高铁及动车组基础知识课件Chapter 9(中国高速铁路技术)

高速动车组什么是动车组？

动车组是由若干带动力的车辆（动车）和/或不带动力的车辆（拖车）组成的，在正常使用寿命周期内，始终以固定编组运行、不能随意更改编组的列车。动车组是城际和市郊铁路实现小编组、大密度的高效运输工具，以其编组灵活、方便、快捷、安全，可靠、舒适为特点备受世界各国铁路运输和城市轨道交通运输的青睐。使用动车的比重以日本为最大，占87%；荷兰、英国次之，分别占83%和61%；法国、德国又次之，分别占22%和12%。动车组称得上是铁路旅客运输的生力军。目录一、国产动车组简历二、动车组的基本组成及其作用三、动力分散式电动车组EMU四、高速动车组的主要技术特点五、高速动车组对牵引功率的需求六、CRH系列高速动车组七、CRH九大关键技术一、国产动车组简历1998年5月，我国首列双层内燃动车组在唐山机车车辆工厂问世，拉开了我国城际动车组研制的序幕。紧接着以株洲电力机车厂为牵头单位，我国首列DJJ1型动力集中式系统传动电动车组（蓝箭号）于2001年1月8日在广深线上正式投入商务运行，实行了牵引动力历史性突破。按照铁道部运输局安排，2007年4月18日配合全路第六次大提速，时速200Km动车组上线，到2015年，京广线以东铁路干线的客运将全部实现动车化。我国铁路干线内燃动车组主要技术参数表

我国铁路干线电力动车组主要技术参数

我国铁路干线引进电力动车组主要技术参数（续）引进动车组情况二、动车组的基本组成及其作用三、动力分散式电动车组EMU动车组按照牵引动力来源的不同，可分为电动车组和内燃车组；按照牵引动力的分布方式又可分为动力分散式和动力集中式两类，如下图所示，左侧为动力集中式，右侧为动力分散式。动力分散式电动车组是当今世界高速动车组技术发展的方向。动力分散电动车组的优点：动力装置分布在列车不同的位置上,能够实现较大的牵引力,编组灵活。由于采用动力制动的轮对多,制动效率高,且调速性能好,制动减速度大,适合用于限速区段较多的线路。另外,列车中一节动车的牵引动力发生故障对全列车的牵引指标影响不大。动力分散的电动车组的缺点是：牵引力设备的数量多,总重量大。动力集中的动车组也有其优点：动力装置集中安装在2～3节车上，检查维修比较方便，电气设备的总重量小于动力分散的电动车组。动力集中布置的缺点是：动车的轴重较大，对线路不利。四、高速动车组的主要技术特点我们将最高运行速度大于等于200km/h的动车组称为高速车组，与普通动车组相比，高速动车组有其突出特点：头型流线化车体结构轻量化气密性和隔声性能好采用高性能转向架技术采用密接式车钩缓冲器采用交流传动技术采用复合制动技术采用计算机网络自动控制及故障诊断技术五、高速动车组对牵引功率的需求

高速动车组需要的牵引功率N为右图所示：式中Q－动车组总质量（t）；ω－动车组的单位阻力（N/t）；νmax－动车组的最高运行速度（km/h）；k－裕量系数。动车组运行时的阻力由动车组运行基本阻力和各种附加阻力组成。动车组基本阻力是指动力车及其拖车的运行基本阻力，它由动车组的空气阻力和机械阻力所组成。动车组的基本阻力随运行速度的不同而异。低速运行时，以机械摩擦阻力为主；运行速度达到200km/h左右时，空气阻力占运行基本阻力的70％；如果运行速度进一步提高，空气阻力所占的比例还将增大。空气阻力与动车组运行速度的平方值成正比。动车组之所以需要很大的牵引功率，就是因为动车组运行速度越高，空气阻力越大。而这一随运行速度提高而迅速增大的空气阻力就成为高速动车组运行时的主要阻力。六、CRH系列高速动车组

