交通设备概论25高速铁路课件

1、第二章 铁路运输设备第一节 铁路运输概述第二节 铁路线路与车站第三节 铁路车辆与牵引动力第四节 铁路信号与通信设备第五节 高速铁路第五节 高速铁路High-Speed Railway本节要点了解世界高速铁路的发展情况及发展模式熟悉高速铁路的技术优势掌握高速铁路线路、机车车辆、通信信号、控制系统的基本特征了解磁悬浮铁路2022/9/113106一 、概况二 、高速铁路的线路三 、高速铁路的牵引动力四 、高速铁路的车辆五 、高速铁路的信号与控制系统六 、高速铁路的通信系统七 、磁悬浮铁路简介内容提要2022/9/114106一.概况（一）兴建高速铁路是客运市场发展的必然趋势（二）世界高速铁路的发展

2、情况及主要模式（三）高速铁路的技术优势2022/9/115106（一）兴建高速铁路是客运市场发展的必然趋势1825-1950,铁路运输处于垄断地位50年代后受到了公路航空的挑战根据“旅行时间”最短的法则，在主要优势为短途运输的公路和主要优势为长途运输的航空之间，仍然为铁路留有广宽的发展空间。（见图）2022/9/116106高速铁路的优势距离 210 km/h时， 300500km 250 km/h时， 250600km 300km/h时， 200800km2022/9/1171061.国外高速铁路的发展动态 自1964年日本东海道新干线以时速210公里的高速铁路投入运营以来，发达国家及一些发

3、展中国家和地区竟相投资修建高速铁路。法、德、意、英、苏、瑞典、奥地利、西班牙、澳大利亚、美国、加拿大、巴西、韩国和我国台湾等20多个国家和地区，都先后修建了高速铁路或制订了修建高速铁路计划。2022/9/1110106 据不完全统计，目前全世界开行时速200km及以上的高速铁路已超过10000km。以下是几个主要国家的高速铁路发展情况1.国外高速铁路的发展动态2022/9/1111106法国TGV2022/9/1112106ICE1高速列车ICE3高速列车ICE2高速列车ICE-V高速列车2022/9/1116106日本高速新干线铁路网2022/9/1117106100系列高速列车0系列高速列

4、车2022/9/1118106200系列高速列车300系列高速列车2022/9/11191062. 中国高速铁路的发展动态CRHCRH（China Railways High-speed)，即中国高速铁路，是中国铁道部对中国高速铁路系统建立的品牌名称。通常用来指2007年4月18日起在中国铁路第六次铁路大提速后开行的动车组列车。CRH1中国南车四方机车车辆股份有限公司 与 加拿大庞巴迪的合资公司青岛四方-庞巴迪铁路运输设备有限公司（BST）生产2022/9/11231062. 中国高速铁路的发展动态CRH2中国南车四方机车车辆股份有限公司（联合日本川崎重工，引进技术）负责国内生产。CRH3中国

5、北车集团唐山轨道客车有限责任公司（联合德国西门子，引进技术）负责国内生产。以西门子ICE3（Velaro）为基础。2022/9/11241062. 中国高速铁路的发展动态CRH5中国北车集团长春轨道客车股份有限公司（联合法国阿尔斯通，引进技术）负责国内生产。CRH6CRH6是由中国南车南京浦镇车辆公司联合广东省成立的广东轨道交通车辆修造基地即将生产的国内最新型城际动车组，2022/9/11251063.高速铁路发展的主要模式1)新建客运专用型（日本）独立系统，轨距不相同，白天运营，夜间养护2)新建客、货共线型（意大利）客车时速250km/h,货车时速120km/h3)既有线改造提速型（法国）既

6、有线处于市郊建筑群4)改造机车车辆（英国）可控倾斜度的“摆式”车体电动车组（曲线）2022/9/1126106(三)高速铁路的技术优势高速铁路与公路、航空相比，其主要技术优势表现在：1）速度快、旅行时间短。2）行车密度高、运量大。3）高速列车乘座舒适性好。4）土地占用面积小。5）能耗低。6）环境污染小。7) 外部运输成本低。8) 列车运行准点。9) 安全可靠。10)不受气候影响，全天候运行。11)社会经济效益好。2022/9/1127106能耗低一人使用1KWh的能源，乘坐不同的交通工具所能旅行的最长距离见图1.3一1。2022/9/1128106环境污染小交通工具排放到大气中有害物质：碳化物

