动车组总体与转向架

第一部分动车组的概述第二部分动车组总体及主要技术参数第三部分动车组转向架第四部分动车组其他部分第一部分动车组的概述一、高速铁路的历史沿革及发展二、动车组的概述三、动车组的发展现状四、本部分小结一、高速铁路历史沿革及发展→1804年（R.Trevithick发明了具有实用意义的蒸汽机车“PenyDarran"，实验不算完全成功，但奠定了基础；→1825年9月25日，世界上第一条商业化运营铁路在英国开通，具有标志性意义，开创可铁路运输发展的新纪元；→1829年G.Stephenson发明了第一台多烟蒸汽机车”Rocket",是蒸汽机车的功率和效率有了极大的提高；→自19世纪中后期开始，在全球范围内迅速发展，20世纪初世界铁路发展的巅峰期，客、货运周转量的60%以上均由铁路完成；→进入20世纪30年代以后，世界交通进入多元化发展时期，铁路运输市场份额大幅度下降；80年代，铁路客、货周转量分别为1%和38%，世界铁路从巅峰步入低谷（提速成为最为急迫的问）；→1964年10月1日，世界第一列高速列车在日本诞生，世界铁路从此开始步入高速时代；→自20世纪80年代开始，随着环境保护意识的提高以及能源问题日渐突出，世界各国相继新建或改建了高速铁路，促使各国和地区竞相采用各种先进技术，带动了技术的创新。二、动车组的概述1、高速铁路的主要技术特征：*高速铁路是当代高新技术的集成。（计算机、微电子技术、电力电子技术、现代控制技术、新型材料、高质量土建等多领域技术）*高速度是高速铁路技术的核心。*系统动力学与安全问题更加突出。（运行稳定性、脱轨安全性、结构可靠性、空气动力学问题以及噪声）*高速铁路具有良好的经济优势和社会效益。2、高速铁路客运特点*旅客旅行时间短*安全性和舒适度好*准时性*能源消耗低*占用土地少*综合造价低*运输能力大*环境污染低*经济效益和社会效益好3、动力集中式和动力分散式高速动车组的比较比较项目动力集中式动力分散式结构将动力集中在列车两端的头车和头车邻近的车辆上，动力车之间为数量不等的拖车。将列车的动力分散置于各节车辆或者大部分车辆上，有若干动车和拖车组成一个单元，再由若干单元组成列车。优点制造维修费用低、客室舒适性好、适用不同路况能力强。载客量大、轮轨黏着状态易保证、运用灵活、易实现轻量化和低轴重、制动性能明显改善。缺点运用灵活性差、载客量相对较少、轮轨动作用力大、黏着利用差、制动性能欠佳制造成本和维修费用较大、车内噪声和振动较大。三、动车组的发展现状1、高速动车组的九大关键技术*动车组总成（即系统集成）；*牵引传动及其控制系统（牵引电流器、牵引电变压器、牵引电机、牵引传动控制等）；*高速转向架（轻量化技术、悬挂技术、驱动技等）；*高速制动技术（采用复合制动方式）；*高速车体技术（轻量化、完善气动外形、车体封）；*列车监控与诊断技术；*网络控制系统；*牵引变压器；牵引变流器；牵引电机；2、十项配套技术*空调系统（空气清洁度、温度、湿度、流速及应急通风量）*集便系统*车门（侧拉门、内车门）*车窗*风挡*钩缓装置*受流装置*辅助供电系统*车内装饰材料*座椅四、本部分小结1、内容阐述：*主要讲述了铁路运输的发展历史（大概经历了五个阶段：萌芽→发展→巅峰→低估→再发展）。*讲述了高速铁路的基本特点及九大关键技术和十大辅助技术。*铁路运输是一个速度不断提高；技术不断革新的发展的过程；同时结合了各地区的差异性，从而具有多元化的发展趋势。2、问题思考：*缓和曲线的特征？答：缓和曲线的特征有：连接直线和半径为R的圆曲线，其曲率半径由0至1/R逐渐变化；外轨超高，由直线上的0值逐渐增大到圆曲线超高度，与圆曲线超高相连；缓和曲线是一条曲率和超高不断变化的空间曲线。缓和曲线坐标图如下：*什么是交-直传动系统？什么是交-直-交传动系统？答：交-直传动系统是把直流电压转变为交流电压给牵引电机供电的传动系统；交-直-交传动系统是由主变流器内的整流器将交流电压变换成中间直流电压，给逆变器供电。逆变器将中间直流电压逆变成三相调频调幅电压，向牵引电机并联供电。