轨道交通车辆新技术 课件 项目四 山地轨道车辆技术

深入了解：轨道交通的多样性选择齿轨铁路及车辆应用实例01认识齿轨铁路及车辆应用实例02齿轨列车概述CONTENTS03国外齿轨铁路应用实例04齿轨列车的优势与不足05各种轨道交通制式的对比认识齿轨铁路及车辆应用实例认识齿轨铁路及车辆应用实例齿轨铁路的未来随着科技的进步，齿轨铁路在未来有希望得到更大的发展，为人类出行提供更多的选择和更好的体验。齿轨列车概述齿轨列车是一种应用于山地的铁路技术，通过在普通铁路轨道结构基础上增设特殊的齿轨，实现与转向架轮对齿轮的啮合传动。齿轨列车的特点齿轨列车具备优越的爬坡性能，可广泛应用于矿山和景区等大坡度地段，为人类出行提供了一种全新的方式。齿轨铁路的发展瑞士、美国、德国等国家齿轨铁路的应用及发展较早，为我们提供了宝贵的经验和启示，为未来齿轨铁路的发展奠定了基础。齿轨列车概述齿轨列车特点齿轨列车是一种应用于山地的铁路技术，其特点是在普通铁路轨道结构的基础上增设特殊的齿轨。齿轨列车优势齿轨列车通过与转向架轮对齿轮啮合传动，克服了普通铁路轮轨黏着力不足的缺陷，具备优越的爬坡性能。齿轨列车应用齿轨列车被广泛应用于矿山和景区等大坡度地段，瑞士、美国、德国等国家齿轨铁路的应用及发展较早。齿轨列车概述齿轨列车概述齿轨列车历史01世界上第一条齿轨铁路美国华盛顿山齿轨铁路于1868年首次载客，而欧洲第一条齿轨铁路瑞士瑞吉山齿轨铁路于1871年开始运行。齿轨铁路里程02国外已建成的齿轨铁路总里程超过3000km，主要分布在瑞士、德国、法国、奥地利、日本和澳大利亚等国，其中以瑞士的齿轨铁路最多。齿轨系统技术03经过150多年的不断发展，齿轨铁路技术不断更替，形成了7种典型齿轨系统，目前在用的成熟齿轨系统主要有5种。Locher系统是唯一一个能达到480‰大坡度的系统，而其余系统的最大限制坡度均为250‰。齿轨铁路优势新修建的齿轨铁路或基于Riggenbach系统、Strub系统改建的齿轨铁路采用了Von-Roll系统技术。齿轨铁路应用齿轨列车概述国外齿轨铁路应用实例国外齿轨铁路应用实例瑞士的齿轨铁路发展较早，其中瑞吉山齿轨铁路是欧洲第一条登山铁路，采用Riggenbach系统，线路最大坡度250‰，轨距为1435mm。瑞士的齿轨铁路皮拉图斯山齿轨铁路是世界上最陡的齿轨铁路，最大坡度达到480‰，平均坡度也达到350‰，采用Locher模式齿轨系统，于1889年6月正式开始运营。皮拉图斯山齿轨铁路少女峰齿轨铁路因其在“欧洲之巅”阿尔卑斯山而闻名于世，铁路终点站海拔高达3454m，是欧洲最高的火车站，由3家公司分别负责商业运营。少女峰齿轨铁路齿轨列车的优势与不足齿轨列车的优势齿轨列车配置动力设备多，牵引制动能力强，爬坡能力强。爬坡能力强齿轨铁路可与普通轮轨铁路同站运行，并可修建混合线路，实现无缝对接。无缝衔接齿轨铁路可缩短坡道长度、减少桥梁和隧道比例、节约建设成本。铁路建设成本低齿轨铁路运量远大于缆车及公路交通运量，约为5~10倍。载客量大轨道交通完成单位运输周转量所占用地是公路的十分之一，消费的能源是公路的二十分之一。绿色环保0201030405齿轨列车的不足03运行噪声问题齿轨铁路的运行噪声与齿轮齿条的耦合状态密切相关，需要重视线路的建设年代和养护维修状况。01车辆购置及维护成本较高由于国内暂无齿轨车辆的成功运用，需要投入大量人力物力进行研究和试验。