中国铁路高速动车组是时速200公里及以上，动力分散形式的电动车组。具有安全、高速、高效、便捷、环保等显著特点，是铁路客车装备的重要组成部分。青岛四方-庞巴迪-鲍尔铁路运输设备有限公司生产的动车组定为“1”型，四方机车车辆股份有限公司生产的动车组定为“2”型，唐山轨道客车有限责任公司生产的动车组定为“3”型，长春轨道客车股份有限公司生产的动车组定为“5”型。中国铁路高速动车组简称CRH。CRH是英文CHINARAILWAYHIGH-SPEED的简称。有四层含义：标志着中国铁路已经拥有了时速200公里及以上动车组技术，展现了中国铁路装备现代化的重大成就。创立了中国铁路高速动车组的自有品牌，同时也与国际惯例接轨。表明了时速200公里及以上动车组的资产归铁道部，是中国铁路的自有产权。标志着中国铁路以此为起点，进入全新的高速动车组时代。青岛四方-庞巴迪-鲍尔铁路运输设备有限公司（简称BSP公司）通过公司内部技术转移，引进了庞巴迪公司的REGINA型动车组。最高运营时速200公里；在北欧地区使用广泛，运营数量大，技术成熟；理想的中短途客运和城际交通用车。CRH1下图为CRH1动车组及其编组结构图。主要技术参数CRH1型动车组运营时速：200km/h牵引功率：5300kW列车编组：每列8辆固定编组，5辆动车，3辆拖车。列车定员：668人。其中：一等座车144人，二等座车524人。车体结构：不锈钢筒形结构制动距离：平直道上紧急制动时，初速200km/h，小于2000m；初速160km/h，小于1400m。轴重：小于16吨动车组总长：214000mm

适应站台高度：800～1250mm车体最大长度:头车26950mm

中间车26600mm车体最大宽度：3331mm车体最大高度：4040mm受电弓位置：2号车和7号车

CRH1型动车组——一等车与二等车CRH1型动车组——餐车与酒吧四方机车车辆股份有限公司（简称四方股份）引进日本川崎重工的E2-1000型动车组。设计时速315公里，运营时速275公里；代表日本新干线最先进的动车组技术；可满足中国铁路高速客运需要。CRH2下图为CRH2动车组。下图分别为:CRH2-300编组结构图：6动2拖，牵引功率8200kW；CRH2编组结构图：4动4拖，牵引功率4800kW。CRH2型动车组的类别CRH2A:第一批CRH2型电动车组为数60列（编号CRH2-001A~CRH2060A），编组方式是4节动车配4节拖车（4M4T），每4节为一个单元，速度级别属A型（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。

CRH2C:第二批CRH2型电动车组编号由CRH2-061C开始，是以CRH2A型设计作为基础上进行修改，改动包括把动车数量增至6节（6M2T），使用DSA350型高速受电弓，以及在电弓两旁加装挡板等。列车速度级别属C型（标称时速300公里），最高营运时速为350公里，会用于新建的高速客运专线上。CRH2B除2A及2C型外，四方又设计出16节长大编组的CRH2B型电动车组，（编号CRH2-111B~CRH2-120B），级别属B型（标称时速200公里），最高营运时速为250公里。

CRH2E除2A、2B及2C型外，四方又设计出16节长大编组的CRH2E型卧铺电力动车组，列车编号由CRH2-121E开始，级别属E型（标称时速200公里），最高营运时速为250公里。CRH2型动车组（时速200km/h）运营时速：200km/h牵引功率：4800kW列车编组：每列8辆固定编组，4辆动车，4

辆拖车。列车定员：610人。其中：一等座车51人，二等座车559人。主要技术参数车体结构：铝合金筒形结构制动距离：平直道上紧急制动时，初速200km/h，小于2000m；初速160km/h，小于1400m。轴重：小于14吨动车组总长：201400

mm

适应站台高度：1100～1250mm车体最大长度:头车25700mm

中间车25000mm车体最大宽度：3380mm车体最大高度：3700mm受电弓位置：4号车和6号车CRH2型动车组（时速300km/h）运营时速：300km/h牵引功率：7200kW列车编组：每列8辆固定编组，6辆动车，2

辆拖车。其它主要技术参数与时速200公里动车组一致。CRH2型动车组——一等车与二等车CRH2型动车组——司机室与就餐区

CRH5(和谐号CRH5型电动车组) 长春轨道客车股份有限公司（长客股份）引进法国阿尔斯通公司技术；动力分布式设计，每列编组8节车(5M/3T),

以同厂的Pendolino宽体摆式列车为基础，无摆式功能，车体以芬兰铁路SM3动车组为原型。可通过两组联挂方式增至16节；耐寒性好，承受温度范围可达±40℃，在中国北方尤其是东北地区运行；设计时速250公里。中国第六次铁路大提速CRH5原型车--芬兰SM3车组编号CRH5A动车组于2007年4月18日起，正式运行于京哈线上。在秦沈线上的最高运营速度是250km/h；秦皇岛至沈阳北间的旅行速度达202Km/h。一等座车：ZY(2+2布置)二等座车：ZE(2+3布置)

