高速鐵路概論(機車).ppt

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高 速 鐵 路 概 論,,第三章 高速列車的牽引動力,第一節(jié),,概述,,受電弓與傳動裝置,第三節(jié),動力車車體與轉(zhuǎn)向架,第二節(jié),制動技術(shù),第四節(jié),,第一節(jié) 概 述,高速牽引動力是高速行車的重要技術(shù)關(guān)鍵之一，其本身涉及到許多方面的新技術(shù)： 新型動力裝置和傳動裝置 牽引動力的配置（動車組方式） 高速制動技術(shù) 高速電力牽引時的高可靠的受電技術(shù)和裝備 車載微機控制的列車牽引、制動和智能診斷技術(shù) 適應高速行車要求的車體、走行部結(jié)構(gòu)及車體外形,第 一 節(jié) 概 述,從速度上看，目前已開行的高速列車的最高速度可以劃分為三個等級。 第一速度級： 最高運行速度200～250Km/h 第二速度級： 最高運行速度250～300Km/h 第三速度級： 最高運行速度300Km/h以上 法國、德國和日本的高速列車已從第一代發(fā)展到第三代。 以法國 TGV高速列車為例，第二代與第一代相比，其最高運營速度由270km/h提高到300km/h，牽引電動機質(zhì)量不增加，而 額定功率 提高一倍，噪聲 降低 8dB。第三代TGV高速列車為雙層列車，車體材料為鋁合金，軸重小于17噸，比前兩代 TGV都輕。,第 一 節(jié) 概 述,,補充：提速的幾個概念,最高速度vmax 平均技術(shù)速度vj 平均旅行速度vl a= vj/ vmax = vl /vj ?=vl /vmax = a ,,一、高速列車對牽引功率的要求,,二、高速列車的阻力,,三、牽引動力及其配置,確保加速功率達到或略高于該檔速度運行所需的功率為 其中 N－高速列車所需牽引功率（kW） Q－高速列車的總質(zhì)量(t) w－高速列車的單位阻力(N/t) Vmax－高速列車的最高運行速度(km/h) K－裕量系數(shù),一、高速列車對牽引功率的要求,參考國外高速列車運行情況及提出的一些經(jīng)驗公式進行計算可知： 列車總質(zhì)量確定為800噸（可運送旅客1000名），最高運行速度達到200km/h時需要的總牽引功率為6400kW；最高運行速度達到250km/h時需要的總牽引功率為8800kW；最高運行速度達到300km/h時需要的總牽引功率為13600kW。而同樣質(zhì)量的列車，在常規(guī)速度時所需的總牽引功率僅為1600kW。 上述表明，從常規(guī)速度級提高到第一速度級，速度增加1倍，功率增加4倍。說明N不僅與V成正比，更主要是高速下列車的單位阻力大大增加的緣故。,一、高速列車對牽引功率的要求,二、高速列車的阻力,運行阻力,基本阻力 （隨列車運行 速度的不同而異）,附加阻力,在低速運行時，主要是機械摩擦阻力；達到100KM/h時，空氣阻力與機械阻力各占一半，達到200Km/h時，空氣阻力占70％，運行速度越高，空氣阻力占的比例越大,,,空氣阻力的計算公式為：,空氣密度 空氣阻力系數(shù) 列車速度 列車斷面積 列車壓力阻力系數(shù) 列車側(cè)面氣動摩擦系數(shù) 列車長度 列車氣動直徑,空氣阻力與列車速度的平方成正比,,三、牽引動力及其配置,1、牽引動力的形式 電力牽引 內(nèi)燃電傳動牽引 電力牽引的優(yōu)點：功率大、軸重小、經(jīng)濟性能好、環(huán)境污染小 電力牽引的缺點：初期投資大 內(nèi)燃電傳動牽引的優(yōu)點：投資少、見效快、經(jīng)濟性能好 如英國的HST高速列車、德國的VT610內(nèi)燃動車組。