动车组概论(概述)

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,/59,1,/59,动车组概论,北京交通大学机电学院,车辆工程系,宋永增,13641365530,yzsong,2,/59,讲座内容,第一章：概论,第二章：动车组车体技术,第三章：动车组转向架技术,第四章：动车组牵引供电,第五章：国产动车组技术,3,/59,第一章 概论,第一节 高速铁路概况,第二节 世界主要国家高速铁路发展简介,第三节 动车组的组成及其技术特点,第四节 国外高速列车简介,4,/59,一、铁路分类,二、高速铁路高新技术,三、高速铁路客运特点,四、高速铁路线路特点,第一节 高速铁路概况,5,/59,一、铁路分类,根据铁路线路允许运行的最高时速作以下划分：,普通铁路：,100,160km/h,快速铁路：,160,200km/h,高速铁路：,200km/h(,既有线改造,),250km/h(,新建线,),6,/59,二、高速铁路高新技术,高速铁路是当代新技术的集成，是一个庞大而复杂的系统工程。包括：,高速列车,高速铁路新技术的核心,高速铁路线路,实现高速的基础,高速铁路安全运行管理系统,高速铁路的神经中枢,7,/59,1.,高速铁路线路,高标准的平、纵断面设计,高速无渣轨道新结构,高速道叉,高速路基、路桥过渡段,高速铁路桥梁,高速铁路隧道,高速牵引供电系统等,8,/59,2.,高速铁路安全运行管理系统,高速列车速度控制技术（,ATC,）,无线列车控制系统,移动闭塞（,ETCS,）,高速综合调度中心（,CTC,）,高速铁路线路监测诊断系统,自然灾害报警系统（地震、泥石流、台风、大雪、暴风雨）,高速列车定期检修系统（整列动车组架车检修）,高速铁路旅客服务系统（安全、舒适、正点、便利）等,9,/59,3.,高速列车,优良的空气动力学外形设计,车体结构轻量化设计,高性能转向架技术,复合制动技术,密接式车钩缓冲装置,交流传动技术,列车自动控制及故障诊断技术,车厢密封隔声与集便处理技术,高速受流技术,倾摆式车体技术等,10,/59,三、高速铁路客运特点,(1),节省旅客送达时间,在,85,1058km,范围内，乘坐高速列车一般比乘坐其他公共交通工具节省时间。,(2),安全性和舒适度,1985,年统计,联邦德国铁路、公路和民航运输的事故率（每百万人公里的伤亡人数）之比大致为,1:24:0.8,。,就高速铁路而言，日本近,40,年，法国,10,多年从未发生过列车颠覆和旅客死亡事故。,11,/59,(3),准时性,日本平均误点,0.6,0.8,分，如果晚点超过,1,分钟，既为晚点列车,ICE,平均正点率达,90%,，到站误差小于,5,分钟,(4),能源消耗低,(,每人公里消耗能源比,),高速铁路 小汽车 飞 机,1 5.79 5.25,12,/59,(5),占用土地少,一条双向四车道高速公路占地面积是双线高速铁路的,1.3,倍,1.6,倍,一个大型飞机场占地面积相当于,1000km,双线高速铁路,(6),运输能力大,日本东海道新干线年运量,1.7,亿人次，是航空,10,倍，高速公路,5,倍，但运输成本只是其,1/5,及,2/5,。,13,/59,(7),环境污染轻,污染物质排放量（,kg/,人公里,),污染物 公路 铁路,CO 0.902 0.109,噪声污染：日本以航空运输每千人公里产生的噪声为,1,，则：,小轿车 大轿车 高速铁路,1 0.2 0.1,14,/59,(8),效率和效益,日本和法国的实践证明，其直接投资收益都在,12,以上，一般在,10,年之内即可还请全部贷款，其社会收益率也在,20,以上。,据日本资料介绍，旅客由于从既有线改乘新干线高速列车，每年可节约旅行时间,3,亿小时，其效益相当于当时修建东海道新干线所需的全部费用（,3800,亿日元，约合现在的人民币,300,亿元）。,15,/59,四、高速铁路线路特点,1,超高与曲线半径,目前，除日本东海道新干线规定最大超高为,200mm,外，其余各线及其他国家高速干线最大超高均为,180mm,。