带酒吧的二等座车/餐车:ZEC38列CRH5A动车组一等、二等座椅可回转：编号CRH5-013A—CRH5-042A、CRH5-054A—CRH5-060A）。CRH5-001A为原装进口车CRH5-004A为散件组装车CRH5-010A，CRH5-011A，CRH5-012A为采用部分进口部件的国产车配属情况寒冷的北方地区使用更多CRH5动车模型图车厢布置下图为CRH5动车组和编组结构图。CRH5型动车组运营时速：200km/h牵引功率：5500kW列车编组：每列8辆固定编组，5辆动车，3

辆拖车。列车定员：622人。其中：一等座车60人，二等座车562人。主要技术参数车体结构：铝合金筒形结构制动距离：平直道上紧急制动时，初速200km/h，小于2000m；初速160km/h，小于1400m。轴重：小于17吨动车组总长：211500

mm

适应站台高度：500～1250mm车体最大长度:头车27600mm

中间车25000mm车体最大宽度：3200mm车体最大高度：4270mm受电弓位置：3号车和6号车CRH5双列连挂的车钩CRH5型动车组——一等车与二等车CRH5型动车组—司机室与吧区CRH3唐山轨道客车有限责任公司（简称唐山工厂）引进德国西门子公司VELARO-E型动车组。设计时速350公里，运营时速350公里；代表西门子最先进的动车组技术；可满足中国高速铁路客运需要。下图为CRH3动车组。下图为CRH3编组结构图。CRH3型动车组运营时速：300km/h牵引功率：8800kW列车编组：每列8辆固定编组，4辆动车，4

辆拖车。列车定员：600人。其中：一等座车72人，二等座车528人。主要技术参数车体结构：铝合金筒形结构制动距离：平直道上紧急制动时，初速300km/h，小于3700m；初速200km/h，小于2000m；初速160km/h，小于1400m。轴重：小于17吨动车组总长：200670

mm

适应站台高度：1100～1250mm车体最大长度:头车25520mm

中间车24175mm车体最大宽度：3265mm车体最大高度：3890mm受电弓位置：2号车和7号车主要特色速度：“CRH3”有双“飞毛腿”

----高速转向架

SF500型高速转向架，具有优良的运行品质，乘坐舒适性高。轻盈的“身材”同样是跑得快的前提。该车车体都是铝合金的，采用轻型铝合金材料焊接而成，使列车能够轻装前进，且使用寿命可达20年以上。

外形：比时速200公里动车组优美乳白色的车身，独特流线型车身，列车头部线条，有点像海豚，感觉比目前在京津间运行的时速200公里的动车组更流畅优美。拥有良好的气动外形，车体的外形设计是根据空气动力学原理，流线型降低了动车组的空气阻力和噪音。环保：车内装饰材料100%达标

车内装饰材料100%达到国际相关环保标准，为旅客提供了绿色环保的乘车环境。舒适：坐椅垫增厚十余厘米

列车内部结构典雅，每辆客车内部用玻璃隔断，具有通透的视觉效果，视野开阔；和谐分布的隐形照明系统、多媒体影视系统，将车厢装饰得现代感十足。采用了充满时尚感的“软装饰”，松软的坐椅显得现代感十足。二等车厢的坐椅垫子比200公里动车组厚了十余厘米，一等车厢的坐椅还设有白色的颈部靠枕，坐椅还可调节斜度。

人性化：服务系统全面创新深入体现“以人为本”的特点。列车上专门设置了残疾人专座、卫生间、轮椅存放区等，卫生间还设有婴儿护理桌，马桶可以红外线消毒，洗漱台可以感应出水，充分体现了这一陆地“巨无霸”的豪华。为方便旅客书写或放置东西，坐椅扶手内配备了可折叠的茶几，坐椅上方的航空行李架设计也十分新颖。技术人员还对旅客服务系统进行了全面创新设计。比如在一等车内的坐椅扶手下方安装了车内视听系统，不仅安装了耳机插孔，还增加音量调节按钮等，使旅客可以戴着耳机看电视互不干扰。

安全：时速350公里不觉惊险

车载技术诊断系统可高效率地完成对各种功能设备故障的检测、预报和排除，并方便地面检修，具有良好的运行检修体系，运行效率高。而且列车具有的良好密封性能，可以使列车高速会车及通过隧道时，旅客免受车外压力波对车内造成的影响，此外，防撞车体结构和独特的防火设计结构，使列车具备极高的安全性能。

