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第三章第三章 高速动车组技术高速动车组技术西南交通高校西南交通高校 赵丽平赵丽平lpzhaoswjtu lpzhaoswjtu 问问 题题高速动车组采用了哪些技术？高速动车组采用了哪些技术？2 2 2 21 1 1 1什么是高速动车组？什么是高速动车组？2007 2007年年4 4月月1818日，中国高速日，中国高速时速时速200km200km动车组动车组CRH(China Railway High-speed)CRH(China Railway High-speed)。所谓动车，就是具有牵引动力装置的铁道车辆。所谓动车，就是具有牵引动力装置的铁道车辆。分两种：一种只给列车供应动力，不载客或载货的机车（火车头）；另一种牵引动力装分两种：一种只给列车供应动力，不载客或载货的机车（火车头）；另一种牵引动力装置安装在车厢底部，同时兼备载客或载货的车辆。置安装在车厢底部，同时兼备载客或载货的车辆。TGV-A TGV-A：1212节固定编组，列车前后各配节固定编组，列车前后各配1 1台同步电机驱动的电力机车，中间配台同步电机驱动的电力机车，中间配1010节拖车，节拖车，运行时，两台机车以前拉后推推挽方式运行，最高速度达运行时，两台机车以前拉后推推挽方式运行，最高速度达300km/h300km/h。列车在终端站来回无需调。列车在终端站来回无需调头，只需变更前后操纵端。头，只需变更前后操纵端。CRH2 CRH2型高速动车组：型高速动车组：8 8节固定编组，节固定编组，4 4节为车厢下带异步牵引电机的动车，节为车厢下带异步牵引电机的动车，4 4节为拖车。节为拖车。4 4节动车不只供应动力，也负责载客节动车不只供应动力，也负责载客与机车不同。与机车不同。CRH2CRH2列车前后各配司机室，在终端站无需列车前后各配司机室，在终端站无需调头。调头。首先，动车组是由具有牵引动力装置的动车和拖车组成的一个固定编组。首先，动车组是由具有牵引动力装置的动车和拖车组成的一个固定编组。“固定编组固定编组”凸显动车组的显明特征，即动车组在正常运用和检修中，具有牵引动力装置的车辆与拖车犹凸显动车组的显明特征，即动车组在正常运用和检修中，具有牵引动力装置的车辆与拖车犹如形影不离的兄弟，从不解编。如形影不离的兄弟，从不解编。其次，动车组可以双向行驶，在终端站没有调头的麻烦。其次，动车组可以双向行驶，在终端站没有调头的麻烦。3.1 3.1 3.1 3.1 什么是动车组什么是动车组什么是动车组什么是动车组?动车组动车组的分的分类类 分分类类方法方法动车组类别动车组类别动力源a.内燃 b.电力 c.电力-内燃双动力源 d.燃气轮e.动力复合式动力配置a.动力集中式 b.动力分散式牵引电传动方式a.直流电力传动 b.交流电力传动用途a.客运 b.货运 c.公务速度a.普速 b.准高速 c.高速高速动车组的组成高速动车组的组成 世界高速列车元老0系动车组 3.2 3.2 3.2 3.2 高速动车组的组成及基本原理高速动车组的组成及基本原理高速动车组的组成及基本原理高速动车组的组成及基本原理 3.2.1 高速动车组的组成高速动车组的组成流线形车体，既是容纳乘客和司机流线形车体，既是容纳乘客和司机司机室在列车两司机室在列车两头头地方，又是各种设备和部件依附的基础。地方，又是各种设备和部件依附的基础。动车组是通过车顶上的受电弓与接触线的滑动接触来动车组是通过车顶上的受电弓与接触线的滑动接触来获得电网上的电能。把受电弓从接触线获得电能称获得电网上的电能。把受电弓从接触线获得电能称作受流，也称受流装置。作受流，也称受流装置。让动车组加速须要牵引力，让动车组减速则须要制动让动车组加速须要牵引力，让动车组减速则须要制动力。由谁供应呢？是动车组的牵引电传动系统和制力。由谁供应呢？是动车组的牵引电传动系统和制动系统。动系统。车厢下部，类似于一台小车似的装置车厢下部，类似于一台小车似的装置转向架，具转向架，具有导向功能。置于车体和轨道之间，用来牵引和引有导向功能。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和线路的导车辆沿轨道行驶，承受和传递来自车体和线路的各种载荷，并缓和其动态作用力。各种载荷，并缓和其动态作用力。动车组运行过程中各种装置的运行状态，实时显示在动车组运行过程中各种装置的运行状态，实时显示在司机驾驶台液晶显示屏上，列车网络限制系统。