高速鐵路概論(機(jī)車).ppt

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高 速 鐵 路 概 論,,第三章 高速列車的牽引動(dòng)力,第一節(jié),,概述,,受電弓與傳動(dòng)裝置,第三節(jié),動(dòng)力車車體與轉(zhuǎn)向架,第二節(jié),制動(dòng)技術(shù),第四節(jié),,第一節(jié) 概 述,高速牽引動(dòng)力是高速行車的重要技術(shù)關(guān)鍵之一，其本身涉及到許多方面的新技術(shù)： 新型動(dòng)力裝置和傳動(dòng)裝置 牽引動(dòng)力的配置（動(dòng)車組方式） 高速制動(dòng)技術(shù) 高速電力牽引時(shí)的高可靠的受電技術(shù)和裝備 車載微機(jī)控制的列車牽引、制動(dòng)和智能診斷技術(shù) 適應(yīng)高速行車要求的車體、走行部結(jié)構(gòu)及車體外形,第 一 節(jié) 概 述,從速度上看，目前已開行的高速列車的最高速度可以劃分為三個(gè)等級(jí)。 第一速度級(jí)： 最高運(yùn)行速度200～250Km/h 第二速度級(jí)： 最高運(yùn)行速度250～300Km/h 第三速度級(jí)： 最高運(yùn)行速度300Km/h以上 法國(guó)、德國(guó)和日本的高速列車已從第一代發(fā)展到第三代。 以法國(guó) TGV高速列車為例，第二代與第一代相比，其最高運(yùn)營(yíng)速度由270km/h提高到300km/h，牽引電動(dòng)機(jī)質(zhì)量不增加，而 額定功率 提高一倍，噪聲 降低 8dB。第三代TGV高速列車為雙層列車，車體材料為鋁合金，軸重小于17噸，比前兩代 TGV都輕。,第 一 節(jié) 概 述,,補(bǔ)充：提速的幾個(gè)概念,最高速度vmax 平均技術(shù)速度vj 平均旅行速度vl a= vj/ vmax = vl /vj ?=vl /vmax = a ,,一、高速列車對(duì)牽引功率的要求,,二、高速列車的阻力,,三、牽引動(dòng)力及其配置,確保加速功率達(dá)到或略高于該檔速度運(yùn)行所需的功率為 其中 N－高速列車所需牽引功率（kW） Q－高速列車的總質(zhì)量(t) w－高速列車的單位阻力(N/t) Vmax－高速列車的最高運(yùn)行速度(km/h) K－裕量系數(shù),一、高速列車對(duì)牽引功率的要求,參考國(guó)外高速列車運(yùn)行情況及提出的一些經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算可知： 列車總質(zhì)量確定為800噸（可運(yùn)送旅客1000名），最高運(yùn)行速度達(dá)到200km/h時(shí)需要的總牽引功率為6400kW；最高運(yùn)行速度達(dá)到250km/h時(shí)需要的總牽引功率為8800kW；最高運(yùn)行速度達(dá)到300km/h時(shí)需要的總牽引功率為13600kW。而同樣質(zhì)量的列車，在常規(guī)速度時(shí)所需的總牽引功率僅為1600kW。 上述表明，從常規(guī)速度級(jí)提高到第一速度級(jí)，速度增加1倍，功率增加4倍。說明N不僅與V成正比，更主要是高速下列車的單位阻力大大增加的緣故。,一、高速列車對(duì)牽引功率的要求,二、高速列車的阻力,運(yùn)行阻力,基本阻力 （隨列車運(yùn)行 速度的不同而異）,附加阻力,在低速運(yùn)行時(shí)，主要是機(jī)械摩擦阻力；達(dá)到100KM/h時(shí)，空氣阻力與機(jī)械阻力各占一半，達(dá)到200Km/h時(shí)，空氣阻力占70％，運(yùn)行速度越高，空氣阻力占的比例越大,,,空氣阻力的計(jì)算公式為：,空氣密度 空氣阻力系數(shù) 列車速度 列車斷面積 列車壓力阻力系數(shù) 列車側(cè)面氣動(dòng)摩擦系數(shù) 列車長(zhǎng)度 列車氣動(dòng)直徑,空氣阻力與列車速度的平方成正比,,三、牽引動(dòng)力及其配置,1、牽引動(dòng)力的形式 電力牽引 內(nèi)燃電傳動(dòng)牽引 電力牽引的優(yōu)點(diǎn)：功率大、軸重小、經(jīng)濟(jì)性能好、環(huán)境污染小 電力牽引的缺點(diǎn)：初期投資大 內(nèi)燃電傳動(dòng)牽引的優(yōu)點(diǎn)：投資少、見效快、經(jīng)濟(jì)性能好 如英國(guó)的HST高速列車、德國(guó)的VT610內(nèi)燃動(dòng)車組。內(nèi)燃電傳動(dòng)牽引可用于尚未電氣化的高速鐵路區(qū)段，也可作為加速發(fā)展高速鐵路建設(shè)的一種過渡牽引形式。 高速列車的牽引可采用傳統(tǒng)的機(jī)車牽引形式，也可采用動(dòng)車組。由于動(dòng)車組的軸重低，可減少對(duì)線路的破壞作用，大部分列車采用動(dòng)車組牽引形式。