內(nèi)燃電傳動牽引可用于尚未電氣化的高速鐵路區(qū)段，也可作為加速發(fā)展高速鐵路建設的一種過渡牽引形式。 高速列車的牽引可采用傳統(tǒng)的機車牽引形式，也可采用動車組。由于動車組的軸重低，可減少對線路的破壞作用，大部分列車采用動車組牽引形式。,2、牽引動力的配置,動力集中,單端集中 （傳統(tǒng)牽引方式，機車牽引客車） 功率較小、速度不高，小于200Km/h,兩端集中（德國ICE，機車模式，列車長度方面機動性大）（法國TGV，動車組模式，采用動車和拖車具有共用轉(zhuǎn)向架和鉸接結(jié)構(gòu)，載荷均勻，運行平穩(wěn)，但機動性差）,動力分散,完全分散模式 中間車全部為動力車，如日本的0系列，16輛均為動力車,相對分散模式 大部分為動力車，小部分為拖車， 如日本的100、700系列，16輛中12輛 為動力車，4輛是拖車,采用動車牽引是當前高速牽引的主要方式。它將高度集中的牽引動力配置改為分散（或相對分散）配置，即將牽引動力分散在各個動車上，克服了傳統(tǒng)機車牽引總功率受限制的缺點，從而使運行速度進一步提高到第二速度級和第三速度級。這種牽引方式主要應用于新建的高速客運專線和新建的客貨混用高速線上，如日本、法國、德國、瑞典、意大利等國的高速鐵路都采用這種牽引方式。,3、牽引動力集中配置與分散配置的比較,（1）軸重 a最大軸重 牽引動力集中配置比分散配置的大 如ICE為19T，TGV17T，日本0系16T ，100系15T 。 b平均軸重 牽引動力集中配置比分散配置的平均軸重?。ㄒ驗檎熊囍写罅客宪嚨妮S重較輕） 如ICE12.5T，日本0系15.1T，100系14.1T。,軸 重,3、牽引動力集中配置與分散配置的比較,要開行高速列車，不管是最大軸重還是平均軸重都應該降低。因為軸重大的列車對線路的影響和破壞作用也大。但在額定最高運行速度下，最大軸重的限度究竟定位多少合適，尚難作出統(tǒng)一結(jié)論。日本根據(jù)自身地理條件，采用牽引動力分散，將最大軸重定為16t。法國采用牽引動力集中配置形式，將最大軸重定為17t。 平均軸重低可以減少線路建設投資，減輕對線路的動力作用，從而降低線路的檢修和養(yǎng)護費用。,軸 重,3、牽引動力集中配置與分散配置的比較,（2）簧下質(zhì)量 機車車輛的簧下質(zhì)量因軌道不平順而產(chǎn)生沖擊響應，直接影響到軌道、軌枕、道床乃至路基。在其他條件相同的情況下，簧下質(zhì)量越大，對線路的破壞作用也越大。隨著速度的提高，這種作用也隨之增大。然而要用一個簡單的表達式對簧下質(zhì)量做出定量限制，尚難做到，因為其與軌道上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量、軌面?zhèn)?、車輪輪圓度及自身動平衡、線路的質(zhì)量與養(yǎng)護水平等多種因素有關(guān)。 為了對不同機車車輛簧下質(zhì)量的影響進行比較，通常采用等效簧下質(zhì)量的概念。牽引動力集中配置的高速列車動力車的每輪等效簧下質(zhì)量略低于動力分散配置的數(shù)值。,3、牽引動力集中配置與分散配置的比較,（2）簧下質(zhì)量 機車車輛的簧下質(zhì)量因軌道不平順而產(chǎn)生沖擊響應，直接影響到軌道、軌枕、道床乃至路基。在其他條件相同的情況下，簧下質(zhì)量越大，對線路的破壞作用也越大。隨著速度的提高，這種作用也隨之增大。然而要用一個簡單的表達式對簧下質(zhì)量做出定量限制，尚難做到，因為其與軌道上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量、軌面?zhèn)Α④囕嗇唸A度及自身動平衡、線路的質(zhì)量與養(yǎng)護水平等多種因素有關(guān)。 