远司机驾驶台液晶显示屏上，列车网络限制系统。远不止装置状态监测、故障诊断这些，还具有牵引与不止装置状态监测、故障诊断这些，还具有牵引与制动限制、自动门限制和空调限制、车载试验等功制动限制、自动门限制和空调限制、车载试验等功能。能。还包括：为空调、空气压缩机、照明等供电协助供电还包括：为空调、空气压缩机、照明等供电协助供电系统；车辆连接装置；车内电气、供水、通风、取系统；车辆连接装置；车内电气、供水、通风、取暖、车门、行李架等设备。暖、车门、行李架等设备。3.2 3.2 3.2 3.2 高速动车组的组成及基本原理高速动车组的组成及基本原理高速动车组的组成及基本原理高速动车组的组成及基本原理 3.2.2 集美学与高科技于一身的车体技术集美学与高科技于一身的车体技术 高速动车组最吸引人们留意力的部分是什么？毫无疑高速动车组最吸引人们留意力的部分是什么？毫无疑问就是那形态各异的流线形车体了。的确，对于习问就是那形态各异的流线形车体了。的确，对于习惯了传统机车那方正、朴实的外形的人们，怎不会惯了传统机车那方正、朴实的外形的人们，怎不会对高速动车组那优雅美丽的外形流连忘返呢？对高速动车组那优雅美丽的外形流连忘返呢？不过，动车组外形当然美丽，然而它终归不是单纯的不过，动车组外形当然美丽，然而它终归不是单纯的美术品。为了让动车组高速、平安、平稳、节能地美术品。为了让动车组高速、平安、平稳、节能地运行起来，设计人员还得动用很多高科技手段，来运行起来，设计人员还得动用很多高科技手段，来保证技术上的合理性。保证技术上的合理性。高速动车组的车体设计须要重点解决如下三方面的技高速动车组的车体设计须要重点解决如下三方面的技术问题：术问题：（1）空气动力学与车体外形设计；）空气动力学与车体外形设计；（2）车体轻量化；）车体轻量化；（3）气密。）气密。3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 高性能的转向架高性能的转向架高性能的转向架高性能的转向架 定义定义 w转向架就是安装在车体下面的类似于一台小车似的装置的总称，由于它具有导向的功能，因此人们形象地称其为转向架。w以CRH2型动车组为例，最大长度3566mm，最大宽度为3102mm，车轮直径860mm，另外还安有大量的部件：转向架构架、车轴、车轮、弹簧、制动即俗称的刹车装置、减振器、减速齿轮装置，另外动车还设有牵引电动机等等。w“H”型构架通过轴箱装置座在轮对上，轴箱悬挂也就是通常所说的一系悬挂由一系弹簧和垂向减振器组成；车体和转向架之间通过二系悬挂装置连接在一起，二系悬挂装置包括二系空气弹簧、横向减振器、抗蛇行减振器等元件组成，有些二系悬挂中还包括二系垂向减振器；动力转向架还包括牵引电动机悬挂系统。CRH2CRH2型高速动力车转向架型高速动力车转向架 3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 高性能的转向架高性能的转向架高性能的转向架高性能的转向架 性能性能 结构设计是否合理干脆影响车辆运行品质、动力性能结构设计是否合理干脆影响车辆运行品质、动力性能和行车平安。作为执行机构，高速转向架在保证列和行车平安。作为执行机构，高速转向架在保证列车高速稳定运行时担当列车的减振降噪作用；作为车高速稳定运行时担当列车的减振降噪作用；作为承载结构，在各种振动工况下应确保结构的强度平承载结构，在各种振动工况下应确保结构的强度平安牢靠性。安牢靠性。“稳定性稳定性”是评定转向架走行性能最重要的指标。车是评定转向架走行性能最重要的指标。车辆一旦失稳，轮对在横向对钢轨产生严峻冲击，轻辆一旦失稳，轮对在横向对钢轨产生严峻冲击，轻则损坏车轮和钢轨，导致车体严峻振动，重则造成则损坏车轮和钢轨，导致车体严峻振动，重则造成轨距扩大、轨排横移、车辆脱轨等。转向架还必需轨距扩大、轨排横移、车辆脱轨等。转向架还必需具有如下功能：具有如下功能：承载承载承受转向架以上各部分的重量（车辆自重、承受转向架以上各部分的重量（车辆自重、旅客载重、水及动态载荷等），并使轴重匀整安排；旅客载重、水及动态载荷等），并使轴重匀整安排；转向转向保证车辆顺当通过曲线；保证车辆顺当通过曲线；缓冲缓冲缓和线路不平顺对车辆冲击，保证具有良好缓和线路不平顺对车辆冲击，保证具有良好运行平稳性；运行平稳性；牵引（动力转向架）牵引（动力转向架）保证必要的轮轨粘着，并把保证必要的轮轨粘着，并把轮轨接触处产生的轮周牵引力传递给车体、车钩，轮轨接触处产生的轮周牵引力传递给车体、车钩，牵引列车前进；牵引列车前进；制动制动产生必要的制动力，使车辆在规定的距离内产生必要的制动力，使车辆在规定的距离内减速或停车。