,2、牽引動(dòng)力的配置,動(dòng)力集中,單端集中 （傳統(tǒng)牽引方式，機(jī)車牽引客車） 功率較小、速度不高，小于200Km/h,兩端集中（德國(guó)ICE，機(jī)車模式，列車長(zhǎng)度方面機(jī)動(dòng)性大）（法國(guó)TGV，動(dòng)車組模式，采用動(dòng)車和拖車具有共用轉(zhuǎn)向架和鉸接結(jié)構(gòu)，載荷均勻，運(yùn)行平穩(wěn)，但機(jī)動(dòng)性差）,動(dòng)力分散,完全分散模式 中間車全部為動(dòng)力車，如日本的0系列，16輛均為動(dòng)力車,相對(duì)分散模式 大部分為動(dòng)力車，小部分為拖車， 如日本的100、700系列，16輛中12輛 為動(dòng)力車，4輛是拖車,采用動(dòng)車牽引是當(dāng)前高速牽引的主要方式。它將高度集中的牽引動(dòng)力配置改為分散（或相對(duì)分散）配置，即將牽引動(dòng)力分散在各個(gè)動(dòng)車上，克服了傳統(tǒng)機(jī)車牽引總功率受限制的缺點(diǎn)，從而使運(yùn)行速度進(jìn)一步提高到第二速度級(jí)和第三速度級(jí)。這種牽引方式主要應(yīng)用于新建的高速客運(yùn)專線和新建的客貨混用高速線上，如日本、法國(guó)、德國(guó)、瑞典、意大利等國(guó)的高速鐵路都采用這種牽引方式。,3、牽引動(dòng)力集中配置與分散配置的比較,（1）軸重 a最大軸重 牽引動(dòng)力集中配置比分散配置的大 如ICE為19T，TGV17T，日本0系16T ，100系15T 。 b平均軸重 牽引動(dòng)力集中配置比分散配置的平均軸重?。ㄒ?yàn)檎熊囍写罅客宪嚨妮S重較輕） 如ICE12.5T，日本0系15.1T，100系14.1T。,軸 重,3、牽引動(dòng)力集中配置與分散配置的比較,要開行高速列車，不管是最大軸重還是平均軸重都應(yīng)該降低。因?yàn)檩S重大的列車對(duì)線路的影響和破壞作用也大。但在額定最高運(yùn)行速度下，最大軸重的限度究竟定位多少合適，尚難作出統(tǒng)一結(jié)論。日本根據(jù)自身地理?xiàng)l件，采用牽引動(dòng)力分散，將最大軸重定為16t。法國(guó)采用牽引動(dòng)力集中配置形式，將最大軸重定為17t。 平均軸重低可以減少線路建設(shè)投資，減輕對(duì)線路的動(dòng)力作用，從而降低線路的檢修和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。,軸 重,3、牽引動(dòng)力集中配置與分散配置的比較,（2）簧下質(zhì)量 機(jī)車車輛的簧下質(zhì)量因軌道不平順而產(chǎn)生沖擊響應(yīng)，直接影響到軌道、軌枕、道床乃至路基。在其他條件相同的情況下，簧下質(zhì)量越大，對(duì)線路的破壞作用也越大。隨著速度的提高，這種作用也隨之增大。然而要用一個(gè)簡(jiǎn)單的表達(dá)式對(duì)簧下質(zhì)量做出定量限制，尚難做到，因?yàn)槠渑c軌道上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量、軌面?zhèn)Α④囕嗇唸A度及自身動(dòng)平衡、線路的質(zhì)量與養(yǎng)護(hù)水平等多種因素有關(guān)。 為了對(duì)不同機(jī)車車輛簧下質(zhì)量的影響進(jìn)行比較，通常采用等效簧下質(zhì)量的概念。牽引動(dòng)力集中配置的高速列車動(dòng)力車的每輪等效簧下質(zhì)量略低于動(dòng)力分散配置的數(shù)值。,3、牽引動(dòng)力集中配置與分散配置的比較,（2）簧下質(zhì)量 機(jī)車車輛的簧下質(zhì)量因軌道不平順而產(chǎn)生沖擊響應(yīng)，直接影響到軌道、軌枕、道床乃至路基。在其他條件相同的情況下，簧下質(zhì)量越大，對(duì)線路的破壞作用也越大。隨著速度的提高，這種作用也隨之增大。然而要用一個(gè)簡(jiǎn)單的表達(dá)式對(duì)簧下質(zhì)量做出定量限制，尚難做到，因?yàn)槠渑c軌道上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量、軌面?zhèn)?、車輪輪圓度及自身動(dòng)平衡、線路的質(zhì)量與養(yǎng)護(hù)水平等多種因素有關(guān)。 為了對(duì)不同機(jī)車車輛簧下質(zhì)量的影響進(jìn)行比較，通常采用等效簧下質(zhì)量的概念。牽引動(dòng)力集中配置的高速列車動(dòng)力車的每輪等效簧下質(zhì)量略低于動(dòng)力分散配置的數(shù)值。,3、牽引動(dòng)力集中配置與分散配置的比較,（3）粘著利用和加速性能 充分利用粘著是高速列車牽引動(dòng)力設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)重要的指導(dǎo)思想。日本在研制牽引動(dòng)力裝置時(shí)，認(rèn)為粘著系數(shù)將隨速度的提高而下降，擔(dān)心單軸的粘著力過小，只好增加動(dòng)軸的數(shù)量，以保證足夠的牽引力，這就是日本的高速列車的牽引動(dòng)力采用分散配置形式的原因之一。 