高速铁路的牵引技术知识.pptx
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1、会计学1高速铁路的牵引技术知识高速铁路的牵引技术知识3)高速条件下新的制动技术;4)高速电力牵引时的受电技术;5)适应高速行车要求的车体及走行部的 结构以及减少空气阻力的新的外形设计等等。这些都是发展高速牵引动力必需解决的具体技术问题。第2页/共153页 到目前为止,世界上已有日本、法国、德国、英国、意大利、瑞典、西班牙、美国、俄罗斯等国开行200公里小时以上的高速列车。第3页/共153页从从速速度度看看,己己开开行行的的高高速速列列车车的的最最高高运运行行速速度度可可以划分为以划分为三个等级三个等级:1 1第一速度级第一速度级 最高运行速度为最高运行速度为200-250200-250公里小时
2、公里小时 2 2第二速度级第二速度级 最高运行速度为最高运行速度为250-300250-300公里小时公里小时 3 3第三速度级第三速度级 最高运行速度为最高运行速度为300300公里小时公里小时第4页/共153页 高高速速列列车车对对牵牵引引功功率率的的需需求求是是根根据据高高速速列列车车的的总总质质量量、最最高高运运行速度和该速度下的列车单位阻力来计算的,计算公式为:行速度和该速度下的列车单位阻力来计算的,计算公式为:一、高速列车对牵引功率的需求一、高速列车对牵引功率的需求一、高速列车对牵引功率的需求一、高速列车对牵引功率的需求第5页/共153页 牵引功率计算公式牵引功率计算公式第6页/共
3、153页式中:式中:N N 高速列车所需的牵引功率高速列车所需的牵引功率(千瓦千瓦);Q Q 高速列车的总质量高速列车的总质量(吨吨);w w 高速列车的单位阻力高速列车的单位阻力(牛吨牛吨);V Vmaxmax一高速列车的最高运行速度一高速列车的最高运行速度(公里小时公里小时);K K裕量系数。裕量系数。第7页/共153页200公里小时250公里小时300公里小时第一速度级第二速度级第三速度级总牵引功率为6400千瓦总牵引功率为8800千瓦总牵引功率为13600千瓦根据公式若列车总质量确定为根据公式若列车总质量确定为根据公式若列车总质量确定为根据公式若列车总质量确定为800800800800
4、吨吨吨吨(可运送旅客可运送旅客可运送旅客可运送旅客1000100010001000名名名名)第8页/共153页上述计算所得数据表明:从常规速度级提高到第一速度级,速度增加倍,而所需的总牵引功率需要增加4倍。这不仅是因为牵引功率与最高运行速度成正比(由公式可知),更主要的是因为在高速情况下,列车单位阻力要比常速情况下大大增加的缘故。第9页/共153页 同样质量的列车 在常规速度(100110公里小 时)时所需的总牵引功率仅为1600千瓦 应当指出,上述计算中都考虑了功率储备,以确保有应当指出,上述计算中都考虑了功率储备,以确保有一定的富裕加速功率或能达到略高于该档速度运行所需的功率一定的富裕加速
5、功率或能达到略高于该档速度运行所需的功率。第10页/共153页各国部分高速列车质量、最高运行速度各国部分高速列车质量、最高运行速度各国部分高速列车质量、最高运行速度各国部分高速列车质量、最高运行速度及牵引总功率一览表及牵引总功率一览表及牵引总功率一览表及牵引总功率一览表第11页/共153页 列列车车运运行行时时的的阻阻力力由由列列车车运运行行基基本本阻阻力力和和各种附加阻力组成。各种附加阻力组成。二、高速列车的阻力二、高速列车的阻力二、高速列车的阻力二、高速列车的阻力第12页/共153页运行基本阻力运行基本阻力运行基本阻力运行基本阻力 列列车车运运行行基基本本阻阻力力是是指指机机车车或或动动力