*什么是弓-网系统？答：弓-网系统是高速列车的动力来自于铁道边的高压电，而电力输送靠列车上的受电弓与电网接触，由受电弓和接触网组成的电力系统就叫弓网系统，这个系统也可以用来控制列车的行、停。第二部分动车组总体及主要技术参数一、动车组基本组成和分类二、动车组的主要技术参数三、动车组的黏着问题四、动车组的轻量化技术五、本部分小结一、动车组组成及基本分类1、分类*按动力类型分：内燃机车组、电力动车组；*按动力配置分：动力集中式、动力分散式；2、基本组成车体、转向架、牵引传动及控制系统、制动装置、车端连接装置、受流装置、车辆内部设备、列车控制网络信息系统等。二、动车组的主要技术参数1、车辆性能参数*自重、载重、轴重和容积；*构造速度；*通过的最小曲线半径（脱轨、倾覆）；*最大起动加速度、平均起动加速度、平均制动减速度；*最大供电电压、最大网电流和牵引电机功率；*制动形式；*坐席数及单位地板面积站立人数。2、车辆主要尺寸*车辆外形尺寸（全长、最大宽度和最大高度等）；*车体内部的长、宽、高；*车钩高（车钩中心线距轨面的高度）；*地板面高度（地板面与轨面之间的距离）；*车辆定距（相邻转向架中心距离）；*转向架固定轴距。三、动车组黏着问题1、牵引力的产生电动车组的能量传递过程，也就是动力牵引力产生过程，基本按照如下线路进行：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。2、牵引力的限制（黏着定律）动车牵引力最大值在任何时候都不得超过该动车各轮与钢轨间黏着力的最大总和-黏着定律。3、粘着系数粘着系数是征轮轨间黏着状态好坏的一个系数。其大小主要有车轮载荷、线路刚度、动车传动装置和行车部的结构、钢轨的材质及其表面状态和车速决定。4、动车组阻力阻力分为基本阻力和附加阻力。基本阻力在运行过程中，它由运动部件间的摩擦、振动以及运动中产生的空气阻力。四、动车组轻量化问题1、轻量化的意义*减小列车阻力（动力分散式要求黏着较低）*节约能源*减少制动能耗*保护环境（减小噪声、振动、减小轮轨间的相互作用）2、轻量化的措施*车体铝合金化*采用交流感应电动机驱动方式（小型化、取消电刷、采用再生制动而取消电阻器）*采用无摇枕式转向架*转向架轻量化（车轮小型化、车轴空心化、轴箱齿轮箱铝合金化。五、本部分小结1、内容阐述：本部分主要讲述了动车组的基本组成和相关技术数；分析了动车组的黏着问题以及影响黏着系数的素；动车组轻量化的意义及轻量化的相关措施。2、问题思考：*高速铁路与普通列车的区别？答：高速铁路非常平顺，以保证行车安全和舒适性，高速铁路都是无缝钢轨。高速铁路的弯道少，弯道半径大，道岔都是可动心高速道岔。大量采用高架桥梁和隧道。来保证平顺性和缩短距离。④高速铁路的接触网悬挂方式也与普通铁路不同，来保证高速动车组的接触稳定和耐久性。⑤高速铁路的信号控制系统比普通铁路高级，因为发车密度大，车速快，安全性一定要高。*什么是作动器？答：作动器是实施振动主动控制的关键部件，是主动控制系统的重要环节。作动器的作用是按照确定的控制规律对控制对象施加控制力。*铝蜂窝型车体有什么优缺点？答：防火：铝板为不燃材料；耐腐蚀：铝蜂窝板是表面经环氧氟碳处理，具有较强的耐腐蚀性。环保：蜂窝板属于纯铝立产品，不挥发任何对人体有害的气体，无放射性并可以完全回收利用。④铝蜂窝板容易拆除组装，且不会拆坏板材。由于其重量轻、运输方便固可运到不同的地方多次重复利用。这是其它隔断板材不能与之比拟的。第三部分动车组转向架一、转向架的任务、作用和分类二、转向架的构架三、弹簧装置和减振器四、轮对轴箱装置五、驱动装置六、车体与转向架间的连接装置七、基础制动装置八、本部分小结一、转向架的任务、组成和分类1、根据经验，高速转速转向架的采用设计原则：*采用高柔性的弹簧悬挂系统，以获得良好的振动性能；*采用高强度轻量化的转向架结构，以降低轮轨间动力作用；*采用能有效地抑制转向架蛇行运动；*驱动装置采用简单、实用、可靠、成熟结构，减小簧下质量和簧间质量，以改善轮轨间的动作用力，提高运行稳定性；*基础制动装置采用复合制动系统。