减速或停车。CRHCRH系列系列动车组转动车组转向架的主要参数向架的主要参数 项目CRH1CRH2CRH3CRH5轴距（mm）2700250025002500车轮直径（mm）915860920890空气弹簧中心距（mm）1860246019002000轴承直径（mm）130130130130轴颈中心距（mm）2070200020002000动力转向架重量（t）8.27.59.58.0非动力转向架重量（t）6.36.87.57.6运营速度（km/h）200200300200最高试验速度（km/h）2502503302503.2.4 3.2.4 3.2.4 3.2.4 牵引电传动系统牵引电传动系统牵引电传动系统牵引电传动系统 由受电弓、牵引变压器、牵引变流器及牵引电机等组由受电弓、牵引变压器、牵引变流器及牵引电机等组成。成。受电弓从接触网获得单相沟通电受电弓从接触网获得单相沟通电我国我国25kV/50Hz，经过装载在车辆上的牵引变压器、牵引变流器等，经过装载在车辆上的牵引变压器、牵引变流器等电能变换装置后，驱动牵引电动机。牵引电动机的电能变换装置后，驱动牵引电动机。牵引电动机的转矩通过减速齿轮传递给轮对，车轮受驱动转矩作转矩通过减速齿轮传递给轮对，车轮受驱动转矩作用后，在车轮和钢轨之间产生粘着力，钢轨对车轮用后，在车轮和钢轨之间产生粘着力，钢轨对车轮的粘着反作用力形成轮周牵引力，全部动轮（牵引的粘着反作用力形成轮周牵引力，全部动轮（牵引电动机驱动的车轮）的轮周牵引力之和形成列车的电动机驱动的车轮）的轮周牵引力之和形成列车的总牵引力，驱动动车组前进。总牵引力，驱动动车组前进。高速动车组接受三种电动机驱动：直流电动机、三相高速动车组接受三种电动机驱动：直流电动机、三相沟通异步和三相沟通同步电动机。沟通异步和三相沟通同步电动机。1989年以前绝大年以前绝大多数接受直流电动机；其后基本接受沟通电动机，多数接受直流电动机；其后基本接受沟通电动机，法国法国TGV系列绝大多数运用同步电动机驱动，而系列绝大多数运用同步电动机驱动，而日、德等国家运用异步电动机驱动。日、德等国家运用异步电动机驱动。直流电机驱动方式具有起动力矩大、只需限制电机电直流电机驱动方式具有起动力矩大、只需限制电机电压即可简洁调整电机转速等显著优点。缺点：电机压即可简洁调整电机转速等显著优点。缺点：电机体积大、单位输出功率重量重。致命的是，直流电体积大、单位输出功率重量重。致命的是，直流电机在构造上必需有电刷和机械换向器，两者都须要机在构造上必需有电刷和机械换向器，两者都须要常常性的维护保养。常常性的维护保养。摆脱直流电动机驱动伴随的换向器与电刷带给我们的摆脱直流电动机驱动伴随的换向器与电刷带给我们的苦恼！苦恼！牵引电传动系统组成牵引电传动系统组成 交交-直直-交牵引电传动系统原理示意图交牵引电传动系统原理示意图 3.2.4 3.2.4 3.2.4 3.2.4 牵引电传动系统牵引电传动系统牵引电传动系统牵引电传动系统 w“交-直-交”：变压器输出的沟通电先通过整流器变换成直流电（交-直），再通过逆变器将直流电变换成驱动电机的沟通电（直-交）。w在牵引力限制过程中，牵引电机的电源输出电压和频率是随列车速度的变更而不断变更的，即，牵引电机的力矩和速度的限制须要能够同时限制电压幅值和频率的沟通电源。w受电弓从接触网获得恒定电压、恒定频率（恒压恒频）沟通电。w牵引变压器只有降压的功能，输出是恒定电压恒定频率的沟通电。把恒压恒频的沟通电干脆变换成可调压调频的沟通电技术上较困难，只要有合适的开关器件，把直流电变换成可调压调频的沟通电。w逆变器，通过限制GTO、IGBT等电力电子器件的反复导通和关断，把直流电“切割”成矩形电压脉冲波，驱动牵引电机旋转运行。w交-直-交电传动系统有3个显著优点：1）异步电机结构简洁，体积小，单位输出功率的重量轻，日常维护工作量小；2）可实现再生制动，既减轻了车辆重量，又达到了节能的目的；3）PWM整流器的功率因数高约等于1.0，谐波电流小。3.2.5 3.2.5 3.2.5 3.2.5 制动系统制动系统制动系统制动系统 w高速动车组上最重要的系统是什么？制动系统即刹车系统。w试想，时速200km以上、重达几百吨、载客数百人的高速动车组，假如在运行过程中它的制动系统一旦失灵了，后果不行思议。w制动系统何时发挥作用呢？