6、力车车及及其其附附挂挂的的客客车车或或货货车车的的运运行行基基本本阻阻力力,它它由由列列车车的的空空气气阻阻力力和和机机械械阻阻力力(包包括括轮轮轨轨摩摩擦擦阻阻力力、轴承等滚动部件的摩擦阻力轴承等滚动部件的摩擦阻力)组成。组成。第13页/共153页n n是指坡道附加阻力;是指坡道附加阻力;n n曲线附加阻力;曲线附加阻力;n n隧道空气附加阻力等。隧道空气附加阻力等。附加阻力附加阻力附加阻力附加阻力第14页/共153页1 1)低速运行时,机械摩擦阻力是主要的;)低速运行时,机械摩擦阻力是主要的;2 2)运运行行速速度度达达到到100100公公里里/小小时时左左右右时时,空空气气阻阻力力与机械
7、摩擦阻力大致各占一半;与机械摩擦阻力大致各占一半;3 3)当当运运行行速速度度达达到到200200公公里里小小时时时时,空空气气阻阻力力占占运行基本阻力的比重为运行基本阻力的比重为7070;4 4)若若运运行行速速度度再再提提高高,空空气气阻阻力力所所占占的的比比重重还还将将增大。增大。列车运行基本阻力随运行速度的不同而异列车运行基本阻力随运行速度的不同而异列车运行基本阻力随运行速度的不同而异列车运行基本阻力随运行速度的不同而异第15页/共153页列车运行空气阻力值计算公式列车运行空气阻力值计算公式列车运行空气阻力值计算公式列车运行空气阻力值计算公式式中:空气密度(公斤米3);Cd 一空气阻力
8、系数;V 列车速度(米秒);A一列车断面积(米2);Cdp列车压力阻力系数;列车侧面气动摩擦系数;L 列车长度(米);d 列车气动直径(米)第16页/共153页 Fu=Pfj =(Pug)j P Pu u 机车或动车的粘着重量全部动轴荷载之和;机车或动车的粘着重量全部动轴荷载之和;g g 重力加速度;重力加速度;j j 计算粘着系数。计算粘着系数。粘着牵引力的计算公式粘着牵引力的计算公式粘着牵引力的计算公式粘着牵引力的计算公式第17页/共153页从公式可以得出 牵引力的大小:牵引力的大小:与动轴的荷载与动轴的荷载 计算粘着系数有关。计算粘着系数有关。粘着系数的大小与速度有关。粘着系数的大小与速
9、度有关。第18页/共153页 粘着系数粘着系数j 运行速度运行速度 粘着系数与运行速度的关系第19页/共153页 牵引的特性(各类机车)都有相同的特点:牵引的特性(各类机车)都有相同的特点:速度越高,牵引力下降越多,而速度越高,阻力越大速度越高,牵引力下降越多,而速度越高,阻力越大D=f(vD=f(v2 2),),因此就可能出现牵引力无法达到的情况。因此就可能出现牵引力无法达到的情况。牵引的特性牵引的特性牵引的特性牵引的特性第20页/共153页解决方法:解决方法:解决方法:解决方法:增加牵引轴吨位增加牵引轴吨位 轴重由轴重由2323吨变成吨变成2525吨吨增加动轴数量增加动轴数量 2 2轴变轴
10、变3 3轴轴 多台机车重联运行多台机车重联运行 动力分散成动车组运行动力分散成动车组运行第21页/共153页1)牵引动力的型式 电电力力牵牵引引和和内内燃燃电电传传动动牵牵引引同同样样都都能能满满足足牵牵引引高高速速列列车车的的要要求。求。从从世世界界各各国国发发展展高高速速铁铁路路的的情情况况看看,尽尽管管电电力力牵牵引引初初始始投投资资较较大但绝大多数国家的高速列车都采用大但绝大多数国家的高速列车都采用电力牵引电力牵引。三、牵引动力及其配置三、牵引动力及其配置三、牵引动力及其配置三、牵引动力及其配置第22页/共153页电力牵引具有电力牵引具有:n n牵引功率大;牵引功率大;n n轴重小;轴
