第五章高速鐵路機(jī)車和車輛技術(shù)1ppt課件

1、l常見(jiàn)傳動(dòng)的種類：l離合器+機(jī)械變速裝置l液力變扭器l電力傳動(dòng)+牽引電機(jī)l高速列車的牽引傳動(dòng)絕大部分采用電力牽引傳動(dòng)方式，即使個(gè)別采用內(nèi)燃牽引的高速列車也采用電傳動(dòng)方式。因此可以說(shuō)，高速列車的牽引傳動(dòng)毫無(wú)例外地一律采用電傳動(dòng)方式。l電傳動(dòng)方式就是將外部輸入的能源(如電力動(dòng)力車)或本身產(chǎn)生的能源(如內(nèi)燃動(dòng)力車)通過(guò)一整套電能變換和傳遞裝置，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)功輪輪對(duì)以牽引列車。這種電能變換和傳遞裝置稱為電傳動(dòng)裝置。l按照電傳動(dòng)裝置所采用的牽引電動(dòng)機(jī)的類型，電傳動(dòng)方式可分為兩大類：l(1)以直流(或脈流)牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的直流電傳動(dòng)方式；l (2)以交流牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的交流電傳動(dòng)方式。l交

2、流電傳動(dòng)方式又根據(jù)采用的同步或異步牽引電動(dòng)機(jī)的不同分為交流同步電傳動(dòng)方式和交流異步電傳動(dòng)方式。l早期投入運(yùn)用的高速列車大部分采用直流電傳動(dòng)方式。但隨著大功率可控硅變流技術(shù)的發(fā)展，使三相交流傳功技術(shù)得到了實(shí)際應(yīng)用，從而相繼出現(xiàn)了交流同步傳動(dòng)方式、交流異步傳動(dòng)方式，這是科技進(jìn)步的必然趨勢(shì)。l直流電傳動(dòng)依其牽引供電系統(tǒng)的不同分為直直電傳動(dòng)和交直電傳動(dòng)。l l直直電傳動(dòng)是指由直流供電系統(tǒng)供電、直流牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的傳動(dòng)方式l動(dòng)力車通過(guò)受電弓從接觸網(wǎng)獲得直流電源(電源電壓大多為1500伏或3000伏)，電能直接供給直流牽引電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能后通過(guò)一整套齒輪傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)動(dòng)力車的動(dòng)輪。l法國(guó)最早開(kāi)行的巴黎

3、一波爾多間的高速列車(最高速度為200公里小時(shí))的動(dòng)力車就是由1500伏直流供電系統(tǒng)受電，采用的直直傳動(dòng)方式。l直直電傳動(dòng)的設(shè)備簡(jiǎn)單、技術(shù)可靠，因此在鐵路電氣化早期發(fā)展階段占有主導(dǎo)地位。l但隨著列車速度和重量的提高，要求牽引功率有更大的增長(zhǎng)，而直直電傳動(dòng)由于本身一系列的不足，如接觸網(wǎng)電壓受直流牽引電動(dòng)機(jī)電壓的限制而不能大幅度提高、接觸網(wǎng)使用的有色金屬較多、牽引變電所數(shù)量多等，故而直直電傳動(dòng)不可能得到進(jìn)一步的發(fā)展。l目前個(gè)別國(guó)家的高速列車動(dòng)力車采用直直電傳動(dòng)方式，是不得已沿用既有電氣化鐵路直流供電系統(tǒng)的結(jié)果。從50年代開(kāi)始新建的電氣化鐵路則大都采用單相工頻交流供電系統(tǒng)，其傳動(dòng)方式轉(zhuǎn)為交直電傳動(dòng)。

4、l交直電傳動(dòng)是指由單相交流供電系統(tǒng)供電(供電頻率可為工頻或低頻)、脈流牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的傳動(dòng)方式。l動(dòng)力車通過(guò)受電弓從接觸網(wǎng)獲取單相交流電源(電源電壓為25干伏、頻率50赫茲，個(gè)別北歐國(guó)家采用15千伏。162/3赫)，經(jīng)電源變壓器降壓后再由整流裝置將交流電變換為直流電，再經(jīng)平波電抗器向脈流牽引電動(dòng)機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的變換。l目前世界上一些國(guó)家的高速列車，如日本的0系列、100系列、法國(guó)的TGV-PSK、英國(guó)的IC225、意大科的ETR 450等高速列車均采用這種交直電傳動(dòng)方式。 l現(xiàn)以法國(guó)TGVP3E高速列車動(dòng)力車的傳動(dòng)為例。該列車由前后2節(jié)動(dòng)力車和中間8節(jié)拖車組成，動(dòng)力車采用雙流制的電