除了常规的到站停车、停车后防止列车前后自然移动外，再有就是运行过程中的减速、下坡时抑制列车加速，此外还有紧急状况时的紧急停车，这些时候就必需制动系统发挥作用才行。由于与平安关系亲密，制动系统本身必需有相当高的牢靠性，即使制动系统某个设备发生故障，也必需保证列车能够平安停车。w对列车实施制动的过程，就是将列车动能转换为其他能量，并消耗掉的过程。由于列车的动能和列车的质量乘以速度的平方成正比，也就是说，假如列车速度增加一倍，则列车动能便变为原来的4倍，所以高速列车和中低速列车即使质量相等，高速列车的制动系统须要转换、消耗的动能要大得多。由此可见，高速动车组制动系统负担真不轻！3.2.5 3.2.5 3.2.5 3.2.5 制动系统制动系统制动系统制动系统 w动车组动能转换成何种形式能量？一种是转换为热能，称机械制动；另一种是转换为电能，称电制动。w机械制动多接受盘式制动。用金属材料锻造而成的制动盘，外形像一个盘子。盘式制动依据制动盘安装位置不同分两类：一种是制动盘安装在车轮的两侧面的轮盘式；另一种是制动盘安装在车轴上的轴盘式。制动时，通过液压制动缸及制动杠杆的作用，让安装在杠杆另一端的两块闸片夹紧制动盘而产生摩擦力矩，该摩擦力矩再由车轮传给钢轨并引起钢轨作用于车轮的反力，该反力即列车的制动力。除盘式制动外，法国的TGV-PSE还接受另外一种制动方式踏面制动。靠闸瓦与车轮踏面摩擦而获得制动力，原理同自行车刹车装置。w电制动主要有：电阻制动、再生制动、盘式涡流制动三种形式。w牵引电机在动车组上扮演两个角色：牵引时，作为电动机牵引列车前进；制动时，作为发电机让列车减速制动。w限制上很简洁实现。让发电机发电从外部给发电机输入能量，电阻制动和再生制动便奇妙利用制动时列车动能来让发电机发电的。发电机发出的电能由谁吸取？电阻制动让电能消耗在列车的制动电阻上变热能消耗掉，再生制动让发电机电能返回电网加以利用。3.2.6 3.2.6 3.2.6 3.2.6 列车网络限制系统列车网络限制系统列车网络限制系统列车网络限制系统 w列车网络限制系统，类似现在日益发达的互联网技术。它好比是人体的神经网络系统，通过它来对各种状况进行信息收集，并下达行动指令。高速动车组是一个困难的高速运动系统，必需对它进行全面、统一、综合、精确的限制，才能保障系统的正常工作。w系统主要由列车信息中心装置、列车信息终端装置、列车信息显示器、显示限制装置及乘客信息显示器等组成。列车网络系统通过光纤连接各中心装置及终端装置，构成双重环路结构，实现信息分散采集、网络传输、集中处理、并对各类信息进行实时汇总分析。w列车网络限制系统保障高速列车各车辆以及每一车辆中的各受控设备依据行车指挥吩咐与司乘人员操纵协调地工作；刚好发觉列车运行中的故障，确定故障的位置，并提出应急处理方案或通知地面维护部门准备接受措施；快速精确地检测出限制与诊断系统所需的全部信号，必要时赐予显示。w高速列车限制与诊断系统是保证运行平安、快捷、舒适、节能必需的系统，是高速行车的重要技术之一。列车网络限制系统列车网络限制系统 3.3 3.3 3.3 3.3 中国如何打造自己的高速动车组中国如何打造自己的高速动车组中国如何打造自己的高速动车组中国如何打造自己的高速动车组 中国面临的国际与国内技术环境从世界高速动车组的鼻祖0系新干线列车诞生至今已过去四十多个年头了。其间，世界高速动车组技术经验了从直流传动到沟通传动，从耐候钢车体到铝合金车体，从动力集中方式到动力分散方式，从高速到超高速的发展历程。从技术角度讲，进入20世纪90年头后，无论是动力分散式的日本高速动车组，还是以动力集中式为主的欧洲，技术已基本趋于成熟了。进入21世纪后，日欧虽仍在接着开发新型高速动车组，技术上已没有质的飞跃。谁是世界高速动车组技术的强者？首推日、法、德，三国拥有成熟的动车组设计制造及运用维护阅历。世界上种类繁多、形态各异、各具特色的高速动车组，绝大多数都是由这三国设计制造的。日、法、德等国虽然技术成熟，但国内市场已经日趋饱和，急于打开国际市场，是这几个国家的共同特点。3.3 3.3 3.3 3.3 中国如何打造自己的高速动车组中国如何打造自己的高速动车组中国如何打造自己的高速动车组中国如何打造自己的高速动车组 1958年，四方机车车辆厂在大连车辆探讨所、上海交大和集宁机务段帮助下，18天完成首列设计时速120km双层液力传动内燃动车组东风号双层摩托列车的设计工作。1959年，东风号在北京天津间试运行。动车组迈出了珍贵第一步。