02运行速度较低受齿轮齿条耦合作用影响和列车功率限制，齿轨列车在齿轨地段的运行速度较低。各种轨道交通制式的对比轨道交通制式我国旅游观光铁路在山区或地形起伏大地区运行，需独立轨道交通系统。轨道交通制式介绍适用于山区地形的轨道交通制式有轮轨系统制式、磁悬浮系统制式、缆索牵引制式和齿轨系统制式。轨道交通制式对比不同牵引方式的轨道交通有着各自的优缺点，主要表现在爬坡能力、运输能力、建设成本和运行速度等方面。各种轨道交通制式的对比各种轨道交通制式的对比123通过对比分析和介绍，可以看出国内风景区的旅游观光铁路采用齿轨车辆作为观光列车最为适宜。适宜的轨道交通制式齿轨铁路适应的大坡度可缩短展线长度，减小桥隧比例，缩短建设工期，节约建设成本。齿轨铁路的优势采用电力机车，可以节能环保，且技术条件成熟，可靠性强，安全性强，适宜观光旅游。齿轨铁路的可靠性齿轨铁路的经济效益在山地景区具有独特优势，经济效益较好，旅游观光铁路在我国是一种新兴的旅游体态，应该能够被大众所接受。研究齿轨车辆运用加强对齿轨车辆的运用研究，充分了解其特点和发展形式，对于推动我国齿轨铁路的建设和发展具有较大的现实意义。各种轨道交通制式的对比谢谢观看项目一轨道交通发展史齿轨转向架：技术细节与前景齿轨列车转向架技术01探究齿轨列车转向架技术02齿轨转向架概述CONTENTS03主要结构特征04主要技术参数05悬挂装置组成探究齿轨列车转向架技术齿轨列车转向架技术概述齿轨列车转向架是齿轨列车的重要组成部分，直接影响列车的运行性能和安全性。转向架的结构组成转向架主要由构架、轮对轴箱、一系悬挂装置、二系悬挂装置、抗侧滚装置、电机悬挂装置、牵引装置、踏面制动装置、受流器及高度调节装置等部件组成。转向架的技术参数ZCA120型齿轨动力转向架的主要技术参数包括轴重、单轴齿轨牵引/制动力、齿轨轮高度调节范围、润滑装置、轮对、车轮、轴箱、构架、悬挂系统等。探究齿轨列车转向架技术探究齿轨列车转向架技术悬挂装置的作用01悬挂装置是转向架的重要组成部分，包括一系悬挂装置和二系悬挂装置。它们的主要作用是缓冲轮对的垂向运动，确保轮对的平行，提高列车的运行品质。空气弹簧的独特设计02二系悬挂装置中的空气弹簧采用独立辅助气室设计，具有较低的垂向刚度，与二系垂向减振器一起用于减小转向架的垂向冲击、衰减垂向振动。横向止挡间隙的设置03二系悬挂装置中的横向止挡间隙设置为35mm，其中弹性止挡间隙为20mm。这种设计确保了动车组在110m平面小半径曲线上的通过性能。高度调节装置的设置悬挂系统中设有高度调节装置，能够根据负载情况自动调整地板高度。这样设计是为了确保列车的平稳运行和乘客的舒适度。轴承温度及振动报警系统的设置为了确保列车的安全性，悬挂系统中还设有轴承温度及振动报警系统，实时监控各轴承的温度和振动情况。探究齿轨列车转向架技术齿轨转向架概述国外传统的齿轨列车转向架包含类型03支撑转向架没有牵引或制动设备，只支撑车辆的重量，脱轨可能性小，与齿轨没有关联。01牵引和制动转向架装备驱动和制动设备，结构复杂，一个轴上安装有齿轨轮，而另一个轴只是一个不可制动的支撑轴。02制动转向架没有牵引电机，通过齿轮制动车辆，另一个轴是支撑轴，没有推进或制动设备。现代适用于山地旅游线路的齿轨列车转向架设计难点离合器技术结构复杂，需考虑摩擦式和嵌入式离合器技术。最大爬坡250‰牵引能力要求高，需考虑限界和牵引力分配。