西歐各國(guó)發(fā)展高速列車時(shí)，人們對(duì)高速運(yùn)行條件下粘著的認(rèn)識(shí)已有提高。新型防滑裝置的研制成功，使動(dòng)力車的設(shè)計(jì)可取得較大的粘著系數(shù)，用較少的動(dòng)軸既可滿足牽引力的要求。,3、牽引動(dòng)力集中配置與分散配置的比較,（3）粘著利用和加速性能 法國(guó)TGV、德國(guó)ICE、意大利ETR500的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)都表明：動(dòng)力集中配置的列車的粘著利用完全可以滿足高速行車的要求。日本300系列動(dòng)車組的粘著系數(shù)也提高了，從而減少了動(dòng)力車的數(shù)量。 動(dòng)力分散配置型的高速列車大部分或全部為動(dòng)力車，因而具有較大的粘著牽引力和較好的起動(dòng)加速性能，而動(dòng)力集中配置型在粘著利用方面則較差。但目前采用三相交流傳動(dòng)技術(shù)，動(dòng)力集中配置行動(dòng)力車的軸牽引功率已大大提高，從而使其加速性能不亞于動(dòng)力分散配置型。,3、牽引動(dòng)力集中配置與分散配置的比較,（4）列車總功率和軸功率 高速列車在其牽引重量和速度目標(biāo)值確定之后，無論采用動(dòng)力集中還是分散配置，所需的列車總功率基本上是相同的。兩者的區(qū)別僅在于動(dòng)力分散配置型列車的動(dòng)軸多、單軸功率??；而動(dòng)力集中配置型列車的動(dòng)軸少、單軸功率較大。 當(dāng)需要擴(kuò)大高速列車編組時(shí)，均可增加動(dòng)軸的數(shù)量來滿足總功率的要求。動(dòng)力分散配置型可在列車中部增加牽引單元，而動(dòng)力集中配置型則可將鄰接動(dòng)力車的掛車轉(zhuǎn)向架改為動(dòng)力轉(zhuǎn)向架。當(dāng)需要提高列車速度時(shí)，兩種配置均可通過減少掛車的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。 總之，對(duì)于列車總功率，兩種配置方式幾乎沒有區(qū)別，而在軸功率問題上，由于科技的發(fā)展，單軸功率可以有較大的提高，這對(duì)牽引動(dòng)力采用集中配置方式是有利的。,3、牽引動(dòng)力集中配置與分散配置的比較,（5）制動(dòng)距離 有人認(rèn)為動(dòng)力分散配置型列車由于其動(dòng)軸多，可充分利用動(dòng)力制動(dòng)，縮短制動(dòng)距離。實(shí)際上，動(dòng)力制動(dòng)也屬于粘著制動(dòng)。無論動(dòng)力配置方式如何，其輪軌間允許的粘著系數(shù)是一樣的。只要制動(dòng)力不超過粘著允許的范圍，當(dāng)列車重量相同，制動(dòng)功率相等時(shí)，其制動(dòng)距離是一樣的。 動(dòng)力集中型列車雖然其動(dòng)軸少，但大量掛車車軸上有足夠的空間可用于安裝作用性能良好的盤型制動(dòng)裝置和防滑器。尤以后者可使制動(dòng)粘著系數(shù)的利用值提高，制動(dòng)距離不會(huì)比動(dòng)力分散配置型大。而動(dòng)力分散配置型列車的眾多動(dòng)軸上均安裝有牽引電動(dòng)機(jī)，所剩余的位置狹窄，安裝盤型制動(dòng)裝置有一定困難。,3、牽引動(dòng)力集中配置與分散配置的比較,（6）受流 高速受流的穩(wěn)定性可用受電弓離線率來表征。 動(dòng)力分散配置型的高速受流是多弓受流，如日本100系列高速列車需要升起6個(gè)受電弓，噪聲很大，甚至隔音墻都無法擋住。多個(gè)受流弓相距很近、受電過程中引起接觸網(wǎng)導(dǎo)線產(chǎn)生復(fù)雜的多層波動(dòng)，而這些受電弓又無法跟隨處于波動(dòng)中的導(dǎo)線，導(dǎo)致頻繁的受電弓離線，伴隨頻繁的飛弧放電效應(yīng)。不僅損失電能，嚴(yán)重時(shí)使動(dòng)力車無法穩(wěn)定工作。離線率超過10%，導(dǎo)致接觸導(dǎo)線波狀磨耗，壽命僅4-5年。 歐洲吸取日本的教訓(xùn)，經(jīng)過多次試驗(yàn)和研究，最后的處在200m以內(nèi)的間各種不允許第二個(gè)受電弓開起工作的結(jié)論。 法國(guó)、德國(guó)采用動(dòng)力集中配置，升弓數(shù)量?jī)H為1個(gè)或2個(gè)，很少發(fā)生離線現(xiàn)象，避免了電弧放電、電磁干擾，使高速受流比較完善。,3、牽引動(dòng)力集中配置與分散配置的比較,（7）外形流線化及運(yùn)輸組織 動(dòng)力集中配置型高速列車的動(dòng)力車相當(dāng)于兩臺(tái)機(jī)車，分置于列車的兩端，便于頭部流線型化設(shè)計(jì)，且免除了轉(zhuǎn)線作業(yè)。