7、，氮化物，硫化物等三种交通工具排放有害物质的统计数据2022/9/1129106列车运行准点日本新干线平均晚点不超过1min。西班牙AVE高速列车承诺晚点5min退赔全部票款。2022/9/1130106二.高速铁路的线路（一）线路标准（二）路基（三）桥梁（四）轨道结构2022/9/1131106（二）路基1.平顺、宽度足够法国：12.6m；日本东海道：10.7m；2.坚固、稳定、抵御自然灾害3.排水4.设计、施工、养护经济(三)桥梁1.钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁2.立体交叉3.钢支座、橡胶支座（稳定性）2022/9/1134106（四）轨道结构1.轨道类型（1）道砟轨道（2）板式轨道（整体

8、道床）2.轨道结构（1）钢轨与联接零件无缝线路新型粘接绝缘钢轨（2）轨枕与道床重型轨道设备双块式混凝土轨枕（3）道岔道岔侧股道：圆曲线或放射螺旋型消除有害空间：活动心轨2022/9/1135106牵引动力配置1.集中配置两头（一头）带司机室的动力车线路破坏力大2.分散配置每节车厢配有动力车辆轴重轻，灵活；造价、维修费用高、噪音大三.高速铁路的牵引动力2022/9/1136106四.高速铁路车辆车体走行部制动装置牵引缓冲装置2022/9/1137106 4.1 车体4.1.1车体结构轻量化 减轻磨损，提高速度；铝合金材料日本100系和300系车辆重量比较2022/9/1138106减少空气阻力列

9、车阻力是速度的二次函数，列车速度提高后空气阻力非常突出，当速度提高到300kmh时，空气阻力的占总阻力的8590。日本新干线100系比0系车头长900mm,空气阻力系数减少25%4.1.2车头、外形流线化2022/9/11391064.1.3提高气密性车体气密性要求，当高速列车通过隧道或两列高速列车交会特别是在隧道内会车时，车外气压在短时间内会产生很大的压力波动，这种压力波动大小几乎与列车运行速度的平方成正比地增加，如果车体结构不完全密封，车外的压力波会迅速地传至车内，使车内的压力产主较大的波动，旅客会感觉到声浪冲击耳膜的感觉，令人难人忍受，因而影响了旅客的舒适性，提高车体的气密性是发展高速列

10、车的一项关键技术。2022/9/11401064.1.4提高隔声性能车体表面涂刷防振阻尼层，减少固体声；双层车窗。2022/9/1141106100系列高速列车内部2022/9/1142106ICE3一等车内部ICE1-2一等车内部2022/9/1143106TGV一等车内部TGV二等车内部2022/9/11441064.2 走行部轻量化：减少轴重和簧下死重稳定性:横纵向力舒适性曲线通过性能2022/9/11451064.3 制动高速列车制动特点制动距离制动方式高速列车复合制动系统制动时的乘客舒适性制动系统的可靠性和安全性2022/9/11461064.3.1高速列车制动特点高速列车的制动与常

11、速列车的制动，原理相同。但由于高速列车的速度很高，动能很大，要在规定的时间和距离内将这些动能消耗或吸收，用常速列车的单一闸瓦制动方式是无法达到的。因此，高速列车的制动必需采用综合方式，即多种制动协调使用，方能获得较好的效果。2022/9/11471064.3.2 制动距离控制制动距离，保证制动时乘客的舒适性，保证制动系统的可靠性。列车的制动距离与列车的速度和制动方式有关。列车紧急制动距离随行车速度以高于1次方的比例增加，300km/h的高速列车以紧急制动、0.8常用制动系数和0.5常用制动系数制动停车，其制动距离分别为4500、5200和7700m。相当与长度为1500m的闭塞区间分别为3、4

12、、6个。即使采用四显示信号也不能满足在两个闭塞区的停车的要求。因此，高速列车的制动必须采用包括空气制动（踏面制动和盘形制动）、动力制动和非粘着制动（磁轨制动和涡流制动）在内的复合制动方式，以提供强大的制动力。2022/9/1148106旅客列车的制动距离限制(m)2022/9/11491064.3.3 制动方式摩擦制动: 1)闸瓦制动（又称踏面制动） 2)盘型制动 3)摩擦式电磁轨道制动 动力制动 1)电阻制动 2)再生制动 3)电磁涡流制动 2022/9/1150106部分高速列车制动方式一览表2022/9/11511064.4 牵引缓冲装置高速旅客列车要求车钩的纵向间隙小，风管、电气线路能

13、自动对接；缓冲器容量适当，柔性较好；2022/9/11521065.高速铁路的信号与控制系统概述高速铁路列车运行自动化系统高速铁路行车指挥自动化系统小结2022/9/11531065.1高速铁路信号与控制系统的基本组成列车自动控制系统(ATCS)行车指挥自动化系统(ATS-Automatic Train Supervision)列车运行自动化列车制动防护(ATP-Automatic Train Protection)列车自动驾驶(ATO-Automatic Train Operation)2022/9/11541065.2列车运行自动化控制系统系统的构成无绝缘多信息轨道电路点式查询应答器微机化