,法 国,德国,意大利,日 本,TGV-PSE,TGV-A,东海道,山阳,东北,上越,4000,(3200),6000,(4000),7000,(5100),3000,2500,(2000),4000,(3000),4000,4000,主要国家高速铁路的曲线半径（,m,）,京,-,沪高速铁路和京,-,广高速铁路,(,武汉,-,广州段,),最小曲线半径为,7000m,。,16,/59,2,缓和曲线线型及长度,由,三次抛物线缓和曲线,发展为,半波正弦曲线,。即：与曲率相适应的超高也按曲线变化，并规定适当的变化率。,3,夹直线,列车通过同向或反向曲线时，受力情况极为复杂。因此，必须在同向曲线或反向曲线之间加入一段夹直线段。,夹直线应尽量长些,，对高速运营有利。,17,/59,4,线间距,日本认为时速,250km,的列车交会时，作业人员站在两车距离为,0.8m,的中间是安全的，从而规定线间距至少为,4.2m,，站内线间距,4.6m,。,法国认为在时速,300km,的情况下，,4m,线间距是可行的。但考虑未来发展，线间距规定为,4.2m,。,德国则规定线间距为,4.5m,。,我国规定,200,350km/h,时，线间距,4.4,5.0m,；,18,/59,5,最大坡度,高速最大坡度除与地形条件有关外，还与高速列车的牵引功率、牵引特性和制动性能有直接关系。,东海道新干线的正线最大坡度为,15,，在,2.5km,以内允许到,18,，列车回送线延长,250m,以内最大坡度可不大于,30,，列车停车及解编线路最大坡度不大于,3,。,我国拟建高速铁路区间最大坡度一般不超过,12,，困难条件下，不超过,20,。,19,/59,6,竖曲线半径,在设计纵断面时，相邻坡段的坡度代数差应尽量小些，不得超过允许的最大值。为保证行车的安全平顺，超过时应竖曲线来连接两个相邻的坡段。,我国拟建高速铁路上的竖曲线半径标准如下：,最高时速（,km/h),竖曲线半径,(m),160,250 15000,250,300 20000,20,/59,东海道新干线,山阳新干线,东北新干线,上越新干线,北陆新干线,山形新干线,秋田新干线,九州新干线,第二节 世界主要国家高速铁路发展简介,一、日本高速铁路,项 目,东海道,新干线,山阳,新干线,东北,新干线,上越,新干线,北陆,新干线,山形小型,新干线,秋田小型,新干线,九州新干线,运营公司,JR,东海,公司,JR,西日本,公司,JR,东日本,公司,JR,东日本,公司,JR,东日本,公司,JR,东日本,公司,JR,东日本,公司,JR,九州铁路公司,营业里程,/ km,东京新大阪,515.4,新大阪博多,553.7,东京青森,674.9,大宫新泻,269.5,高崎长野,117.4,福岛新庄,148.6,盛冈秋田,127.3,博多,鹿儿岛,256.8,开行时间,1964.10.1,冈山,1972.3.15,博多,1975.3.10,大宫盛冈,1982.6.23,上野大宫,1985.3.14,东京上野,1991.6.20,盛冈八户,2002.12.1,全线通车,2010.12.4,1982.11.15,1997.10.1,福岛山形,1992.7.1,山形新庄,1999.12,1997.3.22,新八代,鹿儿岛,2004.3,全线通车,2011.3.12,车站数量,平均站间,距离,/ km,15,36.8,18,32.6,21,32.1,9,33.7,6,23.5,6,17.4,6,25.4,12,21.4,最高运,行速度,/ km/h,210/270,300,275/300,240,260,130,130,260,车辆种类,0,系,100,系,300,系,500,系,700,系,0,系,100,系,300,系,500,系,700,系,200,系,400,系,E1,系, E2-1000,E3,系,.E4,系, E5,系,200,系,E1,系,E4,系,E2,系,400,系,E3,系,800,系,总长,/ km,约,2663.6,日本高速铁路线路主要数据（参考）,22,/59,东部线,2007.6,东南线,大西洋线,北方线,东南延伸线,地中海线,巴黎联络线,东部线,二、法国高速铁路发展概况,23,/59,法国高速铁路,线路主要数据（参考）,线路名称,东南线,大西洋线,北方线,联络线,东南,延伸线,地中海线,东部线,区 