第4章 高速铁路车辆(3、4、5节-11级-2)

高速铁路运输设备——第4章高速铁路车辆本章主要内容§4.1高速列车概述§4.2高速动车组的关键技术§4.3高速动车组的车体及车内设施§4.4高速动车组车端连接装置§4.5高速动车组转向架§4.6高速牵引传动技术§4.7高速动车组制动技术§4.8高速动车组运用及维修高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系§4.3高速动车组的车体及车内设施动车组车体是车辆上容纳旅客（乘务人员）的部分，又是安装与连接车辆其他设备和部件的基础。分为带司机室的头车车体和中间车体。作为承载结构，其构造及功能与普速客车车体相仿，但有新要求，即采用了大量新技术、新材料和新工艺。一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构二、轻量化的车体——车体结构及车内设备三、良好的隔声性能——车体密封技术四、较好的防火性能——车内防火设计五、良好的车内环境——车内环境控制高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施1、动车组运行中列车的表面压力2、动车组会车时列车的表面压力3、动车组通过隧道时列车的表面压力4、列车风5、列车空气动力学的力和力矩在铁路车辆中，一般需要研究的各种空气力学问题主要包括以下几个方面：当列车高速行驶时，在线路附近产生空气运动。空气阻力高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施速度/（km/h）2050100160300空气阻力所占比例2%15%41%55%75%～95%不同列车速度下空气阻力所占的比例空气阻力占主导地位动车组的阻力主要由空气阻力和机械阻力（即轮轨摩擦阻力、轴承等滚动部件的摩擦阻力和振动阻力）组成。设计车体外形（头、身、尾，车顶、车下设备）降低表面粗糙度和列车高度降低空气阻力优良的空气动力学性能高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施空气阻力可以简略地用下面公式表示：式中Cx——空气阻力系数ρ——空气密度v——列车速度A——列车横截面积212xxWCvA高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施侧向阻力可以简略地用下面公式表示：式中CD——侧面阻力系数ρ——空气密度v——列车速度A——列车侧面投影面积212DDWCVA高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施列车良好空气动力学性能的实现主要通过车体外形的特殊设计实现的。具体表现为：（1）头尾部为细长呈流线型状；（2）列车下部均设有导流罩，且能够方便开启；（3）列车纵断面尽量采用平滑过渡方式，形状不一致时应加过渡区段；（4）列车的外表面光滑平整，无明显的突出和凹陷；（5）列车的受电弓外形具有良好的空气动力学性能。高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施1、动车组头型设计头部纵向对称面上的外形轮廓线，要满足司机室净空高、前窗几何尺寸、玻璃形状以及瞭望等条件。在此基础上，尽可能降低该轮廓线的垂向高度，使头部趋于扁形，这样可以减小压力冲击波，并改善尾部涡流影响。同时，将端部鼻锥部分设计成椭圆形状，可以减少列车运行时的空气阻力。高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施(a)扁宽形(b)椭球形(c)梭形(d)钝体形高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施(a)一拱方案(b)二拱方案(c)设导流板方案高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施头车外形比较高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施长客动车组的原型车(SM3型)外型高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施2、动车组车身外型设计动车组车身横断面形状设计有以下特点：整个车身断面呈鼓形，即车顶为圆弧形，侧墙下部向内倾斜（5o左右）并以圆弧过渡到底架，侧墙上部向内倾斜（3o左右）并以圆弧过渡到车顶。这不仅能减小空气阻力，而且有利于缓解列车交会压力波及横向阻力、侧滚力矩的作用。高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施德国ICE动车组车身断面形状车体断面比较长客动车组车体结构断面布置图高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施车辆底部形状对空气阻力的影响很大，为了避免地板下部设备的外露，采用与车身横断面形状相吻合的裙板遮住车下设备，以减少空气阻力，也可防止高速运行带来的沙石击打车下设备。车体表面光滑平整，尽量减少突出物。如侧门采用塞拉式；扶手为内置式；脚蹬做成翻板式，使侧面关闭时可以包住它。两车辆连接处采用橡胶大风挡，与车身保持平齐，避免形成空气涡流。高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施100系高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构§4.3高速动车组的车体及车内设施空气动力学导流罩装置图高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构二、轻量化的车体——车体结构及车内设备三、良好的隔声性能——车体密封技术四、较好的防火性能——车内防火设计五、良好的车内环境——车内环境控制§4.3高速动车组的车体及车内设施高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系二、轻量化的车体——车体结构及车内设备§4.3高速动车组的车体及车内设施3、途径：轻型材料合理设计2、轻量化部件：车体结构车内设备转向架悬挂设施及其他设备1、轻量化意义：降低轴重（减少线路损害）节约能