為了對不同機車車輛簧下質(zhì)量的影響進行比較，通常采用等效簧下質(zhì)量的概念。牽引動力集中配置的高速列車動力車的每輪等效簧下質(zhì)量略低于動力分散配置的數(shù)值。,3、牽引動力集中配置與分散配置的比較,（3）粘著利用和加速性能 充分利用粘著是高速列車牽引動力設計時的一個重要的指導思想。日本在研制牽引動力裝置時，認為粘著系數(shù)將隨速度的提高而下降，擔心單軸的粘著力過小，只好增加動軸的數(shù)量，以保證足夠的牽引力，這就是日本的高速列車的牽引動力采用分散配置形式的原因之一。 西歐各國發(fā)展高速列車時，人們對高速運行條件下粘著的認識已有提高。新型防滑裝置的研制成功，使動力車的設計可取得較大的粘著系數(shù)，用較少的動軸既可滿足牽引力的要求。,3、牽引動力集中配置與分散配置的比較,（3）粘著利用和加速性能 法國TGV、德國ICE、意大利ETR500的運營經(jīng)驗都表明：動力集中配置的列車的粘著利用完全可以滿足高速行車的要求。日本300系列動車組的粘著系數(shù)也提高了，從而減少了動力車的數(shù)量。 動力分散配置型的高速列車大部分或全部為動力車，因而具有較大的粘著牽引力和較好的起動加速性能，而動力集中配置型在粘著利用方面則較差。但目前采用三相交流傳動技術(shù)，動力集中配置行動力車的軸牽引功率已大大提高，從而使其加速性能不亞于動力分散配置型。,3、牽引動力集中配置與分散配置的比較,（4）列車總功率和軸功率 高速列車在其牽引重量和速度目標值確定之后，無論采用動力集中還是分散配置，所需的列車總功率基本上是相同的。兩者的區(qū)別僅在于動力分散配置型列車的動軸多、單軸功率小；而動力集中配置型列車的動軸少、單軸功率較大。 當需要擴大高速列車編組時，均可增加動軸的數(shù)量來滿足總功率的要求。動力分散配置型可在列車中部增加牽引單元，而動力集中配置型則可將鄰接動力車的掛車轉(zhuǎn)向架改為動力轉(zhuǎn)向架。當需要提高列車速度時，兩種配置均可通過減少掛車的數(shù)量來實現(xiàn)。 總之，對于列車總功率，兩種配置方式幾乎沒有區(qū)別，而在軸功率問題上，由于科技的發(fā)展，單軸功率可以有較大的提高，這對牽引動力采用集中配置方式是有利的。,3、牽引動力集中配置與分散配置的比較,（5）制動距離 有人認為動力分散配置型列車由于其動軸多，可充分利用動力制動，縮短制動距離。實際上，動力制動也屬于粘著制動。無論動力配置方式如何，其輪軌間允許的粘著系數(shù)是一樣的。只要制動力不超過粘著允許的范圍，當列車重量相同，制動功率相等時，其制動距離是一樣的。 動力集中型列車雖然其動軸少，但大量掛車車軸上有足夠的空間可用于安裝作用性能良好的盤型制動裝置和防滑器。尤以后者可使制動粘著系數(shù)的利用值提高，制動距離不會比動力分散配置型大。而動力分散配置型列車的眾多動軸上均安裝有牽引電動機，所剩余的位置狹窄，安裝盤型制動裝置有一定困難。,3、牽引動力集中配置與分散配置的比較,（6）受流 高速受流的穩(wěn)定性可用受電弓離線率來表征。 動力分散配置型的高速受流是多弓受流，如日本100系列高速列車需要升起6個受電弓，噪聲很大，甚至隔音墻都無法擋住。多個受流弓相距很近、受電過程中引起接觸網(wǎng)導線產(chǎn)生復雜的多層波動，而這些受電弓又無法跟隨處于波動中的導線，導致頻繁的受電弓離線，伴隨頻繁的飛弧放電效應。不僅損失電能，嚴重時使動力車無法穩(wěn)定工作。離線率超過10%，導致接觸導線波狀磨耗，壽命僅4-5年。 歐洲吸取日本的教訓，經(jīng)過多次試驗和研究，最后的處在200m以內(nèi)的間各種不允許第二個受電弓開起工作的結(jié)論。 