高速铁路第五章.

第五章高速铁路车辆一、高速列车的结构及技术特点二、高速列车的关键技术三、我国高速列车介绍高速铁路车辆根据列车动力配置的不同可将高速列车分为动力分散型和动力集中型；按照列车各车辆之间的连接方式的不同可以将告诉列车分独立（转向架）式和铰接（转向架）式。动力分散型列车是指把由电机驱动的动力轮对分散在编组内全部或部分车辆的多组轮对上，同时将主要电气机机械设备集中吊装在车辆下部，列车的全部车辆都可以载客。动力集中型列车是将电气和动力设备集中安装在位于列车两端的动力车（即机车）上，仅有动力车的轮对是受电机驱动的动力轮对，动力车不载客，只有中间拖车载客。独立式列车的每节车辆都置于两台转向架上，车辆与车辆之间用密接式车钩缓冲装置进行连接，每节车辆从列车上解挂之后可以独立行走；铰接式列车是将车辆之间用弹性铰相连接，两相邻车体的连接处放置一个公用转向架，因此每节车辆不能从列车中解开成为一个可独立行走的车辆。动力集中型动车组动力分散型动车组法国TGV铰接车体高速列车的结构及其技术特点高速列车由车体、转向架、车辆连接装置、制动装置、车辆内部设备、牵引传动系统和辅助供电系统组成。车体高速列车车体分为带司机室头车车体和中间车车体。所涉及的关键技术主要包括：优良的空气动力学外形设计、车体结构轻量化设计和倾摆式车体技术。轻量化车体材质轻量化车体结构转向架转向架置于车体和轨道之间，用来牵引和引导车辆沿轨道行驶、承受和传递来自车体及线路的各种载荷，并缓和其动作用力。转向架是保证列车运行品质和安全的关键部件。转向架一般由轮对轴箱装置、构架、弹性悬挂装置、车体支承装置和制动装置组成。高速列车转向架分动力转向架和非动力转向架，对于动力转向架包括牵引电动机及传动装置。动车组转向架动车组转向架车辆连接装置车辆编组成列车必须借助于连接装置，其机械连接包括车钩及缓冲装置和风挡等。同时还有车辆之间的电气和空气管路的连接、高压电器连接、辅助系统连接和列车供电连接以及控制系统的连接。车辆间的牵引缓冲装置是关系到缓和列车冲击，提高旅客舒适性和列车安全的重要部件。目前世界上高速列车普遍采用密接式车钩连接装置，其纵向间隙一般小于2mm.密接式车钩缓冲装置电连接器制动装置制止列车运动，使其减速或至停车，称为制动。制动装置是保证列车安全运行所必需的装置，高速列车常采用动力制动与摩擦制动的复合制动模式，制动控制系统包括动力制动控制系统（再生制动）和空气制动控制系统。此外还有电子防滑器及基础制动装置。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设施，如车内装饰电气、供水、通风、空调、坐席、车窗、车门、行李架、旅客信息服务系统等。一等车二等车卫生间小便间盥洗室牵引传动系统高速列车牵引传动系统的功能就是将电能转换成机械能牵引列车运行，同时在列车制动时将机械能变成电能回馈电网。牵引传动系统主要包括：受电弓、主断路器、主变压器、牵引变流器、牵引电机及电传动系统的保护等。高速列车牵引电机采用交流牵引电动机，其较传统的直流牵引电机具有额定输出功率大、结构简单、体积小、重量轻、速度控制方便效率高等优点。接触网—受电弓受流系统的受流过程是受电弓在接触网下，以列车的速度，在运动中完成的是一个动态过程。这一过程包括了多种机械运动形式及电气状态的变化。与常熟列车的电力受流相比较，高速列车受流的主要特点是接触网与受电弓的波动特性。辅助供电系统列车辅助供电系统主要由辅助变流器以及相关的组件构成。辅助变流器用来提供三相AC400v的电源，辅助整流器用来提供直流电源，由整流器来实现。为了保证列车正常运行，列车上设有三相交流辅助电路和辅助机械装置。主变压器、牵引变流装置、牵引电动机等在运行时会产生大量的热量，需要通风机进行强迫风冷或通过设置冷却油泵驱动冷却油循环冷却，这些装置一般都需要用三相鼠笼异步电动机驱动。为此，需要在列车上设置三相交流电源，这是由辅助变流器完成的。