中間的拖車相當(dāng)于一般的客車車輛，因而全列車可以采用統(tǒng)一考慮的減少空氣動(dòng)力阻力的優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于拖車可隨意摘掛，從運(yùn)輸組織及空氣動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)看，動(dòng)力集中配置具有較好的性能。 動(dòng)力分散型高速列車需在兩端的牽引單元設(shè)駕駛室并制成頭部流線型，而且這兩個(gè)牽引單元與其他牽引單元不能互換編掛，因而對(duì)運(yùn)輸組織并不方便。,,第一代牽引動(dòng)力有動(dòng)力集中配置的傳統(tǒng)的機(jī)車牽引和動(dòng)力分散配置的動(dòng)力牽引兩種形式。傳統(tǒng)的機(jī)車牽引以英國(guó)IC225高速列車的牽引為例，最高運(yùn)行速度為225km/h；動(dòng)力分散配置的動(dòng)力牽引如日本的0系列動(dòng)車組，最高運(yùn)行速度為210km/h。 第二代牽引動(dòng)力以相對(duì)集中配置為特點(diǎn)，如法國(guó)TGV最高運(yùn)行速度可達(dá)300 km/h。,高速列車最高運(yùn)行速度的三個(gè)等級(jí)恰好反映了高速牽引動(dòng)力發(fā)展的三個(gè)階段：,,第三代牽引動(dòng)力除仍采用兩端配置動(dòng)力車外，主要在電傳動(dòng)技術(shù)上有新的突破，即采用三相交流牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，使動(dòng)力車的牽引功率大大增加，且牽引粘著特性更為理想，從而使列車速度突破300 km/h。已研制成功的有：德國(guó)的ICE、瑞典的 X2、意大利的 ETR500行動(dòng)車組以及日本的300系列。法國(guó)正在研制的第三代 TGV動(dòng)車組，其設(shè)計(jì)最高速度達(dá)350 km/h。,高速列車最高運(yùn)行速度的三個(gè)等級(jí)恰好反映了高速牽引動(dòng)力發(fā)展的三個(gè)階段：,3-2 受電弓與傳動(dòng)裝置,一、高速受電與受電弓,,二、傳動(dòng)方式與傳動(dòng)裝置,,在電力牽引情況下，無論機(jī)車或動(dòng)力車，一般是由受電弓與傳動(dòng)裝置、車體、走行部、車鉤緩沖裝置、制動(dòng)裝置組成。除了與車輛相似的部分以外，從本節(jié)起，我們將逐次予以介紹。,一、高速受電與受電弓,,1、高速受電的特點(diǎn),,2、接觸網(wǎng)－受電弓系統(tǒng),,3、受電弓,1、高速受電的特點(diǎn),高速列車的速度較高，因而受電弓沿接觸網(wǎng)導(dǎo)線的移動(dòng)加快。接觸網(wǎng)與受電弓的波動(dòng)特性發(fā)生變化，從而對(duì)受電產(chǎn)生影響；,高速列車的空氣阻力較大，空氣動(dòng)態(tài)力也影響到受電弓的受電；,牽引功率較大，若采用多弓受電必然會(huì)增加阻力、加大噪聲，引起接觸網(wǎng)的波動(dòng)干擾，因而受電弓不能太多，這就需要解決受電弓從接觸網(wǎng)大功率受電的問題。,2、接觸網(wǎng)－受電弓系統(tǒng),1、在最高行車速度和更大的速度變化范圍內(nèi)能保證正常的供電；,2、應(yīng)有更高的耐磨性和耐蝕（包括電蝕）性能力；,3、對(duì)接觸網(wǎng)的布置和結(jié)構(gòu)有更高的要求；,4、接觸懸掛方面，目前在常速列車供電中采用的彈性半補(bǔ)償鏈形懸掛和彈性全補(bǔ)償懸掛不能適應(yīng)高速的要求，應(yīng)有更好的接觸懸掛裝置,接觸網(wǎng)的基本功能是將電能供給機(jī)車，對(duì)高速受電用的接觸網(wǎng)應(yīng)有更高的要求：,接觸導(dǎo)線的波動(dòng)和噪聲 高速運(yùn)行時(shí)，接觸導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的多層橫波，使受電弓無法追隨處于波動(dòng)中的接觸導(dǎo)線以保持緊密、連續(xù)接觸，導(dǎo)致受電弓頻繁離線。接觸導(dǎo)線的波動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電弧放電以及強(qiáng)烈的噪聲問題,離線問題 導(dǎo)線的高度變化以橫波的形式傳播，其傳播速度趕不上高速列車的速度，就會(huì)產(chǎn)生離線現(xiàn)象,在高速運(yùn)行條件下，接觸網(wǎng)－受電弓系統(tǒng)的工作對(duì)受電產(chǎn)生的影響，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：,弓線間的接觸壓力 壓力變小造成受電弓離現(xiàn)，出現(xiàn)電弧，使弓線燒傷，壓力變大使接觸導(dǎo)線升高，使受電弓滑板和接觸導(dǎo)線的磨損加劇,3、受電弓,受電弓受電弓滑板和接觸導(dǎo)線壓力恒定，不能太大也不能太小,受電弓運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量盡量減輕，以保證可靠的電接觸，主要是慣性力,受電弓滑板上的空氣制動(dòng)力盡量由別的零件承擔(dān)，減小對(duì)接觸壓力的影響,受電弓滑板的材料、形狀、尺寸應(yīng)適應(yīng)高度的要求，以保證耐磨性和接觸狀態(tài),受電弓在升降弓時(shí)，初始動(dòng)作迅速，終了動(dòng)作緩慢，以確保在降弓時(shí)快速斷弧,受電弓應(yīng)當(dāng)滿足的要求,支柱 