第二章轨道车辆总体

第二章轨道车辆工程本章重点：（1）轨道车辆的基本特点。（2）轨道车辆由哪几部分构成?了解：（1）牵引力、黏着定律。第一节车辆的特点、分类及组成一、轨道车辆的基本特点1）自行导向：车辆沿轨道运行，无需专人掌握运行方向。2）低运行阻力：阻力主要来自走行机构轴与轴承的摩擦阻力，还包括坡道、弯道及空气对车辆的阻力。3）编组、连挂组成列车成列运行：车与车之间需有连接、缓冲装置、制动装置。4）严格的车辆限界制约：严格限制车辆的外形尺寸以确保运行安全，因为它无法主动避让物体。二、轨道车辆的结构组成1）车体（第九章）2）走行部（转向架）（第二、三、四、五章）3）制动装置4）车钩缓冲连接装置（第七章）5）车辆内部设备1）受流装置（将电流导入动车）2）车辆电气系统3）列车信息网络控制系统（1）车体车体的特征车体的材料车体的构成车体是容纳乘客和驾驶员的地方，同时又是安装和连接其他设备及组件的基础。车体（1）车体1）车辆分类——按车辆牵引动力分类：一般城轨车辆有动车和拖车、带司机室车和不带司机室车等多种形式。动车（Motor,M表示），动车又可以分为带受电弓的动车MP和不带受电弓的动车M。拖车（Train,T表示），拖车设置司机室（首位车辆，Tc表示），也可带受电弓（Tp表示）Tp车M车有司机室车辆Tc车驾驶室（1）车体2）车辆分类——按车体宽度分类：A(3m),B(2.8m),C(2.6m),D,L,单轨橡胶轮车。（D低地板车型，L直线电机系列）（1）车体

轻轨车辆一般有三种型式：

4轴车、6轴单铰接式车和8轴双铰接式车。4轴车——传统结构

6轴单铰接式车8轴双铰接式车A类车（上海地铁三号线）A类车（广州地铁一号线）B类车（北京地铁一号线）B类车（深圳地铁三号线）C类车（上海地铁六号线）为了便于车辆的管理和维护，车辆供应商及运营公司对其车辆进行了分类：A车，B车，C车。A车：带驾驶室的拖车B车：装有受电弓的动车C车：无司机和无受电弓的动车ABC（1）车体3）车辆分类——按受电方式分类：受电弓车和受流器（受电靴）车。4）车辆分类——按电压等级分：直流750V和直流1500V.5）车辆分类——按控制系统等级分：受电弓车受电弓特写受电靴车受电靴特写接触轨安装位置站台的接触轨（1）车体的特征由于服务于市内及近郊的公共交通，车体的外观造型、色彩应协调于城市市容规划；车内座位少、车门多且开度大。

对重量限制较为严格，以降低高架线路的工程投资。车体采用轻量化设计。车体的防火要求严格。车体的隔音和减噪措施有严格要求。（2）车体的材料轨道交通车辆对于车体材料的要求包括：具有一定的强度和刚度。要耐腐蚀。采用轻量化设计，能大大节约制造材料、降低牵引力消耗和线路的损耗。目前轨道交通车辆车体材料经历了由早期的耐候钢（碳素钢）发展到现在的不锈钢和铝合金。耐候钢（碳素钢）车体：自重10~13t左右，总成本最高。不锈钢车体：比碳素钢减轻1~2t，总成本最低。铝合金车体：比碳素钢减轻3~5t，总成本较高。碳素钢：耐候钢，即耐腐蚀钢，如Q345GNHL,Q355等。（3）车体的构成车体是由底架、侧墙、车顶和端墙等部件组成的封闭筒形结构。城市轨道交通车辆→构成车体的构成→底架车体底架由地板、侧梁、枕梁、小横梁和牵引梁组成。枕梁用于连接走行部，牵引梁设在底架的两端，用来安装车钩缓冲装置。1－端梁；2、7－枕梁；3－纵梁；4－侧梁；5－横梁；6－中梁。

城市轨道交通车辆→构成车体的承载方式底架承载整体承载城市轨道交通车辆→构成车体的外形特点矩形鼓形城市轨道交通车辆→构成北京地铁一号线老车型DK型北京地铁一号线新车型南车株洲机车厂(7’)南车四方(10’)北车长春客车厂(2)走行部——转向架走行部介于车体与轨道之间，引导车辆沿轨道行驶和承受来自车体及线路的各种载荷并缓和动作用力。一般分为：转向架、悬浮架转向架分为◆动力转向架◆非动力转向架—动力转向架上安装牵引电动机—装有动力转向架的车辆称为动车—装有非动力转向架的车辆称为拖车上海地铁五号线车辆

