法国高速铁路技术(4)

5.4 TGVA型第二代高速电动车组 5.4.1 TGVA型动车组总体特性及主要技术参数 TGVA型动车组是在第一代TGVPSE型动车组基础上，进行研究开发与改进，保留了第一代的一些基本技术特点，如铰接式联结方式，牵引电机体悬方式，三爪万向轴传动装置等。同时，又积极采用了自换向同步牵引电动机交流传动，高性能的制动系统，空气弹簧悬挂系统及车载微机控制系统等新技术，将TGV高速动车组的性能推向新的高水平。 TGVA型动车组仍为动力集中模式，编组形式为1L+10T+1L(见图2531)。全列车有15台转向架，其中动力转向架只有4台，非动力转向架11台。其总定员为485人，10辆拖车中有3辆头等车，定员116人，6辆二等车，定员369人，1辆酒吧车。每列车还设有37个折叠椅，供临时超员时使用。 ，。，TGVA作为TGV第二代动车组的显著特点是采用了自换向同步牵引电机交流传动，这在高速列车技术发展方面是一个很大的突破。其牵引特性曲线见图2532所示。TGVA仅采用8台同步牵引电机，输出轮周持续功率可达8800kW，启动牵引力为220kN，而且在300km/h时尚有牵引力105kN。即使有两台牵引电机发生故障，则6台牵引电机的牵引力，在300km/h时尚有65kN，仍能维持动车组以300km/h高速运行。在14辆编组时，启动加速度/，剩余加速度/。辆编组时为/，剩余加速度/。 TGVA型动车组的造价为每列(2M+10T)7900万法郎，与TGVPSE相比，造价降低了12%，维修费用减少了20%，平均每一座席的电力消耗节省了10%。 TGVA型动车组的主要技术特征及技术参数参见表251所列。 5.4.2 TGVA型动车组的动力车 (1)总体布置 ，。，图2532 TGVA型动车组的牵引及阻力特性曲线TGVA型动力车的总体设备配置如图2533所示。动力车的外形尺寸与TGVPSE型动力车基本一致，只是在车体高度上稍有差别，TGVA为4100mm，TGVPSE为4042mm，主要在受电弓的高度上有略微差异。动力车的头型进行了优化，虽然头部凸出部分尺寸与TGVPSE一样仍为5020mm，但头部流线型曲线更为光滑，气动力学性能得到改善。头部空气阻力可比TGVPSE型动力车头部降低10%，TGVA型列车的试验阻力曲线及各种阻力成分的构成见图2534所示，从图中可见，阻力由A+Bv+Cv2三部分构成，A为阻力常量，Bv为机械阻力，仅与速度一次方成正比，Cv2为空气阻力，与速度平方成正比，最大的空气阻力份额是转向架及车体表面所引起的气动阻力，因此TGV列车尽量减少转向架数量，并降低车体高度，减少表面面积，对减少列车总阻力是很有效果的。对于TGVA型列车，当编组为14辆时，列车阻力为：390.（），当编组为18辆时，列车阻力为.（）。 ，。，图533 TGVA的动力车总体设备配置图1单相交流受电弓；2直流受电弓；3主变压器；4电机控制装置；5共用电器柜；6司机室装置；7辅助电器柜；8主压缩机；9设备防护罩；10衣柜；11工具箱；12单相断路器；13单相交流/直流转换开关；14接地开关；15直流放电器；16空调；17蓄电池；18电容器；19风缸；20气动仪表盘；21预警装置；22蓄电池充电器；23蓄电池箱；24司机室信号装置；25辅助斩波器；26牵引电机通风机组。，。，图2534 TGVA型动车组试验阻力曲线及阻力构成 由于动力车的牵引传动系统采用了自换向同步牵引电机交流传动，每台牵引电机功率增至1100kW。因此，TGVA型动车组只在每辆动力车下采用动力转向架，共装用8台同步牵引电机，台动力转向架。 (2)电传动系统 TGVA型高速动车组是TGV系列第一次采用自换向同步牵引电机交流传动技术，使动力车的轴功率大大提高、牵引特性改善、维修方便、运行成本降低。另一个优点是逆变器电路设计比较简单，重量也轻。 图2535所示为TGVA型动车组的电传动系统及辅助电路系统的总体结构图。在设计中充分考虑了各个单元的独立性。这种冗余设计思想贯穿于TGV系列动车组的设计中，每一个转向架的动力单元均是独立的，控制两台同步牵引电机，每台动力车还有一个独立的辅助电源，可为拖车中各逆变器供电。两台动力车间用高压电缆将两台受电弓相连，但在运营中只使用一台受电弓，并通过高压电缆向另一台动力车供电。 ，。