高速列车是当今世界高新技术的集成，应用了高速轮对技术、大功率牵引、制动控制技术、列车运行控制、空气动力学工程、可靠性与安全性技术等铁路技术专业领域的最新重大成果，是高速铁路技术的核心装备。高速列车主要由动车、拖车、控制车按一定技术要求编挂在一起，对高速列车车体、转向架以及牵引变流、制动、网络控制、辅助供电、车辆连接等元素按照有关参数进行合理选择设计，进而进行生产、组装、测试、试验等。二、高速列车的关键技术流线外形1.高速列车会车时列车的表面压力列车会车时，将在两列相对运行列车一侧的侧墙上产生压力波。这时由于相对运动的列车车头对空气的挤压，将在与之交会的另一列车侧壁上掠过，使列车间侧壁上的空气压力产生很大的波动。随着列车速度的大幅度提高，会车压力波的强度将急剧增大。2.高速列车通过隧道时列车表面的压力列车在隧道中运行，将引起隧道内空气压力急剧波动，因此列车表面的压力也呈快速大幅度变动状况，完全不同于在明线上的表面压力分布。3.列车风当列车高速行驶时，在线路附近产生空气运动，这就是列车风。人站立不动能够承受的风速值为14m/s。1.车体轻量化材料国内外高速车辆的车体材料主要有：不锈钢、高强度耐候钢和铝合金。铝合金车体的优点：制造工艺简单、节省加工费用、减重效果好、有良好运行品质、耐腐蚀、可降低维修费。2.车体结构的轻量化设计（1）车体结构轻量化（2）转向架轻量化（3）电气设备小型轻量化（4）车内装饰和设备的轻量化高速列车车体轻量化设计1.车体结构采用连续焊缝以消除焊接气隙，对不能施焊的部位，必须用密封胶密封。2.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.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能和两车间内风挡连接的密封性能。4.空调换气装置设置压力控制。5.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。高速列车车体的密封技术高速列车降噪技术高速列车的噪声根据噪声来源分为轮轨噪声、设备噪声、气动噪声和受流噪声等四种。1.车体降噪（1）针对来自车体下的振动噪声，提高车体刚度，增强抗振能力，降低振动的传递可以有效降低噪声的传递。（2）提高车体刚度的同时可以增加车体的隔声性能。（3）车体外形设计成流线形，车体表面平整、光滑。（4）在车体内表面和结构表现针对局部振动和噪声较大的部位，进行局部优化设计。2.内装降噪（1）车内装饰降噪：采取的主要降噪措施是采用隔声、吸声性能较好的材料、结合柔弹性连接、阻隔和抑制噪声的传递。（2）客室降噪：利用客室内设备的合理布置并设置吸声材料，提高客室内低频吸声性能，降低客室反射混响噪声。（3）地板降噪：通过采用隔声吸声结构地板以及柔性或弹性安装结构达到降噪的目的。由于车外噪声及振动引起车内设备部件的激振产生的噪声，可以通过对结构连接处采用弹性或柔性连接，以隔离阻断振动噪声的传播途径。4.门窗降噪（1）车窗和车门降噪：动车组车窗为多层中空玻璃和铝框粘结而成。（2）风挡降噪：动车组风挡一般采用双层折棚结构和单层橡胶风挡。5.其他降噪措施3.设备安装降噪高速列车转向架1.高速列车转向架应具备的性能（1）高速列车运行速度必须低于其临界速度，以保证运行安全。因此，通过改变转向架结构、优化参数使其具有较高的临界速度，是高速列车转向架设计需要解决的关键技术。（2）通过合理设计转向架的悬挂装置和选择其参数提高高速列车运行的平稳性。（3）高速列车应具备良好通过曲线的性能。2.高速列车转向架的分类（1）动力集中式：列车头尾各有一台动力车，中间为中间车。如果动力不够，靠近动力车的中间车转向架也装有牵引电动机。动力集中设置的特点是集中在车头的动力设备便于检修和集中通风冷却，同时使拖车少负担动力设备的重量和噪声干扰。（2）动力分散式：将全列车分为若干个动力单元，在每一个动力单元中带有牵引电机的驱动轴分散布置在单元的每个或部分车轴上。其特点是动车组轴重小，牵引动力大，起动加速快，驱动轴多，黏着性能比较稳定容易实现高速。3.