——动拖比1：1转向架转向架铰车转向架铰车转向架（TGV)转向架的诞生在铁路运输发展初期，由于列车车厢的长度比较小，列车轮对就是直接安装在车厢下部的，车厢重量一般由两个轮对承载。后来，列车车厢尺寸逐渐加长，车厢重量也日益增大，如果还是采用两个轮对直接安装在车厢下部的方法，则会造成各轮对承载的重量过大，结果只好增加轮对数量。但轮对数的增加，又带来车厢难于通过小半径曲线的问题，也就是不好转弯了。转向架就是在这个背景下诞生的。

19世纪前期，美国率先开发了带转向架列车。车厢的前后两端坐落在两台转向架上，一台转向架实际上就是把两个轮对通过构架连接起来组成一个小车，由于转向架上的两个轮对的轴距较小，加之车厢和转向架之间通过被称为“心盘”的支承点可以自由回转，所以使得较长的车厢也很容易通过小曲率半径的转弯轨道。

图4传统列车的转向架

a)动车转向架

b)拖车转向架图5高速列车的转向架转向架除了承载车厢重量和保证车辆顺利通过曲线轨道外，转向架上的减振弹簧和减振器保证了车辆运行的平稳性，另外列车牵引力是靠转向架上的牵引电机和减速齿轮装置来驱动轮对而实现的；列车运行安全也是由转向架上的基础制动装置来保证的。

多数车辆都是每一个车辆前后两端各设置一个转向架。图7是德国ICE高速列车录像中截下来的一张照片，可以看到转向架也是这样设置的。图7德国ICE高速列车每个车辆前后各有一个转向架图8采用日本技术的CRH2高速列车，从这张视频截图中可以看到也是每个车辆设置两个转向架图9这是以三百公里时速飞驰的法国TGV高速列车的视频截图，虽然画面比较模糊，还是可以明显看出，转向架设置在前后两个车辆的首位之间，这就是铰接连接，前后两节车厢共用一个转向架的结构铰接转向架图10行驶在弯道上的TGV高速列车，可以看到拖车采用铰接连接共用式转向架，转向架设置在两节拖车车辆之间。每一节车厢前后两端都只用半个转向架，平均计算，每一节车厢只有一个转向架TGV列车采用铰接式动力集中配置方式，列车编组始终保持两端为动力车，拖车之间铰接式连接，整个动车组不可分解独立运行。法国铁路认为这种结构方式具有一系列优点：（1）动力学性能好，利于安全运行。这种列车具有优良的整体性，对列车蛇形运动加强了约束，有利于列车安全运行。最明显的一例子是：1993年12月21日，一列TGV-R动车组以300km/h的速度在北方线路上高速运行时，由于暴雨造成7km长的路基塌陷，引起尾部车辆脱轨，列车向前冲了2km停下来，令人惊奇的是，列车竟没有一辆倾覆，仅有3名旅客轻伤。同为高速列车，采用通常结构的德国ICE高速列车，1998年6月3日发生车祸，列车后部的六节车厢之字形重叠在一起，造成100人死亡，88人重伤，损失两亿马克。德国ICE高速列车事故现场照片（2）转向架数量少，空气阻力小。由于两个车辆共用一个转向架，因此使转向架数量少；又由于车辆之间没有车钩，铰接式联接，则使车辆之间纵向间隙小，可平滑过渡，空气阻力小，列车整体空气动力学性能好。例如TGV-P高速列车，2L（动力车头）8T（拖车）编组，列车26轴分布可能是：前L：2+2；8T：9X2=18;后L:2+2;

