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1、第二章 高速铁路动车组,主要内容,动车组的构成 动车组构成动车组的技术特点车体及车内设备转向架制动及其控制供电与牵引系统空调系统网络控制,动车组的运用与维修动车组运用动车组维修国外动车组检修基地简介,国产动车组及维修基地国产动车组情况 四种车型的性能对比 动车组基地及运用所分布,动车组的构成,司机室,司机室,转向架,车体,供电与牵引系统,车端连接,车下悬吊设备,空调系统,车顶设备,制动系统,车内设备,网络,辅助供电系统,动车组的技术特点,由于速度的提高，动车组的设计与开发中需要解决一系列关键技术。如果说高速铁路是现代化高新技术的综合集成，那么动车组则是包括材料、机械、电子、计算机和控制等现代技
2、术的集中体现。动车组的主要技术特点有：,动车组的技术特点,动车组的特点： 固定编组 动力集中或动力分散 密接车购 整体运用 整体保养检修 大修前不解体 采用网络控制 交流传动/液力传动 制动系统完整设计,高速（电）动车组的特点：头部流线型车体轻量化技术高速转向架高速受流技术车厢密闭、空调换气高功率重量比 低噪声、低轮轨力配现代化动车段、综合维修基地,1.优良的空气动力学外形,不同列车速度下空气阻力所占的比例,高速动车组的速度都在200km/h以上，空气阻力占主导地位。所以动车组往往从头尾部以及整个列车的流线型（包括车顶和车下设备）来减低空气阻力，并尽量降低表面粗糙度和列车高度。,车体的流线形结
3、构,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,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。当列车以200km/h行驶时，根据测量，在轨面以上0.814m、距列车1.75m处的空气运动速度将达到17m/s，这是人站立不动能够承受的风速，当列车以这样或更高的速度通过车站时，列车风将给铁路工作人员和旅客带来危害。,高速列车通过隧道时，在隧道中所引起的纵向气流速度约与列车速度成正比。在隧道中列车风将使得道旁的工人失去平衡以及将固定不牢的设备等吹落在隧道中，这都是一些潜在的危险。国外有些铁路规定，在列车速度高于160km/h行驶时不
4、允许铁路员工进入隧道。列车速度稍低时，也不让员工在隧道中行走和工作，必须要在避车洞内等待列车通过。,车头流线型,5.密接式车钩缓冲装置,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，高速列车对牵引缓冲装置提出了更高的要求。 目前世界各国高速列车（如日本、德国）普遍采用密接式车钩连接装置，该装置两车钩连接面的纵向间隙一般都小于2mm，上下、左右偏移也很小，对提高列车的运行平稳性和电气线路、风管的自动对接提供了保证,6.交流传动技术,早期的电力牵引传动系统均采用交一直传动，用直流电动机驱动。由于直流电动机的单位功率重量较大，使高速列车既要大功率驱动又要求减轻轴重，特
5、别是减轻簧下部分的质量形成难以克服的矛盾。在交流传动系统中，交流牵引电动机较传统的直流牵引电动机具有额定输出功率大；结构简单、体积小、重量轻、易维修；速度控制方便；效率高等一系列优点。,7.列车自动控制及故障诊断技术,目前在世界高速铁路上的自动控制方式主要分为两类，一类是以设备为主，人控为辅的控制方式，以日本新干线采用的ATC（列车自动控制）方式为代表。另一类是人机共用、人控为主的方式，以法国TGV高速列车为代表，主要采用TVM300型安全防护系统及改进的TVM430型安全防护系统，还有德国ICE高速列车采用的FRS速差式机车信号和LZB型双轨条交叉电缆传输式列车控制设备等。,2.车体结构轻量
