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1/63《动车组概论》机械班北京交通大学机电学院宋永增136413655302/63讲座内容：高速铁路概述动车组车体技术动车组转向架技术动车组牵引供电国产动车组简介3/63第一章高速铁路概述第一节高速铁路概况第二节动车组组成及关键技术4/63一、高速铁路发展沿革二、高速铁路客运特点三、高速铁路线路特点第一节高速铁路概况5/63一、高速铁路发展沿革1.铁路速度的划分根据铁路线路允许运行的最高时速作以下划分：普通铁路100～160km/h快速铁路160～200km/h高速铁路＞200km/h(既有线改造)＞250km/h(新建线)6/632.高速铁路的组成高速铁路是当代新技术的集成，是一个庞大而复杂的系统工程。包括：•高速铁路线路—是实现高速的基础•高速列车—是高速铁路新技术的核心•高速铁路安全运行管理系统—是高速铁路的神经中枢7/63高速铁路线路新技术–高标准的平、纵断面设计–高速轨道新结构—无渣轨道（轨枕板）–高速道叉–高速路基、路桥过渡段–高速铁路桥梁和隧道–高速牵引供电系统8/63高速铁路安全运行管理系统–高速列车速度控制技术（ATC）–无线列车控制系统—移动闭塞（ETCS）–高速综合调度中心（CTC）–高速铁路线路监测诊断系统–自然灾害报警系统（地震、泥石流、台风、大雪、暴风雨）等9/63(1)日本高速铁路–东海道新干线–山阳新干线–东北新干线–东北新干线延长线–上越新干线–北陆新干线–山形小型新干线–秋田小型新干线3.世界主要国家高速铁路的发展10/63日本高速铁路网项目东海道新干线山阳新干线东北新干线上越新干线北陆新干线山形小型新干线秋田小型新干线东北新干线延伸线运营公司JR东海公司JR西日本公司JR东日本公司JR东日本公司JR东日本公司JR东日本公司JR东日本公司JR东日本公司营业里程/km东京－新大阪515.4新大阪－博多553.7东京－盛冈496.5大宫－新泻269.5高崎－长野117.4福岛－新庄148.6盛冈－秋田127.3盛冈－八户96.6开行时间1964.10.1冈山1972.3.15博多1975.3.10大宫－盛冈1982.6.23上野－大宫1985.3.14东京－上野1991.6.201982.11.151997.10.1福岛－山形1992.7.1山形－新庄1999.121997.3.222002.12.1车站数量平均站间距离/km1536.81832.61829.2933.7623.5617.4625.4432.2最高运行速度/km/h270300275240260130130275车辆种类0系,100系300系,500系700系0系,100系300系,500系700系200系,400系E1系,E3系E4系200系,E1系E4系E2系400系E3系E2系-100011/63(2)法国高速铁路–东南线–大西洋线–北方线–东南延伸线–地中海线–巴黎联络线–东部线12/63法国高速铁路网线路名称东南线大西洋线北方线联络线东南延伸线地中海线东部线区间巴黎－里昂巴黎－图尔巴黎－勒芒巴黎－里尔巴黎－加莱环巴黎里昂－瓦朗斯瓦朗斯－马赛巴黎-斯特拉斯堡修建里程/km417298334109127263300120（在建）运营时间/年南段1981.9北段1983.9到勒芒1989.9到图尔1990.1到里尔1993.5到加莱1994.10南部1994西部1996北段1992南段199420012007最高营业速度/km/h270300300300300350320/350高速列车类型TGV-PSETGV-ATGV-NTGV-TMSTTGV-RTGV-2NTGV-2NTGV-R翻新AGV总长/km1848（120在建）13/63(3)德国高速铁路–汉诺威－维尔茨堡–曼海姆－斯图加特–汉诺威－柏林–科隆－法兰克福143214/63德国高速铁路网项目汉诺威－维尔茨堡曼海姆－斯图加特汉