交通运输设备高速铁路

第二章铁路运输设备第一节铁路运输概述第二节铁路线路与车站第三节铁路车辆与牵引动力第四节铁路信号与通信设备第五节高速铁路第五节高速铁路High-SpeedRailway3本节要点了解世界高速铁路的发展情况及发展模式熟悉高速铁路的技术优势掌握高速铁路线路、机车车辆、通信信号、控制系统的基本特征了解磁悬浮铁路4一、绪论二、高速铁路的线路三、高速铁路的牵引动力四、高速铁路的车辆五、高速铁路的信号与控制系统六、高速铁路的通信系统七、磁悬浮铁路简介内容提要5一.绪论1.1兴建高速铁路是客运市场发展的必然趋势1.2世界高速铁路的发展情况及主要模式1.3高速铁路的技术优势61.1兴建高速铁路是客运市场发展的必然趋势1825-1950,铁路运输处于垄断地位50年代后受到了公路航空的挑战根据“旅行时间”最短的法则，在主要优势为短途运输的公路和主要优势为长途运输的航空之间，仍然为铁路留有广宽的发展空间。（见图）7高速铁路的优势距离temps86423006009001200distancevoitureT.G.V.avionavionvoitureT.G.V.Figure2-18三种不同速度的高速列车的优势距离比较•210km/h时，300～500km•250km/h时，250～600km•300km/h时，200～800km9•高速铁路与公路、航空、水运等客运方式是一种既相互竞争，又相补充的关系；•兴建高速铁路是客运市场发展的必然趋势。10高速铁路技术是当代世界铁路的一项重大技术成就，它集中地反映了一个国家铁路牵引动力、线路结构、运行控制、运输组织和经营管理等方面的技术进步，也体现了一个国家的科技和工业水平。高速铁路在经济发达、人口密集的地区经济效益和社会效益突出。1.2国外高速铁路的发展动态（1）111.2国外高速铁路的发展动态（2）自1964年日本东海道新干线以时速210公里的高速铁路投入运营以来，发达国家及一些发展中国家和地区竟相投资修建高速铁路。法、德、意、英、苏、瑞典、奥地利、西班牙、澳大利亚、美国、加拿大、巴西、南朝鲜和我国台湾等20多个国家和地区，都先后修建了高速铁路或制订了修建高速铁路计划。121.2国外高速铁路的发展动态（3）•据不完全统计，目前全世界开行时速200km及以上的高速铁路已超过10000km。•以下是几个主要国家的高速铁路发展情况13Figure2-2LignesparcouruespardesT.G.V.enservicecommercial(situationenété1995)Li鑗eCologneAmsterdam法国TGV14运行于巴黎-里昂高速铁路的TGV更舒适的TGV15欧洲之星,EurostarThalysThalysandEurostar16德国ICE17ICE1高速列车ICE2高速列车ICE3高速列车18ICE-V高速列车19日本高速新干线铁路网20100系列高速列车0系列高速列车21200系列高速列车300系列高速列车22400系列高速列车500系列高速列车23E1系列高速列车E2系列高速列车E3系列高速列车24FigureI-3RéseauT.G.V.enBelgique比利时高速铁路示意图251.2国外高速铁路的发展动态（4）结论•日本、西欧高速铁路项目已经进入成熟发展期•东欧国家铁路的规划向西欧靠拢•新一轮的高速铁路建设高潮即将到来。261.2高速铁路发展的主要模式高速铁路按其不同的建造和运营方式可分为三种类型:1)既有线改造提速型（法国）2)新建客、货共线型（德国）3)新建客运专用型（日本）271.3高速铁路的技术优势高速铁路与公路、航空相比，其主要技术优势表现在：1）速度快、旅行时间短。2）行车密度高、运量大。3）高速列车乘座舒适性好。4）土地占用面积小。5）能耗低。6）环境污染小。7)外部运输成本低。8)列车运行准点。9)安全可靠。