《交通运输载运工具》PPT课件.ppt

交通运输工程导论 第五节空中载运工具 第二章交通运输载运工具 第一节载运工具的类型 第二节轨道载运工具 第三节道路载运工具 第四节水上载运工具 5其它载运工具 各种液体或气体输送管道 索道缆车 皮带输送机等 第一节载运工具的类型 一按照运输方式 载运工具可分为以下五类 1轨道载运工具 沿固定的轨道行驶 由电力 内燃机或蒸汽作动力的各种车辆 2道路载运工具 汽车 货车和客车等 无轨电车 摩托车等 3水上载运工具 各种螺旋浆船舶 水翼船 气垫船等 4空中载运工具 各种螺旋浆飞机 喷气式飞机 直升飞机等 具有不同使用性能的各种载运工具 分别适应于各种运输对象在速度 容量等方面的不同要求 用户可以根据各自的目的和要求 选择相应的载运工具 图2 1各类载运工具的速度和能源消耗之间的关系 二对各类载运工具的使用性能的期望 1速度快 2容量大 一次装载能容纳的旅客数或货物量 3费用低 建设投资 运营管理 能源消耗等方面的费用 4安全可靠 事故少 耗损少 准点等 5对环境污染少 空气 水质和噪声等 6舒适 对客运 性好等性能 第二节轨道载运工具 单位重量的能源消耗最低 维护工作少 耐久性高 行驶平稳舒适 可适应不利的气候条件 对环境的污染小 蒸汽机牵引除外 使用性能好 运营费用低 但初期投资高 通达性受到限制 1 有轨电车由1辆 2辆或有时为3辆车辆组成 每辆车有4 6个轴 长14 23m 具有较好的动力特性和行驶舒适性 但运行速度低 通常小于20km h 正点率低 单向输送能力一般低于1万人 h 逐渐被无轨电车和公共汽车代替 一轨道载运工具的特点 二 轨道载运工具的应用类型 2 轻轨交通列车简称轻轨车 是对传统的有轨电车利用现代科技进行改造后的各种现代有轨电车的总称 英文为LightRailTransit LRT 轻轨车可分为4轴车 6轴单铰接车 8轴双铰接车 可单节运行 也可编组运行 一般车辆长度为14 20m 铰接车辆长度为20 32m 车辆宽度为2 5 2 8m 轻轨车加速和减速性能好 1 2m s 紧急制动时可达3m s 最大速度通常为70 80km h 有些能达到100 125km h 运行速度一般为20 35km h 与传统的有轨电车相比 车体更轻 结构更合理 更舒适方便 与地铁相比 轻轨车轴重轻 转弯半径小 可在市区内较好地绕避各类障碍物 但运行速度较低 输送能力较小 单向输送能力为1 3万人 h 3 快速轨道交通列车由4轴车辆编组而成的电动列车 在专用道上行驶 编组数一般为3至8节 也有少数线路超过10节 在市中心区多为地下或高架形式 在市郊多为地面或高架线路形式 每辆车长度为16 23m 宽度为2 5 3 2m 平均运行速度为30 50km h 通过能力为20 40对 h 单向输送能力可达3 8万人 h 这种工具的旅客输送能力大 使用性能好 服务水平高 运营费小 4 市郊铁路列车位于市域范围内 部分或全部服务于城市客运的城市间铁路 主要为城市郊区与中心区之间行程较长的通勤或短途旅客服务 故也称通勤铁路 5 铁路客货运输列车由机车牵引若干辆挂车组成的旅客或货物列车 我国旅客列车挂有12 18节车辆 分为软卧车 硬卧车 软座车 硬座车 餐车 行李车和邮政车 每辆车的定员由32人到120人 车辆自重约为390 450kN 总重约为510 640kN 2001年全国铁路平均运行速度达到69 4km h 货物列车由棚车 敞车 平车 罐车 保温车等车辆组成平均长度为14m 自重219kN 总重773kN 每延米55 26kN 2001年的平均运行速度为32 9km h 6 高速铁路列车由高功率机车牵引若干挂车 或者同若干带动力的车辆一起组成的列车 