14、列车自动控制设备2022/9/1155106运行自动化控制系统的基本思路：取消分散安装再线路两侧传统的信号设备，将列车运行控制功能集中于车上。列车位置由车上设备进行自身检测，地面设备根据车上传送的位置信息实现间隔控制列车运行安全速度是根据地面设备传递的信息，由车上设备进行自动控制。地面、列车之间的信息传递可采用 应答器、多信息无绝缘轨道电路及无线传输信道实现2022/9/11561065.2.1 系统的构成2022/9/11571065.2.1 系统的构成2022/9/11581065.2.2 无绝缘多信息轨道电路2022/9/1159106无绝缘多信息轨道电路传统轨道电路缺点：钢轨绝缘断电的

15、阻力增加钢轨与车轮的磨损绝缘破损影响行车安全无绝缘多信息轨道电路用载波束区分闭塞分区避免切断钢轨2022/9/1160106 5.3 列车自动控制系统框图2022/9/11611065.3 高速铁路行车指挥自动化系统构成高速铁路行车指挥系统的基本思路：取消分散安装再线路两侧传统的信号设备，将列车运行指挥控制中心集中。在调度中心控制范围内，有车载计算机辅助司机操纵列车运行。2022/9/1162106调度中心计算机自动跟踪列车运行并向列车传递运行计划与控制命令。调度员监督计算机的工作并给予必要的辅助调度。利用有线与无线的数据传输网络为调度中心与列车之间进行双向信息传递。调度中心计算机在调度中心运

16、行过程中，向车站各分机分区、分时地下达列车运行计划。各车站的控制分机根据中心计算机的运行计划，直接控制现场的有关连锁设备与进路。2022/9/1163106 指挥中心微机数据网2022/9/1164106 列车自动控制系统示意图 2022/9/1165106微机连锁系统框图2022/9/1166106六. 高速铁路的通信系统概述有线通信无线通信数据通信与数字网图象通信信息处理系统小结2022/9/11671066.1概述高速铁路通信的特点:通信应具有高可靠性，以保证列车的高速安全运行。通信应保证运营管理的高效率。通信与信号系统紧密结合，形成一个整体。通信与计算机和计算机网相结合，形成一个现代化

17、的运营、管理、服务系统。通信应完成多种信息的传输和提供多种通信服务。多种通信方式结合形成同意的铁路通信网。2022/9/1168106法国TGV的通信系统概况2022/9/11691066.2 有线通信（一）铁路有线通信主要用来解决铁路沿线长途干线以及中途地区间信息的传输。2022/9/11701066.3 无线通信固定无线通信移动无线通信 1、列车无线通信 2、防护无线通信 3、列车运行自动化系统的无线通信旅客无线通信卫星通信的应用2022/9/1171106法国TGV大西洋线地面与列车无线通信(含数据传输网)2022/9/1172106 各种通信的接口 2022/9/11731066.4

18、数据通信与数字网数据通信 1）数据交换网 2）传真交换网 3）数据传输设备数字网2022/9/11741066.5 图象通信传真电报工业电视电视会议系统图象传输方式2022/9/11751066.6 信息处理系统旅客系统 可视图文信息系统货物系统运输系统新干线信息管理系统2022/9/1176106小结通信在高速铁路的运输中起着神经系统和网络的作用。要保证指挥列车运行的各种调度指挥命令信息的传输；为旅客提供各种服务的通信；为设备维修及运营管理提供通信条件。2022/9/1177106七.磁悬浮铁路简介概述磁悬浮铁路的基本制式和工作原理磁悬浮铁路的车辆磁悬浮铁路的线路磁悬浮铁路的社会经济效益我国

19、磁悬浮列车的发展前景小结2022/9/11781067.1 概述与传统铁路相比，磁悬浮铁路由于消除了轮轨之间的接触，时速可达500公里以上；无废气排出和污染，有利于环境保护；由于磁悬浮系统采用导轨结构，不会发生脱轨和颠覆事故、车轮、接触导线等摩擦部件，可以省去大量的维修工作和维修费用2022/9/1179106世界磁悬浮铁路的试验与发展日本于1972年用ML100型试验车实现了60公里小时的磁悬浮运行。1975年着手修建宫崎试验线。1977年开始对倒T型导轨和跨座式ML500型试验车进行了无人驾驶的试验。1979年12月，在九州宫崎试验线上创造了517公里小时的速度记录。但因常温下的超导材料尚