10个车辆总共仅仅26轴。如果采用一般布局，每个车辆两个转向架，10个车辆需要40根轴。（3）振动小、噪声低。由于铰接式转向架二系悬挂支点高，车辆重心低，从而改善了侧滚振动；同时转向架位于两辆拖车之间，使得旅客座位处振动小、噪声低，提高了旅客乘坐的舒适性。（4）转向架轴距大，高速稳定性好。铰接式转向架便于加大轴距，从而可以提高转向架高速时的运行稳定性。（5）提高双层客车的载客量。由于采用铰接式转向架，可以将双层客车的通道设在上层，从而减少了楼梯占用面积，增加了座席面积，为列车增加载客量提供了最佳结构。法国高速火车技术的优越性主要体现在它的铰接式车体。一般列车每节拖车都有两个转向架，而法国高速火车除了头尾动力车各有两个转向架外，拖车都是两节车坐落在一个转向架上，相当于每一节拖车只有一个转向架。转向架数目减少了，车体轻了，电能就节省了。更重要的是更安全可靠了。因为两节车厢坐落在同一个转向架上，使车体与转向架形成管式体，万一出了事故，不会出现车厢重叠，后面车厢爬到前面车厢上的灾难。二十多年来，法国高速火车没有造成一起伤亡事故，这在世界铁路史上是罕见的。动力集中和动力分散的优缺点：1.动力集中的列车，因为现有的机车和车辆的走行部结构，无法满足高速时的需要。就是说，可以跑快，但跑快了就会出轨。2.动力集中型列车也有高速列车的，法国的TGV中，有一部分就是动力集中型。3.动力集中，就比如机车，因为要满足轮对和钢轨间的粘着力（类似汽车轮胎和地面之间的抓地力），机车的质量就必须很大，相对每一根驱动轴的所受到的载荷——轴重，也必须做得很大。这样的话，运动中对钢轨的冲击也会增加，不利于高速行驶。4.现有的动力分散型高速列车，车身的重量很小，利于起步加速。5.动力分散，在加速时不易产生空转（车轮的牵引力大于轮轨间的粘着力，造成轮速异常上升），加速更稳定。6.动力分散，就意味着产生动力的轮对相对多了。同样，列车实施动力制动（再生制动）的轮对也多，增加列车的安全性。（3）制动装置为了让电动车组能以一定的速度运行，必须对其施以牵引。同样为让运行的电动车组能迅速减速、停车，必须也对其施以制动。制动功率要比驱动功率大5～10倍。由于整个列车的惯性很大，不仅要在机车上设置制动装置，还要在每辆车上也设制动装置。制动类型按电动车组动能的转移方式可以分为三类：◆摩擦制动方式即动能通过摩擦转变为热能，然后消散于大气；◆动力制动方式即把动能通过发电机转化为电能，然后将电能从车上转移出去。◆电磁制动(a)摩擦制动常用的摩擦制动方式主要有闸瓦制动和盘形制动，还有轨道电磁制动等方式。（1）闸瓦制动，又称为踏面制动，是最常用的一种制动方式。（2）盘形制动，制动缸通过制动夹钳，夹紧制动盘，使闸片和制动盘间产生摩擦，把电动车组的动能转变为热能，热能通过制动盘与闸片散于大气。闸瓦制动盘形制动(b)动力制动（1）电阻制动。将发电机发出的电能加于电阻器中，使电阻器发热，即电能转变为热能。电阻器上的热能靠风扇强迫通风而散于大气中。电阻制动一般能提供较稳定的制动力，但车辆底架下需要安装体积较大的电阻箱。（2）再生制动。再生制动是把电动车组的动能通过发电机转换为电能后，再使电能反馈回电网，进行回收使用。地铁车辆的制动电阻动力制动再生制动

（3）电磁制动（磁轨制动和涡流制动）磁轨制动是通过将车辆转向架上的磁铁吸附在轨道上并使车辆在轨道上滑行产生的制动。由于磁轨制动时，电磁铁与钢轨间的摩擦远远大于滚动摩擦表面，因此，其摩擦力数倍于滚动摩擦力，其制动效率也远大于闸瓦和闸盘的。涡流制动则是将电磁铁落至距轨面7~~10mm处，电磁铁与钢轨间的相对运动引起电涡流作用形成制动力。这两种方式称为电磁制动，其最大的优点是产生的制动力不受轮轨间的粘着条件限制。磁轨制动的不足之处是,其制动力的产生和消失都很突然,这种制动和缓解作用的突发性使其更适合作为辅助性紧急制动装置。

磁轨制动的原理

磁轨制动属于非粘着制动，制动力不受轮轨间粘着因数的限制。由于磁轨制动时，电磁铁与钢轨间的摩擦表面远远大于滚动摩擦表面，因此，其摩擦力数倍于滚动摩擦力，其制动效率也远大于闸瓦和闸盘的。

磁轨制动主要作为一种辅助的制动方式，用于粘着力不够的高速旅客列车的紧急制动中。如国外的长途旅客列车,设计速度在120km/h以下时，一般不采用磁轨制动；设计速度在140km/h及其以上时，应采用磁轨制动；设计速度在200km/h以上时，则必须采用磁轨制动。磁轨制动涡流制动