平稳：不眩晕

动车组内的车窗玻璃和磁悬浮列车有些相似，经过特殊处理后，会产生视觉误差，这样喜爱看风景的旅客不必担心因速度过快而头晕目眩。

豪华：能和高档轿车相媲美工艺精湛，在其内部，吧台、餐厅等豪华装备应有尽有，几乎可以和高档轿车相媲美。车内餐厅装饰得像个性化酒吧，团队旅客可以在里面举行小型派对，一进餐厅的门，是一张豪华的吧台，旁边几张酒吧专用高脚凳，可以看到洁净的餐桌，椅子是舒适的小沙发。专门为旅客烹制美食的动车组餐车厨房内也是装备先进。

CRH3和CRH380相关报道2008年6月24日，CRH3型动车组在京津城际铁路创造了394.3km/h的中国铁路第一速度。2008年8月1日，CRH3在京津城际铁路投入运营，为2008北京奥运会服务。2009年12月26日上午，世界上运营时速最快、一次性建成里程最长的武广高速铁路正式投入运营，在广州、长沙、武汉三地同时举行了动车组列车首发仪式。2010年12月3日11时6分，京沪高铁试验国产列车和谐号CRH380A列车时速达486.1公里，破世界铁路运营试验最高速纪录。这是继9月28日沪杭高铁试运行创下时速416.6公里之后，中国高铁再次刷新世界铁路运营试验最高速。CRH3“和谐号”动车组将于2008年8月1日正式驰骋京津城际铁路

生产过程中的车体CRH3型动车组——一等车与二等车CRH3型动车组——司机室与酒吧下表为CRH系列动车组主要技术参数一览表七、CRH高速动车组九大关键技术CRH系列动车组核心技术包括九大关键技术与十项主要配套技术。九大关键技术分别是：动车组总成，车体，转向架，牵引控制，牵引变压器，牵引变流器和牵引电机，制动系统，网络控制。关键技术在项目总成本中的比例一、动车组总成技术先进的仿真技术；现代化的加工组装；科学的试验调试；数万计零部件系统集成和匹配优化；总体技术性能最佳。二、车体技术采用通长的大断面中空、薄壁铝合金挤压型材组焊成的薄壁筒型整体承载结构，主要由底架、车顶、侧墙、端墙、司机室（头车有）以及车下设备舱等组成。车体设计时较好地考虑了轻量化和结构强度、刚度的关系。采用流线型头型，降低运行空气阻力，减小噪声。车体结构设计满足JISE7105或EN12663强度标准。与耐候钢车体相比，不锈钢车体减重15%，铝合金车体减重30%。流线形轻量化密封性隔声降噪空气动力学仿真计算减小空气阻力；优化空气流场分布、减弱列车运行和交会压力波；提高侧风稳定性；降低气动噪音；控制车内气压变化。风洞试验验证空气动力学性能减小空气阻力；减小动车组会车时的列车表面压力波幅值；减小动车组通过隧道时列车表面压力波幅值；控制气动升力。车体气密性技术列车高速运行，特别是会车、进出隧道时，车外瞬时产生强烈压力波。通过采用车体气密性技术，控制车内压力变化，减小压力波动，保证乘座舒适性。整车气密性试验车内压力由4000Pa降至1000Pa的时间大于80秒（标准值50s）隔音降噪技术

优化头型降低气动噪声；加装转向架导流吸音罩；优化车体端部及车体底架降低噪音；优化车体结构，采用阻尼材料，提高隔音效果。传播路径分析噪声控制低噪音车辆

噪声源分类噪声种类确定降噪措施选择降噪措施验证车体内侧面喷涂隔音层；地板为隔音减振材料，采用浮筑结构；车体型材内部填充减振发泡材料；底架下表面喷涂阻尼浆。隔音减振结构设计噪声控制指标动车组运行时，距轨道中心线25m和距轨面高度3.5m处测量的噪声符合国家有关规定，客室不大于65dB(A)。25m3.5m车内≯65dB(A)三、转向架技术

