条件、系统匹配、设备布置、参数优化、工艺性能、组装调试和试验验证。在总体设计技术条件下，先对动车组车体、转向架、牵引传动系统、制动系统、列车控制网络系统、辅助供电系统和车端连接装置等元素按有关参数进行合理的选择、设计和优化，然后经过生产、组装、测试、调整和试验等过程，完成动车组的整体集成。系统集成使动车组达到牵引、制动、车辆动力学、列车空气动力学、舒适性和安全性等基本性能要求。1.2 动车组列车的关键技术1.动车组总成 动车组列车的结构及关键技术动车组列车是当今世界最新的机电14 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术2.动车组车体技术流线型设计不仅应用于动车组列车中，在航天器和公路车辆外观设计中也经常被采用。由于动车组列车运行环境的特殊性，因此其流线型设计有其特殊之处。两车近距离交会，是动车组列车运行中的特殊之处。压力波幅值的变动与列车速度、列车长度、列车横断面面积与隧道横断面面积的比值及车体头型系数（长细比）等因素有关。（1）车体的外观形状（流线型设计）动车组高速运行的特点使其在车体的外观形状、质量和气密性方面较普通列车都有相对高的要求。动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术15 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术2.动车组车体技术车体轻量化的主要目标有如下几个方面：从节能角度考虑，车体质量越轻所需牵引制动功率越小，即牵引制动的能量损耗越小。从轨道的使用角度考虑，车体越轻对轨道的振动冲击越小，可以延长轨道的使用寿命。从噪声污染的角度考虑，车体质量越大振动冲击越大，环境噪声越大。（2）车体的质量（车体轻量化设计）动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术16 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术2.动车组车体技术实现车体结构轻量化的主要途径。采用新的材料。合理优化列车结构设计。（2）车体的质量（车体轻量化设计）动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术17 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术2.动车组车体技术为了减小压力波对旅客舒适度的影响，需要采取相应措施提高车厢的气密性。列车的气密性需要从车体结构和部件上给予考虑，当前世界各国在高速列车上采用的密封技术包括以下几种：车体结构采用连续焊缝以消除焊缝气隙，对不能施焊的部位，必须用密封胶密封。采用固定式车窗，车窗的组装工艺要保证密封的可靠性和耐久性。（3）车体的气密性（车体密封技术）动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术18 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术2.动车组车体技术保障列车两侧侧门、车端的内端门本身及其与车体连接的密封性和两车间风挡连接的密封性，在侧门处需采用密封性良好的塞拉门，头尾的端门要采用可充压缩空气的橡胶条，两车间内连接处采用橡胶大风挡。空调换气设备设置压力控制。厕所、洗脸室的水不能采用直排式，而要通过密封装置排到车外。（3）车体的气密性（车体密封技术）动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术19 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术3.动车组转向架转向架可分为动力转向架和非动力转向架。动力转向架安装在动车下部，非动力转向架安装在拖车下部。两者之间的最大区别是动力转向架有动力驱动装置，非动力转向架没有动力装置。（1）转向架的类型转向架又称为走行部，是动车组的基本组成部分之一，其位置在车体下部，是保证车辆安全运行和旅客舒适度的关键部件。动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术20 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术3.动车组转向架转向架一般由构架、弹簧悬挂装置、轮对轴箱装置、牵引装置、基础制动装置等部分组成。转向架采用两系悬挂，一系弹簧较硬，二系弹簧较软；一系并联垂向液压减振器，二系采用高圆弹簧或空气弹簧，并适当匹配液压减振器实现垂向和横向软特性。（2）转向架的组成 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术21 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术3.动车组转向架转向架的牵引驱动装置由牵引电机、齿轮传动系统和联轴器构成，其具有足够大的牵引功率、高的运转速度、轻的质量和小的体积空间等特点。功率大、质量轻、体积小的交流电动机对改善高速列车转向架的动力性能起到关键作用；牵引电机的功率通过高速齿轮箱传递给轮对，进而驱动列车高速前进。（2）转向架的组成 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术22 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术3.动车组转向架影响转向架安全运行的关键问题有以下五个：轮轴状态监测问题。轴承润滑问题。吊挂部件的防脱落问题。强度和疲劳问题。关键部件的防护问题。