这种列车的最高速度可达到250 300km h以上 1990年的最高记录为515km h 平均运行速度可达到160到200km h 由于它的速度快 运量大 能耗低 舒适而安全 对环境污染小 经济效益好 因而成为极有发展前途的一种中长途高速载运工具 7 其它轨道式交通车辆或列车世界各国还应用不同的概念研制了多种轨道式车辆 如 悬挂式独轨车辆 跨坐式独轨车辆 中速或高速磁悬浮车辆 自动化导轨快速交通AGT AutomatedGuidewayTransit 车辆 低地板轻轨列车等 2 机车类型及特点机车按动力装置的不同分为蒸汽机车 燃煤或燃油蒸汽机产生动力 内燃机车 柴油机或燃气轮机产生动力 和电力机车 外部供应的电力作为动力 电力机车是轨道交通载运的主要发展方向 二 车辆类型和基本组成 1 车辆类型和基本组成按车辆有无动力配置可分为动车 拖车 或称为挂车 动车 配置动力的车辆 拖车 挂车 不配置动力的车辆 动车组 多个动车与拖车连在一起的列车 机车 如果动车未设置承运旅客的空间而专门用于拖拉未配置动力的拖车 牵引力即为作用在驱动轮轮周上的切向力 牵引力随车辆速度的增加而下降 见牵引特性曲线 传到轮周上的牵引力不能超过车轮同钢轨接触面上的粘着力 否则机车驱动轮便会打滑 发生空转 这个牵引力限值称为粘着牵引力 三 动力特征 四 磁悬浮 会 飞 的列车1磁悬浮列车概况磁悬浮列车则是一种依靠电磁场特有的 同性相斥 异性相吸 的特性并利用线性电动机作为牵引动力的最新颖的第5代交通运输工具 磁悬浮列车没有通常的轮轨系统 磁悬浮列车根据所采用的电磁铁种类又可以分成常导吸引型和超导排斥型两类 常导吸引型磁悬浮列车是以常导磁铁和导轨作为导磁体 用气隙传感器来调节列车与线路之间的悬浮间隙大小 其悬浮间隙大小在10毫米左右 列车的运行速度通常在每小时300公里至500公里范围内 超导排斥型磁悬浮列车是利用超导磁铁和低温技术来实现列车与线路之间悬浮运行的 其悬浮间隙一般在100毫米左右 这种列车的最高运行时速可以达到1000公里 2磁悬浮列车的现状德国 现拥有一条长34 5公里的载人磁悬浮列车试验线 其最高运行速度可达每小时450公里 载客时车速则为每小时420公里 日本 已建成一条长度为18 4公里的超导磁悬浮列车试验线 其最高运行速度可达到每小时550公里 我国 已经在中国上海浦东兴建成的商业性磁悬浮列车线 旅客从龙阳路站到浦东国际机场乘坐磁悬浮列车仅需6 7分钟的时间 如果在即将兴建的京沪高速铁路线上采用磁悬浮技术 那么从上海到北京的时间仅需3个小时 比乘坐飞机慢不了多少 第三节道路载运工具 一道路载运工具的类型 尺寸和质量汽车可分为客车和货车两大类 客车包括小客车 面包车 公共汽车 小型 中型和铰接式 等 货车可进一步分为整车 轻型 中型和重型 和组合车 各种拖挂式 两类 1 小客车小客车为二轴四轮车辆 可坐2 6人 主要为个人交通工具 按重量和尺寸大小 可分为小型 中型和重型三种 其重量变动于6 8 18kN范围内 车身长度在3 5 5 6m之间 轴距变动于2 3 3 1m之间 车身宽度为1 6 2 0m 高度为1 15 1 65m之间 3 公共汽车小型公共汽车通常有15 25个座位 供短途运送用 其车身长约为5 5 7 6m 宽为2 0 2 5m 中型公共汽车可为二轴或三轴 车身长9 12m 宽2 4 2 6m 把半挂车固定地联结在二轴中型公共汽车上 便组成铰接式公共汽车 其长度约为16 18m 宽度为2 6m 包括站立乘客在内最多约可容纳150人 2 面包车面包车通常由小客车或轻型货车的底盘改装而成 可乘坐6 15人 4 整车即单个货车系指载货区和动力设备装在共同的车架上不能分开的货车 整车包括二轴四轮 轻型货车 