，图2535 TGVA电传动系统总体结构 图2536为在25kV、50Hz电网下运行时TGVA型动车组的动力车的主回路原理图，每个动力单元由主变压器的两个次级绕组(1800V)供电，通过2段半控整流桥整流后，通过一个平波电抗器供给电机逆变器一个直流电源，这种单相整流器结构简单，作用可靠。在每一整流器上配置一个并联在变压器次级绕组上的AFP功率因数补偿器，它是将一个LC电路串联在两个反向并联的可控硅上组成，它的作用是使电网的功率因数及电流波形系数均能接近达到1.0。 同步牵引电机和电流源变流器组成了最简单的三相逆变器。逆变器主要是由6个可控硅构成三相输出电路，以取代直流电机的机械式整流子。其所以能达到结构简单的目的，主要是借助于同步电机可提供反电势，使导通管关断，以进行自然换流。启动时，由于同步电机的反电势很弱，逆变器的换流要由一个联结在电机零线上的电容及一对辅助可控硅完成，这称为辅助换流。当列车速度达到最高速度的5%时，辅助换流自动地被自然换流取代。辅助换流的方式可以使同步电机的功率因数也接近1.0。 ，。，图2536 TGVA的动力车在25kV、50Hz电网下的主回路原理图1“单相交流电”断路器；2“单相交流电直流电”转换器；3直流熔断器；4辅助设备供电装置整流器；5辅助设备供电装置斩波器；6他激斩波器；7同步牵引电机；8主变压器。 在直流1500V网压下，单相交流电直流电转换器转向直流供电位，主变压器及次级绕组均无电流，此时不再需要整流器，而代之以斩波器(可控硅或GTO)，这台斩波器与平波电抗器联合组成一个直流电源，并为两台相互串联的电机逆变器供电，其电路原理图见图2537所示。，。，图2537 TGVA的动力车在1500V直流网压下的主回路原理图1“单相交流电”断路器；2“单相交流电直流电”转换器；3辅助设备供电装置斩波器；4他激斩波器；5同步牵引电机；6主变压器。 图2538所示为TGVA的动力车在电阻制动工况下的主回路原理图。此时，同步牵引电机变成了发电机，而逆变器则成为三相可控整流器，这样可将列车动能消耗在制动电阻中。在速度低于200km/h时，制动电阻值由一个斩波器调制，以便得到一个恒定的最大制动力，当电网发生故障时，电阻制动工况下，电机的励磁是由蓄电池组供给。同步电机的一个优点是可在任何转矩下利用普通蓄电池实现励磁，迅速转为发电机，并通过控制励磁电流来控制制动力的大小。，。，图2538 TGVA的动力车在电阻制动工况下的主回路原理图1同步牵引电机；2蓄电池组；3励磁斩波器；4制动电阻；5辅助设备供电装置斩波器；6辅助设备供电装置整流器；7直流熔断器；8“单相交流电直流电”转换器；9主变压器；10单相交流电断路器。 组成逆变器的可控硅或GTO采用了氟里昂沸腾冷却技术，提高了冷却效率，大大减少了维修工作量，此种氟里昂或相当的冷液不会对臭氧层造成危害。而TGVPSE所采用的电子半导体器件是直接压装在散热器上，因此需要定期养护除尘，这就需要加大维修养护成本。 TGVA的动力车的同步牵引电机采用STS44394型三相交流自换向型，每台电机重1450kg。此型同步电机的横向及纵向剖面图示于图2539及图2540。 ，。，图2539 TGVA的动力车同步电机横剖视图1带有沟槽和通风孔的定子；2转子；3燕尾方式安装；4减振杆；5励磁线圈；6楔块；7节流环；8电刷架和电刷。在持续工况下，转子和定子的发热不超过130，电机采用C级绝缘(NFC76439)，绝缘子允许温度可达250。 牵引电机定子是由两个箱体组成，构成一个磁路。磁路是用一些相互绝缘的矽钢片制成，整个定子类似一个筒体，定子绕组串并交错排列，线圈匝间绝缘采用Kaptomteflon薄膜，对地绝缘用云母带缠绕。 ，。（，），图2540 TGVA的动力车同步电机纵剖视图1磁回路；2定子绕组；3励磁绕组；4减振架；5集流环；6带槽的盘；7位置传感器；8驱动端轴承；9驱动端对面端部轴承。牵引电机转子本身是一个经锻造而成的合金钢轴，借助于燕尾方式组装，轴上固定有磁极线圈。在转子磁极上穿有一圆形截面铜棒，铜棒在转子端面与短路环联结，形成一个完整的阻尼绕组，在瞬态过渡过程中，阻尼绕组使电机的阻抗降低，从而保证了定子的换流。牵引电机的通风采用轴流式，空气借助于定子上冲压而成的圆形孔洞，保证其具有良好的冷却作用。