5、傳動(dòng)方式，即能在兩種不同的電流制式下工作的一種電傳動(dòng)方式。動(dòng)力車(采用的直流牽引電動(dòng)機(jī))既能在直流供電制下、又能在交流供電制下工作。這是法國(guó)為了解決直流供電與交流供電區(qū)段銜接而采用的一種方式(有的歐洲國(guó)家為了實(shí)現(xiàn)國(guó)際聯(lián)運(yùn)還采用三流制、四流制的電傳動(dòng)方式)。lTGVPSE高速列車在舊線上運(yùn)行時(shí)，由電壓為1.5千伏的直流電網(wǎng)供電，最高速度不超過(guò)200公里小時(shí)，在單相交流25千伏、50赫茲供電條件下運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力車能發(fā)揮它的全部功率，最高速度可達(dá)260公里小時(shí)。每臺(tái)動(dòng)力車設(shè)有三個(gè)電氣柜，分別向同一轉(zhuǎn)向架上安裝的兩臺(tái)直流串激牽引電動(dòng)機(jī)供電。l電力牽引從直流制轉(zhuǎn)為交流制是鐵路電氣化的大技術(shù)進(jìn)步，因?yàn)閱蜗喙?/p>

6、頻交流制具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：l（1可以大大提高動(dòng)力車的牽引功率，為高速運(yùn)行提供最根本的前提條件；l (2)可以實(shí)現(xiàn)高壓輸電，減少變電站的數(shù)量，從而降低電氣化的初期投資；l (3)大大減少有色金屬用量(約可減少60左右)；l (4)可以降低能耗約l3，從而減少運(yùn)營(yíng)支出；l (5)可以避免直流電腐蝕地下設(shè)施。l交流電傳動(dòng)是以交流牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的一種電傳動(dòng)方式。l交流牽引電動(dòng)機(jī)包括：?jiǎn)蜗嗾髯訝恳妱?dòng)機(jī)、三相同步牽引電動(dòng)機(jī)、三相異步牽引電動(dòng)機(jī)。l它們之中，無(wú)換向器的交流牽引電動(dòng)機(jī)，與直流牽引電動(dòng)機(jī)相比具有功率大、轉(zhuǎn)速高、體積小、重量輕、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)用可靠、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。l在相當(dāng)長(zhǎng)的段時(shí)間內(nèi)

7、，采用這類交流牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的傳動(dòng)方式終因調(diào)速不便和效率較低而未被應(yīng)用。l直到70年代，由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是晶閘管技術(shù)和大功率逆變技術(shù)的逐步成熟，使得在大功率條件下交流電的變頻得以順利實(shí)現(xiàn)，從而可以使交流牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩能夠得到快速、平穩(wěn)、精確的控制。l在這一前提下，目前世界各國(guó)在選用高速列車的電傳動(dòng)方式時(shí)，競(jìng)相研究和開(kāi)發(fā)三相交流電傳動(dòng)技術(shù)，紛紛采用以三相交流同步牽引電動(dòng)機(jī)和三相交流異步牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的電傳動(dòng)方式。l(1)交直交電傳動(dòng)l(2)交交電傳動(dòng)l這種電傳動(dòng)方式的持點(diǎn)是在交流電源和交流輸出之間有一直流環(huán)節(jié)。l動(dòng)力車通過(guò)受電弓從接觸網(wǎng)獲得單相交流電源，經(jīng)牽引變壓器降壓后