适用于米轨车辆限界转向架可设计空间狭窄，结构需紧凑。齿轨配备单独的制动技术带制动或盘形制动，确保安全制动性能。齿轮箱设计需适应黏着路段高速低扭矩、齿轨路段低速高扭矩。中车株洲电力机车有限公司的齿轨动车组中车株洲电力机车有限公司联合多家单位研制了齿轨动车组，满足黏着最大速度120km/h、线路最大坡道120‰。动车组介绍动车组编组为Mc1+M1+M2+Mc2，轴式布置为(B0-B0Z)+(B0-B0Z)+(B0-B0)+(B0Z-B0)。编组与轴式布置通过黏着驱动和齿轨驱动转向架组合使用，避免了采用复杂结构的离合器技术。转向架组合针对齿轨动车组研发的ZCA120型齿轨动力转向架，重点解决了齿轨驱动、齿轨轮高度调节、减振和带式制动等关键技术。技术解决ZCA120型齿轨动力转向架的关键技术解决带式制动技术ZCA120型齿轨动力转向架采用了带式制动技术，通过抱轴式悬挂系统实现制动功能，确保了制动的安全性和可靠性。齿轨驱动技术ZCA120型齿轨动力转向架采用了先进的齿轨驱动技术，通过齿轮与齿轨的啮合，将驱动力量传递给车辆，实现了高效的驱动效果。齿轨轮高度调节针对不同线路和车辆磨损情况，ZCA120型齿轨动力转向架设计了齿轨轮高度调节装置，通过偏心机构调节齿轨轮距轨面的高度。齿轨轮驱动的减振ZCA120型齿轨动力转向架在齿轨轮驱动系统中设置了切向弹簧减振装置，用于补偿齿轨轮与齿条啮合时的节距误差，提高了系统的稳定性和可靠性。主要结构特征ZCA120型齿轨动力转向架的主要组成部件齿轨驱动带式制动单元负责提供列车前进的动力，确保列车在各种条件下都能稳定运行。构架构成转向架的主体，负责支撑和固定转向架的各个部件，确保转向架结构的稳定性和安全性。轮对轴箱负责支撑列车的重量，并引导列车沿轨道行驶。同时，通过轴承和轴箱的配合，实现列车的平稳运行。一系悬挂装置位于转向架的轮对轴箱和构架之间，主要起到缓冲和减振的作用，确保轮对的平行和转向架的稳定。二系悬挂装置位于构架和车体之间，主要起到支撑和固定车体的作用，同时也有缓冲和减振的功能。抗侧滚装置用于防止列车在高速运行时发生侧滚现象，提高列车的稳定性和乘坐舒适度。ZCA120型齿轨动力转向架的主要组成部件ZCA120型齿轨动力转向架的主要组成部件电机悬挂装置用于固定和悬挂列车中的电动机，确保电动机在列车运行过程中不会发生位移或损坏。牵引装置用于连接列车中的各个车厢，确保列车在运行过程中能够保持稳定和一致的速度。踏面制动装置用于实现列车的紧急制动功能，确保列车在遇到紧急情况时能够及时停止。受流器及高度调节装置用于从接触网中获取电力，为列车提供动力。同时，还具有高度调节功能，确保列车在不同条件下都能稳定运行。ZCA120型齿轨动力转向架的主要结构特征

轴重与牵引力ZCA120型齿轨动力转向架的轴重不超过12t，单轴齿轨牵引/制动力最大达70kN，远超黏着时的牵引/制动力。齿轨驱动带式制动单元采用抱轴式悬挂，使制动单元更紧密地贴合轨道，提高制动的效率和安全性。齿轨轮高度调节置车轮磨耗后可通过偏心机构调节齿轨轮距轨面的高度，设有切向弹簧减振装置补偿齿轨轮与齿条啮合节距误差。ZCA120型齿轨动力转向架的主要结构特征喷油润滑装置对齿轨轮进行润滑，同时通过齿轨轮与轨道上的齿条进行啮合对齿条进行润滑。润滑装置符合EN13260-2020《铁路设施轮对和转向架轮对产品要求》的规定，确保轮对的质量和安全性。