这种通风冷却方式，可以避免过去采用沟槽通风冷却方式可能导致牵引电机强度下降的弊病，通风量每台为1.25m3/s。 电机在低转速时需要辅助换流设备，为了控制辅助换流，必须测量转子的角位移。为此在转子上固定一个齿形钢盘，在盘上标志出转子磁极位置，若干个传感器根据定子绕组位置固定在定子上。电机转动时，钢盘的齿槽交替通过传感器，从而能在任何瞬间测量出电机转子的准确位置，并准确地控制给定子供电的可控硅，以达到最大输出力矩。 TGVA装用的自换向同步牵引电机，外形尺寸比TGVPSE型动车组所用的直流电机小，重量轻110kg,在5000r/min超高速试验时(是额定转速的1.25倍)，机械性能试验的应力计算值，大大低于使用材料的强度极限。TGVA同步电机加上辅助设备的重量才比TGVPSE直流牵引电机大30kg，而功率却增加了一倍。 在供电网压25kV、50Hz情况下，两相电流制TGVA型动车组牵引特性的等功率因数曲线，如图2541所示。从图中可见，当不同的滤波器参与工作时，在不同速度下随着轮周牵引力的变化，电机的功率因数也会发生较大的变化。 ，。，图2541 TGVA型动车组牵引特性的等功率因数曲线STS44394型同步牵引电动机的主要技术参数示于表258。 动车组辅助电源是由每台动力车的变压器次级绕组通过一台辅助整流器及降压斩波器提供500V直流电，两台动力车分别通过一条贯通全列车的母线为列车所有逆变器供电，其中包括两个用于10辆拖车的330kVA逆变器及5个用于动力车的50kVA逆变器，平时只用一台动力车提供的辅助电源已足够，两条母线互为备用。TGVA辅助逆变器重量360kg,效率98%。而TGVPSE同样用330kVA逆变器，重量为500kg,效率仅94%。 TGVA型动车组的辅助供电线路示于图2542。从图中可见，辅助供电系统中包括四部分：列车供暖系统由动力车通过整流直接提供1500V直流电；每一台动力车经整流或斩波供应500V直流电，通过母线贯通全列车；从500V直流母线引向2台逆变器，输出380V、50Hz三相交流电，通过380V的两条母线供各辆拖车的空调系统及辅助电机用电；另外还有一个72V直流网络，带有2台72Vcc蓄电池组。两台充电器由500V直流电网供电。这种辅助电路的布置保证了更高的使用效率。表258 TGVA同步牵引电机主要技术参数 ，逆变器输入电压/V1519逆变器输入电流/A754相间电压/V1264相间电流/A588极数6重量/kg1450持续输出功率/kW1100，单位小时功率/kW1300最大转速/rmin4000额定转矩/Nm4200启动转矩/Nm5300功率因数0.99单位重量功率/kWkg10.76电机尺寸/mm670670830，。，图2542 TGVA型动车组辅助供电系统 TGVA型动车组的加速特性如图2543所示。 ，。，图2543 TGVA型动车组的加速特性曲线(3)车体结构及动力转向架 TGVA型动车组的动力车车体结构和动力转向架与TGVPSE基本相同。动力转向架仍然采用Y230型，基本技术参数均不变。惟一不同之处是牵引电机由TGVPSE的直流牵引电机改为TGVA的自换向同步牵引电机。同步牵引电机与齿轮箱仍然组成一个单元，采用体悬方式用3个柔性悬挂点吊挂在车体底架上。两个吊挂点在齿轮箱上，一个吊挂点在电机上。电机吊挂点上有一个圆柱形孔，此处可装一个具有弹性的金属橡胶套，以吸收车体与电机之间的振动。电机齿轮箱单元3个吊挂点的刚度为：齿轮箱上的两个吊挂点为9107N/m,电机上的吊挂点为1.9107N/m。电机扭矩通过齿轮箱、三爪万向轴传到轴悬齿轮箱，再驱动动轮轴。轴悬齿轮箱的吊挂点刚度为3107N/m。 5.4.3 TGVA型动车组的拖车 (1)车体结构 TGVA型动车组的拖车的车体结构基本上与TGVPSE型动车组的拖车相同，从结构形式、所用材质及载荷设计均一致。惟一不同处为TGVA型动车组的拖车车体宽度为2904mm,高度为3480mm,而TGVPSE型动车组的拖车宽度为2814mm,高度为3420mm。增加宽度与高度的目的是在对空气阻力影响不大条件下尽量利用机车车辆限界来改善旅客乘坐的舒适性。图2544所示为TGVA型动车组拖车的车体结构图。图2545为拖车内部结构及布置。，。