8、由整流裝置變換為直流電源，然后經(jīng)中間環(huán)節(jié)LC濾波和儲(chǔ)能裝置，送入逆變器，再經(jīng)逆變器將交流電變換為振幅和頻率可調(diào)的三相交流電，供給三相交流異步(或同步)牽引電動(dòng)機(jī)。l德國(guó)ICE高速列車就是采用交直交三相異步電傳動(dòng)方式。ICE高速列車由前后2節(jié)動(dòng)力車和中間14節(jié)附掛車組成。每節(jié)動(dòng)力車有兩臺(tái)二軸轉(zhuǎn)向架，共裝有4臺(tái)三相交流異步牽引電動(dòng)機(jī)。每臺(tái)異步牽引電動(dòng)機(jī)的持續(xù)功率為1200千瓦前后兩節(jié)動(dòng)力車的總功率為9600干瓦。l受電弓由接觸網(wǎng)獲取單相交流電源(電源電壓為15干伏、頻率為16 23赫茲)，主開(kāi)關(guān)和輸電線濾波器裝在主變壓器原邊線圈上。牽引電流變頻器將l 6 23赫芝的單相交流電轉(zhuǎn)換為所需的電壓及頻率

9、可變的三相交流電，用于驅(qū)動(dòng)異步牽引電動(dòng)機(jī)。l電流變頻器由個(gè)四象限控制器和逆變器組成，這兩個(gè)部分內(nèi)中間環(huán)節(jié)直流鏈耦電路相連接。四象限控制器分別與主變壓器的4個(gè)次級(jí)線圈相連接，電動(dòng)機(jī)端的逆變器也分成4個(gè)功能塊，每2塊構(gòu)成個(gè)三相匯流排，向一臺(tái)轉(zhuǎn)向架的兩臺(tái)異步牽引電動(dòng)機(jī)供電。l采用變壓、變頻三相交流傳動(dòng)是電傳動(dòng)技術(shù)的一項(xiàng)突破，因?yàn)槿嘟涣鳡恳妱?dòng)機(jī)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，主要是：l功率大，轉(zhuǎn)速高。由于交流牽引電動(dòng)機(jī)不存在換向器，因而電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不受換向器表面速度和換向性能的限制，只受齒輪傳動(dòng)的限制，牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可達(dá)4000轉(zhuǎn)分，可在相同的轉(zhuǎn)矩下有較大的功率，電動(dòng)機(jī)的持續(xù)功率可提高到1400一2000

10、千瓦，完全能夠滿足高速列車的牽引要求。l有較好的粘著性能。三相交流牽引電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性硬，輪軌間的粘著利用和防空轉(zhuǎn)性能好。l運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用。尤其是三相異步牽引電動(dòng)機(jī)的鼠籠式轉(zhuǎn)子，抗潮濕、耐沖擊，起動(dòng)時(shí)還可承受數(shù)倍的過(guò)載能力。l體積小，重量輕。三相交流牽引電動(dòng)機(jī)的體積和重量要比同等功率的其他電動(dòng)機(jī)小，這樣可以降低軸重，減輕輪軌間的動(dòng)力作用，這對(duì)高速動(dòng)力車而言是十分有利的。l這種傳動(dòng)方式的特點(diǎn)是單相交流電源不經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)，直接變換為頻率可調(diào)的三相交流電，供給同步或異步牽引電動(dòng)機(jī)l動(dòng)力車通過(guò)受電弓從接觸網(wǎng)獲取單相交流電源，經(jīng)牽引變壓器降壓后，經(jīng)過(guò)個(gè)或幾個(gè)變頻裝置，直接變換為可變頻率的

11、三相交流電，向三相交流同步或異步牽引電動(dòng)機(jī)供電。l法國(guó)TGVA高速列車就是采用的這種交交三相同步電傳動(dòng)方式。從1979年開(kāi)始，法國(guó)先后研究了多種可行系列的無(wú)換向器牽引電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的傳動(dòng)方式，經(jīng)過(guò)對(duì)各種牽引電動(dòng)機(jī)的研究，及重量、組成和成本比較、決定在TGVA高速列車上采用電流源晶閘管逆變器三相交流同步牽引電動(dòng)機(jī)，并利用單相混合橋式電路調(diào)節(jié)電壓。* 交流傳動(dòng)技術(shù)1電流從逆變器的個(gè)支路轉(zhuǎn)換到另一個(gè)支路是利用同步牽引電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)自然實(shí)現(xiàn)的；2電流源逆變器僅由6個(gè)晶閘管支路組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；l3采用的強(qiáng)制換向器的結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單，重量也輕；l4牽引電動(dòng)機(jī)還可在任何轉(zhuǎn)矩下用蓄電池組實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁，轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)