间,巴黎里昂,巴黎图尔,巴黎勒芒,巴黎里尔,巴黎加莱,环巴黎,里昂,瓦朗斯,瓦朗斯,马赛,巴黎,-,斯,特拉斯堡,修建里程,/km,417,282,333,128,148,295,420,运营时间,/,年,南段,1981.9,北段,1983.9,到勒芒,1989.9,到图尔,1990.1,到里尔,1993.5,到加莱,1994.10,南部,1994,西部,1996,北段,1992,南段,1994,2001,2007.6,最高营业,速度,/km/h,270,300,300,300,300,350,320/350,高速列车,类型,TGV-PSE,TGV-A,TGV-N,TGV-TMST,TGV-R,TGV-2N,TGV-2N,TGV-R,翻新,AGV,总长,/km,约,2023,24,/59,三、德国高速铁路发展概况,汉诺威柏林,科隆法兰克福,汉诺威维尔茨堡,曼海姆斯图加特,纽伦堡慕尼黑,25,/59,德国高速铁路,线路主要数据（参考）,项 目,汉诺威维尔茨堡,曼海姆斯图加特,汉诺威柏林,科隆法兰克福,纽伦堡慕尼黑,线路里程,/km,327,107,264,219,171,其中新建线里程,/km,327,99,170,219,89,运营开始日期,部分,1987,，全部,1991,1991,1998,2002,2006,最高运行速度,km/h,250/280,250/280,250/280,300/330,300,列车类型,ICE-1,ICE-2,ICE-2,ICE-3,总长,/ km,约,1088,26,/59,四、,中国高速铁路的崛起（第六次大提速）,27,/59,第三节 动车组组成及其技术特点,一、,动车组对牵引功率的需求,二、动车组的动力配置特点,三、动车组的组成,三、动车组的主要技术特点,28,/59,一、,动车组对牵引功率的需求,1.,动车组：由动力车和拖车或全部由若干动力车长期固定地连挂在一起组成的车组。,2.,动车组列车对牵引功率的需求是根据高速列车的总质量、最高运行速度和在该速度下的列车单位阻力来确定的：,式中,Q,列车总质量（,t,）；,列车的单位阻力（,N/t,）；,列车的最高运行速度（,km/h,）；,k,裕量系数。,29,/59,空气阻力,与列车运行速度的平方值成正比。,研究表明：,速度提高到,200km/h,时，空气阻力占,70,，机械阻力只占,30,；,速度达到,250km/h,并平稳运行时，空气阻力约占列车总阻力的,80,90,以上。,随着运行速度提高而迅速增大的,空气阻力,将成为高速列车运行时的主要阻力。,30,/59,二、动车组的动力配置特点,动车组动力配置：指在动车组中动力车编组的数量和所处的位置,1.,动力集中配置,列车编组中两端为动力车（或一端是动力车，另一端是控制车），中间为拖车。,31,/59,2.,动力分散配置,列车编组中全部为动力车或大部分是动力车，小部分为拖车。,动力分散配置,动力集中配置,32,/59,3.,动力分散动车组主要优点,动力车同时可以载客，增加了动车组的载客量。,将牵引动力设备和牵引电机的功率及重量分散到各个车辆，较易实现高速列车减轻轴重的要求。,牵引力分散在各个动力车轮上，可解决高速列车大牵引力与轴重限制（,17t,）之间的矛盾。,可以充分利用动力制动功率，列车具有较好的制动性能。,33,/59,三、动车组的组成,(1),车体,动车组车体分为,带司机室车体,和,不带带司机室车体,两种。,(2),转向架,动车组转向架分,动力转向架,和,非动力转向架。,(3),车辆连接装置,包括,车钩、缓冲器和风挡等。,(4),制动装置,包括动力制动系统、空气制动系统及电子防滑器等。,34,/59,(5),车辆内部设备,车辆内部设备是指服务于乘客的车内固定附属装置。如车内电气装置、供水、通风、取暖、门窗、座席、行李架、,旅客信息服务系统,等。,(6),牵引传动系统,主电路、高压设备、受电弓、主断路器、其它高压设备、主变压器、牵引变流器、牵引电机、及电传动系统的保护等。,(7),辅助供电系统,指除为牵引动力系统之外的所有需要用电力的负载设备提供电能的系统，如蓄电池系统等。,(8),列车控制及网络系统（讨论）,35,/59,1.,优良的空气动力学外形设计,对于高速动车组来说，列车头型设计非常重要，好的头型设计的优点：,减少高速动车组运行的空气阻力；,减小列车交会压力波变化；,保证高速动车组运行稳定等。