高速铁路概论机车培训资料

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1、高 速 铁 路 概 论,第三章 高速列车的牵引动力,第一节,概述,受电弓与传动装置,第三节,动力车车体与转向架,第二节,制动技术,第四节,第一节 概 述,从速度上看，目前已开行的高速列车的最高速度可以划分为三个等级。 第一速度级： 最高运行速度200250Km/h 第二速度级： 最高运行速度250300Km/h 第三速度级： 最高运行速度300Km/h以上 法国、德国和日本的高速列车已从第一代发展到第三代。 以法国 TGV高速列车为例，第二代与第一代相比，其最高运营速度由270km/h提高到300km/h，牵引电动机质量不增加，而 额定功率 提高一倍，噪声 降低 8dB。第三代TGV高速列车为

2、双层列车，车体材料为铝合金，轴重小于17吨，比前两代 TGV都轻。,第 一 节 概 述,补充：提速的几个概念,最高速度vmax 平均技术速度vj 平均旅行速度vl a= vj/ vmax = vl /vj =vl /vmax = a ,一、高速列车对牵引功率的要求,二、高速列车的阻力,三、牵引动力及其配置,确保加速功率达到或略高于该档速度运行所需的功率为 其中 N高速列车所需牵引功率（kW） Q高速列车的总质量(t) w高速列车的单位阻力(N/t) Vmax高速列车的最高运行速度(km/h) K裕量系数,一、高速列车对牵引功率的要求,参考国外高速列车运行情况及提出的一些经验公式进行计算可知：

3、列车总质量确定为800吨（可运送旅客1000名），最高运行速度达到200km/h时需要的总牵引功率为6400kW；最高运行速度达到250km/h时需要的总牵引功率为8800kW；最高运行速度达到300km/h时需要的总牵引功率为13600kW。而同样质量的列车，在常规速度时所需的总牵引功率仅为1600kW。 上述表明，从常规速度级提高到第一速度级，速度增加1倍，功率增加4倍。说明N不仅与V成正比，更主要是高速下列车的单位阻力大大增加的缘故。,一、高速列车对牵引功率的要求,二、高速列车的阻力,运行阻力,基本阻力 （随列车运行 速度的不同而异）,附加阻力,在低速运行时，主要是机械摩擦阻力；达到10

4、0KM/h时，空气阻力与机械阻力各占一半，达到200Km/h时，空气阻力占70，运行速度越高，空气阻力占的比例越大,空气阻力的计算公式为：,空气密度 空气阻力系数 列车速度 列车断面积 列车压力阻力系数 列车侧面气动摩擦系数 列车长度 列车气动直径,空气阻力与列车速度的平方成正比,三、牵引动力及其配置,1、牵引动力的形式 电力牵引 内燃电传动牵引 电力牵引的优点：功率大、轴重小、经济性能好、环境污染小 电力牵引的缺点：初期投资大 内燃电传动牵引的优点：投资少、见效快、经济性能好 如英国的HST高速列车、德国的VT610内燃动车组。内燃电传动牵引可用于尚未电气化的高速铁路区段，也可作为加速发展高

5、速铁路建设的一种过渡牵引形式。 高速列车的牵引可采用传统的机车牵引形式，也可采用动车组。由于动车组的轴重低，可减少对线路的破坏作用，大部分列车采用动车组牵引形式。,2、牵引动力的配置,动力集中,单端集中 （传统牵引方式，机车牵引客车） 功率较小、速度不高，小于200Km/h,两端集中（德国ICE，机车模式，列车长度方面机动性大）（法国TGV，动车组模式，采用动车和拖车具有共用转向架和铰接结构，载荷均匀，运行平稳，但机动性差）,动力分散,完全分散模式 中间车全部为动力车，如日本的0系列，16辆均为动力车,相对分散模式 大部分为动力车，小部分为拖车， 如日本的100、700系列，16辆中12辆 为

6、动力车，4辆是拖车,采用动车牵引是当前高速牵引的主要方式。它将高度集中的牵引动力配置改为分散（或相对分散）配置，即将牵引动力分散在各个动车上，克服了传统机车牵引总功率受限制的缺点，从而使运行速度进一步提高到第二速度级和第三速度级。这种牵引方式主要应用于新建的高速客运专线和新建的客货混用高速线上，如日本、法国、德国、瑞典、意大利等国的高速铁路都采用这种牵引方式。,3、牵引动力集中配置与分散配置的比较,（1）轴重 a最大轴重 牵引动力集中配置比分散配置的大 如ICE为19T，TGV17T，日本0系16T ，100系15T 。 b平均轴重 牵引动力集中配置比分散配置的平均轴重小（因为整列车中大量拖车