12、工況運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電阻制動(dòng)。lTGVA高速列車由前后2節(jié)動(dòng)力車和中間10節(jié)拖車組成。每節(jié)動(dòng)力車有2臺(tái)二軸轉(zhuǎn)向架、共裝有4臺(tái)三相交流同步牽引電動(dòng)機(jī)。每臺(tái)同步牽引電動(dòng)機(jī)的持續(xù)功率為1100干瓦，前后2節(jié)動(dòng)力車的總持續(xù)功率為8800千瓦。lTGVA動(dòng)力車采用的STS44396型同步牽引電動(dòng)機(jī)的技術(shù)。l與TGVPSE高速列車采用的直流牽引電動(dòng)機(jī)相比、持續(xù)功率增加一倍，起動(dòng)功率增加60，而重量卻減少110公斤，尺寸也略小。l對(duì)于高速動(dòng)力車車體的基本要求是車體結(jié)構(gòu)輕量化和車體外形要符合空氣動(dòng)力性能的要求。l所謂結(jié)構(gòu)輕量化是要求高速動(dòng)力車車體的承載結(jié)構(gòu)在確保其動(dòng)力強(qiáng)度的前提下，盡可能降低其重量。但是，這會(huì)遇到的

13、技術(shù)困難：l(1)高速動(dòng)力車上要安裝更多的附屬設(shè)備，如制動(dòng)裝置、測(cè)試和診斷裝置等。l由于動(dòng)力車的橫截面受限界的限制、故高速動(dòng)力車的承載結(jié)構(gòu)比一般動(dòng)力車或電力機(jī)車長(zhǎng)些；l(2)高速動(dòng)力車在采用交流電傳動(dòng)方式時(shí)，希望將變流、變頻裝置布置在牽引變壓器的上方，勢(shì)必造成動(dòng)力車車體中部重量更加集中，再加上高速動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架的中心距較大，使車體承載結(jié)構(gòu)的最大彎矩更為加大；l(3)在采用交流電傳動(dòng)方式時(shí)，重量明顯地從轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)移到車體上。高速客車輕量化，除可以節(jié)約能源消耗外，更主要的目的是減輕對(duì)線路的磨耗和損傷。l根據(jù)日本新干線的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，鋼軌下沉量(d)與軸重(W)、簧下重量(M)和列車速度V)有如下關(guān)系：l

14、良好路基 a=W0.7M0.3V1.3l 不良路基 a=W2.0M0.4V0.7l在鋼軌下沉量不變的情況下，如果軸重和簧下重量分別下降20，則列車速度可由210公里小時(shí)提高到250公里小時(shí)。l為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化，日本300系列高速動(dòng)車組的車體采用鋁合金材料制造，比100系列高速動(dòng)車組的耐候鋼車體的重量要減輕20；德國(guó)ICE高速列車的車體用鋁板材制造，同樣也降低了軸重。l外形流線化是要求高速動(dòng)力車車體外形應(yīng)呈流線型，以盡可能減小空氣阻力，使動(dòng)力車具有良好的空氣動(dòng)力性能。l 在高速運(yùn)行條件下，空氣阻力已成為動(dòng)力車總阻力中最主要的一部分。l(1)動(dòng)力車前、后端所受的空氣阻力；l(2)裝于動(dòng)力車車頂?shù)?/p>

15、部件所受的空氣阻力，主要是受電弓所受的空氣阻力；l(3)走行部所受的空氣阻力，主要是轉(zhuǎn)向架及其他表面不光滑的設(shè)備所受的空氣阻力；l(4)動(dòng)力車車體底板區(qū)所受的空氣l摩擦阻力；l(5)車體外表面與空氣的摩擦阻力。l (1)細(xì)長(zhǎng)、無(wú)棱角的流線型外形，前后兩端動(dòng)力車(或控制車)的頭部應(yīng)呈尖凸?fàn)?、并裝有低位整體沉線擋板；l (2)頂部應(yīng)平整光滑，除受電弓外，頂板上盡可能不安裝其他部件(包括高壓電纜)；l (3)車體外表面應(yīng)完全平滑光整，車窗、車門應(yīng)與車體齊平，手把、扶桿應(yīng)凹裝在車體表層內(nèi)。l日本0系、100系和300系高速列車頭車外形。100系比0系頭車的前部伸出較長(zhǎng)的鼻尖(約900毫米)，因而使空氣