1962年，从匈牙利进口2列NC3型内燃动车组，投入北京天津运行。1978年，长春客车厂、株洲电力机车探讨所和铁道科学探讨院起先设计我国首列KDZ1型电力动车组，10年后，该动车组才始告试制完成！为2动2拖4节编组，接受相控交-直传动技术，最高速度140km/h。1997年株洲和长春客车厂制造双层电动车组到伊朗德黑兰近郊铁路；1998年，唐山厂制造的最高速度120km/h的“庐山”号首开我国双层电传动内燃动车组的先河，并于次年6月3日投于运用；1999年，动力分散式电力动车组“春城”号登场亮相，同年5月1日开幕的世界园艺博览会期间在昆明和石林之间来回运行；2000年后，先后研发时速200km及以上“蓝箭”、“先锋”、“中华之星”、“长白山”等动车组样车。基本驾驭160km/h机车车辆的成套技术。2004年4月，国务院“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的要求。起先“引进消化吸取再创新”的国产高速动车组的打造之路！3.4 3.4 3.4 3.4 中国高速动车组中国高速动车组中国高速动车组中国高速动车组CRH CRH CRH CRH 2007年1月28日，杭州城站的景象与往日有些不一样。一大早，众多手持相机的铁路迷和媒体记者聚集在站台上，是专为见证我国最新型高速动车组CRH2首发运行而来的。上午7:15，浑身象牙白、车体中心一条蓝色线条、车头呈美丽的流线形CRH2旅客列车起动、加速，然后风驰电掣般的驶向目的地上海南站。这一天，CRH2最高运行速度160km/h。然而这不是CRH2的真正实力，它的最高运行速度可达250km/h。2007年4月18日，伴随第六次大提速实施，三种高速动车组CRH1、CRH2、CRH5活跃在万里铁道线上！从2007年4月18日第六次大提速起先至今，我国已在既有线的提速干线上投入了112列CRH系列高速动车组。以此为标记，中国铁路跨入了高速时代。2008年7月，时速300km的CRH3动车组在京津客运专线上闪亮登场。CRH系列动车组面世使世人对中国铁路投以前所未有的关注目光。CRH系列动车组是依据我国制定的“引进、消化、吸取、再创新”的技术路途，在短短的三年内推出的高速动车组。中国中国CRHCRH系列高速动车组系列高速动车组 引进的四种高速动车组的原型车引进的四种高速动车组的原型车 3.4.1 CRH3.4.1 CRH3.4.1 CRH3.4.1 CRH的模特儿的模特儿的模特儿的模特儿-原型车的引进原型车的引进原型车的引进原型车的引进 CRH1原型车Regina。CRH2原型车E2-1000。川崎重工株式会社，日本最具实力的车辆厂家，利用航天开发部门积累的空气动力学技术，在设计研发方面始终发挥领导作用。2002年12月1日，东北新干线盛冈-八户96.6公里延长新线开通，为JR东日本新开发E2-1000型动车组。由既有E2系8辆（6M2T）扩大到10辆（8M2T），总功率9600kW。E2-1000动车组，代表日本最先进的技术，设计时速315km，最高运行速度275km/h。CRH3的原型车Velaro E，是2001年西门子公司在ICE3动车组基础上开发的，充分体现西门子技术水平，是欧洲铁路第一个完全符合最新跨欧铁路系统机车车辆子系统互通性技术规范的高速列车，设计结构具有突出的防撞、防火特性。最高运营时速350km。Velaro E是2008年7月在京津线上亮相。CRH5原型车 SM3同样活跃在气候寒冷的瑞典。SM3由阿尔斯通公司制造，属于具有摆式功能的Pendolino动车组系列，技术成熟，速度达250km/h，适合高寒地区。各原型各原型车车的主要技的主要技术术参数参数 型号型号ReginaE2-1000Velaro ESM3投入运投入运营时间营时间200020022004/20051995制造厂家制造厂家庞庞巴迪巴迪川崎重工川崎重工西西门门子子阿阿尔尔斯通斯通所属所属铁铁路公司路公司瑞典国家瑞典国家铁铁路路东东日本公司日本公司西班牙西班牙芬芬兰铁兰铁路路动动力配置方式力配置方式动动力分散力分散动动力分散力分散动动力分散力分散动动力分散力分散最高运最高运营营速度速度（km/h）220315350250适适应轨应轨距距/mm1435143514351524总牵总牵引功率引功率（MW）6.369.68.84车车体形式体形式不不锈钢车锈钢车体体中空中空铝铝合金型材合金型材中空中空铝铝合金型材合金型材中空中空铝铝合金型材合金型材两端两端头车车辆头车车辆长长度（度（mm）26950257002567527650中中间车车辆长间车车辆长度（度（mm）26600250002477525900中中间车车间车车体体长长度（度（mm）25800244002417525200车辆宽车辆宽度度mm3328338029503200车辆车辆高度高度mm4040370038904100各原型各原型车车的主要技的主要技术术参数参数 