磁轨制动时，由于磁铁对钢轨的打磨作用，使得轮轨间的粘着因数明显增加，这一方面促进了盘形(或闸瓦)制动，另一方面减少了制动过程中轮对的滑行和擦伤,改善了轮轨间的粘着状态。在相同情况下，采用磁轨制动的列车比不采用磁轨制动的列车可提速40km/h以上。另外，采用磁轨制动可缩短制动距离。试验表明，当初速度为210km/h时，若仅用盘形制动，则制动距离为2500m；而增加了磁轨制动后，制动距离可缩短20%～25%。磁轨制动还起到安全运行的作用。当列车因操作失误闯入闭塞区间时，安装在信号灯前方轨道上的感应电磁铁带电，该感应电磁铁与列车上的电磁铁相互吸引（仅在电磁磁轨中应用），产生制动作用，阻止列车继续驶入闭塞区间。

受流装置电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，安装在机车或动车车顶上。受电弓可分单臂弓和双臂弓两种，均由滑板、上框架、下臂杆（双臂弓用下框架）、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成。菱形受电弓，也称钻石受电弓，以前非常普遍，后由于维护成本较高以及容易在故障时拉断接触网而逐渐被淘汰，近年来多采用单臂弓（见图）。负荷电流通过接触线和受电弓滑板接触面的流畅程度，它与滑板与接触线间的接触压力、过渡电阻、接触面积有关，取决于受电弓和接触网之间的相互作用。从接触导线（接触网）或导线轨（第3轨）将电流引入动车的装置称为受流装置或受流器。受电弓受流器： 属上部受流，有单 臂和双臂之分，双 臂的形状如“”， 弓可升降。适用于 运行速度较高的干 线电力机车，上海 地铁和广州地铁车辆均采用这种方式。741、装置带电轨的成本往往比高架电缆低，因为高架电缆需要支架而带电路轨不用。2、天灾对带电轨的影响较高架电缆少（洪水泛滥除外）。3、带电轨比高架电缆更适合安装于半径较小的隧道。4、有些乘客认为高架电缆有碍观瞻，相比之下带电轨的视觉效果较佳。④轨道式受流器（集电靴）：从底部导电轨受流，又称第三轨受流。这时列车周围空间可得到充分利用。通常用于速度较高且在隧道内运行的列车。北京地铁和欧美大部分城市地铁均采用这种受流方式。集电靴73在受流制式上，目前世界上地铁发展较早的城市大都采用直流750V，如北京地铁选择的是直流750V，而上海和广州地铁均采用直流1500V。我国GB50157《地下铁道设计规范》、GB3317-82《电力机车通用技术条件》等有关标准中规定：城市轨道交通车辆的供电制式为DC750V、DC1500V两种

1．DC750V（DC500～900V）供电制式。该电压等级在国外的城市有轨交通（地铁、轻轨、有轨电车）和工矿机车上早有应用。我国少数工矿车辆也采用此制式，而在我国城市有轨交通中的应用，则始于北京地铁。20世纪50年代末期，北京地铁以前苏联生产的凸轮变阻技术地铁车辆为原形，开发了国产的北京地铁车辆。经过多年发展，后来陆续开发了多种车型，但供电制式则一直沿用DC750V制式。采用该电压的供电系统多用接触轨受流，而部分轻轨系统和有轨电车系统则采用接触网受流。

2．DC1500V（DC1000-1800V）供电制式。20世纪的七八十年代，DC1500V供电制在世界各国得到了广泛的应用。其主要特点是(1)线路电压高，电损耗;(2)线路的电压降小；(3)供电距离长，变流站的数量相对减少。因此特别适合特大城市、大城市和近郊卫星城区各种不同形式的轨道交通工具的联网运营，也适用于中等容量的供电系统。DC1500V电压供电的系统大多采用架空接触网受流。（4）车钩缓冲连接装置全自动密接式车钩（5）车辆内部设备如客车上的电气、给水、取暖、通风、空调、座椅、行李架等。复习思考题：1）轨道车辆有何基本特点？其结构由哪些基本部分组成？2）叙述动力集中型列车与动力分散型列车的特点?3）为何近年来国际上新研发的高速列车多采用动车组形式？

二、轨道车辆牵引计算（粘着系统）

影响列车运行的力阻力W

制动工况时 制动力B而惰行工况时，仅存在阻力。牵引力F牵引运行工况时1）牵引运行时：合力C=F-W2）惰行工况时：合力C=-W3）制动运行时：合力C=-(B-W)当合力C>0时，列车将加速运行，合力C<0时，列车将减速运行；合力C=0时，列车匀速运行。Q”MR