二轴六轮 三轴 双后轴 和四轴 三后轴 货车四种 轻型货车的总重量 般小于45kN 二轴六轮货车的总重量大都在45 180kN范围内 而三轴和四轴的总重量可高达260 300kN 5 组合货车组合货车由牵引车或整车同一个或多个挂车组合而成 可称为拖挂车 牵引车和挂车通过铰接方式联结 彼此可相对转动 因而也可称为铰接车 挂车有两种 前后各有一个或多个轴的全挂式 由整车或带半挂车的牵引车拖带 但不把重量转给前面 后端有一个或多个轴但前端无轴的半挂式 其前端放在牵引车或前面拖车的后端上 并把一部分重量转给前面 组合货车的总重量一般可达到400 500kN 通常用于长途运输 车辆的尺寸影响到对道路的车道宽度 净空和转弯半径等方面的要求 而车辆的质量则影响到对道路路面和桥梁的结构承载能力的要求 各国对道路上行驶车辆的最大轴重和总重有不同的限制 我国规定的单轴最大允许轴重为100kN 双联轴最大允许轴重为180kN 三联轴最大允许轴重为220kN 整车的最大允许总重为400kN 二 发动机的功率发动机的功率是衡量汽车性能的一个重要指标 它反映车辆具有的最大加速率和在坡道上行驶时能维持的最大速度 一些代表性汽车出厂时标定的额定马力 HP 大致为 1 小客车 驾驶员在座的空车质量为1545kg 105hp 2 轻型货车 驾驶员在座的空车质量为1909kg 175hp 3 二轴六轮货车 驾驶员在座的空车质量为4545kg 175hp 4 半挂货车 驾驶员在座的空车质量为11364kg 325hp 四 车辆运行费车辆的运行费用 成本 由可变费用和不变费用两部分组成 前者包括燃料 轮胎 保修费等 它们同车辆行驶的里程有关 后者则包括车辆折旧费 养路费 工资和附加费 管理费 其它费用等 它们同车辆行驶里程数无关 三 加速性能汽车的加速性能 对于车辆在双车道公路上行驶时考虑超车区段长度 确定立体交叉处加速车道的最小长度以及设计交叉口信号灯周期等都有重要影响 第四节水上载运工具 水上的主要运载工具是各种船舶 现代船舶以柴油机为主要动力装置 带动螺旋桨推进器产生推动力 使船舶行进 通常在船舶尾部设置舵装置以控制方向 在其首部两侧设锚 锚链等装置以帮助船舶停泊 一 类型按运载对象的不同 船舶可分为货船 客船和客货船三大类 货船可进一步分为油船和干货船两类 前者运送液体货物 而后者运送固体货物 可细分为杂货船 散货船 专用货船 集装箱船 滚装船和载驳船等 等 1 油船载运散装液货 包括原油 成品油和各种液化气体等 的专用船舶 油船运输的特点是批量大 运距长 因而 油船往往是大型船舶 40年代最大的油船可载运16000t 吃水深10m 到60年代 载重量增长到200000t 船身长达340m 吃水深18m 而到80年代 最大的油船可装载600000t 油船的平均航速约为13 16kn 1kn 1knot l 852km h 油船的装卸 是通过船上接卸口同岸上的输油管或软管接通后 用油泵进行的 因而 船舶的停泊时间较短 一般很少超过2天 对于特大型的油船 由于船身长 吃水深 很少有合适的停靠码头 通常在港外的单点泊位 专用浮筒 碇泊 通过管道用油泵装卸液货 2 杂货船运杂货船是载运各种桶装 箱装 包装或成捆的件杂货 其载重量一般在20000t以下 平均航速约为12 18kn 货物通过船上或岸上的吊杆装卸 现代化的杂货船 其自动化装备的程度很高 平均航速可超过20kn 3 散装船散装船是载运各种不加包装的块状 粉状或粒状干货 一些专用的散装船 只载运一种货物 如煤 矿石 粮食等 散货运输通常是批量大的大宗货物 因而其船型较大 货舱的容积大 货舱口也较大以便于装卸 沿海和近海运输的散装船 其载重量大多在30000t以下 