诺威－柏林科隆－法兰克福线路里程/km327107264219其中新建线里程/km32799170219运营开始日期部分1987，全部1991199119982002最高运行速度km/h250/280250/280250/280300/330列车类型ICE-1ICE-2ICE-2ICE-3总长/km917（其中815为新建线）15/63中国提速铁路网16/632002年已经开通高速列车的主要国家1377（既有线）瑞典874（海峡隧道）英国788比利时6254意大利5471西班牙4917(815新线)德国31848法国22049.1(+275.9)日本1长度/km国家序号17/63二、高速铁路客运特点(1)节省旅客送达时间在旅行时间方面，高速铁路在85～1058km范围内，乘坐高速列车一般比乘坐其他公共交通工具节省时间。东京－新大阪515公里2小时30分巴黎－里昂417公里2小时18/63(2)安全和舒适1985年联邦德国铁路、公路和民航运输的事故率（每百万人公里的伤亡人数）之比大致为1:24:0.8。日本对20世纪70年代以来所发生的旅客生命财产事故分析表明，汽车事故是铁路事故的1570倍，飞机事故是铁路事故的63倍。就高速铁路而言，日本近40年，法国10多年从未发生过列车颠覆和旅客死亡事故。19/63高速列车比汽车和飞机的乘坐空间大得多，高速列车运行平稳，夜间行车可以使用卧铺。尤其是长途旅客可以享受到较高的舒适度。(3)准时性1000km内乘坐高速列车比乘坐飞机化时间少，高速列车正点率高，日本平均误点0.6～0.8分，如果晚点超过1分钟，既为晚点列车。ICE平均正点率达90%，到站误差小于5分钟。20/63(4)能源消耗低(每人公里消耗能源比)高速铁路小汽车飞机15.795.25(5)占用土地少一条双向四车道高速公路占地面积是双线高速铁路的1.3倍～1.6倍一个大型飞机场占地面积相当于1000km双线高速铁路21/63(6)综合造价–普通复线电气化铁路：1000万元／公里–高速铁路（估计）：1300～2500万元／公里–高速公路约为：1100～2600万元／公里–大型机场至少有一条宽60米长4公里左右的跑道，路面标准高于高速公路，其他通道和停机坪也需硬面化，而配置的各种现代化导航设备，造价都是相当昂贵的。22/63(7)运输能力•高速铁路客运专线，年均单向输送能力将达5600～7000万人。•4车道高速公路客运专线，年均单向输送能力为8760万人。•航空运输主要受机场容量限制，采用大型客机的单向输送能力只能达到1500～1800万人。•日本东海道新干线年运量1.7亿人次，是航空10倍，高速公路5倍，但运输成本只是其1/5及2/5。23/63(8)环境污染轻污染物排放量（g/人公里)小汽车高速列车CO9.300.06NOX1.700.43CH1.100.0324/63(9)效率和效益日本和法国的实践证明，其直接投资收益都在12％以上，一般在10年之内即可还请全部贷款，其社会收益率也在20％以上。据日本资料，旅客由于从既有线改乘新干线高速列车，每年可节约旅行时间3亿小时，即每年节省的时间效益相当于当时修建东海道新干线所需的全部费用。法国一条高速铁路的效益是一条6车道高速公路的3倍多。25/63三、高速铁路线路特点1．超高与曲线半径列车在曲线上运行时，为了减离小离心力和轮轨之间的相互作用力，采用在曲线线路上设置超高。目前，除日本东海道新干线规定最大超高为200mm外，其余各线及法国高速干线最大超高均为180mm。26/63曲线带来的影响主要有两点：（1）降低行车速度。曲线会给运行中的列车造成一种附加阻力，称为曲线阻力。曲线半径越小，曲线阻力越大，运营条件越差，在其他条件相同时，运行速度也越低。（2）增加轮轨磨耗。曲线半径越小，磨耗增加越大。下表几个主要国家高速铁路的曲线半径（m）:法国德国意大利日本TGV-PSETGV-A东海道山阳东北上越4000（3200）6000（4000）7000（5100）30002500（2000）4000（3000）40004000()内为最小半径27/632．