7、的轴重较轻） 如ICE12.5T，日本0系15.1T，100系14.1T。,轴 重,3、牵引动力集中配置与分散配置的比较,要开行高速列车，不管是最大轴重还是平均轴重都应该降低。因为轴重大的列车对线路的影响和破坏作用也大。但在额定最高运行速度下，最大轴重的限度究竟定位多少合适，尚难作出统一结论。日本根据自身地理条件，采用牵引动力分散，将最大轴重定为16t。法国采用牵引动力集中配置形式，将最大轴重定为17t。 平均轴重低可以减少线路建设投资，减轻对线路的动力作用，从而降低线路的检修和养护费用。,轴 重,3、牵引动力集中配置与分散配置的比较,（2）簧下质量 机车车辆的簧下质量因轨道不平顺而产生冲击响

8、应，直接影响到轨道、轨枕、道床乃至路基。在其他条件相同的情况下，簧下质量越大，对线路的破坏作用也越大。随着速度的提高，这种作用也随之增大。然而要用一个简单的表达式对簧下质量做出定量限制，尚难做到，因为其与轨道上部结构质量、轨面伤害、车轮轮圆度及自身动平衡、线路的质量与养护水平等多种因素有关。 为了对不同机车车辆簧下质量的影响进行比较，通常采用等效簧下质量的概念。牵引动力集中配置的高速列车动力车的每轮等效簧下质量略低于动力分散配置的数值。,3、牵引动力集中配置与分散配置的比较,（2）簧下质量 机车车辆的簧下质量因轨道不平顺而产生冲击响应，直接影响到轨道、轨枕、道床乃至路基。在其他条件相同的情况下

9、，簧下质量越大，对线路的破坏作用也越大。随着速度的提高，这种作用也随之增大。然而要用一个简单的表达式对簧下质量做出定量限制，尚难做到，因为其与轨道上部结构质量、轨面伤害、车轮轮圆度及自身动平衡、线路的质量与养护水平等多种因素有关。 为了对不同机车车辆簧下质量的影响进行比较，通常采用等效簧下质量的概念。牵引动力集中配置的高速列车动力车的每轮等效簧下质量略低于动力分散配置的数值。,3、牵引动力集中配置与分散配置的比较,（3）粘着利用和加速性能 充分利用粘着是高速列车牵引动力设计时的一个重要的指导思想。日本在研制牵引动力装置时，认为粘着系数将随速度的提高而下降，担心单轴的粘着力过小，只好增加动轴的数

10、量，以保证足够的牵引力，这就是日本的高速列车的牵引动力采用分散配置形式的原因之一。 西欧各国发展高速列车时，人们对高速运行条件下粘着的认识已有提高。新型防滑装置的研制成功，使动力车的设计可取得较大的粘着系数，用较少的动轴既可满足牵引力的要求。,3、牵引动力集中配置与分散配置的比较,（3）粘着利用和加速性能 法国TGV、德国ICE、意大利ETR500的运营经验都表明：动力集中配置的列车的粘着利用完全可以满足高速行车的要求。日本300系列动车组的粘着系数也提高了，从而减少了动力车的数量。 动力分散配置型的高速列车大部分或全部为动力车，因而具有较大的粘着牵引力和较好的起动加速性能，而动力集中配置型在

11、粘着利用方面则较差。但目前采用三相交流传动技术，动力集中配置行动力车的轴牵引功率已大大提高，从而使其加速性能不亚于动力分散配置型。,3、牵引动力集中配置与分散配置的比较,（4）列车总功率和轴功率 高速列车在其牵引重量和速度目标值确定之后，无论采用动力集中还是分散配置，所需的列车总功率基本上是相同的。两者的区别仅在于动力分散配置型列车的动轴多、单轴功率小；而动力集中配置型列车的动轴少、单轴功率较大。 当需要扩大高速列车编组时，均可增加动轴的数量来满足总功率的要求。动力分散配置型可在列车中部增加牵引单元，而动力集中配置型则可将邻接动力车的挂车转向架改为动力转向架。当需要提高列车速度时，两种配置均可