拉桿 腕臂 接觸導(dǎo)線 承力索 吊弦 墜砣,二、傳動(dòng)方式與傳動(dòng)裝置,1、直流傳動(dòng)：以直流牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力 用于早期的高速列車,2、交流傳動(dòng) 以交流牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力,,同步牽引電機(jī),異步牽引電機(jī),傳動(dòng)方式：就是將外部輸入的能源或本身產(chǎn)生的能源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(dòng)動(dòng)輪輪對(duì)以牽引列車。 這種電能變換和傳遞裝置稱為電傳動(dòng)裝置。按照電傳動(dòng)裝置所采用的牽引電動(dòng)機(jī)的類型，電傳動(dòng)方式分為兩大類：,早期的高速列車大部分采用直流電傳動(dòng)方式，隨著大功率可控硅變流技術(shù)的發(fā)展，使三相交流電傳動(dòng)技術(shù)得到了實(shí)際應(yīng)用，出現(xiàn)了交流同步傳動(dòng)方式和交流異步傳動(dòng)方式。,1、直流電傳動(dòng),根據(jù)其牽引供電系統(tǒng)的不同分為直—直電傳動(dòng)和交—直電傳動(dòng)。 直—直電傳動(dòng)是指由直流供電系統(tǒng)供電、直流牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的傳動(dòng)方式。由于其設(shè)備簡(jiǎn)單、技術(shù)可靠，因此在鐵路電氣化早期占有主導(dǎo)地位。但由于本身的不足，不可能得到進(jìn)一步發(fā)展。,交—直電傳動(dòng)是指由單相交流供電系統(tǒng)供電、脈流牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的傳動(dòng)方式。從接觸網(wǎng)獲得單相交流電源，經(jīng)變壓器降壓后，由整流裝置將交流電變換為直流電，再向牽引電動(dòng)機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)變。,電力牽引從直流制轉(zhuǎn)為交流制是鐵路電氣化的一大技術(shù)進(jìn)步，因?yàn)閱蜗喙ゎl交流制具有一系列優(yōu)點(diǎn)： 可大大提高動(dòng)力車的牽引功率，為高速運(yùn)行提供最根本的前提條件； 可實(shí)現(xiàn)高壓輸電，減少變電站的數(shù)量，降低電氣化的初期投資； 大大減少有色金屬用量（減少60%左右） 降低能耗1/3，從而減少運(yùn)營(yíng)支出； 可避免直流電腐蝕地下設(shè)施。,無論是用于家庭還是用于工廠，單相交流電源和三相交流電源，其電壓和頻率均按各國(guó)的規(guī)定有一定的標(biāo)準(zhǔn)，如我國(guó)大陸規(guī)定，直接用戶單相交流電為220V，三相交流電線電壓為380V，頻率為50Hz，標(biāo)準(zhǔn)的電壓和頻率的交流供電電源叫工頻交流電,2、交流電傳動(dòng),交流電傳動(dòng)是以交流牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的一種電傳動(dòng)方式。 在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，這種傳動(dòng)方式因調(diào)速不便和效率較低而未被應(yīng)用。直到晶閘管技術(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(shí)現(xiàn)，從而可以使交流牽引電動(dòng)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，世界各國(guó)紛紛采用三相交流同步牽引電動(dòng)機(jī)和三相交流異步牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的電傳動(dòng)方式。,2、交流電傳動(dòng),交流電傳動(dòng)形式很多，主要有： （1）交—直—交電傳動(dòng) 其特點(diǎn)是交流電源和交流輸出之間有一直流環(huán)節(jié)。 （2）交—交電傳動(dòng) 其特點(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(dòng)機(jī)。動(dòng)力車通過受電弓從接觸網(wǎng)獲取單相交流電源，經(jīng)變壓器降壓后，通過一個(gè)或幾個(gè)變頻裝置，直接變換為可變頻率的三相交流電，向牽引電動(dòng)機(jī)供電。