型号型号ReginaE2-1000Velaro ESM3车辆车辆定距定距mm19000175001737519000列列车长车长度度m240.1251.4200158.9基本基本编组编组6动动+3拖拖8动动+2拖拖4动动+4拖拖4动动+2拖拖编组编组定定员员人人843814404426编组编组重量重量475/544 t349.5/416 t425/458 t330/364 t最大最大轴轴重（重（t）16.112.91716.5轮缘轮缘内内侧侧/mm1360136013601360轮轮径径/mm915860920890一等一等车车座椅布座椅布置方式置方式2+22+21+21+2二等二等车车座椅布座椅布置方式置方式2+32+32+22+2起起动动加速度加速度0.600.44?0.40供供电电方式方式AC25kV/50HzAC25kV/50HzAC25kV/50HzAC25kV/50Hz牵牵引方式引方式交流异步交流异步电电机机交流异步交流异步电电机机交流异步交流异步电电机机交流异步交流异步电电机机制制动动方式方式再生再生+空气空气再生再生+空气空气再生再生+电电阻阻+空气空气再生再生+空气空气主主变变流装置流装置IGBTIGBTIGBTGTO3.4.2 3.4.2 3.4.2 3.4.2 引进了哪些技术引进了哪些技术引进了哪些技术引进了哪些技术 九大关键技术：动车组总成、车体、转向架、牵引变压器、牵引变流器、牵引电机、牵引限制系统、列车网络限制系统和制动系统。从成本上来说，九大关键技术在动车组成本中占有50以上；从技术上来说，九大关键技术是动车组的核心技术和技术先进性的标记，是衡量技术引进和国产化成功与否的关键；从系统集成上说，引进九大关键技术是建立具有技术提升实力平台、提高国内企业自主创新实力、打造中国品牌的重要基础。为了全面驾驭动车组技术，还必需将空调系统、集便装置、车门、车窗、座椅、风挡、钩缓装置、受流装置、协助供电系统和车内装饰材料等十项主要配套技术作为技术引进和国产化的重要组成部分。好比一辆法拉利赛车，轮胎、发动机和底盘是它的关键技术，其它的技术如流线型外形、尾翼同样很重要，现在甚至轮胎内所充气体的成分也很重要。这些技术必需都要强，否则会出现“短板”，成为限制总体系统性能的束缚。动车组关键技术示意图动车组关键技术示意图 十项主要配套技术十项主要配套技术 3.4.3 3.4.3 3.4.3 3.4.3 如何实现消化吸取如何实现消化吸取如何实现消化吸取如何实现消化吸取 在铁道部的组织下，中国的车辆厂家、高校、探讨所及相关企业汇聚一堂，起先系统地消化吸取引进的高速动车组技术。经过3年左右的努力，基本驾驭了动车组的相关核心技术。CRH系列动车组分别由四个不同的厂家生产制造。长客股份 唐山车辆 四方股份 BSPCRH2CRH2动车组技术的消化、吸取与国产化动车组技术的消化、吸取与国产化 CRH2CRH2动车组技术的消化、吸取与国产化动车组技术的消化、吸取与国产化 CRH2CRH2动车组技术的消化、吸取与国产化动车组技术的消化、吸取与国产化 3.4.4 3.4.4 3.4.4 3.4.4 结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新 轮轨界面轮轨界面 高速动车组通过轮对在钢轨上的滚动实现向前运行。什高速动车组通过轮对在钢轨上的滚动实现向前运行。什么是轮对？为什么不称车轮？动车组么是轮对？为什么不称车轮？动车组“轮子轮子”与汽与汽车车轮不同，汽车上左右车轮是可以独立旋转的，车车轮不同，汽车上左右车轮是可以独立旋转的，动车组同一根车轴上的两个轮子是通过车轴固结在动车组同一根车轴上的两个轮子是通过车轴固结在一起的，车轮不能相互转动，因而称其为一起的，车轮不能相互转动，因而称其为“轮对轮对”。轮对为什么会老醇厚实地在沿着钢轨滚动，不乱跑呢？轮对为什么会老醇厚实地在沿着钢轨滚动，不乱跑呢？莫非动车组也有方向盘吗？答案是动车组没有方向莫非动车组也有方向盘吗？答案是动车组没有方向盘，而轮对自己具有导向作用。原来，轮对的踏面盘，而轮对自己具有导向作用。