11、重小;n n经济性能较好;经济性能较好;n n利于环境保护利于环境保护 这一系列优点,可以说电力牵引是高速铁路的最佳选择。这一系列优点,可以说电力牵引是高速铁路的最佳选择。电力牵引的优点电力牵引的优点电力牵引的优点电力牵引的优点第23页/共153页 因因其其投投资资少少、见见效效快快、经经济济性性能能好好等等特特点点,应应用用于于高高速速列列车车的的牵牵引引也也有有成成功功的的先先例例,如如英英国国的的HSTHST高高速速列列车车、德德国国的的VT610VT610内内燃燃动动车车组。组。内内燃燃电电传传动动牵牵引引可可用用于于尚尚未未电电气气化化的的高高速速铁铁路路区区段段,也也可可作作为为加
12、加速发展高速铁路建设的一种过渡牵引型式。速发展高速铁路建设的一种过渡牵引型式。内燃电传动牵引内燃电传动牵引内燃电传动牵引内燃电传动牵引第24页/共153页 高高速速列列车车的的牵牵引引可可以以采采用用电电传传统统的的机机车车牵牵引引型型式式,也也可可采采用用功功车车组组牵牵引引型型式式。由由于于动动车车组组的的轴轴重重低低,可可以以减减小小对对线线路路的的破破坏坏作作用用,因因此此目目前前世世界界上上大大部部分分高高速速列列车车采采用用动动车组牵引型式。车组牵引型式。动车组牵引型式是高速列车主要的牵引方式动车组牵引型式是高速列车主要的牵引方式动车组牵引型式是高速列车主要的牵引方式动车组牵引型式
13、是高速列车主要的牵引方式第25页/共153页日本 E2-1000国外典型的高速动车组第26页/共153页日本日本 700700系系第27页/共153页法国 AGV第28页/共153页德国德国 ICE第29页/共153页西门子第30页/共153页高速列车的牵引动力配置有以下几种方式:高速列车的牵引动力配置有以下几种方式:(1)(1)牵引动力集中配置于牵引动力集中配置于端方式端方式 (2)(2)牵引动力集中配置于两端方式牵引动力集中配置于两端方式 (3)(3)牵引动力分散配置方式牵引动力分散配置方式2 2 2 2)牵引动力的配置)牵引动力的配置)牵引动力的配置)牵引动力的配置第31页/共153页
14、这是一种传统的牵引方式,即机车牵引这是一种传统的牵引方式,即机车牵引客车方式。高速列车由一台或几台机车集中于客车方式。高速列车由一台或几台机车集中于一端来牵引。一端来牵引。(1)(1)(1)(1)牵引动力集中配置于牵引动力集中配置于牵引动力集中配置于牵引动力集中配置于端方式端方式端方式端方式第32页/共153页 法国法国 TGV第33页/共153页 这种传统的机车牵引方式既有内燃机车牵引,这种传统的机车牵引方式既有内燃机车牵引,也有电力机车牵引。也有电力机车牵引。一般应用于既有线改造为客货混用的高速铁路一般应用于既有线改造为客货混用的高速铁路上,其最高运行速度为第一速度级上,其最高运行速度为第
15、一速度级(一般在一般在200200公里公里小时左右小时左右)。它在高速化的初期为不少国家所采用,特别是它在高速化的初期为不少国家所采用,特别是内燃机车牵引用与尚未电气化的区段,是内燃机车牵引用与尚未电气化的区段,是种投资种投资少、见效快的牵引方式。少、见效快的牵引方式。第34页/共153页 绝绝大大多多数数国国家家采采用用的的还还是是电电力力机机车车牵牵引引,如如英英国国采采用用9191型型电电力力机机车车(最最高高速速度度为为225225公公里里小小时时);美美国国采采用用AEMAEM7 7型型电电力力机机车车(最最高高速速度度为为202202公公里里/小时小时);俄俄罗罗斯斯采采用用SP2