,交流電傳動(dòng)比直流電傳動(dòng)有一系列優(yōu)點(diǎn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于直流電傳動(dòng)。,3-1 概 述,3-2 受電弓與傳動(dòng)裝置,3-3 動(dòng)力車車體與轉(zhuǎn)向架,3-4 制動(dòng)技術(shù),3-5 牽引供電系統(tǒng),動(dòng)力車車體,,1、結(jié)構(gòu)輕量化,2、外形流線化,一、動(dòng)力車車體,1、結(jié)構(gòu)輕量化 結(jié)構(gòu)輕量化是要求高速動(dòng)力車車體的承載結(jié)構(gòu)在確保其動(dòng)力強(qiáng)度的前提下，盡可能降低其重量。 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(duì)線路的磨耗和損傷。根據(jù)日本新干線的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，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210km/h提高到250km/h。,動(dòng)力車車體,,1、結(jié)構(gòu)輕量化,2、外形流線化,一、動(dòng)力車車體,1、結(jié)構(gòu)輕量化 為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化，日本300系列高速動(dòng)車組的車體采用鋁合金材料制造，比100系列高速動(dòng)車組的耐候鋼車體的重量減輕20%；德國(guó)ICE高速列車的車體用鋁板材制造，同樣也降低了軸重。,一、動(dòng)力車車體,2、外形流線化 外形流線化是要求高速動(dòng)力車車體外形應(yīng)呈流線型，以盡可能減小空氣阻力，使動(dòng)力車具有良好的空氣動(dòng)力性能。 細(xì)長(zhǎng)、無棱角的流線型外形，前后兩端動(dòng)力車的頭部應(yīng)呈尖凸?fàn)睢⒉⒀b有低位整體流線擋板； 頂部平整光滑，除受電弓外盡可能不安裝其他部件； 車體外表面應(yīng)完全平滑光整，車窗、車門與車體齊平，手把、扶桿應(yīng)凹裝在車體表層內(nèi)。,高速動(dòng)力車的走行部均采用轉(zhuǎn)向架式，對(duì)其總體要求是： 1、在零到最大速度的范圍內(nèi)能保證平穩(wěn)安全的運(yùn)行；,2、在直線或曲線上以最高速度運(yùn)行時(shí)，能保證垂直方向和水平方向的動(dòng)力作用最小；,3、能保證由于線路不平及通過曲線時(shí)傳給牽引裝置及車體的動(dòng)力作用和沖擊最小；,4、能保證充分利用粘著重量；,5、具有良好的適檢性和適修性，零件有良好的耐蝕性。,二、走行部分,型號(hào)SF600 運(yùn)行速度250km/h 軌距1435mm 軸距2600mm 重量10t,德國(guó)ICE高速列車的動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,1、牽引電動(dòng)機(jī)、齒輪傳動(dòng)裝置及盤形制動(dòng)裝置一起懸掛在車體和轉(zhuǎn)向架之間。這種懸掛方式使得它們的垂向作用重量的2/3屬于車體，1/3屬于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以達(dá)到高速運(yùn)行時(shí)垂向動(dòng)力作用力很小的目的。,2、在水平方向上，垂向分配給轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的一部分牽引電動(dòng)機(jī)、齒輪傳動(dòng)裝置及盤形制動(dòng)裝置的重量，通過橫向液壓減震器與車體相連。其結(jié)果可使橫向動(dòng)力作業(yè)力也很小。,3、不采用常規(guī)牽引銷，通過斜拉桿傳遞牽引力和制動(dòng)力。故轉(zhuǎn)向架不設(shè)中間橫梁，而呈框架封閉結(jié)構(gòu)。,4、采用軸箱拉桿，實(shí)現(xiàn)軸箱的無磨耗縱向定位；橫向定位依靠一系圓彈簧來實(shí)現(xiàn)，使軸箱定位所含的部件數(shù)量最少。,5、二系懸掛采用柔性高圓彈簧,6、牽引機(jī)構(gòu)和軸箱定位裝置中采用大體積橡膠元件和阻尼元件，可以在最大可能限度范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向作用的相互獨(dú)立。,7、采用新的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置，采用盤形制動(dòng)代替了傳統(tǒng)的閘瓦制動(dòng)。,8、采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架的重量?jī)H為9.65T。簧下質(zhì)量為1.88T。一般的電力機(jī)車的轉(zhuǎn)向架的重量為30T，簧下為6T。