转向架结构轻量化技术高速列车转向架的主要措施是采用无摇枕结构，此外还采用以下措施：（1）构架结构轻量化。采用焊接构架可比铸钢构架减重50%左右。（2）轮对轻量化。采用空心车轴和小直径车轮，减轻转向架重量。（3）轴箱和齿轮箱采用铝合金制作，其重量大幅减少。高速列车制动方式的分类1.盘形制动盘形制动是在车轴或车轮辐板侧面安装制动盘，制动时用自动钳夹使两个闸片紧压制动盘侧面，通过摩擦产生制动力，将列车动能变成热能消散于空气中。2.电阻制动电阻制动是在制动时将原来驱动轮对的自励牵引电动机变为发电机，由轮对带动发电，并将电流通过专门设置的电阻器发热，采用强迫通风使热量消散于空气中。高速列车制动及其控制3.再生制动与电阻制动相似，再生制动也是将牵引电动机变为发电机。不同的是，它将电能反馈回电网，使本来由电能变成的列车动能再生为电能，不是变成热能消耗掉。4.磁轨制动磁轨制动是在转向架两个侧梁下面同侧的两个车轮之间各安装一个电磁铁，制动时将它放下并利用电磁吸力紧压钢轨，通过电磁铁上的磨耗板与钢轨之间的滑动摩擦产生制动力，把列车动能变成热能消散于空气中。5.轨道涡流制动轨道涡流制动与磁轨制动相似，也是把电磁铁悬挂在转向架构架侧梁下面同侧的两个车轮之间。不同的是，电磁铁在制动时只放到离轨面几毫米处，而不与钢轨接触。它利用电磁铁和钢轨相对运动产生的电磁吸力作为制动力。6.旋转涡流制动旋转涡流制动是在车轴上装有金属盘，制动时金属盘在电磁铁形成的磁场中旋转，盘的表面感应出涡流并产生电磁吸力，从而产生制动作用。7.风阻制动风阻制动尚处于试验中，是一种从车体上伸出翼板来增加空气阻力的制动方式。若翼板的位置适当，列车运行时的空气阻力可成倍的增加。制动方式的分类：摩擦制动：包括盘形制动与磁轨制动。都是通过机械能摩擦来消耗列车的动能的制动方式。其优点是制动力与列车速度无关。缺点是制动力有限，因受散热限制而影响制动功率增大。动力制动：包括电阻制动、再生制动、轨道涡流制动及旋转涡流制动。其特点是制动力与列车速度有很大关系，列车速度越高，制动力越大，随着列车速度的降低，制动力也随之下降。根据制动力产生的方式不同，制动方式又可分为黏着制动和非黏着制动。高速列车制动系统的基本要求1.制动距离的要求所谓的制动距离是列车从开始实行制动作用到完全停止所行使的路程，分为常用制动距离和紧急制动距离。常用制动距离完全由司机或全自动驾驶系统的制动控制决定，而紧急制动距离往往取决于列车制动系统的制动能力。紧急制动是检验列车制动能力和运行安全性的基本技术条件，也是通信信号系统设计和运输组织的重要依据。我国高速列车在初速300km/h条件下的复合紧急制动距离可保证在3700m以内。2.舒适性的要求从列车动力学的观点出发，旅客的乘坐舒适性包括横向、垂向和纵向三方面的指标，高速列车纵向运动的特点除起动加速度较快以外，主要是制动作用的时间和减速度远大于普通旅客列车。制动时乘客的舒适性主要体现在列车减速度及减速度变化率上。根据经验，列车制动时的瞬间减速度在1.8~2.0m/s2以下时，乘客是能够承受的。当列车减速度变化率不超过0.6m/s3时，乘客不会产生明显不适。超过1.0m/s3时，存在摔倒危险。为满足纵向舒适性要求，高速列车制动系统采用的关键技术：（1）采用微机控制的电气指令制动控制系统以实现制动过程的优化控制，并在提高平均减速度的同时尽量减小减速度的变化率。（2）对复合制动的模式进行合理设计，使不同的制动力达到较佳的匹配作用。（3）减少同编组中不同车辆制动力的差别，以减缓车辆之间的纵向动力作用。（4）组合采用摩擦性能良好的盘形制动装置和强有力的动力制动装置等复合方式，以提供足够的制动力。3.可靠性要求制动系统作用的可靠性是列车行车安全的基本保证。特别是高速运行时制动系统失灵的后果将不堪设想。它包括两个方面的内容：首先是组成制动系统的零部件和软件必须具备一定的可靠性，这时整个系统可靠的基础；其次是系统的可靠性。制动控制系统组成制动系统在司机或其他控制装置（如ATC）的控制下，产生、传递制动信号，并对各种制动方式进行制动力分配、协调的部分称