法國、德國采用動力集中配置，升弓數(shù)量僅為1個或2個，很少發(fā)生離線現(xiàn)象，避免了電弧放電、電磁干擾，使高速受流比較完善。,3、牽引動力集中配置與分散配置的比較,（7）外形流線化及運輸組織 動力集中配置型高速列車的動力車相當于兩臺機車，分置于列車的兩端，便于頭部流線型化設計，且免除了轉(zhuǎn)線作業(yè)。中間的拖車相當于一般的客車車輛，因而全列車可以采用統(tǒng)一考慮的減少空氣動力阻力的優(yōu)化設計。由于拖車可隨意摘掛，從運輸組織及空氣動力學觀點看，動力集中配置具有較好的性能。 動力分散型高速列車需在兩端的牽引單元設駕駛室并制成頭部流線型，而且這兩個牽引單元與其他牽引單元不能互換編掛，因而對運輸組織并不方便。,,第一代牽引動力有動力集中配置的傳統(tǒng)的機車牽引和動力分散配置的動力牽引兩種形式。傳統(tǒng)的機車牽引以英國IC225高速列車的牽引為例，最高運行速度為225km/h；動力分散配置的動力牽引如日本的0系列動車組，最高運行速度為210km/h。 第二代牽引動力以相對集中配置為特點，如法國TGV最高運行速度可達300 km/h。,高速列車最高運行速度的三個等級恰好反映了高速牽引動力發(fā)展的三個階段：,,第三代牽引動力除仍采用兩端配置動力車外，主要在電傳動技術(shù)上有新的突破，即采用三相交流牽引電動機驅(qū)動，使動力車的牽引功率大大增加，且牽引粘著特性更為理想，從而使列車速度突破300 km/h。已研制成功的有：德國的ICE、瑞典的 X2、意大利的 ETR500行動車組以及日本的300系列。法國正在研制的第三代 TGV動車組，其設計最高速度達350 km/h。,高速列車最高運行速度的三個等級恰好反映了高速牽引動力發(fā)展的三個階段：,3-2 受電弓與傳動裝置,一、高速受電與受電弓,,二、傳動方式與傳動裝置,,在電力牽引情況下，無論機車或動力車，一般是由受電弓與傳動裝置、車體、走行部、車鉤緩沖裝置、制動裝置組成。除了與車輛相似的部分以外，從本節(jié)起，我們將逐次予以介紹。,一、高速受電與受電弓,,1、高速受電的特點,,2、接觸網(wǎng)－受電弓系統(tǒng),,3、受電弓,1、高速受電的特點,高速列車的速度較高，因而受電弓沿接觸網(wǎng)導線的移動加快。接觸網(wǎng)與受電弓的波動特性發(fā)生變化，從而對受電產(chǎn)生影響；,高速列車的空氣阻力較大，空氣動態(tài)力也影響到受電弓的受電；,牽引功率較大，若采用多弓受電必然會增加阻力、加大噪聲，引起接觸網(wǎng)的波動干擾，因而受電弓不能太多，這就需要解決受電弓從接觸網(wǎng)大功率受電的問題。,2、接觸網(wǎng)－受電弓系統(tǒng),1、在最高行車速度和更大的速度變化范圍內(nèi)能保證正常的供電；,2、應有更高的耐磨性和耐蝕（包括電蝕）性能力；,3、對接觸網(wǎng)的布置和結(jié)構(gòu)有更高的要求；,4、接觸懸掛方面，目前在常速列車供電中采用的彈性半補償鏈形懸掛和彈性全補償懸掛不能適應高速的要求，應有更好的接觸懸掛裝置,接觸網(wǎng)的基本功能是將電能供給機車，對高速受電用的接觸網(wǎng)應有更高的要求：,接觸導線的波動和噪聲 高速運行時，接觸導線會產(chǎn)生復雜的多層橫波，使受電弓無法追隨處于波動中的接觸導線以保持緊密、連續(xù)接觸，導致受電弓頻繁離線。