远洋运输的散装船则多为30000 60000t 最大的可超过100000t 散装船的平均航速约为12 16kn 4 集装箱船集装箱船是专门运载集装箱的货船 通过码头上的装卸桥 将集装箱吊放到船上或吊离船舶 由于装卸速度较快 船舶停港的时间较相同载重量的杂货船要短得多 同时 其平均航行速度也较快 一般可达22 26kn 因而其航行周转的周期较其它船舶要短 也即相同时段内可航行的次数多 集装箱船的运载能力 除了以载重吨表示外 还用集装箱的载箱数量 以20英尺集装箱为标准箱 简称TEU 表示 按载箱数多少分为第一代 第二代 第三代等 载箱数相应约为1000TEU 2000TEU 3000TEU等 近期的集装箱船已发展到第五代 第六代 载箱数达5000TEU以上 船长达175m以上 载运集装箱的船舶 其部分舱位用来装载杂货时 称为半集装箱船 5 滚装船滚装船是由牵引车或者有轮的设备 如叉车等 利用本身的动力 通过船尾或船首的跳板直接进出货舱装卸载货的挂车等 这种方法可以提高船舶的装卸效率 加速其周转 并实现水陆直达运输 也即不需中转装卸 船舱内有多层甲板 以斜坡车道或升降平台相连 或者部分甲板供放置集装箱用 也即成为半集装箱船 滚装船特别适用于海上短程横渡运输 以减少海关的延误 6 载驳船载运货驳的运输船舶 又称子母船 载驳船用于河海联运 其作业过程是先将驳船 为尺度统一的船 又称为子船 装上货物 再将驳船装上载驳船 又称母船 运至目的港后 将驳船卸下水域 由内河推船分送至目的港装卸货物并待另一次运输 载驳船的优点是不需码头和堆场 装卸效率高 停泊时间短 便于河海联运 7 客船和客货船载运旅客的船为客船 我国沿海和长江中下游输送旅客的船舶大多利用下层船舱装载货物 因而称为客货船 目前沿海航行的典型客货船 载重量7500t 载客量900人 载货量2000t 航速18 1kn 长江中下游客货船的载重量约为3500t 载客量1200人 载货量450t 航速15kn 8 内河货船内河航道由于水浅 宽度有限 弯曲 都采用吨位小 吃水浅的船舶 并普遍采用由若干艘驳船编组成船队 用推船顶推或拖船拖曳的方式航行 拖驳船队运输比机动货船运输的运量大 投资小 成本低 适用于大宗货物和批量小货种多的货物运输 驳船本身无动力装置 按船型可分为普通驳和分节驳两种 二 尺寸和吨位同港口和航道的规划和设计有关的船舶主要尺寸和吨位特性有 船长 船宽 船深 吃水深 船高 吨位和载重量等 全长 船体首尾两端间的最大水平距离为船舶的总长度 船舶的型宽 位于船首和船尾垂线间正中处的船体中横剖面内两侧舷板间的最大水平距离 船舶的型深 该中横剖面上 自上甲板边板的内表面到龙骨上表面的垂直距离 吃水深 处于水面以下的船体深度 船舶在满载状态时的吃水深为满载吃水深 船舶的全高 或称船高 自船底基线到船舶最高点的垂直距离 桅高度 全高减去吃水深 所得到的水面以上的船舶高度 此高度影响航道上桥梁的净空要求 船舶的吨位有容积吨位和重量吨位两种 容积吨位 为按船舶内部封闭容积以2 83m作为1t表示的吨位数 它用于船舶登记 故又称为登记吨位 重量吨位 为船舶的载重量 分总载重量 容许装载的最大重量 和净载重量 货物和旅客的重量 两种 两者的差额 对于沿海航线的货船约低于10 对于远洋航线的货船约为10 15 第五节空中载运工具 飞机是航空运输的主要运载工具 一 类型按运输类型的不同 民用飞机可分为 运输飞机 由航空公司定期航班或非定期航班使用的各种飞机 和通用航空飞机 为工农业生产飞行 商业飞行 教学飞行等服务的各种飞机 1运输飞机 按航程距离为 1 远程飞机 航程约在8000km以上 主要用于洲际飞行 由于航程远 需耗用大量燃料 其机体尺寸和重量都很大 