,第三章 高速列車的牽引動(dòng)力,3-1 概 述,3-2 受電弓與傳動(dòng)裝置,3-3 動(dòng)力車車體與轉(zhuǎn)向架,3-4 制動(dòng)技術(shù),3-5 牽引供電系統(tǒng),3-4 制動(dòng)技術(shù),,1、高速列車制動(dòng)的特點(diǎn),2、制動(dòng)方式,3、高速列車的制動(dòng)方式,,,一、高速列車制動(dòng)的特點(diǎn),列車制動(dòng)的一般概念是指對(duì)行進(jìn)中的列車施行減速或使在規(guī)定的距離內(nèi)停車。 制動(dòng)的重要性不僅在于它直接關(guān)系到運(yùn)輸安全，還在于它是進(jìn)一步提高列車運(yùn)行速度的決定因素。列車的速度越高，對(duì)制動(dòng)的要求也就越高。因此，高速列車的制動(dòng)技術(shù)就成為高速運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。 高速列車由于速度快，用常速列車的單一閘瓦制動(dòng)方式無法將動(dòng)能在規(guī)定的時(shí)間和距離內(nèi)消耗或吸收，高速列車的制動(dòng)必須采用綜合方式，即多種制動(dòng)協(xié)調(diào)使用。,二、制動(dòng)方式,摩擦制動(dòng),,閘瓦制動(dòng),盤形制動(dòng),電磁軌道制動(dòng),動(dòng)力制動(dòng),,電阻制動(dòng),再生制動(dòng),電磁渦流制動(dòng),通過機(jī)械摩擦來消耗列車動(dòng)能的制動(dòng)方式。 優(yōu)點(diǎn)：制動(dòng)力與列車速度無關(guān)，無論在高速和低速時(shí)都有制動(dòng)力，特別在低速時(shí)能對(duì)列車施行制動(dòng)直至停車。 缺點(diǎn)：制動(dòng)力有限，這是受熱能散發(fā)的限制而直接影響制動(dòng)功率增大的緣故。 （1）閘瓦制動(dòng) 制動(dòng)力的大小通過改變閘瓦壓力來調(diào)節(jié)。在高速時(shí)閘瓦與 車輪踏面之間的摩擦系數(shù)較小，制動(dòng)力不夠。若增加閘瓦壓、 力，則會(huì)造成速度降至某一值時(shí)車輪被抱死，產(chǎn)生滑行，制 動(dòng)力反而下降，且車輪踏面、鋼軌都會(huì)被擦傷。 所以它只能配合其他制動(dòng)起到 低速制動(dòng)和停車制動(dòng)的作用。,1.摩擦制動(dòng),,閘瓦制動(dòng),（2）盤形制動(dòng) 以合成材料或粉末冶金材料制成的制動(dòng)塊（又稱閘襯）夾緊裝在車軸上的鑄鐵或鋼制動(dòng)圓盤，通過制動(dòng)塊與制動(dòng)圓盤之間的機(jī)械摩擦來消耗列車的動(dòng)能。 和閘瓦制動(dòng)相比，它散熱性能較好，并具有較好的高速制動(dòng)性能。不足之處是高速制動(dòng)時(shí)制動(dòng)塊磨損速度明顯加快，熱載荷大時(shí)制動(dòng)圓盤易產(chǎn)生裂紋。不能確保制動(dòng)安全，因而其制動(dòng)功率仍然要受溫升的限制。此外，制動(dòng)力要通過車輪來傳遞，因而受輪軌粘著的限制。 總之，盤形制動(dòng)在高速列車的動(dòng)力車上也只能起輔助制動(dòng)作用。,1.摩擦制動(dòng),2、盤形制動(dòng),（3）電磁軌道制動(dòng)（磁軌摩擦制動(dòng)） 利用裝在轉(zhuǎn)向架上的制動(dòng)電磁鐵，經(jīng)通電勵(lì)磁后吸壓到鋼軌上，制動(dòng)電磁鐵在軌面上滑行，利用其與鋼軌之間的機(jī)械摩擦來消耗列車的動(dòng)能，從而產(chǎn)生制動(dòng)作用。 制動(dòng)電磁鐵掛裝在非動(dòng)力車輛轉(zhuǎn)向架的兩個(gè)車輪之間，距軌面有一定高度。根據(jù)制動(dòng)電磁鐵懸掛的高度不同，電磁鐵制動(dòng)裝置分為高懸掛和低懸掛兩種。 高懸掛時(shí)，制動(dòng)電磁鐵與軌面之間的距離為120-160mm，制動(dòng)時(shí)，依靠風(fēng)動(dòng)裝置使制動(dòng)電磁鐵吸附于軌面上。 低懸掛時(shí)，制動(dòng)電磁鐵與軌面之間的距離僅為6-10mm，制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)電磁鐵以其自身的吸力，克服彈簧力， 直接吸附到軌面上。,1.摩擦制動(dòng),（3）電磁軌道制動(dòng)（磁軌摩擦制動(dòng)） 電磁軌道制動(dòng)的特點(diǎn)： 制動(dòng)力不受輪軌粘著力的限制，是一種非粘著制動(dòng)方式； 由于制動(dòng)時(shí)電磁鐵在鋼軌上滑行摩擦，起到清掃軌面的作用，從而使輪軌粘著得到改善； 制動(dòng)時(shí)不會(huì)發(fā)生軸重轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，相反在一定程度上軸重稍有增加； 可顯著縮短制動(dòng)距離。 電磁軌道制動(dòng)的缺點(diǎn)： 裝置重量大而使軸重增大；鋼軌發(fā)熱，磨損加劇，不宜用于運(yùn)行中的調(diào)速制動(dòng)，目前僅用于 高速列車的緊急制動(dòng)。