，图2544 TGVA型动车组的拖车的车体结构 (2)TGVA型动车组的拖车转向架及车厢间铰接结构 TGVA型动车组的拖车转向架比TGVPSE型动车组的拖车转向架有了很大的改进，主要原因是TGVPSE型动车组在运行中发现车厢有比较大的抖振，影响了旅客的乘座舒适度，分析其原因主要有下列几点： 对于独立式转向架支承方式，转向架支承点处在近于车体振动的节点部位，因此，由于线路不平顺引起的转向架振动对车体一次振动模式影响不大。可是对铰接式转向架支承方式，转向架支承点却在车厢端振动的腹部，转向架的振动很容易引起车体的激振。在运行中已发现Y231型转向架向车体传递大约10Hz高频振动，正好与车体的弯曲振动相耦合，导致运行平稳性不良。 ，。，图2545 TGVA型动车组的拖车内部结构 由于TGVPSE型动车组的拖车Y231型转向架二系悬挂采用高柔圆簧，它的垂直、横向振动自振频率在10Hz左右，正好与车体弯曲振动频率相近而耦合，使车体更容易产生抖振，恶化振动舒适度。 在TGVPSE车体间采用铰接方式联结时，车辆之间是以球面轴承联结，因其联结部刚度较大，故车辆间产生相互干扰，也恶化了振动舒适度。 为了解决上述三个问题，法铁认为必须将二系悬挂弹簧的柔度加大，使转向架与车体之间的振动耦合变小。在此方针指导下，研制了新型空气弹簧，于19831984年安装在TGVPSE第10号动车组上进行试验。试验结果证明效果良好。19851986年试验速度达到340km/h，里程达10104km，高频抖振现象基本消除。采用SR10空气弹簧装置后(因其在TGVPSE第10号动车组上试验而命名)，垂向舒适度指数提高一倍(疲劳时间从12h提高到24h)，横向舒适度指数提高50%(疲劳时间从10h提高到15h)。 根据上述试验结果，法铁决定采用新开发的阻尼性能好(内装有衰减振动的节流孔)，垂向和横向均非常柔软的SR10型自由膜式空气弹簧作为二系悬挂，代替高柔圆簧。 这种空气弹簧上部布置一个大容量圆筒作为附加空气室，车体重量通过附加空气室加载于空气弹簧之上。这种高柔性空气弹簧使得车体在簧上的垂向和横向自振频率分别降低到0.7Hz。为了确保必要的侧滚刚度，又加装了抗侧滚扭杆装置。在空气弹簧的左右两侧又设有金属裙，当横向位移超过限值时，可以增大横向刚度以限制左右移动。装有空气弹簧二系悬挂系统的拖车转向架命名为Y237型，如图2546所示。Y237型转向架保证TGVA型动车组的拖车在300km/h速度下具有与普通客车在既有线上以160km/h速度运行时相同的舒适度和安全性。设空气弹簧节流孔阻尼，可以保证大气室的缓冲作用，不传递垂向高频振动。 初看似乎从Y225型的空气弹簧到Y231型高柔圆簧，到Y237型又改为空气弹簧，是一种技术上的反复。但实际上，SR10型空气弹簧结构简单，性能优越，它在上下、左右、前后3个方向合理地利用空气弹簧的柔性，远非Y225型的空气弹簧悬挂系统可以相比。Y237型转向架两侧也装用抗蛇行减振器，它具有非线性特性及较高的刚度，当车体与转向架间在横向平面内相对转角小于3103rad时，其角刚度高达107Nm/rad。 Y237型转向架不仅采用了SR10型空气弹簧，还变更了轴箱定位结构。Y231的轴箱悬挂装置的螺旋弹簧承受60%的负载，二组橡胶金属夹层弹簧承受40%的负载，由于一系悬挂刚度过大，经常出现小振幅时的卡滞现象，导致振动性能不良。两组橡胶金属夹层弹簧还要同时保证纵向和横向的定位刚度。Y237型转向架采用了与Y32型转向架相似的转臂式定位，如图2547所示。由于载荷都由螺旋弹簧承受，所以其挠度特性是线性的，可以消除高频振动中的刚性冲击以及弹性体的蠕变和滞后影响。而其纵、横向定位刚度由转臂关节中的橡胶球铰元件实现，虽然其定位刚度值与Y231型相同，但这种定位中弹性橡胶衬套几乎不承受垂向载荷。为了改善振动性能，增大了一系悬挂的柔度，轴箱圆簧的刚度减小为540kN/m，柔度增大到18mm/t。为减弱构架点头振动，在每一轴箱处装设一个小阻尼垂向液压减振器，结果较好地改善了转向架动力性能。图2548为两种不同的一系悬挂定位装置振动谱密度性能的比较，从图中可见，Y237型的一系悬挂垂向振动性能要明显优于Y231型。 Y237型转向架采用的轮对与Y231型基本相同，车轮踏面斜度1/40，以期获得高蛇行运动临界速度，提高稳定性，但它的轮缘根部是R36的圆弧，当轮对偏离平衡位置后，可使等效斜度加大，以减少轮缘磨耗。其特性介于锥形和磨耗形踏面之间。 