接觸導線的波動會產(chǎn)生電弧放電以及強烈的噪聲問題,離線問題 導線的高度變化以橫波的形式傳播，其傳播速度趕不上高速列車的速度，就會產(chǎn)生離線現(xiàn)象,在高速運行條件下，接觸網(wǎng)－受電弓系統(tǒng)的工作對受電產(chǎn)生的影響，表現(xiàn)在以下幾個方面：,弓線間的接觸壓力 壓力變小造成受電弓離現(xiàn)，出現(xiàn)電弧，使弓線燒傷，壓力變大使接觸導線升高，使受電弓滑板和接觸導線的磨損加劇,3、受電弓,受電弓受電弓滑板和接觸導線壓力恒定，不能太大也不能太小,受電弓運動部分的質(zhì)量盡量減輕，以保證可靠的電接觸，主要是慣性力,受電弓滑板上的空氣制動力盡量由別的零件承擔，減小對接觸壓力的影響,受電弓滑板的材料、形狀、尺寸應適應高度的要求，以保證耐磨性和接觸狀態(tài),受電弓在升降弓時，初始動作迅速，終了動作緩慢，以確保在降弓時快速斷弧,受電弓應當滿足的要求,支柱 拉桿 腕臂 接觸導線 承力索 吊弦 墜砣,二、傳動方式與傳動裝置,1、直流傳動：以直流牽引電動機為動力 用于早期的高速列車,2、交流傳動 以交流牽引電動機為動力,,同步牽引電機,異步牽引電機,傳動方式：就是將外部輸入的能源或本身產(chǎn)生的能源通過一整套電能變換和傳遞裝置，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動動輪輪對以牽引列車。 這種電能變換和傳遞裝置稱為電傳動裝置。按照電傳動裝置所采用的牽引電動機的類型，電傳動方式分為兩大類：,早期的高速列車大部分采用直流電傳動方式，隨著大功率可控硅變流技術(shù)的發(fā)展，使三相交流電傳動技術(shù)得到了實際應用，出現(xiàn)了交流同步傳動方式和交流異步傳動方式。,1、直流電傳動,根據(jù)其牽引供電系統(tǒng)的不同分為直—直電傳動和交—直電傳動。 直—直電傳動是指由直流供電系統(tǒng)供電、直流牽引電動機為動力的傳動方式。由于其設備簡單、技術(shù)可靠，因此在鐵路電氣化早期占有主導地位。但由于本身的不足，不可能得到進一步發(fā)展。,交—直電傳動是指由單相交流供電系統(tǒng)供電、脈流牽引電動機為動力的傳動方式。從接觸網(wǎng)獲得單相交流電源，經(jīng)變壓器降壓后，由整流裝置將交流電變換為直流電，再向牽引電動機供電，實現(xiàn)電能向機械能的轉(zhuǎn)變。,電力牽引從直流制轉(zhuǎn)為交流制是鐵路電氣化的一大技術(shù)進步，因為單相工頻交流制具有一系列優(yōu)點： 可大大提高動力車的牽引功率，為高速運行提供最根本的前提條件； 可實現(xiàn)高壓輸電，減少變電站的數(shù)量，降低電氣化的初期投資； 大大減少有色金屬用量（減少60%左右） 降低能耗1/3，從而減少運營支出； 可避免直流電腐蝕地下設施。,無論是用于家庭還是用于工廠，單相交流電源和三相交流電源，其電壓和頻率均按各國的規(guī)定有一定的標準，如我國大陸規(guī)定，直接用戶單相交流電為220V，三相交流電線電壓為380V，頻率為50Hz，標準的電壓和頻率的交流供電電源叫工頻交流電,2、交流電傳動,交流電傳動是以交流牽引電動機為動力的一種電傳動方式。 在相當長的一段時間內(nèi)，這種傳動方式因調(diào)速不便和效率較低而未被應用。直到晶閘管技術(shù)和大功率逆變技術(shù)的逐步成熟，使得在大功率條件下交流電的變頻得以順利實現(xiàn)，從而可以使交流牽引電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩能夠得到快速、平穩(wěn)、精確的控制。在這一前提下，世界各國紛紛采用三相交流同步牽引電動機和三相交流異步牽引電動機為動力的電傳動方式。,2、交流電傳動,交流電傳動形式很多，主要有： （1）交—直—交電傳動 其特點是交流電源和交流輸出之間有一直流環(huán)節(jié)。 （2）交—交電傳動 其特點是單相交流電源不經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)，直接變換為頻率可調(diào)的三相交流電，供給同步或異步牽引電動機。動力車通過受電弓從接觸網(wǎng)獲取單相交流電源，經(jīng)變壓器降壓后，通過一個或幾個變頻裝置，直接變換為可變頻率的三相交流電，向牽引電動機供電。,交流電傳動比直流電傳動有一系列優(yōu)點，各項技術(shù)指標優(yōu)于直流電傳動。,3-1 概 述,3-2 受電弓與傳動裝置,3-3 動力車車體與轉(zhuǎn)向架,3-4 制動技術(shù),3-5 牽引供電系統(tǒng),動力車車體,,1、結(jié)構(gòu)輕量化,2、外形流線化,一、動力車車體,1、結(jié)構(gòu)輕量化 結(jié)構(gòu)輕量化是要求高速動力車車體的承載結(jié)構(gòu)在確保其動力強度的前提下，盡可能降低其重量。 高速客車輕量化，除可以節(jié)約能源消耗外，更主要的目的是減輕對線路的磨耗和損傷。根據(jù)日本新干線的運用經(jīng)驗，在鋼軌下沉量不變的情況下，如果軸重和簧下重量分別下降20%，則列車速度可由210km/h提高到250km/h。,動力車車體,,1、結(jié)構(gòu)輕量化,2、外形流線化,一、動力車車體,1、結(jié)構(gòu)輕量化 為了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化，日本300系列高速動車組的車體采用鋁合金材料制造，比100系列高速動車組的耐候鋼車體的重量減輕20%；德國ICE高速列車的車體用鋁板材制造，同樣也降低了軸重。,一、動力車車體,2、外形流線化 外形流線化是要求高速動力車車體外形應呈流線型，以盡可能減小空氣阻力，使動力車具有良好的空氣動力性能。 細長、無棱角的流線型外形，前后兩端動力車的頭部應呈尖凸狀、并裝有低位整體流線擋板； 頂部平整光滑，除受電弓外盡可能不安裝其他部件； 車體外表面應完全平滑光整，車窗、車門與車體齊平，手把、扶桿應凹裝在車體表層內(nèi)。,高速動力車的走行部均采用轉(zhuǎn)向架式，對其總體要求是： 1、在零到最大速度的范圍內(nèi)能保證平穩(wěn)安全的運行；,2、在直線或曲線上以最高速度運行時，能保證垂直方向和水平方向的動力作用最?。?3、能保證由于線路不平及通過曲線時傳給牽引裝置及車體的動力作用和沖擊最小；,4、能保證充分利用粘著重量；,5、具有良好的適檢性和適修性，零件有良好的耐蝕性。,二、走行部分,型號SF600 運行速度250km/h 軌距1435mm 軸距2600mm 重量10t,德國ICE高速列車的動力車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)特點：,1、牽引電動機、齒輪傳動裝置及盤形制動裝置一起懸掛在車體和轉(zhuǎn)向架之間。這種懸掛方式使得它們的垂向作用重量的2/3屬于車體，1/3屬于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架。這種結(jié)構(gòu)設計可以達到高速運行時垂向動力作用力很小的目的。,2、在水平方向上，垂向分配給轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的一部分牽引電動機、齒輪傳動裝置及盤形制動裝置的重量，通過橫向液壓減震器與車體相連。其結(jié)果可使橫向動力作業(yè)力也很小。,3、不采用常規(guī)牽引銷，通過斜拉桿傳遞牽引力和制動力。故轉(zhuǎn)向架不設中間橫梁，而呈框架封閉結(jié)構(gòu)。,4、采用軸箱拉桿，實現(xiàn)軸箱的無磨耗縱向定位；橫向定位依靠一系圓彈簧來實現(xiàn)，使軸箱定位所含的部件數(shù)量最少。