20、未出现，还未能投入商业性的载人运行。2022/9/1180106七、日本MLX-01磁悬浮高速列车新型新干线200系列（1999年3月投入使用）2022/9/1181106世界磁悬浮铁路的试验与发展德国从1968年开始研究磁浮列车。1983年在曼姆斯兰德建设了一条长32公里的试验线，已完成了载人试验。他们采用的TR06型试验车，在该线上创造412公里小时的记录；并打算进一步突破500公里小时。英国于1973年开始进行磁悬浮铁路的研究，经过20多年的研究和试验，于1984年4月，从伯明翰机场至国际车站之间开通运行了低速磁悬浮列车，平均速度为25公里小时，这是目前世界上唯一投入商业性运行的磁悬浮铁

21、路。2022/9/1182106世界磁悬浮铁路的试验与发展经过了各国多年的试验以后，一般认为，短途磁浮运输速度一般为200公里小时，用于连接机场和市中心；中程磁浮运输速度为300公里/小时，适用于城市间运输；长途磁浮运输速度一般在300公里小时以上，适用于远距离运输。几年来的运行实践证明，常导磁吸式悬浮系统、直线异步电机推进的高架低速磁浮列车，适用于城市内的公共交通和郊区客运。2022/9/11831067.2 磁悬浮铁路的基本制式和工作原理悬浮原理导向原理推进原理2022/9/1184106悬浮原理常导磁吸式（EMS型） 是利用装在车辆两侧转向架上的常导电磁铁（悬浮电磁铁），和铺设在线路导向

22、轨上的磁铁，在磁场作用下产生的吸引力使车辆浮起，车辆和轨面之间的间隙与吸引力的大小成反比。超导磁斥式（EDS型） 此种型式在车辆底部安装超导磁体（放在液态氦贮存槽内），在轨道两侧铺设一系列铝环线圈。列车运行时，给车上线圈（超导磁体）通电流，产生强磁场，地上线圈（铝环）与之相切割，在铝环内产生感应电流。感应电流产生的磁场与车辆上超导磁体的磁场方向相反，两个磁场产生排斥力。当排斥力大于车辆重量时，车辆就浮起来。2022/9/1185106磁悬浮原理比较图2022/9/1186106导向原理常导磁吸式的导向系统，是在车辆侧面安装一组专门用于导向的电磁铁，当车辆运行发生左右偏移时，车上的导向电磁铁与导

23、向轨的侧面相互作用，产生一种排斥力，使车辆恢复到正常位置，和导轨侧面之间保持一定的间隙。当车辆的运行状态发生变化时，例如运行在曲线或坡道上时，控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制来保持这一侧向间隙，从而达到控制列车运行方向的目的。2022/9/1187106导向原理超导磁斥式的导向系统，可以采用以下三种方式构成：在车辆上安装机械导向装置实现列车导向。在车辆上安装专用的导向超导磁体，使之与导轨侧向的地面线圈或金属带产生磁斥力，该力与列车的侧向作用力相平衡，使列车保持正确的运行方向。利用磁力进行导引的“零磁通量”导向系统。2022/9/1188106推进原理磁悬浮列车由于悬浮起一定的高度，使车轮

24、与钢轨脱离，故不能依靠它们之间的摩擦力产生牵引力使车辆前进，而是采用一种叫做直线电机的推进装置作为列车的牵引动力。直线电机是从旋转电机演变而来的，它的基本构成和作用原理与普通旋转电机类似，就如同将旋转电机沿半径方向切开展平而成。于是，其传动方式也就由旋转运动变为直线运动。2022/9/11891067.3 磁悬浮铁路的车辆车辆是磁悬浮铁路的重要组成部分,是一种不与地面接触的运载工具。从此悬浮铁路产生到现在，随着时代的发展和制式的不同要求车辆了不断地更新。日本从1962年起，经过广泛深入的分析和论证，决定采用超导磁斥式悬浮系统。德国从70年代初开始研制磁悬浮列车，采用常导磁吸式。2022/9/1

25、1901062022/9/11911062022/9/11921062022/9/11931062022/9/11941067.4 磁悬浮铁路的线路线路，作为磁悬浮铁路的基本组成部分和走行基础，在构造上应能满足磁悬浮列车的基本要求。因为磁悬浮列车不但在构造和原理上与传统铁路不同，而且采用不同的悬浮方式，对线路的要求也不一样。磁悬浮铁路的悬浮、导向和推进设备，无论什么型式，总有一部分安装在车辆上，而另徊糠职沧霸谙呗上，因此线路结构必须与之相适应。尤其是直线电机，对线路平面的要求是较为严格的。2022/9/11951067.4 磁悬浮铁路的线路磁悬浮铁路与现代铁路一样，可以修建在路基上或类似地下铁道的隧道内，或者修建在高架桥上。采用最多的是高架式线路。磁悬浮列车施加于线路上的载荷，与传统铁路不同，并非集中荷载，而是分布荷载。因此，其桥梁设计荷载不但大大