1、牵引力一．牵引力的产生

接触网电能→受电弓→变压器→传动 装置→牵引电动机→牵引齿轮→使动 轮获得扭矩M

若整车被吊离钢轨，则该扭矩作为内 力，只能使动轮发生旋转运动，而不 能使车辆前进（即发生平移运动）； 但是，当车辆钢轨上车轮和钢轨成为 有压力的接触时，就产生车轮作用于钢轨的、可控制的力F”，而F”所引起的钢轨作用于车轮的反作用力F’就是使车辆发生平移的外力——这种由钢F”Q’F’轨沿车辆运行方向施加于各动轮轮周上的切向外力之和∑F’就称为该车辆（动车）的轮周牵引力。牵引力产生示意图M−F'⋅R=0M以一个动轴为隔离体进行受力分析，设动轴轴重为Q，动轮半径为R，该动轴获得的扭矩为M，则：当忽略其它内摩擦力时，可列出如下方程：M−F'⋅R=J⋅ε其中：J——轮对的转动惯量；ε——轮对的角加速度。当动车作变速运动时，ε≠0；而当动车作匀速运动时，ε=0。若ε=0，则有故有：F'=——一个动轴的轮周牵引力R可见，整个一辆动车的轮周牵引力为：∑F=nF’(n为整车动轴数)二．牵引力的限制（黏着定律）这里的驱动扭矩M由司机主控制手柄来控制，司机主控制手柄↑→M↑→F’↑但F’不能无限制地增大，即F’受轮轨间最大静摩擦力的限制，该最大静摩擦力又称为轮轨间的最大粘着力——用F粘max表示。F粘max=μmaxQ其中：μmax——轮轨间的最大物理粘着系数(与静摩擦系数接近)当F’＞F粘max时→动轮空转→轮轨的摩擦力由静摩擦力变为动摩擦力，且急剧下降→动轴加速空转→使传动装置和走行部损坏，同时轮轨接触面严重擦伤→故：必须尽量避免空转。2、动车黏着'注意！！一旦发生空转，必须先将司机主控制手柄下调，待空转停止后再行撒砂！由此可见，动车牵引力最大值在任何时候都不得超过该动车各动轮与钢轨间粘着力的最大值的总和——粘着定律。可表示为：Fmax

=∑Fmax

≤Fµ=μmax

⋅Pμ式中：Fmax——动车动轮的最大轮周牵引力；

μmax——动车轮轨间的最大物理粘着系数；Pμ——动车粘着重量（Pμ

=nQ）。

机车撒砂装置就通过压缩空气吹沙箱里的砂子，让沙子经常导管流下，落在轮子下的钢轨上，起到曾加摩擦力，防止轮子（轮对）打滑的一种装置。有时候下雨，下雪，施工的油，在钢轨上，钢轨会变得很滑，轮子打滑会磨坏钢轨，降低牵引力。三．黏着系数（μ）定义：表征轮轨间黏着状态好坏的一个系数。黏着系数μ是一个由多种因数决定的变数。当车轮在轨道上纯滚动时，其最大值μmax接近轮轨间的静摩擦系数。而μmax∝（车轮荷重、线路刚度、动车传动装置和走行部的结构、轮箍和钢轨的材质及其表面状态、车速等等）。在干钢轨上撒上一层细石英砂时，μmax可达0.6；在一般钢轨上，μmax在0.3～0.5之间；当轨面上有一层薄油膜时，μmax甚至可能小到0.15以下。日本铁路车辆粘着系数实测结果可见：μmax具有随机性，其变化范围很大，影响因数很多，很难准确计算。因此，一般用计算粘着系数μj来作为计算依据。计算粘着系数μj的定义：根据大量试验，将试验结果用统计方法整理成经验公式用作计算的依据，由该公式计算求得的粘着系数称为计算粘着系数。 我国内燃机车的计算粘着系数公式为：μj=0.25+5.9/(75+20V)我国电力机车的计算粘着系数公式为：μj=0.24+12/(100+8V)欧洲铁路常用的机车计算粘着系数公式为：μj=0.161+7.5/(44+V)目前我国还没有有关城轨车辆的计算粘着系数公式。当车辆在曲线半径R小于600m的线路上运行时，其计算粘着系数有所下降，可用下列公式计算之：μr

=μj（0.67+0.00055R）按计算粘着系数μj来计算的粘着牵引力，称为计算粘着牵引力Fμ：Fμ=μjPμ计算粘着牵引力Fμ非常重要，有时它可能是限制机车或动车最大牵引力发挥的主要因素。3.