16、00SP200型型电电力力机机(最最高高速速度度为为200200公公里里小时小时)作为牵引动力。作为牵引动力。第35页/共153页 这这种种牵牵引引方方式式由由于于机机车车总总功功率率较较小小,难难以以满满足足进进一一步步提提高高速速度度的的要要求求,因因而而仅仅局局限限于于满满足足最最高高运运行行速速度度为为200200公公里里小小时时的的高高速速客客运运的的需要以及低于该速度的货运需要。需要以及低于该速度的货运需要。第36页/共153页 高高速速列列车车两两端端为为动动力力车车,中中间间全全部部为为无无动动力力的的拖拖车车,牵牵引引采采用用前前挽挽后后推推方方式式。两两端端设设动动力力车车
17、有有利利于于往往返返运运行行时时不不必必转转向向,并并有有利利于于前前后端流线型处理。后端流线型处理。(2)(2)(2)(2)牵引动力集中配置于两端方式牵引动力集中配置于两端方式牵引动力集中配置于两端方式牵引动力集中配置于两端方式第37页/共153页1 1)机车模式)机车模式2 2)动车组模式)动车组模式集中于两端的动力车可以有几种模式集中于两端的动力车可以有几种模式集中于两端的动力车可以有几种模式集中于两端的动力车可以有几种模式第38页/共153页 两两端端的的动动力力车车实实际际上上就就是是一一般般的的机机车车,而而中中间间的的无无动动力力拖拖车车即即为为般般的的客客车车。如如德德国国的的
18、ICEICE高高速速列列车车,这这种种模模式式在在列列车车长长度度方方面面机动性较大,可随意加大或缩小编组。机动性较大,可随意加大或缩小编组。机车模式机车模式机车模式机车模式第39页/共153页机车牵引模式图机车牵引模式图机车牵引模式图机车牵引模式图第40页/共153页 两两端端的的动动力力车车与与无无动动力力拖拖车车具具有有共共用用转转向向架架和和铰铰接接机机构构,构构成成动动车车组组,如如法法国国的的TGVTGV高高速速列列车车。这这种种模模式式可可保保持持整整列列车车的的载载荷荷均均匀匀,运运行行相相对对平平稳稳,但但由由于于编编组组固固定定,因因而而在在列列车车长长度度方方面面的机动性
19、较差。的机动性较差。动车组模式动车组模式动车组模式动车组模式第41页/共153页法国法国法国法国 TGV-ATGV-ATGV-ATGV-A高速列车高速列车高速列车高速列车第42页/共153页具有铰接机构的动车组车端连接图具有铰接机构的动车组车端连接图具有铰接机构的动车组车端连接图具有铰接机构的动车组车端连接图第43页/共153页动车集中动车组结构简图第44页/共153页 这是一种动车组牵引方式,也有二种模式这是一种动车组牵引方式,也有二种模式:1 1)完全分散模式)完全分散模式2 2)相对分散模式)相对分散模式(3)(3)(3)(3)牵引动力分散配置方式牵引动力分散配置方式牵引动力分散配置方式
20、牵引动力分散配置方式第45页/共153页 高速列车编组中的车辆全部为动力车,如日本的0系列高速列车,16辆编组中全部是动力车。完全分散模式完全分散模式完全分散模式完全分散模式第46页/共153页 高速列车编组小大部分是动力车,小部分为无动力的拖车。高速列车编组小大部分是动力车,小部分为无动力的拖车。如如日日本本的的100100系系列列高高速速列列车车,1616辆辆编编组组中中有有1212辆辆是是动动力力车车,4 4辆辆是是拖车;拖车;300300系列的高速列车,系列的高速列车,1616辆编组中有辆编组中有1010辆是动力车,辆是动力车,6 6辆是拖车。辆是拖车。相对分散模式相对分散模式相对分散