,5、二系懸掛采用柔性高圓彈簧,6、牽引機構(gòu)和軸箱定位裝置中采用大體積橡膠元件和阻尼元件，可以在最大可能限度范圍內(nèi)，實現(xiàn)各個方向作用的相互獨立。,7、采用新的基礎制動裝置，采用盤形制動代替了傳統(tǒng)的閘瓦制動。,8、采用新的結(jié)構(gòu)設計，動力車轉(zhuǎn)向架的重量僅為9.65T?；上沦|(zhì)量為1.88T。一般的電力機車的轉(zhuǎn)向架的重量為30T，簧下為6T。,第三章 高速列車的牽引動力,3-1 概 述,3-2 受電弓與傳動裝置,3-3 動力車車體與轉(zhuǎn)向架,3-4 制動技術(shù),3-5 牽引供電系統(tǒng),3-4 制動技術(shù),,1、高速列車制動的特點,2、制動方式,3、高速列車的制動方式,,,一、高速列車制動的特點,列車制動的一般概念是指對行進中的列車施行減速或使在規(guī)定的距離內(nèi)停車。 制動的重要性不僅在于它直接關(guān)系到運輸安全，還在于它是進一步提高列車運行速度的決定因素。列車的速度越高，對制動的要求也就越高。因此，高速列車的制動技術(shù)就成為高速運行的關(guān)鍵技術(shù)之一。 高速列車由于速度快，用常速列車的單一閘瓦制動方式無法將動能在規(guī)定的時間和距離內(nèi)消耗或吸收，高速列車的制動必須采用綜合方式，即多種制動協(xié)調(diào)使用。,二、制動方式,摩擦制動,,閘瓦制動,盤形制動,電磁軌道制動,動力制動,,電阻制動,再生制動,電磁渦流制動,通過機械摩擦來消耗列車動能的制動方式。 優(yōu)點：制動力與列車速度無關(guān)，無論在高速和低速時都有制動力，特別在低速時能對列車施行制動直至停車。 缺點：制動力有限，這是受熱能散發(fā)的限制而直接影響制動功率增大的緣故。 （1）閘瓦制動 制動力的大小通過改變閘瓦壓力來調(diào)節(jié)。在高速時閘瓦與 車輪踏面之間的摩擦系數(shù)較小，制動力不夠。若增加閘瓦壓、 力，則會造成速度降至某一值時車輪被抱死，產(chǎn)生滑行，制 動力反而下降，且車輪踏面、鋼軌都會被擦傷。 所以它只能配合其他制動起到 低速制動和停車制動的作用。,1.摩擦制動,,閘瓦制動,（2）盤形制動 以合成材料或粉末冶金材料制成的制動塊（又稱閘襯）夾緊裝在車軸上的鑄鐵或鋼制動圓盤，通過制動塊與制動圓盤之間的機械摩擦來消耗列車的動能。 和閘瓦制動相比，它散熱性能較好，并具有較好的高速制動性能。不足之處是高速制動時制動塊磨損速度明顯加快，熱載荷大時制動圓盤易產(chǎn)生裂紋。不能確保制動安全，因而其制動功率仍然要受溫升的限制。此外，制動力要通過車輪來傳遞，因而受輪軌粘著的限制。 總之，盤形制動在高速列車的動力車上也只能起輔助制動作用。,1.摩擦制動,2、盤形制動,（3）電磁軌道制動（磁軌摩擦制動） 利用裝在轉(zhuǎn)向架上的制動電磁鐵，經(jīng)通電勵磁后吸壓到鋼軌上，制動電磁鐵在軌面上滑行，利用其與鋼軌之間的機械摩擦來消耗列車的動能，從而產(chǎn)生制動作用。 制動電磁鐵掛裝在非動力車輛轉(zhuǎn)向架的兩個車輪之間，距軌面有一定高度。根據(jù)制動電磁鐵懸掛的高度不同，電磁鐵制動裝置分為高懸掛和低懸掛兩種。 高懸掛時，制動電磁鐵與軌面之間的距離為120-160mm，制動時，依靠風動裝置使制動電磁鐵吸附于軌面上。 低懸掛時，制動電磁鐵與軌面之間的距離僅為6-10mm，制動時，制動電磁鐵以其自身的吸力，克服彈簧力， 直接吸附到軌面上。,1.