承载牵引缓冲转向制动构架驱动装置牵引电机二系悬挂一系悬挂驱动轮对抗蛇行减振器转向架组成

高度调整阀轴承盘形制动横向减振器高速转向架性能

动车组对线路激扰的适应能力动车组运行稳定性与曲线通过性能动车组运行平稳性轻量化转向架结构强度和可靠性技术拖车转向架动车转向架动车、拖车转向架结构基本一致，零部件可互换；无摇枕结构，可靠性高；高柔性大曲囊空气弹簧以获得优良的乘坐舒适度合金钢轮对、空心车轴、铝合金轴箱体，降低簧下质量；动车采用轮盘制动，拖车采用轴盘制动；动车转向架设有牵引电机和齿轮传动装置。轮轨匹配轮对内侧距确定为1353mm；采用自主研制的高速磨耗型踏面；满足动车组跨线运行要求.研究确定磨耗型踏面我国既有线车辆LM踏面CRH动车组LMA踏面欧洲标准踏面S1002韩国高铁踏面XP55轮轨磨耗仿真、试验轮轨磨耗仿真分析10万次循环磨耗试验表明，我国轮轨磨耗性能优良蠕滑率%磨耗指数WL%中国铁路高速轮轨欧洲某国高速轮轨四、牵引传动与控制技术大功率交直交变流技术制动能量再生，反馈电网牵引电机矢量控制技术智能型功率模块控制技术（IGBT/IPM）牵引高压设备牵引变流牵引驱动高压电器主变压器四象限中间电压过压保护牵引逆变器牵引电机齿轮箱车轮网侧变流控制器电机侧变流控制器车辆控制接触网受电弓主变压器变流器牵引电机钢轨牵引系统关系链再生电机整流器～/－逆变器－/3～整流器将牵引变压器次边输入的单相交流电变为基本恒定的3000V直流电逆变器将中间直流电逆变为牵引电机所需要的可调频（0.5～200Hz）调压（10～2800V）的三相交流电牵引变压器将网压降为1500～2000V为减少长距离输电能耗，采用25kV高压输送电机将逆变器的输出电能转化为动车组需要的动能

交交中间直流电路为逆变器提供一个稳定的直流电源直变流器原理示意图变压器输出单相交流电中间恒定直流电变流器输出变频变压三相交流电四象限整流器直流环节逆变器变频变压调频——调节动车组速度调压——获得动车组牵引力交－直－交变频技术——最节能的传动技术电机转速（n）特性：电机力矩（T）特性：动车组牵引特性曲线五、制动系统动力制动优先、空气制动补充的复合制动模式微机控制的直通式电空制动技术和高精度防滑装置目标距离一次连续速度控制，按运行模式曲线控车制动过程平稳及制动冲击限制的控制技术大容量、高可靠性的基础制动装置制动系统由制动控制、动力制动、空气制动（包括风源）、电子防滑器和基础制动装置等组成。制动时采用空电联合复合制动，常用制动时电制动优先，尽最大能力发挥再生制动作用，将能量反馈回电网。复合制动空电联合复合制动的优点是尽量发挥再生制动的节能作用，将列车的动能转化为电能反馈电网；同时，使空气制动的使用率大大降低，从而减少制动盘和制动闸片的磨耗，节约运行成本。2级常用制动曲线8级常用制动曲线再生制动

再生制动时，转子产生的电磁转矩与转子转向相反，电机成为发电机，将动能转换为电能，再经牵引变流器和牵引变压器将电能反馈回电网。空气制动直通式电空制动系统：主风管直接向制动缸输入压缩空气实施制动制动缸压力精确反应时间短

动车组动轴采用轮盘制动，具有磨擦半径大、散热好、热容量大等优点。拖轴采用轴盘制动，配有三个大热容量的轴装制动盘，制动盘采用铸钢制动盘，并配备铜基粉末冶金闸片，保证在高速运行时稳定的磨擦性能和高耐磨性。制动盘和闸片可以承受600℃的工作温度。基础制动装置六、网络通信及控制技术分布式计算机通信网络控制技术集中监控牵引、制动和辅助系统等车载设备动监测车载设备状态和数据，与地面进行实时通信传输信息量大、速度快、容错性强、可靠性高网络拓扑结构列车总线(WTB)网关网关ABB车辆总线(MVB)诊断系统车辆控制单元诊断系统车辆总线(MVB)车辆控制单元牵引控制单元制动控制单元门控单元空调控制单元ABB空调控制单元牵引控制单元制动控制单元门控单元牵引系统控制牵引控制单元车辆总线MVB列车总线WTB车辆控制单元

网关牵引变流器牵引电机牵引手柄网关车辆控制单元

牵引控制单元牵引变流器牵引电机车辆总线MVB列车总线WTB制动系统控制牵引控制单元车辆总线MVB列车总线WTB车辆控制单元

网关制动控制单元网关车辆控制单元

牵引控制单元车辆总线MVB列车总线WTB空气制动空气制动制动