列车阻力——动车阻力、拖车阻力

基本阻力：列车在平直道上牵引运行时的阻力 阻力 附加阻力：列车在坡道上、曲线上、隧道 里及起动时所增加的阻力一般用单位基本阻力

=列车总阻力/列车重量单位附加阻力

=列车总附加阻力/列车重量来表示1.2.3.(N)一．基本阻力

一般是根据大量试验总结得来的平均值

单位基本阻力的计算公式一般形式为：ω0=a+bv+cv2(N/kN)其中：v——运行速度，单位为km/h。一般地铁车辆的基本阻力公式：

ω0=2.27+0.00156v2

(N/kN

)广州地铁车辆的基本阻力公式：ω0=2.75+0.000428v2(N/kN)

上海明珠线轻轨车辆的基本阻力公式：

F=3100+Mges

(0.000637+0.000329v)+11.187v2式中：Mges

−−列车质量（自重+载重），kg；v−−列车速度，m/s。(N)kgkg4.天津快速轨道车辆的基本阻力公式：F=Mm(1.65+0.0247v)+Mt(0.78+0.0028v)+9.8×[0.028+0.0078(n−1)]v2式中：Mm−−动车总质量，；Mt−−拖车总质量，；v−−列车速度，km/h；n−−每列车的车辆数，n=4。1.坡道阻力ωi：由列车重力产生的沿坡道斜面分力（在坡道上）单位坡道阻力：ωi=Wi/q=±i（即坡道坡度的千分数值）注意：上坡时取“+”，下坡时取“-”。单位为N/kN。二．附加阻力2.3.4.

曲线阻力ωr：列车通过曲线时增加的阻力 单位曲线阻力：ωr=600/R（N/kN

）

其中：R——曲线半径，单位：m。 隧道空气附加阻力ωs：列车通过隧道时，由活塞效应 引起的阻力，用ωs表示——通常由试验确定（风洞模拟试验或隧道内外对比试验）。故：列车的单位加算附加阻力ωj=ωi

+ωr

+ωs

起动附加阻力ωq：列车因停留而产生的附加阻力。 目前，我国没有总结出起动附加阻力的公式来，建议 采用原苏联“牵规”中用以计算滚动轴承车辆的起动单 位附加阻力公式：ωq

=k

28q0+7(N/kN

)1.2.

式中：q0——轴重，单位：t；

k——考虑列车中车辆辆数影响的系数。

因为车辆辆数将影响列车分别起动的程度，故取： 单辆车时，取k=1.8；二辆车时，取k=1.6； 三辆车时，取k=1.4；四辆车时，取k=1.3。三．列车总阻力

牵引和惰行运行时，列车总阻力W：

W=(ω0+ωj

)G起动时，列车总阻力：(N)Wq=(ω0+ωj

+ωq)G(N)上述两式中:G——列车总重量，单位：kN。ωq

=k

28q0+7(N/kN

)4列车运行所需功率及牵引电动机功率估算

一．列车运行特点分析

列车运行所需功率（或牵引电动机所需功率）与起动加速度、最 大运行速度和最大坡度等密切相关，而且与列车的编组方式（即 动/拖排列）和车辆载客后的重量（即轴重）有关。 城轨车辆牵引电动机的负载特性基本属于断续式，工作方式为短 时重复。这一点与城轨车辆的运行特点有关。下图表示车辆在某 一区段内的运行速度曲线图：转矩M车辆加速区段车辆惰行区段车辆制动减速区段速度VA0AM=f1(t)V=f2(t)

B C0tAtBtCtDtE时间t与此对应的电动机牵引特性曲线如下图:

对于异步交流电动机而言恒转矩区恒功率区自然特性区应为转差频率恒定时转矩MA0ABM=f(V)C0VAVBVC速度V根据牵引电动机的工作特点，可按起动加速过程、平均加速过程和能量守恒过程等三种方式对其额定功率进行估算。1.2.二．按起动加速过程进行估算起动加速度（a）的概念及取值范围起动加速度是城市轨道交通车辆最重要的运行性能指标之一。通常指列车起动过程中，速度从0加速至某一速度（即图中的VA）之间的平均加速度，即：a=ΔV/Δt=VA/tA一般情况下，地铁车辆取：a=0.9～1.0m/s2；轻轨车辆取：a=0.8～1.3m/s2（请注意：对四轴全动车取高值，对八轴车<四动四拖>取低值，而对六轴车<四动二拖>取a=1.0～1.2m/s2）。列车平均起动牵引力F从“牵引力F=加速力+阻力”来考虑，则有：F=9.81G[102(1+γ)⋅a+ω0+ωq+i+ωk](N)其中：G——列车总重，t；