摩擦制動,（3）電磁軌道制動（磁軌摩擦制動） 電磁軌道制動的特點： 制動力不受輪軌粘著力的限制，是一種非粘著制動方式； 由于制動時電磁鐵在鋼軌上滑行摩擦，起到清掃軌面的作用，從而使輪軌粘著得到改善； 制動時不會發(fā)生軸重轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，相反在一定程度上軸重稍有增加； 可顯著縮短制動距離。 電磁軌道制動的缺點： 裝置重量大而使軸重增大；鋼軌發(fā)熱，磨損加劇，不宜用于運行中的調(diào)速制動，目前僅用于 高速列車的緊急制動。,1.摩擦制動,電磁軌道制動,2.動力制動,,利用某種能量轉(zhuǎn)換裝置，將運行中列車的動能轉(zhuǎn)換為其他形式的動能（如熱能或電能）并予以消耗的制動方式，稱為動力制動。其特點是制動力與列車速度有很大關(guān)系，列車速度越高，制動力越大，隨著列車速度的降低，制動力也隨之下降。 動力制動包括：電阻制動、再生制動、電磁渦流制動等。,電阻制動 （按照接線方式的不同）,基于牽引電機可以逆轉(zhuǎn)為發(fā)電機運行，在制動時利用動力車（包括電力動力車和電傳動內(nèi)燃動力車）車輪的轉(zhuǎn)動，帶動牽引電動機使之轉(zhuǎn)為發(fā)電機工況運行，將列車的動能與位能轉(zhuǎn)化為電能，并在制動電阻上轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳?，從而產(chǎn)生制動作用的一種制動方式。,,串激式電阻制動,它激式電阻制動,(1)電阻制動,優(yōu)點： 制動力隨列車運行速度增高而增大，保證運行中有可靠的制動效能以及在長大下坡道上能以允許的最高速度運行； 可以實現(xiàn)良好的制動力特性調(diào)節(jié)； 可以減少閘瓦和車輪輪箍的磨損，避免因輪箍過熱而造成的馳緩； 結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，作用快，制動平穩(wěn)。,(1)電阻制動,與電阻制動類同，利用電力動力車車輪的轉(zhuǎn)動，帶動牽引電動機作為發(fā)電機運行，但產(chǎn)生的電能不是消耗在制動電阻上，而是將電能反饋到供電系統(tǒng)，從而產(chǎn)生制動作業(yè)的一種制動方式。 再生制動不僅具有制動列車的作用，而且能將列車的動能與位能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫碾娔?。所以從能量綜合利用的角度看，它是一種比較理想的制動方式。但實現(xiàn)再生制動對逆變技術(shù)和動力車主電路保護系統(tǒng)的要求比較高。此外，再生制動時，動力車的功率系數(shù)較低。,(2)再生制動,電磁渦流制動與磁軌制動相似，也有一個較大的電磁鐵，通過電磁鐵和電磁感應體相對運動，將列車的動能轉(zhuǎn)換成電磁渦流并產(chǎn)生熱能，達到制動的目的。 根據(jù)電磁鐵和電磁感應體的型式，電磁渦流制動分為電磁渦流軌道制動和電磁渦流轉(zhuǎn)子制動。,(3)電磁渦流制動,三、高速列車的制動方式,1、高速列車的制動不能依靠單一的制動方式，必須采用綜合的制動方式,2、動力車的制動絕大部分采用電阻制動和再生制動，并輔以盤形制動,3、非動力車的制動，幾乎都采用盤形制動，同時再加上電磁渦流制動或電磁軌道制動,4、電磁渦流制動有較大的發(fā)展前景，但需要解決好鋼軌 和轉(zhuǎn)子的散熱問題。,5、電磁軌道制動也是一種非粘著軌道制動方式，可以實 現(xiàn)較大的制動力。但由于對鋼軌和磁極有較大磨損，僅 限于緊急制動使附加使用。,6、閘瓦制動在高速列車上僅有法國TGV-PSE及TGV-A作 為輔助制動方式采用，且只是在列車速度降至常速后才 開始使用，并直至停車?？偟目磥?，閘瓦制動在高速列 車上有淘汰趨勢。,