10)不受气候影响，全天候运行。11)社会经济效益好。28能耗低一人使用1KWh的能源，乘坐不同的交通工具所能旅行的最长距离见图1.3一1。29环境污染小交通工具排放到大气中有害物质有碳化物，氮化物，硫化物等，而其中的CO球变暖而倍受关注。三种交通工具排放有害物质的统计资料见图1.3一2。30列车运行准点•日本新干线平均晚点不超过1min。•西班牙AVE高速列车承诺晚点5min退赔全部票款。•法国31小结从发达国家的高速铁路建设可知，兴建高速铁路是客运市场发展的必然趋势，高速铁路以其运距和技术优势，在市场中占据了一席之地，为铁路发展开辟了一条新路。32二.高速铁路的线路线形变化平缓的线路平纵断面高速铁路的环境保护与列车风的影响及对策高速铁路轨道技术监测与维修、养护与管理小结332.1线路平纵断面（平缓）大幅度提高平面最小曲线半径标准平缓过渡的缓和曲线增长夹直线、圆曲线最小长度增大竖曲线半径世界上已建及在建、筹建中高速铁路线路平纵断面设计标准交通运输学院运输组织所34352.2高速铁路的环境保护与列车风的影响及对策噪声及其防治高速铁路的其他污染问题与对策列车风的影响与对策36噪声与列车速度的关系噪声值（分贝）100Ⅲ80Ⅴ60Ⅳ4020ⅠⅡ0150200250300V（公里/小时）Ⅰ—集电系噪声；Ⅱ—结构物噪声；Ⅲ—滚动噪声；Ⅳ—车辆空气动力噪声；V—综合噪声。37各国铁路对躁声的规定值国别线路标准值（分贝）日本新线（住宅区）70（工业区）75法国TGV（8~22时）65~70（TGV以外）70德国新线（6~22时）67（22~6时）57荷兰新线（7~19时）60（19~23时）55（23~7时）50瑞士新线（6~22时）60（22~6时）50丹麦全线（24小时）6038高速铁路对环境污染的种类及其产生源种类产生源噪声振动列车运行及调车作业工厂、发电站、变电所等的工作线路养护维修及新线施工的作业鸣笛、路口报警声等其他大气污染火力发电站锅炉的工作列车的污水飞溅、制动铁粉的散落等水质污染工厂、运转区段及机务段、车辆段的油排放列车厕所污水污物处理地下水公害隧道工程抽出的污水微气压隧道的空气冲击波地基下沉变形施工及软土地基日照伤害高架结构、建筑物及停车场照明等电磁波污染高速铁路列车运行高架结构、建筑物等P、C、B（多氯联苯）污染车辆仪器上地面电气设备上392.2.3列车风的影响与对策列车风对线路两侧的影响列车高速运行时，列车风对线路两侧会产生一定压力，对沿线人员及建筑物造成一定的危害。列车风对高架桥维修通路的影响当高速列车通过高架桥时会产生较大的列车风和列车风压。它将从生理上和心理上影响人身安全。轨道中心线间的距离为3.3米至3.6米，不足此数者，须增设避车台。402.2.3列车风的影响与对策列车风对列车会车的影响两个列车在双线上会车时,它们的头部产生的空气压力波(列车凤)相互作用在对方的侧面，可能会产生危险。高速复线的线路间距，按最高速度的不同，应在4.2米以上，可使列车或旅客免受列车风的危害。隧道内列车风的影响高速列车在隧道内的空气动力作用要比在露天环境中强烈的多。合理地布置隧道中的通风井，可以使隧道内的空气压力变化减少达50%412.3高速铁路轨道技术监测与维修、养护与管理高速铁路线路的维修养护与管理在工作内容及方法和常规线路有所区别高速铁路轨道设备磨损较快,更新周期短,轨道设备的运送、组装等都采用工厂化、机械化施工方式对轨道的管理，除正常磨耗、锈蚀等一般性检查外，还要用钢轨擦伤检查车和超声波探伤机进行周密检查42小结在高速铁路上，随着列车运行速度的提高，要求线路的建筑标准也越高为了适应高速运行和繁重运输任务的要求，必须加强线路的检测、监视和维修养护工作，采用先进的设备，以保证线路的质量和行车安全。振动和噪声以及由此而产生的污染与危害是高速列车运行带来的一个突出的也是比较复杂的问题。减轻和控制由此而产生的公害，将关系到高速铁路的发展前景。