原来，轮对的踏面进行过特殊设计，具有确定的锥度，同时轮对还设进行过特殊设计，具有确定的锥度，同时轮对还设有轮缘，这就是轮对的导向隐私。有轮缘，这就是轮对的导向隐私。轮对踏面锥度的存在是动车组在钢轨上顺当前进的关键，轮对踏面锥度的存在是动车组在钢轨上顺当前进的关键，同样由于锥度的存在，可以想象，轮对在钢轨上的同样由于锥度的存在，可以想象，轮对在钢轨上的滚动是一个不稳定的运动，轮对一边左右晃动，一滚动是一个不稳定的运动，轮对一边左右晃动，一边向前滚动，即轮对的蛇行运动。小幅度的轮对蛇边向前滚动，即轮对的蛇行运动。小幅度的轮对蛇行并不影响列车性能，但当蛇行增加到确定程度，行并不影响列车性能，但当蛇行增加到确定程度，会引起车体或转向架的蛇行运动，会严峻威逼行车会引起车体或转向架的蛇行运动，会严峻威逼行车平安性，发生真正的蛇行运动。平安性，发生真正的蛇行运动。CRHCRH轮对内侧距选用轮对内侧距选用 轮对及踏面示意图轮对及踏面示意图 轮对蛇行运动示意图轮对蛇行运动示意图 3.4.4 3.4.4 3.4.4 3.4.4 结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新 轮轨界面轮轨界面 真是令人难以置信，轮对上一个小小的踏面轮廓，竟有真是令人难以置信，轮对上一个小小的踏面轮廓，竟有如此大作用，除了影响稳定性之外，由于轮轨之间如此大作用，除了影响稳定性之外，由于轮轨之间的滚动接触，踏面外形对乘客的乘坐舒适性和车体的滚动接触，踏面外形对乘客的乘坐舒适性和车体的振动也有很大的影响。的振动也有很大的影响。列车与线路是一个相互作用、相互影响和相互依存的整列车与线路是一个相互作用、相互影响和相互依存的整体系统。系统通过轮轨接触发生内在联系，或者说，体系统。系统通过轮轨接触发生内在联系，或者说，轮轨关系成为了动车组与高速线路间的联系纽带。轮轨关系成为了动车组与高速线路间的联系纽带。随着高速动车组开行，列车与轨道间的动态相互作随着高速动车组开行，列车与轨道间的动态相互作用日益增加，由此引起的动力学与振动问题更加严用日益增加，由此引起的动力学与振动问题更加严峻。因此，在进行动车组的设计时，必需对轮轨匹峻。因此，在进行动车组的设计时，必需对轮轨匹配关系，尤其是踏面外形赐予很大的关注。配关系，尤其是踏面外形赐予很大的关注。轮轨匹配，是车轮和钢轨的匹配。目前我国高速线路和轮轨匹配，是车轮和钢轨的匹配。目前我国高速线路和既有线路干线均铺设既有线路干线均铺设60kg/m标准截面钢轨，因此，标准截面钢轨，因此，在高速动车组轮对尺寸选取、车轮踏面型式设计及在高速动车组轮对尺寸选取、车轮踏面型式设计及轮轨匹配关系等方面，需在该型钢轨基础上完成。轮轨匹配关系等方面，需在该型钢轨基础上完成。也就是在确定钢轨的条件下，选择合适的车轮踏面也就是在确定钢轨的条件下，选择合适的车轮踏面轮廓与之相配。轮廓与之相配。3.4.4 3.4.4 3.4.4 3.4.4 结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新 轮轨界面轮轨界面 轮对轮缘：轮缘是保持车辆沿钢轨运行，防止车轮脱轨轮对轮缘：轮缘是保持车辆沿钢轨运行，防止车轮脱轨的重要部分。的重要部分。滚动圆直径：车轮直径的大小对车辆的影响各有利弊：滚动圆直径：车轮直径的大小对车辆的影响各有利弊：轮径小可以降低车辆重心，增大车体容积，减小车轮径小可以降低车辆重心，增大车体容积，减小车辆簧下质量，缩小转向架固定轴距，对于地铁车辆辆簧下质量，缩小转向架固定轴距，对于地铁车辆还可以减小建筑限界，降低工程成本；但是，小直还可以减小建筑限界，降低工程成本；但是，小直径车轮使车轮阻力增加，轮轨接触应力增大，踏面径车轮使车轮阻力增加，轮轨接触应力增大，踏面磨耗较快，通过轨道凹陷和接缝处对车辆振动影响磨耗较快，通过轨道凹陷和接缝处对车辆振动影响增大。轮径大的优缺点则与之相反。增大。轮径大的优缺点则与之相反。轮缘内侧距：轮对在正常状态线路上运行时，轮缘的内轮缘内侧距：轮对在正常状态线路上运行时，轮缘的内侧距降影响行车平安和运行平稳性。轮缘内侧距应侧距降影响行车平安和运行平稳性。轮缘内侧距应合理选取，因为一方面它须要保证轮缘与钢轨之间合理选取，因为一方面它须要保证轮缘与钢轨之间有确定的游间，以减小轮缘与钢轨磨耗并实现轮对有确定的游间，以减小轮缘与钢轨磨耗并实现轮对自动对中作用，避开对轮对两侧车轮直径的允许公自动对中作用，避开对轮对两侧车轮直径的允许公差要求过高，避开轮轨之间的过分滑动及偏磨现象，差要求过高，避开轮轨之间的过分滑动及偏磨现象，并使动车组能够平安通过曲线和辙叉。