γ——考虑车辆旋转部件惯性的系数（一般“列车牵引计算规程”中取γ=0.06，这里考虑城轨车辆特点可取γ=0.1）；a——起动加速度，m/s2；ω0——车辆运行单位基本阻力，kg/t；ωq——车辆起动单位附加阻力，kg/t；i——起动地段坡道附加阻力，即坡道坡度的千分数，‰；ωk——起动地段曲线附加阻力，kg/t。3.列车牵引运行所需功率PP=F×VA式中：VA——起动加速过程的终速，m/s。4.每台牵引电动机所需功率PmPm=P/n/η式中：n——整列车所安装的牵引电动机总台数（即列车的动轴数）；η——牵引齿轮等的机械传动效率（一般可取0.96～0.99）。三．按加速到Vmax时的平均加速过程估算设ap为列车在满载情况下由速度从0加速到最大速度Vmax过程中的平均加速度，则有：列车所需功率P=G×ap

×Vmax；而相应的牵引电动机功率Pm=P/n/η；通常情况下：Vmax≥80km/h时，ap取0.4m/s2；Vmax≥120km/h时，ap取0.35m/s2。2.3.1.5.4.四．按“能量守恒”估算能量守恒定律：列车在某区间运行时，其势能与动能之和始终保持不变。在某区间内列车运行所需动能

Ev=G×Vmax2/2(kJ)在该区间内列车运行所需势能

Eh=9.81×G×h(kJ)在该区间内列车运行所需时间

t=S/Vav

(s)在该区间内列车运行所需功率

P=2×(Ev+Eh)/t(kW)[即P×t/2=Ev+Eh]每台牵引电动机所需额定功率

Pm=P/n/η

(kW)上述各式中：Vmax——列车最高运行速度，m/s；h——列车运行区间内线路高差，m；Vav

——列车在区间内运行的平均技术速度，m/s；S——列车运行区间距离（站间距），m；其余参数意义同前。[这里请特别注意：P×t/2=Ev+Eh中的1/2是考虑在整个运行区间内，列车仅有1/2的时间加速运行，而另外1/2时间为惰行和制动工况。]第四节车辆总体设计（自学）车辆总体布置（1）城轨车辆（2）CRH高速动车组车体布置CRH1：庞巴迪-四方（BST）CRH2：川崎-四方，最低工作温度-25℃CRH3：西门子-唐山，300Km/hCRH5：阿尔斯通-长客CRH6：浦镇 CRH1、CRH2、CRH5可运行于现有的电气化铁路上。CRH3、CRH2C用于客运专线。CRH6用于城际交通。一、CRH1动车组