16、阻力系數(shù)由0系車的0.29降低到0.25；300系頭車形狀又作了徹底改進(jìn)，使車頭的前端采用全封閉低位擋板，車體表面更加平滑，并且車體高度比100系降低了400毫米，因此其空氣阻力系數(shù)達(dá)到了 0.20的水平。l高速列車對(duì)動(dòng)力車及拖車的走行部分，舒適性方面提出了更高的要求。l高速動(dòng)力車的走行部均采用轉(zhuǎn)向架式。對(duì)高速動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架的總體有一定的要求。l1在從零到最高速度的全部速度范圍內(nèi)能保證平穩(wěn)、安全地運(yùn)行；l 2在直線和曲線段上以最高速度運(yùn)行時(shí)，能保證在垂直和水平方向上對(duì)線路的動(dòng)力作用最??；l l3能保證由于線路不平及通過(guò)曲線時(shí)傳給牽引傳動(dòng)裝置及車體的動(dòng)力作用和沖擊為最??；l4能保證最充分地利用粘著

17、重量；l5具有良好的適檢性和適修性，零件應(yīng)有較好的耐磨性和耐腐蝕性。l100系l帶搖枕轉(zhuǎn)向架100系）l無(wú)搖枕轉(zhuǎn)向架l現(xiàn)以德國(guó)ICE高速列車的動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架為例，介紹高速動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)。l1牽引電動(dòng)機(jī)、齒輪傳動(dòng)裝置及盤形制動(dòng)裝置一起懸掛在車體和轉(zhuǎn)向架構(gòu)架之間。它們的部分懸掛在轉(zhuǎn)向架中央上面的車體上，另一部分則通過(guò)擺桿懸掛在轉(zhuǎn)向架端部的支承上。l這種懸掛方式使得牽引電動(dòng)機(jī)、齒輪傳動(dòng)裝置及盤形制動(dòng)裝置的垂向作用重量的23屬于車體，即通過(guò)系及二系彈簧懸掛。僅有13的垂向作用重量屬于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，也處于一系彈按懸掛之上。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以達(dá)到高速運(yùn)行時(shí)垂向動(dòng)力作用力很小的目的。l2在水平方向上，垂

18、向分配給轉(zhuǎn)向架的一部分牽引電機(jī)、齒輪傳動(dòng)裝置及盤形刺動(dòng)裝置的重量，通過(guò)橫向液壓減振器與車體相連。 l液壓減振器采用持殊結(jié)構(gòu)，當(dāng)車體與轉(zhuǎn)向架相對(duì)位移較小時(shí)(直線蛇行時(shí))，減振器的阻尼很大，而當(dāng)相對(duì)位移較大時(shí)(通過(guò)小半徑曲線及道岔時(shí))，阻尼很小，可以使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架一起轉(zhuǎn)動(dòng)。其結(jié)果可使橫向動(dòng)力作用力也很小。l3在動(dòng)力轉(zhuǎn)向架上：不采用常規(guī)的牽引銷，牽引力和制動(dòng)力通過(guò)斜拉桿傳遞到車體上。因此轉(zhuǎn)向架構(gòu)架不設(shè)中間橫梁，而呈框形封閉結(jié)構(gòu)。l4采用軸箱拉桿，實(shí)現(xiàn)軸箱的無(wú)磨耗縱向定位；橫向定位依靠一系圓彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而使軸箱定位所含的部件數(shù)量最少。l5二系懸掛采用柔性高圓彈簧。為防止彈簧力造成附加扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，將高圓彈簧布置在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的縱梁上；并采用高位支承點(diǎn)減輕車體的側(cè)滾傾向。l6牽引機(jī)構(gòu)和軸箱定位裝置中采用大體積橡膠元件和阻尼元件，可以在最大可能限度范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向作用的相互