最大起飞质量150Mg以上 最重的达350Mg 所需跑道长度也很长 2 中程飞机 航程约在3000 5000km范围内 适用于洲内和主要航线上飞行 最大起飞质量在100Mg以上 3 近程飞机 航程约在3000km以下 适用于国内主要航线上飞行 其最大起飞质量在40Mg以上 4 短途飞机 航程约在1000m以下 主要用于地方支线和通勤运输的飞行 其最大起飞质量在40Mg以下 2运输机 按其发动机和所产生推力的类型的不同分 1 活塞式 以汽油发动机为动力 带动螺旋桨旋转以产生推动力的飞机 大部分通用航空飞机采用这种类型 2 涡轮螺旋式 以燃气涡轮发动机为动力 带动螺旋桨旋转以产生动力的飞机 部分短程支线和通勤运输飞机 以及少数双发动机通用航空飞机采用这种类型 3 涡轮喷气式 由燃气涡轮发动机向后喷射出高速气流以产生推动力的飞机 早期生产的喷气式运输机采用这种形式 但后来被摒弃不用而代之以涡轮风扇喷气式 4 涡轮风扇喷气式 在涡轮喷气发动机的前部 或后部 加上一个风扇的飞机 目前被除短程飞机外几乎所有运输飞机所采用 下面对机场规划和设计有关的一些飞机特性的发展趋势进行简要介绍 直升飞机从旋翼的旋转运动获得升力 以几乎垂直的方向离开地面 它具有在空中逗留的能力和在相对小的场地上起降的能力 直升飞机可以是单组旋翼或双组旋翼 用一台或两台发动机作动力 其最大的巡航速度可达到240km h 短距起降飞机具有较常规飞机大的爬升能力 可在较短的跑道上起降 但目前还未得到大规模应用 二 飞机尺寸和旅客容量运输飞机的主要外形尺寸 包括机身长度 翼展 两翼尖间的距离 纵向轮距 前后起落架之间的纵向距离 横向轮距 主起落架两侧轮组中心间的横向间距 等 对跑道和滑行道所需宽度 停机坪 机库 维修机坪所需面积等的确定起着决定作用 三 飞机重量飞机重量的增大 对跑道和滑行道道面结构强度的要求也要相应地提高 但对于大型运输机来说 可以通过改善主起落架的造型式设计 使这种影响减弱 例如 重量比B 707 320大一倍的B 747 SP 其道面结构强度的要求与前者相近 四 跑道长度50年代 供活塞式飞机起飞所需的跑道长度 最长的达2400m 而随着大型喷气客机的出现 由于它在低速时的低推力特性 所需跑道长度就增加到3600m 而在涡轮风扇喷气机出现后 由于风扇对推力的增加作用 改善了飞机的爬升能力 跑道长度的增长趋势便得到了缓和 五 巡航速度和航程巡航速度 飞机以匀速飞行时 或称定常飞行 的速度 活塞式飞机 从1934年的300km h增加到1950年的顶点560km h喷气式飞机 从1952年的800km h 提高到1000km h左右 这一速度略低于音速 相应于0 8 0 9倍音速 称为亚音速 超音速的协和型 Concorde 飞机 速度达到2320km h 超音速飞机对于国内航线飞行来说 所节省时间的经济效果并不显著 而即便对于超远距的飞行来说 行程时间节省的边际效果也是下降的 航程 飞机在中途不加油的情况下能飞行的距离 活塞式飞机所能达到的最大航程在20年间提高了7倍 如DC 7飞机可达到5000km左右 喷气式飞机 一些运输机的航程可达到10000km 可实现不着陆的洲际直航飞行 随着运输机速度和旅客容量的增长 飞机的运载能力得到了迅速提高 在不到40年内飞机的运载能力提高了100倍以上 油船 油船 油船 油船 杂货船 散货船 散货船 散货船 集装箱船 韩国的 现代探索 中远的集装箱船 LUHE 中远集装箱船 大河 集装箱船 集装箱码头 集装箱码头 滚装船 滚装船 滚装船 滚装船 客船 客船 江申号 客船 客船 客船 驳船 驳船 驳船 拖船拖曳驳船 波音737 波音737 波音737 波音747 波音757 波音757 波音767