缓和曲线线型及长度•缓和曲线线型–三次抛物线缓和曲线：难以完全满足高速运行时的旅客舒适的要求，轨道稳定条件也受到一定影响。–半波正弦曲线：采用曲线型超高顺坡缓和曲线，与曲率相适应的超高也按曲线变化，并规定适当的变化率。•缓和曲线长度对行车的安全平顺性有直接影响。缓和曲线太短将不利于行车的安全平顺，缓和曲线太长又将给设置和养护带来困难。28/633．夹直线在同向曲线或反向曲线之间所加入的一段直线段。夹直线应尽量长些，特别是反向曲线时的夹直线更应长些，这对运营是有利的。我国拟建高速铁路最小夹直线按下式确定：29/634．线路间距在高速复线铁路上，两列车交会时将产生巨大的会车压力波引起列车横向摇晃。乘客在车内可明显感受到列车交会时车辆的横向冲击摇晃。因此，需要根据具体情况选择适当的线路间距。日本铁路曾对此做过研究与试验。在区间线路上，当两列时速250km的列车交会时，作业人员站在两车距离为0.8m的中间还是安全的，从而规定线路中心距至少为4.2m。在站内线间距4.6m。30/635．最大坡度高速最大坡度除与地形条件有关外，还与高速列车的牵引功率、牵引特性和制动性能有直接关系。我国拟建高速铁路区间最大坡度一般不超过12‰，困难条件下，不超过20‰。31/636．竖曲线半径在设计纵断面时，相邻坡段的坡度代数差应尽量小些，不得超过允许的最大值。为保证行车的安全平顺，超过时应竖曲线来连接两个相邻的坡段。竖曲线半径一般采用圆曲线形的。竖曲线半径的大小，除应保证列车经过变坡点时车钩不脱钩、车轮不脱轨外，还应考虑在竖曲线上产生竖向离心加速度和离心力对旅客舒适的影响。我国拟建高速铁路上的竖曲线半径标准如下：最高时速（km/h)竖曲线半径(m)160～25015000250～3002000032/63第二节动车组组成及关键技术一、动车组功率需求及阻力二、动车组动力配置及组成三、动车组关键技术33/63一、动车组功率需求及阻力动车组列车对牵引功率的需求是根据高速列车的总质量、最高运行速度和在该速度下的列车单位阻力来确定的：)(3600maxkWkvQN式中Q－列车总质量（t）；－列车的单位阻力（N/t）；－列车的最高运行速度（km/h）；k－裕量系数。maxv34/63空气阻力与列车运行速度的平方值成正比。列车之所以需要很大的牵引功率，就是因为列车运行速度越高，空气阻力越大。机械阻力由轴承摩擦、轮轨滚动摩擦、滑动摩擦、振动和冲击等引起。附加阻力包括：坡道阻力、曲线阻力、隧道空气附加阻力、起动阻力等。附加阻力机械阻力空气阻力基本阻力列车阻力35/63列车的基本阻力随运行速度的不同而异。列车低速运行时，以机械摩擦阻力为主；运行速度达到100km/h左右时，空气阻力占运行基本阻力的50％。随运行速度提高而迅速增大的空气阻力将成为高速列车运行时的主要阻力。36/63二、动车组动力配置及组成1.动车组定义所谓动车组就是由动力车和拖车或全部由若干动力车长期固定地连挂在一起组成的车组。动车组是当今世界高新技术的集成，采用了机械、材料、电子计算机、网络通信、工程仿真等领域的最新技术，是高速铁路的标志性装备。37/63(1)动力集中配置列车编组中两端（或一端是动力车，另一端是控制车）为动力车，中间为拖车。如法国的TGV和德国的ICE1高速列车，如图所示。2.动车组动力配置方式38/63TGV-A，1989年，300km/h，巴黎－大西洋，交流传动，ICE1，1991年，280km/h，汉诺威－维尔茨堡，曼海姆－斯图加特39/63(2)动力分散配置列车编组中全部为动力车或大部分是动力车，小部分为拖车。如日本的0系高速列车和100系高速列车。40/63日本的0系高速列车，16辆编组全部是动力车日本的100系高速列车，12M＋4T41/633.动力集中与动力分散比较•动力集中优点:与传统的列车相似，便于按习惯进行运行管理和维修管理。机械、电器设备在运