源（减少动力能耗）缩短制动距离（减轻制动系统的负担）高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系二、轻量化的车体——车体结构及车内设备§4.3高速动车组的车体及车内设施4、车体轻量化材料耐候钢车体不锈钢车体铝合金车体高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系二、轻量化的车体——车体结构及车内设备§4.3高速动车组的车体及车内设施5、车体结构的轻量化设计世界各国的铝合金车体的三种结构:大型中空挤压铝型材焊接结构（单壳结构）采用航空骨架式铝合金车体结构大型中空挤压铝型材与开口型材的混合结构（双壳结构）高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系二、轻量化的车体——车体结构及车内设备§4.3高速动车组的车体及车内设施采用大型中空挤压铝型材焊接结构（单壳结构）高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系二、轻量化的车体——车体结构及车内设备§4.3高速动车组的车体及车内设施采用航空骨架式铝合金车体结构高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系二、轻量化的车体——车体结构及车内设备§4.3高速动车组的车体及车内设施双壳结构高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系二、轻量化的车体——车体结构及车内设备§4.3高速动车组的车体及车内设施6、车内设备的轻量化技术车内设备材料，首先应满足功能要求和防火阻燃要求，装饰板应反映时代感，车内设备约占客车总重量的20％，轻量化具有重要意义。①车内设备如门、窗、行李架、座椅、供水设备、卫生设备等等，均可选用轻合金或高分子工程材料和复合材料，使设备重量大大减轻。②车内装饰板材广泛采用薄膜铝合金墙板，工程塑料顶板等。高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构二、轻量化的车体——车体结构及车内设备三、良好的隔声性能——车体密封技术四、较好的防火性能——车内防火设计五、良好的车内环境——车内环境控制§4.3高速动车组的车体及车内设施高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系三、良好的隔声性能——车体密封技术§4.3高速动车组的车体及车内设施1、车体的密封性能：压力波对旅客舒适性的影响；车外压力的波动会反应到车厢内，使旅客感到不舒服，轻者压迫耳膜，重则头晕恶心甚至造成耳膜破裂。2、高速列车的声源：轮轨噪声（碰撞、摩擦声）；空气沿车体表面流动产生的摩擦声和受电弓与接触网导线的摩擦声；风挡等构件的撞击声。列车进出隧道产生的压缩波和反射波所产生的噪声等。车辆的密封质量对列车的空气动力学性能及对车内环境控制的影响很大。高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系§4.3高速动车组的车体及车内设施3、列车的密封需要从车体结构和部件上给以考虑。当前世界各国在高速列车上采用的密封技术主要有：①车体结构的密封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固定式车窗的密封多硫橡胶等材料，采用填充式密封以保证密封的可靠性和耐久性，同时保证在压力波造成的气动载荷下不会造成变形和破坏。③侧门密封，采用密封性能良好的塞拉门；④端门密封，头、尾的端门要采用可充压缩空气的橡胶条；⑤通过台，通过台风挡采用橡胶大风挡，并注意处理好渡板处的密封问题；⑥空调装置密封；⑦厕所密封。三、良好的隔声性能——车体密封技术高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系§4.3高速动车组的车体及车内设施为了降低车内噪声，一方面要削弱噪声源发出噪声的强度，另一方面要提高车体的隔声性能。4、削弱噪声源发出噪声强度的措施（1）在车轮上安装消音器和开发弹性车轮，可有效地降低轮轨噪声：（2）车体外形设计成流线形，车体表面平整、光滑都有利于减小空气与车体的摩擦声；（3）采用橡胶风挡，可减小撞击声；（4）在空调系统上安装消音器，降低牵引电机风扇的噪声、驱动装置等设备的振动噪声。三、良好的隔声性能——车体密封技术高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系§4.3高速动车组的车体及车内设施5、提高车体隔声性能的措施（1）采用双层墙结构，可增加隔声量4～5dB（A）。（2）在车体金属（如地板）表面涂刷防振阻尼层，使钢结构的声频振动转化为热能消散，减少了声波的辐射和声波振动的传递，从而减少车内噪声；（3）采用双层车窗，减少从侧面传入车内的噪声；（4）车内选用吸声效果好的高分子聚合材料；（5）提高车体气密性的措施，同样可以起隔声作用。三、良好的隔声性能——车体密封技术高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系一、优良的空气动力学性能——流线形车体结构二、轻量化的车体——车体结构及车内设备三、良好的隔声性能——车体密封技术四、较好的防火性能——车内防火设计五、良好的车内环境——车内环境控制§4.3高速动车组的车体及车内设施高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系四、较好的防火性能——车内防火设计§4.3高速动车组的车体及车内设施1、高速列车防火系统设计原则系统集成、预防为主、应急对策、以人为本。系统集成：防火措施按区域配套，通过列车网络构成防火系统的集成响应、信号传递和信息显示；预防为主：所有材料与器件的选用以防止不会发生火燃或防止火种蔓延为主体，将火情发生因素压到最小程度，达到预防火灾的要求；应急对策：一旦火灾发生，有严格的分级应急对策，将火灾限制在区域内，限制在低等级火警之下；以人为本：一切应急对策均以“以人为本”为出发点，防止措施的最终手段要以实现旅客的安全转移为目的。高速铁路运输设备——高速铁路车辆交通运输系§4.3高速动车组的车体及车内设施2、防火结构设计（1）选用耐火材料①车辆使用的耐