但是，从车并使动车组能够平安通过曲线和辙叉。但是，从车辆运行品质角度考虑，则要求有尽可能小的间隙，辆运行品质角度考虑，则要求有尽可能小的间隙，以限制轮对蛇行运动的振幅，防止因间隙过大恶化以限制轮对蛇行运动的振幅，防止因间隙过大恶化车辆乘坐舒适度。综合考虑各种因素，车辆乘坐舒适度。综合考虑各种因素，CRH高速动高速动车组上选用的轮对内侧距为车组上选用的轮对内侧距为1353mm。3.4.4 3.4.4 3.4.4 3.4.4 结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新 车轮踏面：车轮外轮廓部分称踏面，应具有良好抗蛇行运动稳定性；应具有良好防止脱轨的平安性；轮轨之间磨耗少；发生磨耗后，不仅磨耗要匀整，而且外形变更也要小；易于曲线通过；轮轨之间接触应力要小；旋修车轮时无益的磨耗少，切削去掉部分的质量要小。车轮踏面锥度：轮对径向通过曲线时，可以减小运行阻力，减轻轮轨间磨耗，并有利于避开脱轨现象发生。由于在同一轨道转角下，外侧钢轨长度大于内侧钢轨，为达到轮对径向通过曲线目的，同一车轴上外侧车轮的滚动圆半径必需大于内侧车轮的滚动圆半径。因此，车轮踏面必需有锥度，增大踏面锥度可以通过半径较小的曲线。目前各国运用的车轮踏面按外形可归结为锥形和磨耗型踏面两种。磨耗型踏面是在探讨、改进锥形踏面的基础上发展起来的。实践证明，把车轮踏面一起先就做成类似磨耗后的稳定形态，即磨耗型踏面，可明显削减轮与轨的磨耗、延长运用寿命，削减换轮、旋轮的检修工作量。磨耗型踏面不仅可减缓磨耗延长运用寿命，而且有利车辆曲线通过，并使轮缘力有所降低，在同样轮轨接触应力下，容许更高轴重。3.4.4 3.4.4 3.4.4 3.4.4 结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新 CRH高速动车组在选择车轮踏面形态及有关参数时，进行了充分的理论分析和试验验证，依据车轮的种类、转向架结构及参数、运行速度、轴重、线路结构及参数、钢轨截面形态尺寸以及经济效益等多方面因素，进行了综合性的合理选择。因此，在CRH高速动车组上，均接受了与R60钢轨相匹配的磨耗型踏面，以降低轮对动态作用。在CRH1、CRH2动车组轮对上，接受了LMA磨耗型踏面，该踏面是20世纪90年头，国内为高速客车用车轮开发设计的一种新型磨耗型踏面；在CRH3型动车组上，接受了CRH3_S1002型踏面，该踏面是在LMA型踏面和S1002型踏面的基础上改进得到的；在CRH5动车组上，接受的车轮踏面为XP55型踏面，该踏面广泛应用在韩国高速列车车轮上。上述3种踏面类型均能够与国内60kg/m钢轨协作，并能适应国内主要铁路干线。从目前的运用状况来看，基本能够满足高速动车组的要求。3.4.4 3.4.4 3.4.4 3.4.4 结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新结合中国国情在技术上的创新 弓网界面弓网界面 由于高速动车组必需在高速运动条件下从输电线由于高速动车组必需在高速运动条件下从输电线接接触网上取得电能，高速电气化铁路的关键技术之一触网上取得电能，高速电气化铁路的关键技术之一就是动态性能良好的弓网关系，以保证受电弓在动就是动态性能良好的弓网关系，以保证受电弓在动车组高速运行条件下从接触网平稳受流。车组高速运行条件下从接触网平稳受流。接触网的基本构成是承力索、接触线和吊弦，接触线和接触网的基本构成是承力索、接触线和吊弦，接触线和受电弓弓头滑板相接触，以输送电力。为了保证有受电弓弓头滑板相接触，以输送电力。为了保证有足够的波速，接触线须要张紧，张力一般取足够的波速，接触线须要张紧，张力一般取1020kN。为保证弓头平稳滑过，接触线通过吊弦平直。为保证弓头平稳滑过，接触线通过吊弦平直地悬挂在承力索上，承力索一般呈悬垂形，以担当地悬挂在承力索上，承力索一般呈悬垂形，以担当接触线的垂向重量，吊弦一般只是单向受力。接触线的垂向重量，吊弦一般只是单向受力。简洁链型悬挂和弹性链型悬挂，均满足高速列车受流要简洁链型悬挂和弹性链型悬挂，均满足高速列车受流要求。我国接受简洁链型接触网居多，而弹性链型悬求。我国接受简洁链型接触网居多，而弹性链型悬挂接触线由于具有更加良好的垂向刚度一样性，因挂接触线由于具