6、化,为了节省牵引功率，降低高速所引起的动力作用对线路结构、机车车辆结构产生的损伤，以及提高旅客乘坐舒适度，需要最大限度地降低高速动车组的轴重。因此，各国高速动车车体的主要材料是铝合金和不锈钢，从发展趋势看，铝合金将成为动车组车体的主导材料。,动车组车体的轻量化设计,轴重与轮轨作用,车体结构的轻量化技术,实现结构轻量化的主要途径有两个：一是采用新材料，二是合理优化结构设计 目前，国外高速车辆的车体材料主要有：不锈钢、高强度耐候钢、铝合金。,车内设备的轻量化技术,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、供水设各、卫生设备等等，均可选用轻合金或高分子工
7、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。 3.其它设备的轻量化。如日本100系采用直流牵引电机，每台重量为825kg（功率为230kw），而300系采用交流感应电机后，每台重量仅为390kg（功率增至300kw）。德国ICE-3的主变压器铁芯采用优质铁铝合金，使导磁率提高45倍，又将铜编线改为铝编线，冷却使用硅油，这样其总重由11.5吨降为7吨，等等。,转向架结构轻量化技术,l.构架结构轻量化。采用焊接构架可比铸钢结构减重 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。铝合金轴
8、箱的重量只有原来的40左右，齿轮箱亦减到原来的56,车体结构,高速动车组车体：轻量化技术+铝合金/不锈钢低车内、车外噪声,日本100系和300 系车辆重量比较 单位：t,车顶设备,空调机组 制动变阻器 受电弓,空调机组,制动变阻器,受电弓,车下悬吊设备,牵引变压器牵引和辅助变流器牵引电机制动模块空气压缩机水箱污物箱蓄电池箱充电机空气弹簧辅助风缸,车端连接,中间车钩(半永久式牵引秆) 折棚风挡 空气连接 电气连接,车端连接,电气连接包括： 通信控制连接 制动控制连接 AC380V供电连接 DC24V供电连接 主电路连接 车顶高压连接,车钩及缓冲器,动车组介绍,车钩及缓冲器,动车组介绍,动车组两端
9、设全自动车钩。车辆间由半自动车钩联接。缓冲器采用基层橡胶方式，位于车钩后端。车钩及缓冲器可以在不架起车体的情况下拆装和检修。,3.高性能转向架技术,提高列车运行速度首先遇到的问题是转向架运行的稳定性和安全性，所以，提高列车运行速度应具有高性能的转向架。对于高速转向架要求具有高速运行的稳定性和安全性，良好的曲线通过性能，旅客乘坐的舒适性。,转向架,构架轮对轴箱驱动装置（电机采用架悬方式）基础制动装置二系悬挂装置牵引装置,每节车厢下有两个转向架。动车下是动力转向架，拖车下是拖车转向架。动力转向架,转向架结构,动力转向架,一系悬挂,二系悬挂,轮对轴箱装置,转向架结构,构架,高速转向架：高临界速度、高
10、动力学品质、低轮轨动作用力低车内、车外噪声,转向架参数,动力转向架和非动力转向架，其主要部分采用基本一致的结构型式,（1）均为无摇枕转向架；（2）轮对为空心车轴，整体轧制车轮、磨耗型车轮踏面；（3）一系悬挂采用钢弹簧液压式减振器轴箱定位装置；（4）二系悬挂主要采用空气弹簧；（5）牵引装置主要采用拉杆方式。,动力转向架,动力转向架还要有： （1）牵引电机，安装方式采用架悬或体悬或半架半体。其中体悬式可降低簧下质量。 （2）驱动装置（齿轮减速装置和联轴节），齿轮减速装置通过轴承安装在车轴上，牵引电机与齿轮减速装置通过联轴节传递驱动力。,转向架轮对,动力转向架轮对,高速车轮对：低簧下重量、空心车轴、
11、小轮径、 铝合金齿轮箱,转向架轮对,拖车转向架轮对,转向架基础制动装置,制动缸,铰接转向架,铰接转向架,车内设备,一等车,二等车,风-水-电-冷-暖-门-窗-座-架-旅客信息系统,车内设备,卫生间,小便间,盥洗室,车内设备,残疾人卫生间,大件行李间,车内设备,多功能室,座椅,动车组的动力配置,动力分散方式动车组的动力配置也有两种模式：一种是完全分散模式，即动车组中的车辆全部为动力车，如日本的0系高速列车，16辆编组中全部是动力车。一种是相对分散模式，即高速列车编组中部分是动力车，部分为无动力的拖车，如日本的100系、700系高速列车，16辆编组中有12辆动力车，4辆是拖车，所谓12动4拖。,供