CRH1动车组由庞巴迪-四方-鲍尔（BSP，后庞巴迪收购了鲍尔公司的股份，改称为BST公司）生产，原型是庞巴迪为瑞典国家铁路提供的Regina动车组。 2007年2月1日，CRH1正式开始在广深线投入服务。CRH1动车组组成CRH1技术参数编组型式：8辆编组，可两编组连挂运行动力配置：3个牵引单元，5动3拖，2(2M+1T)+(1M+1T)车种：一等车、二等车、酒吧坐车合造车定员（人）：670客室布置：一等车2+2、二等车2+3最高运营速度（km/h）：200最高试验速度（km/h）：250适应轨距（mm）：1435适应站台高度（mm）：500~1200传动方式：交直交牵引功率（kW）：5500编组重量及长度：213.5m，420.4t车体型式：不锈钢气密性：没有头车车辆长度（mm）：26950中间车辆长度（mm）：26600车辆宽度（mm）：3328车辆高度（mm）：4040空调系统：分体式空调系统转向架类型：无摇枕空气弹簧转向架转向架一系悬挂：单组钢弹簧单侧拉板定位+液压减振器转向架二系悬挂：空气弹簧+橡胶堆转向架轴重（t）：≤16转向架轮径（mm）：915/835转向架固定轴距（mm）：2700受流电压：AC25kV，50Hz牵引变流器：IGBT水冷VVVF牵引电动机：265kW启动加速度（m/s2）：0.6制动方式：直通式电空制动紧急制动距离（m）（制动初速度200km/h）：≤2000辅助供电制式：三相AC380V50HzDC100V二、CRH2动车组 CRH2动车组由南车四方联合日本川崎重工生产，原型为日本新干线E2-1000，但做了改动：动力配置从E2-1000的8M2T变为4M4T，牵引总功率降为4800KW，运营速度从275km/h降为200km/h。受电弓改为DSA250型；不安装主动和半主动悬挂装置。轴箱定位方式由拉板式改为转臂式 2007年1月28日，CRH2正式开始在沪杭线及沪宁线投入服务。CRH2动车组的车型CRH2A：第一批CRH2型电动车组为数60列（编号2001-2060），编组方式是4节动车配4节拖车（4M4T），标称时速200公里，最高营运时速为250公里，用于经改造的既有路线上。CRH2B：16节长大编组的CRH2B型电动车组，（编号2111-2120），标称时速200公里。CRH2E：16节长大编组的CRH2E型卧铺电力动车组，列车编号由2121开始，标称时速200公里。CRH2C：第二批CRH2型电动车组编号由2061开始，是以CRH2A型设计作为基础上进行修改，标称时速300公里，最高营运时速为350公里，用于新建的高速客运专线上。动力配置由4动4拖改为6动2拖(功率由4800kW调整到7728kW）。（头车为拖车）采用SSS400+高速受电弓。在头车上加装半主动悬挂系统。系统主要包括（每车数量）：控制器箱1个、加速度传感器2个、半主动横向减振器2个及安装附件等。在每两辆车的车体之间安装车间减振器；取消LKJ显示器并在相应位置增加了ATP显示器空调换气装置进新风的位置由车下改到车辆端部；重力直排式卫生系统改为真空式卫生系统CRH2C于2008.4.22在京津城际高速铁路上测试，最高速度达到372.8km/h，CRH380A：140列，6001~6140； 由CRH2改进而成，联合川崎重工设计生产，采用日本技术，持续运营时速将达到350公里，最高运行时速为380公里，最高设计时速达420公里以上。通过引进技术消化吸收并创新,目前国产化率达到85%以上，四方股份拥有CRH380A的自主知识产权。 2010年12月3日，CRH380A-6401L动车组在京沪高铁枣庄至蚌埠间（京沪高铁建设先导段）的试验中，最高时速达到486.1公里。刷新了日本在1996年由300X动车组创下的443公里/小时“正常营运编组列车最高试验速度”。CRH2A技术参数编组型式：8辆编组，可两编组连挂运行（重联运行）动力配置：4M+4T车种：一等座车、二等座车、二等座车餐车。定员（人）：610客室布置：一等车2+2、二等车2+3运营速度（km/h）：200最高试验速度（km/h）：250适应轨距（mm）：1435适应站台高度（mm）：1200传动方式：交直交牵引功率（kW）：4800编组重量及长度：204.9m，345t车体型式：大型中空型材铝合金车体气密性：车内压力从4kPa降到1kPa时间大于50s头车车辆长度（mm）：25700中间车辆长度（mm）：25000车辆宽度（mm）：3380车辆高度（mm）：3700空调系统：准集中式空调系统转向架类型：DT206/TR7004B无摇枕转向架转向架一系悬挂：单组钢弹簧单侧拉板定位+液压减振器转向架二系悬挂：空气弹簧+橡胶堆转向架轴重（t）：≤14转向架轮径（mm）：860/790转向架固定轴距（mm）：2500受流电压：AC25kV，50Hz牵引变流器：IGBT水冷VVVF牵引电动机：300kW启动加速度（m/s2）：0.406制动方式：直通式电空制动紧急制动距离（m）（制动初速度200km/h）：≤1800辅助供电制式：DC100V，三相AC100VAC220V、AC400VCRH2A动车组总体结构各车主要参数车

号12345678备注形式代号T1M1M2T2T3M3M4T4整备重量/t42.84846.54244.14846.841.5平均轴重/t11.814.013.312.512.114.012.711.7输出功率/kw01200120000120012000合计4800定员/人5510085100551005164合计610乘客重量/t4.48.06.88.04.48.04.15.180kg/人定员重量/t47.256.053.350.048.556.050.946.6整体重量408.5主要设备布置：1号车（拖车）主要设备布置：2号车（动车）三、CRH3动车组 中国引进SiemensAG技术生产的时速350km动力分散式动车组，以西门子公司制造的ICE3为原车，合作厂是北车唐山轨道客车有限公司。

2008年4月11日，CRH3动车组在唐山轨道客车有限责任公司下线。

2008年6月24日，CRH3型动车组在京津城际铁路创造了394.3KMH的中国铁路第一速。

2008年8月1日，CRH3在京津城际铁路投入运营。CRH3C:唐山+西门子,4动4拖,16动轴8800KW,原型ICE3,时速350公里CRH3D:长客+唐山,8动8拖,32动轴18400KW,时速350公里CRH3动车组的车型CRH380B长客股份（110列）：6201~6310；唐车公司（70列）：6401~6470；2011年1月9日，采用特殊试验编组（8M4T）的CRH380B-6402L动车组进行京沪高速铁路徐州至蚌埠先导段的运行试验，于5时15分创造了每小时487.3公里的试验速度。EC01/EC08：带司机室的头车TC02/TC07：带变压器的拖车IC03/IC06：中间的动车BC04：带餐车的拖车FC05：一等拖车CR