43三.高速铁路的牵引动力高速铁路的电力传动动力车车体走行部制动牵引供电系统高速列车的牵引动力小结443.1高速铁路的电力传动高速列车牵引动力的核心技术是交—直—交变流技术采用交流电机时，网上的单相交流电经变压、整流之后，还必须通过逆变器变成三相交流电，才能作为交流电机的驱动电流。通过对交流电电压和频率的控制和调整，再由直流变三相交流。453.2动力车车体车体结构轻量化车体外形要符合空气动力性能的要求463.3走行部客车转向架动力转向架473.3.1客车转向架稳定性舒适性曲线通过性能轻量化动力转向架的牵引电机悬挂和传动技术对于高速客车转向架的主要技术要求归纳为：483.3.2动力转向架动力转向架和拖车（客车）转向架的最大区别在于要产生和传递牵引力和动力制动力。根据牵引电机悬挂方式的不同可将转向架分为“架悬式”、“体悬式”、“半体悬式”493.4制动高速列车制动特点制动方式高速列车复合制动系统制动距离制动时的乘客舒适性制动系统的可靠性和安全性503.4.1高速列车制动特点高速列车的制动与常速列车的制动，原理相同。但由于高速列车的速度很高，动能很大，要在规定的时间和距离内将这些动能消耗或吸收，用常速列车的单一闸瓦制动方式是无法达到的。因此，高速列车的制动必需采用综合方式，即多种制动协调使用，方能获得较好的效果。513.4.2制动方式摩擦制动:1)闸瓦制动（又称踏面制动）2)盘型制动3)摩擦式电磁轨道制动动力制动1)电阻制动2)再生制动3)电磁涡流制动52部分高速列车制动方式一览表国别列车名称动力车制动方式非动力车制动方式日本0系列100系列300系列电阻制动+盘形制动电阻制动+盘形制动再生制动+盘形制动电磁涡轮转子制动+盘形制动电磁涡轮转子制动+盘形制动法国TGV—PSETGV—ATGV—N（研制中）电阻制动+闸瓦制动电阻制动+闸瓦制动再生制动+盘形制动盘形制动+闸瓦制动盘形制动盘形制动+电磁轨道制动德国ICE再生制动+盘形制动电磁涡轮轨道制动+盘形制动533.4.4制动距离控制制动距离，保证制动时乘客的舒适性，保证制动系统的可靠性。列车的制动距离与列车的速度和制动方式有关。列车紧急制动距离随行车速度以高于1次方的比例增加，300km/h的高速列车以紧急制动、0.8常用制动系数和0.5常用制动系数制动停车，其制动距离分别为4500、5200和7700m，相当与长度为1500m的闭塞区间分别为3、4、6个。即使采用四显示信号也不能满足在两个闭塞区的停车的要求，因此，高速列车的制动必须采用包括空气制动（踏面制动和盘形制动）、动力制动和非粘着制动（磁轨制动和涡流制动）在内的复合制动方式，以提供强大的制动力。54旅客列车的制动距离限制(m)制动方式初速（km/h）紧急制动常用全制动减压130kpa（0.8倍全值）减压80kpa（0.5倍全值）120800///140110014001750260016014001750225032002002000220025003700300450048005200770055小结高速牵引动力是实现高速列车的重要技术关键之一。高速牵引动力本身又涉及许多方面的新技术：要实现计现有机车更大的牵引功率及牵引力的新型动力装置和传动装置；牵引动力的配置已不能局限于传统的机车牵引方式，而采用分散的或相对集中的动车组方式；高速条件下新的制动技术；高速电力牵引时的受电技术；适应高速列车要求的车体及走行部的结构以及减少空气的阻力的新的外形设计等。这些都是发展高速牵引动力必须解决的具体技术问题。56四.高速铁路的车辆高速列车的车体高速铁路的牵引缓冲装置高速铁路的制动装置小结574.1高速列车的车体车体结构轻量化流线型外形提高气密性提高隔声性能防火措施58日本100系和300系车辆重量比较100系300系车体结构10.26.3转向架19.313.4电气装置13.510.0车内设备10.69.8平均1节