12、电、牵引传动系统,接负载,AC/DC,DC/AC,25kV，50Hz,单相交流 直流 交流,交流牵引电机,电力电子变流器,供电及牵引传动系统,牵引系统工作示意图,高速牵引系统：高速受流+交流传动+牵引电机驱动,牵引系统,主电路高压设备受电弓主断路器其它高压设备主变压器牵引变流器牵引电机及电传动系统的保护,8.高速受流技术,高速铁路中接触网受电弓受流具有新的特点。受流系统的电流容量、适用速度、安全性能有了相当大的提高，高速铁路的受流系统必须符合以下基本条件。首先，要保证功率传输的可靠性，必须保证动车组所需要的最低电压，保证动车组的可靠运行，高速列车的电流负荷特性较之常速列车有较大的区别，其特征是
13、脉冲负荷占的比例大，整个牵引供电系统要适应高速列车对电压水平和电流负荷的要求；二是受流系统的运行安全性；三是良好的受流质量；四是保证受流系统的使用寿命。,高速动车组受电弓,基本特点：速度高、公与网波动增大 空气动力性能影响受电 空气阻力占总空气阻力的9% 列车功率大多弓时，增大了阻力、加大了噪声,弓网系统：在最高速度范围内变化正常供电 耐磨性、抗腐蚀能力 对接触网的结构布置要求更高,高速动车组受电弓,弓网系统：在最高速度范围内变化正常供电 耐磨性、抗腐蚀能力 对接触网的结构布置要求更高,影响受电性能的因素：接触压力：大：过分生高、滑板磨耗大 小：离线、拉弧、烧伤 动态特性（研究课题）导线波动：
14、噪声、跟随性差离 线：电流急变、影响牵引电机,高速动车组受电弓,要求：滑板与导线接触压力恒定不变减小惯性力、改善跟随性减低空气阻力,高速受电,世界各国的最高运行速度在200km/h以上的高速列车，除英国的HST高速列车由内燃动车组牵引外，其余均采用电力牵引。与常速列车的电力牵引相比较，高速列车电力牵引的受电的主要特点如下。,（1）接触网与受电弓的波动特性。高速列车的行驶速度较常速列车高得多，因而受电弓沿接触导线移动的速度大大加快，这就使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； （2）高速列车在高速运行时所受的空气阻力远较常速列车大得多，空气动态力也是高速受电的一个重要因素； （3
15、）受电弓从接触网大功率受电问题。高速列车所需的牵引功率较常速列车大得多，若采用多弓受电必然会增加阻力和加大噪音，并引起接触网的波动干扰，因而受电弓的数量不能太多，这就需要解决受电弓从接触网大功率受电问题。,高速受电的接触网,对高速受电用的接触网应有更高的要求：,（1）在最高运行速度和更大的速度变化范围内应能保证正常供电；（2）应有更高的耐磨性和抗腐蚀（包括抗电蚀）能力；（3）对接触网的结构和布置应有更高的要求；（4）在接触网的接触悬挂方面，目前在常速列车供电中采用的弹性半补偿链形悬挂和弹性全补偿链形悬挂已不能适应高速列车的要求，应有更为先进的接触悬挂装置。,高速动车组受电的受电弓,（1）受电弓
16、的滑板与接触导线之间要保持恒定的接触压力，以实现比常速受电弓更为可靠的连续电接触。其接触压力不能过大或过小。 （2）与常速受电弓相比要尽可能减轻受电弓运动部分的重量，以保证与接触网有可靠的电接触。对于高速受电弓，除必须保证机械强度和刚度外，应尽可能降低受电弓运动部分的重量，从而减小运动惯性力。这样才能使受电弓滑板迅速跟上接触导线高度的变化，保证良好的电接触。（3）由于高速运行时空气阻力很大，因此高速受电弓在结构设计上要作充分考虑，力求使作用在滑板上的空气制动力有别的零件承担，从而使受电弓滑板在其垂直工作范围内始终保持水平位置，以减小甚至消除空气制动力对滑板与接触导线间接触压力的影响。 （4）滑板的材料、性状和尺寸应适应高速的要求，以保证良好的接触状态及更高的耐磨性能。 （5）要求受电弓在其工作高度范围内升降弓时，初始动作迅速，终了动作较为缓慢，以确保在降弓时快速断弧，并防止升降弓时受电弓对接触网和底架有过大的冲击载荷。,