,1.摩擦制動(dòng),電磁軌道制動(dòng),2.動(dòng)力制動(dòng),,利用某種能量轉(zhuǎn)換裝置，將運(yùn)行中列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為其他形式的動(dòng)能（如熱能或電能）并予以消耗的制動(dòng)方式，稱為動(dòng)力制動(dòng)。其特點(diǎn)是制動(dòng)力與列車速度有很大關(guān)系，列車速度越高，制動(dòng)力越大，隨著列車速度的降低，制動(dòng)力也隨之下降。 動(dòng)力制動(dòng)包括：電阻制動(dòng)、再生制動(dòng)、電磁渦流制動(dòng)等。,電阻制動(dòng) （按照接線方式的不同）,基于牽引電機(jī)可以逆轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，在制動(dòng)時(shí)利用動(dòng)力車（包括電力動(dòng)力車和電傳動(dòng)內(nèi)燃動(dòng)力車）車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)使之轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)工況運(yùn)行，將列車的動(dòng)能與位能轉(zhuǎn)化為電能，并在制動(dòng)電阻上轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳?，從而產(chǎn)生制動(dòng)作用的一種制動(dòng)方式。,,串激式電阻制動(dòng),它激式電阻制動(dòng),(1)電阻制動(dòng),優(yōu)點(diǎn)： 制動(dòng)力隨列車運(yùn)行速度增高而增大，保證運(yùn)行中有可靠的制動(dòng)效能以及在長(zhǎng)大下坡道上能以允許的最高速度運(yùn)行； 可以實(shí)現(xiàn)良好的制動(dòng)力特性調(diào)節(jié)； 可以減少閘瓦和車輪輪箍的磨損，避免因輪箍過熱而造成的馳緩； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，作用快，制動(dòng)平穩(wěn)。,(1)電阻制動(dòng),與電阻制動(dòng)類同，利用電力動(dòng)力車車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，但產(chǎn)生的電能不是消耗在制動(dòng)電阻上，而是將電能反饋到供電系統(tǒng)，從而產(chǎn)生制動(dòng)作業(yè)的一種制動(dòng)方式。 再生制動(dòng)不僅具有制動(dòng)列車的作用，而且能將列車的動(dòng)能與位能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫碾娔?。所以從能量綜合利用的角度看，它是一種比較理想的制動(dòng)方式。但實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)對(duì)逆變技術(shù)和動(dòng)力車主電路保護(hù)系統(tǒng)的要求比較高。此外，再生制動(dòng)時(shí)，動(dòng)力車的功率系數(shù)較低。,(2)再生制動(dòng),電磁渦流制動(dòng)與磁軌制動(dòng)相似，也有一個(gè)較大的電磁鐵，通過電磁鐵和電磁感應(yīng)體相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電磁渦流并產(chǎn)生熱能，達(dá)到制動(dòng)的目的。 根據(jù)電磁鐵和電磁感應(yīng)體的型式，電磁渦流制動(dòng)分為電磁渦流軌道制動(dòng)和電磁渦流轉(zhuǎn)子制動(dòng)。,(3)電磁渦流制動(dòng),三、高速列車的制動(dòng)方式,1、高速列車的制動(dòng)不能依靠單一的制動(dòng)方式，必須采用綜合的制動(dòng)方式,2、動(dòng)力車的制動(dòng)絕大部分采用電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)，并輔以盤形制動(dòng),3、非動(dòng)力車的制動(dòng)，幾乎都采用盤形制動(dòng)，同時(shí)再加上電磁渦流制動(dòng)或電磁軌道制動(dòng),4、電磁渦流制動(dòng)有較大的發(fā)展前景，但需要解決好鋼軌 和轉(zhuǎn)子的散熱問題。,5、電磁軌道制動(dòng)也是一種非粘著軌道制動(dòng)方式，可以實(shí) 現(xiàn)較大的制動(dòng)力。但由于對(duì)鋼軌和磁極有較大磨損，僅 限于緊急制動(dòng)使附加使用。,6、閘瓦制動(dòng)在高速列車上僅有法國(guó)TGV-PSE及TGV-A作 為輔助制動(dòng)方式采用，且只是在列車速度降至常速后才 開始使用，并直至停車?？偟目磥恚l瓦制動(dòng)在高速列 車上有淘汰趨勢(shì)。,