Y237型的构架结构也有了改进，两侧梁由管型横梁相连，在横梁上焊有用于安装制动装置的吊座，以及用于安装抗侧滚扭杆支座的纵向辅助梁。由于经过缜密的轻量化设计，Y237型的构架减轻了170kg。通过疲劳分析，为了保证30年使用寿命，Y237型的构架在维脱里研究中心通过基本载荷600万次循环，静力和动力载荷各增加20%后又进行了200万次循环，再次加载200万次循环，总计1000万次循环后仍未出现裂纹。构架材料采用A42FP钢板焊接，加工前600退火应力处理，并采用消除残余应力、退火及喷丸处理以提高疲劳强度的新工艺。为此，构架疲劳强度提高80%以上。构架质量降到0.8t。在侧梁与横梁交接的焊缝要设焊接底板，横梁壁厚为12mm，保证其强度。 ，。，图2546 Y237型转向架结构及外形 ，。，图2547 Y237转向架的轴箱悬挂由于采用了Y237型转向架，TGVA型动车组的拖车车厢间铰接方式虽然未改变，但铰接的结构有所不同，如图2549所示。在新的铰接结构中不仅由于采用SR10型空气弹簧二系悬挂，减轻了车辆之间振动的相互干扰。另外，还在Y237型转向架的两相邻车体端部的四角用了个纵向液压减振器相连，这一独特的减振器布置方式使列车中所有采用这种方式相连的车体，组成一个整体的耦合振动系统，使每一相邻车端由于点头、摇头所引起的上下左右相对角振动受到减振器阻尼抑制。这种纵向减振器布置很有效。此外，在相邻车端间的上部还装有一个横向减振器以抑制侧滚振动。在采用上述减振系统后，取消Y231型转向架原有的二系悬挂中对振动传递起有害作用的横向和垂向减振器。，。，图2548 Y231与Y237构架中部振动谱密度比较(=270km/h)，。，图549 TGVA型动车组车厢间的铰接结构 1承载框架；2球铰；3横向减振器；4空气弹簧，辅助空气室；5一系垂直减振器；6抗蛇行减振器；7车体上部纵向减振器；8车体下部纵向减振器。 Y237型转向架主要技术参数见表259。表59 TGVA的Y237型拖车转向架主要技术参数 ，转向架重量/t7.0轴重/t17.0轴箱定位方式转臂式弹性球铰定位一系悬挂螺旋形钢圆簧二系悬挂SR10型空气弹簧装置固定轴距/mm3000车轮轮径/mm920/850踏面形式1/40锥形，一系悬挂垂向刚度/kNm1540(单侧)一系悬挂纵向刚度/Nm13.9107一系悬挂横向刚度/Nm17.9106一系悬挂静挠度/mm102/132总静挠度/mm507轴箱减振器(每转向架)4个液压式二系垂向减振器无二系横向减振器无抗侧滚扭杆装置(每转向架)1个横向止档(每转向架)2个 (3)TGVA型动车组的拖车内部设备 TGVA型动车组的拖车内的座位布置基本上与TGVPSE相同，三辆头等车采用1+2排列，其中二辆头等车(R2，R3)定员36人，中央走廊的一侧设有6个半包间客室，不设包间门，半包间设有对称布置的4个头等座椅，两排座椅之间设有一个茶桌。走廊另一侧设有12个面对面布置的头等座椅，两座椅之间设有一个小茶桌。另一辆头等车(R1)定员44人，布置与上述两辆大致相同，但车内设有一个可供座轮椅的病残旅客使用的盥洗室。在车的一端还设有一个可供旅客在旅途中召开小型会议使用的小客厅，客厅内设有8个座椅。头等车的旅客可即席就餐。头等车座席间距为957mm,座席宽度650mm,通道宽度为550mm。另外，给餐饮和行李存放设置了较多的空间。 6辆二等车(R5R10)的大部分客车为开敞式，中央走廊两侧各有一排双人座椅，座椅背后带有一个可以翻起的小茶桌。三辆车定员各60人，两辆车定员各40人，为满足家庭旅游和青年旅客在旅途中的需要，在每两辆相邻的二等客车中设有几个小客室，可供带幼儿家庭使用。客室内设有4个可抬起的活动座椅，以扩大儿童活动空间。二等车座椅采用一体双人座椅结构，中间用一个活动扶手隔开，当扶手抬起后，两乘客间可以加坐一名儿童。二等车座席间距为850mm,座席宽度为525mm,客室通道宽度为450mm。 在头等车与二等车之间，有一辆酒吧间客车(R4)，车内设有一个小卖部，出售各种烟酒食品；在车的中部设有一个柜台，备有长座凳；另有还有一个带活动座凳小餐厅。在车的端部设有一个可供旅客使用的电话间。 车内装饰与TGVPSE类似，体现出豪华舒适的特点。车门、车窗、厕所等与TGVPSE相同。但在座椅的结构上比TGVPSE又有了较大改进。