21、模式相对分散模式第47页/共153页动力分散动车组结构简图动力分散动车组结构简图动力分散动车组结构简图动力分散动车组结构简图第48页/共153页 它它将将高高度度集集中中的的牵牵引引动动力力配配置置改改为为分分散散(或或相相对对分分散散)配配置置,即即将将牵牵引引动动力力分分散散到到各各个个动动力力车车上上,克克服服了了传传统统机机车车牵牵引引方方式式总总功功率率受受限限制制的的缺缺点点,可可以以提提高高高高速速牵牵引引的的总总功功率率,从从而而使使运运行行速速度度进进一一步步提提高高到第二速度级和第三速度级。到第二速度级和第三速度级。这这种种牵牵引引方方式式主主要要应应用用于于新新建建的的高
22、高速速客客运运专专线线和和新新建建的的客客货货混混用用高高速速线线上上,如如日日本本、法法国国、德德国国、瑞瑞典典、意意大大利利等等国国的的高高速速铁铁路路就就采采用这种牵引方式。用这种牵引方式。动车组牵引是当前高速牵引的主要方式动车组牵引是当前高速牵引的主要方式动车组牵引是当前高速牵引的主要方式动车组牵引是当前高速牵引的主要方式第49页/共153页动力分散动车组动力分散动车组动力分散动车组动力分散动车组第50页/共153页 高高速速列列车车最最高高运运行行速速度度的的三三个个等等级级恰恰好好反映了高速牵引动力发展的三个阶段。反映了高速牵引动力发展的三个阶段。高速列车最高运行速度与牵引动力高速
23、列车最高运行速度与牵引动力高速列车最高运行速度与牵引动力高速列车最高运行速度与牵引动力发展的三个阶段发展的三个阶段发展的三个阶段发展的三个阶段第51页/共153页 第第一一代代牵牵引引动动力力有有传传统统的的动动力力集集中中配配置置的的机机车车牵牵引引和和动动力力分分散散配配置置的的动动车车牵牵引引两两种种形形式。式。第一代牵引动力第一代牵引动力第一代牵引动力第一代牵引动力第52页/共153页 传统的机车牵引以英国传统的机车牵引以英国IC225(inter city 225)IC225(inter city 225)高速列车的牵高速列车的牵引为例,该列车由引为例,该列车由class 91cla
24、ss 91型电力机车作牵引动力,共牵引型电力机车作牵引动力,共牵引8 8辆客车,辆客车,电力机车为交直流传动,采用直流牵引电机,总牵引功率为电力机车为交直流传动,采用直流牵引电机,总牵引功率为47004700千瓦,千瓦,最高运行速度为最高运行速度为225225公里小时。公里小时。传统的机车牵引传统的机车牵引传统的机车牵引传统的机车牵引第53页/共153页 动力分散配置的动车牵引如日本的动力分散配置的动车牵引如日本的0 0系列动车组,其编组为系列动车组,其编组为1616辆,全部是动力车,采用交直流传动、直流牵引电动机,每辆动力车辆,全部是动力车,采用交直流传动、直流牵引电动机,每辆动力车的牵引功
25、率为的牵引功率为41854185千瓦。总牵引功率为千瓦。总牵引功率为1184011840千瓦,最高运行速度千瓦,最高运行速度为为210210公里小时。公里小时。动力分散配置的动车牵引动力分散配置的动车牵引动力分散配置的动车牵引动力分散配置的动车牵引第54页/共153页 继继0 0系列之后又发展为系列之后又发展为200200系列功车组,其编组为系列功车组,其编组为1212辆,也全部辆,也全部是动力车,仍采用交直流传动,直流牵引电动机。只是每辆动力车的是动力车,仍采用交直流传动,直流牵引电动机。只是每辆动力车的牵引功率增至牵引功率增至42304230千瓦,总牵引功率达千瓦,总牵引功率达110401
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