轮对采用S型幅板结构，有利于降低车轮重量和提高车轮单位重量承载能力，同时降低了车轮整体应力水平，并具有一定的消音降噪功能。车轮ZCA120型齿轨动力转向架的主要结构特征轴箱定位方式采用外置转臂式，轴承采用双列圆锥滚子免维护整体式轴箱轴承，提高轴承的可靠性和维护性。构架“日”字形整体焊接构架，材料为低合金高强度结构钢板，侧梁、端梁及横梁均为箱型封闭结构，端部呈流线型。悬挂系统一系悬挂由顶置式金属螺旋弹簧、转臂式定位轴箱和一系垂向减振器组成；二系悬挂由大挠度空气弹簧、横向减振器、垂向减振器、抗蛇行减振器及抗侧滚装置等组成。设有能根据负载情况对地板高度自动调整的两点调平高度调节装置，提高乘客的舒适度。地板高度自动调整安装轴承温度及振动报警系统，对各轴承的温度和振动进行监控，确保轴承的安全性和可靠性。轴承温度及振动报警系统ZCA120型齿轨动力转向架的主要结构特征主要技术参数主要技术参数ZCA120型齿轨动力转向架的轴重不大于12t，单轴齿轨牵引/制动力最大达70kN，远超黏着时的牵引/制动力。轴重与牵引/制动力采用抱轴式悬挂，使得制动更加灵活，适应不同路况和车速，提高行车安全性。齿轨驱动带式制动单元车轮磨耗后，通过偏心机构调节齿轨轮距轨面高度，切向弹簧减振装置补偿齿轨轮与齿条啮合节距误差。齿轨轮高度调节置润滑装置喷油润滑装置对齿轨轮和齿条进行润滑，减少磨损，延长使用寿命，提高行车安全性。轮对与车轮轮对符合EN13260-2020标准，车轮采用S型幅板结构，有利于降低车轮重量和提高单位重量承载能力。轴箱与构架轴箱定位方式采用外置转臂式，轴承采用双列圆锥滚子免维护整体式轴箱轴承。构架采用“日”字形整体焊接构架。主要技术参数主要技术参数安装轴承温度及振动报警系统，对各轴承的温度和振动进行监控，确保轴承的安全性和可靠性。轴承温度及振动报警系统一系悬挂由顶置式金属螺旋弹簧、转臂式定位轴箱和一系垂向减振器组成；二系悬挂由大挠度空气弹簧、横向减振器、垂向减振器、抗蛇行减振器及抗侧滚装置等组成。悬挂系统设有能根据负载情况对地板高度自动调整的两点调平高度调节装置，提供更加平稳的乘坐体验。调平高度调节装置悬挂装置组成一系悬挂装置123一系悬挂装置主要由螺旋钢弹簧组、橡胶垫、垂向止挡、一系垂向减振器和转臂定位橡胶关节等组成。螺旋钢弹簧组一系悬挂装置用于缓冲轮对的垂向运动，并确保轮对的平行，防止轴箱体、构架和钢弹簧的损坏。缓冲轮对垂向运动当垂向载荷超过正常范围时，转向架构架和轴箱体将通过垂向止挡接触，以防止损坏轴箱体、构架和钢弹簧。垂向止挡接触二系悬挂装置空气弹簧二系悬挂装置主要由空气弹簧、二系垂向减振器、二系横向减振器、抗蛇行减振器、二系横向止挡及高度控制阀等零部件组成。独立辅助气室新轮状态下空气弹簧上平面距轨面高度875mm，采用独立的辅助气室，具有较低的垂向刚度，与二系垂向减振器一起用于减小转向架的垂向冲击、衰减垂向振动，提高运行品质。横向止挡间隙空气弹簧最大横向变形±130mm，保证了动车组110m平面小半径曲线的通过性能。横向止挡间隙35mm，其中弹性止挡间隙20mm。谢谢观看项目一轨道交通发展史驱动制动双突破，助力铁路发展齿轨列车驱动与制动技术01齿轨列车驱动与制动技术02齿轨列车驱动技术CONTENTS03齿轨铁路制动技术齿轨列车驱动与制动技术齿轨列车驱动与制动技术齿轨列车驱动与制动技术齿轨列车驱动与制动技术是一种用于山地齿轨列车的技术，可实现高海拔大坡度通行。