12、通过减少挂车的数量来实现。 总之，对于列车总功率，两种配置方式几乎没有区别，而在轴功率问题上，由于科技的发展，单轴功率可以有较大的提高，这对牵引动力采用集中配置方式是有利的。,3、牵引动力集中配置与分散配置的比较,（5）制动距离 有人认为动力分散配置型列车由于其动轴多，可充分利用动力制动，缩短制动距离。实际上，动力制动也属于粘着制动。无论动力配置方式如何，其轮轨间允许的粘着系数是一样的。只要制动力不超过粘着允许的范围，当列车重量相同，制动功率相等时，其制动距离是一样的。 动力集中型列车虽然其动轴少，但大量挂车车轴上有足够的空间可用于安装作用性能良好的盘型制动装置和防滑器。尤以后者可使制动粘着系

13、数的利用值提高，制动距离不会比动力分散配置型大。而动力分散配置型列车的众多动轴上均安装有牵引电动机，所剩余的位置狭窄，安装盘型制动装置有一定困难。,3、牵引动力集中配置与分散配置的比较,（6）受流 高速受流的稳定性可用受电弓离线率来表征。 动力分散配置型的高速受流是多弓受流，如日本100系列高速列车需要升起6个受电弓，噪声很大，甚至隔音墙都无法挡住。多个受流弓相距很近、受电过程中引起接触网导线产生复杂的多层波动，而这些受电弓又无法跟随处于波动中的导线，导致频繁的受电弓离线，伴随频繁的飞弧放电效应。不仅损失电能，严重时使动力车无法稳定工作。离线率超过10%，导致接触导线波状磨耗，寿命仅4-5年。

14、 欧洲吸取日本的教训，经过多次试验和研究，最后的处在200m以内的间各种不允许第二个受电弓开起工作的结论。 法国、德国采用动力集中配置，升弓数量仅为1个或2个，很少发生离线现象，避免了电弧放电、电磁干扰，使高速受流比较完善。,3、牵引动力集中配置与分散配置的比较,（7）外形流线化及运输组织 动力集中配置型高速列车的动力车相当于两台机车，分置于列车的两端，便于头部流线型化设计，且免除了转线作业。中间的拖车相当于一般的客车车辆，因而全列车可以采用统一考虑的减少空气动力阻力的优化设计。由于拖车可随意摘挂，从运输组织及空气动力学观点看，动力集中配置具有较好的性能。 动力分散型高速列车需在两端的牵引单元

15、设驾驶室并制成头部流线型，而且这两个牵引单元与其他牵引单元不能互换编挂，因而对运输组织并不方便。,第一代牵引动力有动力集中配置的传统的机车牵引和动力分散配置的动力牵引两种形式。传统的机车牵引以英国IC225高速列车的牵引为例，最高运行速度为225km/h；动力分散配置的动力牵引如日本的0系列动车组，最高运行速度为210km/h。 第二代牵引动力以相对集中配置为特点，如法国TGV最高运行速度可达300 km/h。,高速列车最高运行速度的三个等级恰好反映了高速牵引动力发展的三个阶段：,第三代牵引动力除仍采用两端配置动力车外，主要在电传动技术上有新的突破，即采用三相交流牵引电动机驱动，使动力车的牵引

16、功率大大增加，且牵引粘着特性更为理想，从而使列车速度突破300 km/h。已研制成功的有：德国的ICE、瑞典的 X2、意大利的 ETR500行动车组以及日本的300系列。法国正在研制的第三代 TGV动车组，其设计最高速度达350 km/h。,高速列车最高运行速度的三个等级恰好反映了高速牵引动力发展的三个阶段：,3-2 受电弓与传动装置,一、高速受电与受电弓,二、传动方式与传动装置,在电力牵引情况下，无论机车或动力车，一般是由受电弓与传动装置、车体、走行部、车钩缓冲装置、制动装置组成。除了与车辆相似的部分以外，从本节起，我们将逐次予以介绍。,一、高速受电与受电弓,1、高速受电的特点,2、接触网受电弓系统,3、受电弓,1、高速受电的特点,高速列车的速度较高，因而受电弓沿接触网导线的移动加快。接触网与受电弓的波动特性发生变化，从而对受电产生影响；,高速列车的空气阻力较大，空气动态力也影响到受电弓的受电；,牵引功率较大，若采用多弓受电必然会增加阻力、加大噪声，引起接触网的波动干