由于TGVPSE的座椅在运营中振动较大，特别是靠背水平面的纵向振动较大，造成旅客背部疲劳不适，活动小桌直接固定在靠背上，因而小桌振动也较大，妨害旅客正常书写及进餐。究其原因有三，一是座椅结构中铰接点太多；二是重心偏移；三是座椅底座固定引起椅面横向振动。通过研究，TGVA型动车组的拖车上采用了铸铝合金整体座椅骨架，座椅自振频率不低于30Hz，增加了两个固定点，在头靠设计中采用了人体工程学。改进后的座椅性能明显地比TGVPSE原有座椅的性能好。 TGVA型动车组的空调采暖装置经过精心设计，在诱导通风流量、新鲜空气所占比例，采暖功率等方面均较TGVPSE有多方面的改进。TGVA型动车组的拖车上的诱导空气流量分为两级，低速时，空气流量为1800m3/h，高速时空气流量为2700m3/h,TGVPSE为3000m3/h。二等客车空调装置的最大制冷功率为1.17104kJ/h。图2550为TGVA型动车组的拖车空调装置的空气分配管路示意图。外温范围能保持的车内温度。而且能保证足够的新风量。 ，。，图2550 TGVA型动车组的拖车空调空气管路图1厕所恒温调节器；2诱导器；3按纵向平面布置的管道；4空气温度传感器；5再循环空气传感器和空气篦；6通过台散热器；7通过台恒温器；8冷凝机组；9通风管组；10新鲜空气；11新鲜空气篦和温度传感器；12空气混合箱；13空气处理箱；14吸气电动风机；15吸气管组。，。，图551 TGVA制动控制系统原理图RA副风缸；RS中继阀；VERe控制制动缸给风作用的电空阀；ISD制动与缓解传感器；MF电制动测量器；CE电制动控制器；SU紧急制动开关；EVM电空转换阀；VA防滑排风阀；RU紧急继电器；An防滑控制器；VER制动力调整器；EVP电空截止阀；CF制动缸。为了保证通过台的冬季采暖需要，每辆车通过台的电热采暖总功率为4kW,而TGVPSE仅为2.5kW。经过处理的热风量：低速时为100m3/h，高速时为160m3/h。 厕所采用化学循环式集便器(OLFA)，车下设净水箱、废水箱，容量各约500L。车顶设冷热水箱，由电泵上扬。 5.4.4 TGVA型动车组制动系统 (1)制动控制系统 TGVA型动车组的制动控制系统采用了微机控制的模拟式电气指令直通电空制动系统，比TGVPSE采用的自动式电空制动系统更为先进，尤其是整列车的电气制动力(电阻制动)与空气制动力通过微机运算达到有机匹配，以充分发挥电制动的能力，充分利用制动黏着并与电子防滑装置相配合，使制动效率提高，制动距离缩短，制动配件磨耗减少。 图2551所示为TGVA型动车组的制动控制系统原理图。司机备有两套制动控制装置，一是电力牵引和制动控制器、仅仅用来控制牵引及电阻制动，它不是安全制动器。另一个是主制动控制器，司机操纵这种电气按钮式具有多个制动缓解功能的司机制动控制器，将制动指令通过列车管的压力传感器PCG输入到安装在司机室内的动力转向架微处理器控制装置EM的求和运算器S中，同时列车的运行速度，制动工况信号也分别通过速度计i，工况信号器CM输入S，在求和器上由所需制动力算出电阻制动力数值，通过电制动控制器CE励磁电阻制动，电阻制动力数值由电制动测量器MF输入加减器，得出所需空气制动力的信息。根据速度控制点200km/h，可以实现两种空气制动最高压力，以有利于黏着利用。该信息输入制动力调整器VER，根据电空转换阀EVM所处位置进行制动力修正，EVM电空转换阀将空气信号输入中继阀RS，由RS直接控制将副风缸RA空气输入制动缸CF。在制动缸上安装有制动缓解压力传感器IS，将压力反馈到微处理控制装置EM，确认制动控制是否到位。 防滑控制器An直接与微处理控制装置相联结以修正电制动力与空气制动力大小，并且与防滑排风阀VA相连。当发现有制动滑行趋势时直接排风。紧急制动时，装在列车管上的紧急传感器MA发出信号给紧急继电器RU，使电空转换阀EVM立即输出紧急信号，实施空电联合紧急制动。如果RU接收的电机励磁电流i及电枢电流j达不到预定最小值时，RU就会切断紧急制动开关SU，从而切断了电空转换阀的电源，中继阀RS将直接产生空气紧急制动。比例控制器K1，根据列车管减压量大小控制电阻制动。列车管减压量达到80kPa时，可给予最大电阻制动力。电空截止阀EVP能保证当列车管压力低于300kPa时，空气通路截断。 