,四、动车组的主要技术特点,36,/59,2.,车体结构轻量化设计,节省牵引功率；,最大限度地降低高速动车组的轴重；,降低高速所引起的动力作用对线路结构、机车车辆结构的损伤；,提高旅客乘坐舒适度。,37,/59,3.,高性能转向架技术,具有高速运行的稳定性,具有高速运行的平稳性,具有高速通过曲线的性能,38,/59,4.,复合制动技术,复合制动系统通常由制动控制系统、动力制动、空气制动系统、微机控制的防滑器和非粘着制动装置等组成。,39,/59,5.,密接式车钩缓冲装置,采用密接式车钩连接装置，两车钩连接面的纵向间隙一般都小于,2mm,，上下、左右偏移也很小，对提高列车的运行平稳性和电气线路、风管的自动对接提供了保证。,40,/59,6.,交流传动技术,交直传动系统，采用直流电动机驱动；,交流传动系统，采用交流牵引电动机驱动。,电机,整流器,/,逆变器,/3,41,/59,7.,列车自动控制及故障诊断技术,两大类自动控制方式：,一类是以设备为主、人控为辅的控制方式，以日本新干线采用的,ATC(,列车自动控制,),方式为代表。,另一类是人机共用、人控为主的方式，以法国,TGV,高速列车为代表。德国,ICE,高速列车采用的,FRS,速差式机车信号和,LZB,型双轨条交叉电缆传输式列车控制设备等。,故障,诊断技术,，如：,振动诊断技术,、声诊断技术、,铁谱分析技术,、,光电图像检测技术等。,42,/59,8.,车厢密封隔声与集便处理技术,车外压力的波动会反应到车厢内，使旅客感到不舒服，轻者压迫耳膜，重则头晕恶心，甚至造成耳膜破裂。,较常用的全封闭式厕所有以下两种形式：,循环式厕所,真空式厕所,43,/59,9.,高速受流技术,接触网与受电弓的波动特性；,在高速运行时的空气动态力也是高速受电的一个重要因素；,受电弓从接触网大功率受电问题。,44,/59,10.,倾摆式车体技术,列车通过曲线时，,未被平衡的离心加速度,超过允许限度时会对乘客产生不舒适感。,采用摆式列车可以在既有线路条件下使列车通过曲线时的速度提高约,30,。,45,/59,一、日本高速列车,二、法国高速列车,三、德国高速列车,第四节 国外高速列车简介,46,/59,一、日本高速列车,200,系,400,系,E1,E2,E3,E4,STAR21,0,系,100,系,300,系,700,系,951,试验车,961,试验车,1985,1992,1999,300X,100N,系,300N,系,500,系,WIN350,东北,上越,山形,北陆,秋田,东海道,山阳,1964,47,/59,日本高速列车主要技术特征,48,/59,日本高速列车主要技术特征,49,/59,0,系,(,直流）,100,系,(,直流）,200,系,(,直流）,300,系,50,/59,800,系,500,系,(18240kW),700,系,400,系,(,直流，带双层车厢）,51,/59,E3,系,E1,系（双层）,E2-1000,系（,CRH2,原型车）,E4,系（双层，定员,1634,）,52,/59,编组方式：,8M+2T,最高营运速度：,320km/h,最高设计速度：,360km/h,载客量：,731,人,头车长：,27000 mm,制造年份：,2009,年,投入时间：,2011,年,E5,系主要技术参数,53,/59,二、法国高速列车,TGV-PSE,TGV-A,TGV-2N,AGV,东南线,大西洋线,第二代,1981,1989,1990.5.18,创,515.3km/h,纪录,AVE,1992,西班牙高速线用,TGV-R,联络线,北方线,1993,TGV-TMST,1994,英、比、法三国国际线,TGV-PBKA,1996,法、荷、比、德四国国际线,TGV-K,1997,韩国高速线用,1996,第三代,双层高速列车，东南线、地中海线,第四代,2007.6.10,法国东部线，,2007.4.3,创,515.3km/h,纪录,第一代,54,/59,法国高速列车主要技术特征,55,/59,TGV-PSE,（直流，,25kV/AC + 1.5kV/DC + 15kV/AC,）,56,/59,TGV-A,TGV-2N,TGV Thalys,（,四种制式）,TGV R,seau,（,三种制式）,