齿轨列车驱动技术齿轨列车驱动技术是现代齿轨列车驱动与制动系统中的关键技术，包括齿轨轮驱动技术、适应超大坡道齿轨车辆带式制动技术、齿轨列车齿轨轮高度调整技术、齿轨铁路齿轨润滑技术等多种新技术。齿轨铁路制动技术齿轨铁路制动技术是用于确保齿轨列车在超大坡度上安全运行的技术，通过齿轨轮与齿轨间的啮合传动，将制动力作用在齿轨上，不受轮轨黏着力的限制。齿轨列车驱动与制动技术齿轨车辆制动要求01齿轨车辆制动技术要求是确保齿轨列车在超大坡度上安全运行的重要规定，要求齿轨车辆应具备两套相互独立的机械制动器，其中至少一套制动器为纯齿轨制动器。纯齿轨制动器带式制动02纯齿轨制动器-带式制动是一种适用于齿轨列车的带式制动装置，由动力源、制动力放大机构、缓解机构和摩擦副组成，通过摩擦副与制动鼓的摩擦将动能转化为热能耗散。带式制动装置结构03带式制动装置结构主要包括缓解闸缸、杠杆臂、制动力平衡机构、制动杆、制动带、制动鼓、防贴轮机构、蓄能弹簧及安装板等部分构成。带式制动装置安装布置采用轴装斜对称布置的方式，安装在齿轨转向架的空心轴上，其中带式制动装置制动鼓与齿轨轮固定连接。带式制动装置安装布置制动力通过制动鼓传递到齿轨轮上，最终经齿轨轮将制动力作用到齿轨上，齿轮齿条啮合实现制动。制动鼓与齿轨轮固定连接齿轨列车驱动与制动技术齿轨列车驱动技术齿轨列车驱动装置经过150年的开拓发展，形成了较为成熟的7种典型系统。齿轨列车驱动装置每种系统结构各有特点，如表4-3-1所示，可根据需求选择合适的驱动系统。系统特点齿轨铁路驱动典型系统驱动模式0102齿轨铁路应用工业用齿轨铁路和旅游观光用齿轨铁路均为纯齿轨列车，由齿轨系统传递牵引力和制动力。公共交通齿轨铁路公共交通齿轨铁路同时配置黏着转向架和齿轨转向架，在黏着轮轨线路上由黏着动力车轴驱动，在齿轨线路上由齿轨动力车轴驱动。齿轨车驱动模式根据欧洲BAV标准，齿轨车驱动模式分为4类，包括纯齿轮驱动、通过离合器切换齿轨轮轨驱动、不同动力源驱动齿轨轮轨和差分驱动。离合器驱动系统在牵引性能苛刻条件下，为了增加动力车轴数量，在齿轨动力车轴齿轮传动装置上设置离合器或者拨叉机构，实现黏着驱动和齿轨驱动转化，增加整车牵引能力。离合器技术结构离合器技术（摩擦式、嵌入式）结构复杂。目前在建的“都江堰-四姑娘山”线包含轮轨和齿轨两部分线路，驱动模式选择了纯齿轮驱动与黏着驱动转向架组合布置的形式。030405啮合传动牵引电机传递动力牵引电机的运动和动力通过联轴节、齿轮箱传递给齿轨轮，从而实现齿轨动车组在大坡道上的牵引或电制动功能。齿轨轮组成以Von-Roll齿轨系统为例，其啮合原理如图所示。齿轨轮由齿圈、齿毂和切向弹簧等组成。齿轨轮高度调整机构0102调整措施四川省发布的《山地齿轨车辆通用技术条件》规定，齿轨列车牵引齿轮应具备适应黏着轮对磨耗的调整措施，满足全磨耗周期内正常运行，且具有齿轨节距误差补偿功能。偏心轴机构为了解决磨耗后齿轨的啮合问题，现代齿轨列车使用偏心轴机构来达到控制车轮上的齿轮和轨道间的齿条高度的设计。传动制动系统传动和制动系统主要包含主齿轮箱、走行齿轮系统、空心轴系统、制动系统、偏心轮系统、支撑架六个部分。调整原理齿轨轮高度调整机构剖视图如所示，通过调节孔，偏心轮带动空心轴套相对车轴偏转，实现齿轨轮高度调节。调整技术采用齿轨列车齿轨轮高度调整技术，可延长车轮的使用寿命，降低运营维护成本，提高车辆的运行效率和安全性。0304