（3）影响转向架安全运行的关键 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术23 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术3.动车组转向架转向架自重也是转向架设计研发的一个重要因素，该因素是影响转向架动力学性能的重要参数。国外高速列车转向架轻量化所采取的主要措施之一是采用无摇枕结构，此外还可采取如下措施：构架结构轻量化。采用焊接构架可比铸钢结构减重50%左右。轮对轻量化。采用空心车轴和小轮径车轮，可减轻转向架自重。轴箱和齿轮箱采用铝合金制作，使其重量大幅减少。（4）转向架的轻量化 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术24 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术4.动车组牵引传动控制系统牵引传动控制系统能够实现电能的有效传递和转换，控制列车的正常运行。列车牵引运行是将电能转换成机械能。列车再生制动运行是将机械能转换成电能，能量变换和传递的途径与上述过程相反。（1）牵引传动控制系统的主要作用 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术25 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术4.动车组牵引传动控制系统牵引变压器。牵引变压器用来把接触网上取得的25kV高压电变换为供给牵引变流器及电机、电器工作所适合的电压，其工作原理与普通电力变压器相同。脉冲整流器。脉冲整流器是牵引传动系统的电源侧变压器，列车牵引时作为整流器，列车再生制动时作为逆变器，可以实现牵引与再生工况间快速平滑地转换。（2）牵引传动控制系统的主要组成设备 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术26 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术4.动车组牵引传动控制系统牵引逆变器。牵引逆变器是牵引传动系统的电机驱动侧变流器，列车牵引时作为逆变器，列车再生制动时作为整流器，可以实现牵引与再生工况间快速平滑地转换。牵引电机。牵引电机是实现电能与机械能转换的核心部件，列车牵引时作为电动机运行将电能转换成机械能，列车再生制动时作为发电机运行将机械能转换为电能。（2）牵引传动控制系统的主要组成设备 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术27 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术4.动车组牵引传动控制系统牵引传动控制系统是列车网络控制系统的子系统，通过列车网络完成列车牵引和传动的分布式实时控制，其工作过程为：首先列车控制单元通过列车网络获得各车辆单元设备的状态数据，然后根据这些数据按照预先设定的步骤向各个车轮控制单元发出转矩指令等控制命令，经车辆控制单元处理后，最后由传动控制单元控制驱动装置实现列车牵引与动力控制功能。（3）牵引传动控制系统的工作过程 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术28 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术4.动车组牵引传动控制系统动力车的重联控制。牵引特性和制动特性控制。驱动、定速控制。过分相控制。列车控制与监测。车辆的故障检测和故障处理。（4）牵引传动控制系统的功能 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术29 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术5.动车组网络控制技术动车组网络控制技术是列车运行控制的大脑和中枢神经传输系统，是对列车运行各个数据进行测试、控制、管理的一体化系统，是保证列车正常运行的关键技术之一。网络控制技术的作用如下：（1）通过贯穿列车的总线来传递信息，简化连线，减轻列车质量，实现车体轻量化。（2）实现整列车的信息同步，协调各部分设备动作，保证列车牵引与控制功能的可靠性。动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术30 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术5.动车组网络控制技术（3）实现整列车的状态监测、故障诊断、故障决策、安全防护等功能，实时将信息显示在信息显示屏上，使司机能够及时了解列车状态。（4）实现对全列车的自动门和空调的控制功能，集中管理列车及车载设备的运行，提高列车的保养能力和降低维护强度。网络控制系统是通过动车或拖车内的总线将分布在同一车厢内的各计算机控制装置联网，通过列车总线把分布在不同车厢中的主控单元联网，直至安装在头尾车上的列车控制、诊断中心，再通过动车司机操纵台上的显示屏，选择显示列车中各受控设备的工作状态，从而实现对动车的重联控制和对全列车的综合监控作用。动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术31 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术6.动车组制动技术从能量的角度来看，制动的实质是将列车的动能转化成其他能量或转移走；从作用力的观点来看，制动就是让制动装置产生与列车运行方向相反的作用力，使列车产生较大的减速度，使车辆减速或停止运行。（1）盘形制动动车组制动技术（6）轨道涡流制动（2）电阻制动（5）涡流制动（3）再生制动（4）磁轨制动（7）风阻制动 动车组列车的结构及关键技术1.2 动车组列车的关键技术32谢谢观看谢谢观看33