由于拖车上仅有空气制动，司机的制动指令直接传送到拖车的电空转换阀EVM(此时拖车上安装的UIC标准空气分配阀仅作备用)，并通过中继阀RS执行制动及缓解功能。拖车的速度控制器实现215km/h为分界点的两种制动缸最高压力控制，以利于有效利用制动黏着。 每辆动力车上安装两台螺杆式空压机，一台为主机，另一台为辅机，功率比主机小，作为主机的备用设备。 (2)基础制动 由于TGVA型动车组最高运行速度达300km/h,在平直道上紧急制动时，要求在很短时间内吸收及逸散的能量高达1.7106kJ，大大超过TGVPSE型动车组制动时需吸收的能量。TGVPSE制动系统中的基础制动装置已不能满足TGVA的要求。因此TGVA型动车组基础制动也相应进行了重大的改进。 动力车基础制动仍然采用闸瓦踏面制动，但用高摩擦系数粉末冶金闸瓦(每轮一个闸瓦制动单元)代替了铸铁闸瓦，而每轴的电阻制动功率比TGVPSE大得多，一台动力转向架的电阻制动力可为本转向架最大制动力的75%，闸瓦制动力仅占25%。每台转向架设有防滑器，与电机联通，防滑器既可以与电制动联用，也可与空气制动联用，但优先降低空气制动力。在电制动与空气制动不是同时作用情况下，防滑器也可直接对空气制动起防滑作用。在所有情况下，在每台转向架上它们都单独起作用。另外也可以在相邻转向架的防滑器失效时，对其起辅助防滑作用。在紧急制动速度大于30km/h时，自动撒砂。每一个动力转向架均有一个制动单元安装了弹簧式停车制动器，在长时间停车时，弹簧制动器逐渐补偿常用制动器中由于压缩空气逸出而减少了的制动力。 拖车的基础制动全部采用空气制动，但由于在300km/h速度下停车，拖车的每个制动盘要吸收、逸散13.5106J的能量，比TGVPSE的拖车制动盘的吸收能量多70%，平均制动功率增加100%，最大制动功率增加80%。因此，TGVPSE的拖车所采用的合金铸铁制动盘和合成闸片已无法满足如此高的制动功及制动功率要求，计算的盘面最高温度可达900，而铸铁材质仅允许不超过475。另外，TGVPSE所采用的制动盘结构是自通风式，虽然冷却效果较好，但在300km/h速度下，每个盘的功率损失将达3.54.5kW，一列车由于制动盘通风引起的功率消耗可达350kW，从节省能源角度，也必须改变制动盘结构。TGVPSE拖车还采用的闸瓦踏面制动虽然可以承担20%制动能量，但每轮一套闸瓦制动单元重63kg，增加了簧下质量，而且闸瓦制动时增加噪声5dB。 为此，TGVA拖车的基础制动进行了彻底改变，每轴上由于装备有电子防滑器，可以取消铸铁闸瓦踏面制动。每轴仍采用两对双盘结构(每轴4个制动盘)，但制动盘的结构采用了不通风的锻压圆盘结构，盘厚45mm，材质采用CDV50.8合金钢，冷态屈服极限10000kg/cm2，450时屈服极限为8000kg/cm2，热处理后布氏硬度达370度。这种制动盘每盘重量仅60kg，但具有很高的耐热疲劳及耐热冲击能力，盘面温度可允许达600，每个制动盘可以吸收逸散18.5106J能量，这相当于TGVA型列车在16下坡道上从300km/h进行纯空气紧急制动，并且有一个转向架制动故障情况下制动盘承受的最不利工况。制动闸片采用了粉末冶金材质代替合成闸片，在高温下具有更好的热稳定性，摩擦系数衰退也小。 拖车的每轴上均设有微处理机控制的防滑器。其基本功能是对本转向架起防滑作用。如果邻近的转向架的防滑器失效时，也能取代邻近转向架的防滑功能。另外每一防滑器还有后备辅助功能，它能给出邻近转向架的轮对抱死的信号。 与TGVPSE相比，尽管TGVA型动车组长度增加了40m，重量增加了60t，由于拖车采用了不通风的制动盘而使列车阻力大大减少。计算表明，在300km/h速度时，列车减少功率损失3%。 (3)制动能量分配及黏着利用 表2510比较了TGVA型和TGVPSE型两种动车组各种制动方式消耗的制动能量。由于TGVA制动系统的改进，在初速下紧急制动距离为，制动减速度为.。在气候条件十分恶劣的条件下，紧急制动距离保持在以内。表2510 TGVA和TGVPSE各种制动方式消耗制动能量的百分比 ，。动车组形式盘型制动电阻制动闸瓦制动空气阻力合计TGVPSE46%30%16%8%100%TGVA61%21%10%8%100% TGVA型动车组的制动特性曲线与TGVPSE型动车组基本相同。图2552所示为TGVA的动力转向架和非动，。，图2552 TGVA动力转向架和非动力转向架的制动特性曲线 1由电网励磁的电阻制动； 2由蓄电池励磁的电阻制动； 3动车闸瓦制动； 4拖车盘型制动。力转向架的制动特性曲线。图2553所示为其动力转向架与非动力转向架的有效黏着利用曲线。从图上可以看出，TGV动车组的制动特性曲线与有效黏着利用曲线非常接近，能够较均匀地分配黏着力，主要归功于防滑装置的有效性。从经济角度看，常用制动应优先发挥动力转向架的电阻制动作用。动力转向架的闸瓦制动仅在列车将要停车之前使用，电阻制动应能确保停车所需要的制动力。 ，。，图2553 TGVA动力转向架和非动力转向架的有效黏着利用系数 1由电网励磁的电阻制动； 2由蓄电池励磁的电阻制动； 3拖车盘型制动。为了保证电制动优先，当司机操纵主制动控制器后，由微机控制使电制动力增加的速度高于空气制动力增加的速度。当电制动力已经达到最大值时，空气制动力仅达到最大值的50%以下，各种制动力增长的速率见图2554所示。 ，。，图2554 TGVA型列车管减压时各制动系统制动力增长情况图2555、图2556所示为TGVA型动车组在紧急制动及常用全制动时各种制动系统的制动力分配情况。根据法铁的规定，电阻制动属于安全制动类，即使接触网发生故障，电阻制动所需的励磁电流无法从电网上获取，但仍然可以由蓄电池组供电，因此属于“安全”电制动类型。 ，。，图2555 TGVA型动车组紧急制动时制动力分配情况，。，图2556 TGVA型动车组常用全制动时制动力分配情况目前在法国本土运用的TGV高速动车组上没有采用再生制动，原因有二：一是法国既有线路的变电站大部分为直流变电站，不能接受再生制动的反馈电流；二是法国高速线的站间距比较长，如果采用再生制动，能够回收的电能不足2%，是很有限的，一般说至少每年能回收电能超过5%，采用再生制动才有价值。 5.4.5 TGVA型动车组车载计算机控制与综合自动化系统 TGVA型动车组显著特点之一是车载微机应用于列车运行安全、维修及旅客信息处理等方面。每列TGVA型动车组上有18台计算机，联成Tornad数据传输网络。它们的分布是动车组每端的动力车上各安装4台，即在驾驶室里安装1台主机和1台辅机，在机械间里安装2台，一台用于控制1号电机柜，另一台用于控制2号电机柜；在10辆拖车上每辆安装1台，用来控制拖车中各种设备。TGVA型动车组车载计算机控制系统的结构见图2557。 Tornad数据传输网络见图2558所示。通过两条导线可以在司机室计算机、牵引电机控制用计算机及拖车计算机之间传递信息，当Tornad网络与轨道/列车无线传输网络结合使用时，能以，。，图2557 TGVA型动车组车载计算机控制系统结构，。，图2558 TGVA型动车组Tornad数据传输网络1200bit/s速度将信息从TGVA型动车组上传输到蒙帕纳斯控制中心；也可与列车维修中心和一些主要车站进行联络。 (1)司机室计算机 司机可通过一个配有字母数字键盘的视频显示器(VDU)操纵整个系统。它执行下列功能。 控制列车上微处理机之间的信息交换。这些信息来源于司机室的2台主计算机(司机室还有两台辅助计算机)、4台牵引电机控制用计算机和10台拖车控制用计算机。 控制列车与地面设备之间的信息交换。为保证列车安全运行，必须了解列车上设备技术状态，这些信息对维修部门来说尤其重要。维修部门可在列车到达之前准确了解维修工作量及需更换的部件。如维修部门认为获得的信息不够全面，还可向列车询问更详细的情况。 将司机室控制台输入的指令进行多路传输。司机室计算机可将近百个逻辑指示用电报形式发送到其他动力车和拖车上，同时也可接收以相同形式反馈回来的信息。控制台上的显示器可显示出大约20种不同类型的故障，司机可在视频显示器上获取每种故障的原因。如果司机室主计算机出了故障，辅助计算机可及时取而代之。 指导故障的排除。这是TGVA的计算机网络的又一优点。由于将故障处理说明书输入了计算机，因而当列车设备出现故障时，司机只需操纵计算机便可迅速找到相应的处理措施。 监视列车的运行状态和协助维修。在列车出发之前可以对列车安全及设备状况进行检验，列车在运行时也随时检测。例如转向架不稳定性的检测，列车照明、空调、车门关闭装置及车厢内外旅客信息显示屏是否工作正常，制动设备也可按相同的方法检查；此外，还可检查列车防滑系统。所有被发现的故障均可记录下来供维修人员参考。