2、动车组转向架的任务*承载（传力）。承载车架以上部分的重量。*驱动（或牵引，动力转向架）。保证必要黏着。*缓冲（或减振）。缓和线路不平顺对车辆的冲击，保证车辆具有良好的运行平稳性和稳定性。*导向（或转向）。保证轮轨在钢轨上对中运行，并使其顺利通过曲线。*制动。产生制动力，使车辆减速或停车。3、转向架组成及各部分作用*车体：提供乘坐空间+设备安装+纵向连接载；*转向架：承载+导向+转向+减振+制动，动力转向架有驱动；*牵引传动及控制系统：电能传递转换+驱动列车+控制运行；*制动装置：产生制动力，使列车减速或停车；*车端连接装置：连接车辆成列+缓和纵向冲击+传递电力及信号；*受流装置：将电流顺利导入动车；*车辆内部设备：保证舒适性及设备正常工作;*列车控制网络信息系统4、转向架的主要技术要求*保证最佳的黏着条件；*良好的动力学性能；*重量轻、工艺简单；*良好的可接近性（易于接近、便于维修）；*零部件标准化和统一化。5、转向架的分类*按轴数分类：两轴转向架、三轴转向架、四轴转向架等。对动车组而言，通常采用两轴转向架、比较特殊的轻轨上采用单轴（或单轮对、单轮组）转向架。*按弹簧装置形式（悬挂方式）分类：一系悬挂和二系悬挂。一系悬挂紧在轮对轴箱与构架间或者仅在构架与车体间有弹簧，适应于中、低速车辆；二系悬挂除了在轮对轴箱与构架间有弹簧外，还在构架与车体间设置第二系悬挂弹簧，一般使用于中、高速机车车辆。*按轴箱定位形式分类：拉板式定位、拉杆式定位、转臂式定位（结构简单、拆装方便，动车组）、层叠式橡胶弹簧定位、干摩擦式导柱定位、导框式定位等。*按车架（车体）与转向架的连接装置形式分类：有心盘（或牵引销）转向架、无心盘（或牵引销）转向架和铰接式（亦可称雅可比转向架）。动车组一般采用无心盘转向架。二、转向架的构架1、构架的组成及作用*构架的组成：构架一般有左右两根侧梁和一个或几个横梁（或端梁）等组成。一般分为“H”“口”“日”“目”“Ⅱ”形构架。*构架的作用：转向架是构架的骨架，用以联系（安装）各组成部分和传递各各方向的力，并用来保持车轴在转向架内的位置。2、构架的设计原则*必须全面考虑构架与各有关零部件相互作用的位置关系，合理布置结构；*构架各梁应尽可能设计成等强度梁，以保证能够获得最大强度和最小自重；*构架各梁的布置应尽量对称，以简化设计制造；*各梁本身及各梁组成构架时，应减少应力集中；*除了保证强度外，应合理设计构架的刚度，注意结构模态频率设计；*焊缝的结构尺寸和布置应选择合理，并注意消除焊接应力；*在构架上需要考虑设置机车车辆脱轨后其复位的支承部位。三、弹簧装置及减振器1、概述*铁路机车车辆通常采用的弹簧种类有：圆弹簧、板弹簧、橡胶簧及空气弹簧。但在现代机车车辆上，由于板弹簧结构复杂且笨重，已经好少使用；而圆弹簧和橡胶弹簧经常被用作一系悬挂，空气弹簧则广泛运用于二系悬挂。*铁路机车车辆通常采用的减振器种类有：液压减振器、摩擦减振器。但在现代机车车辆上很少采用摩擦减振器，基本上全部采用液压减振器。2、圆弹簧、橡胶弹簧、空气弹簧的比较比较项目圆弹簧橡胶弹簧空气弹簧概念利用钢材本身的弹性制成的一种比较高的弹性体，材料用的是普通橡胶将压缩空气密封在橡胶膜（或者）囊中形成一定刚度的弹性体优点重量轻、刚度线性好、刚度稳定性好、无阻尼、便于检查结构简单、重量轻、减振性能好、维修简单刚度小、当量静绕度大、具有非线性特性、刚度随载荷变化、高度可调节、可充分利用其横向弹性、具有吸振和隔音性能等缺点单圈弹簧的尺寸受到安装处的空间限制橡胶材料的老化等质变引起性能不稳定结构复杂、附件较多、制造成本高、维修检修复杂3、液压减振器*工作原理：利用液体的黏滞阻力做负功来吸收振动能量。*结构：有活塞、缸筒、活塞阀、进油阀和各种密封圈等组成。*特性：阻尼力主要取决于阻尼系数和相对速度。四、轮对轴箱装置1、轮对的组成轮对一般有车轴、轮心和轮箍等组成。高速动车组一般采用整体车轮，所以不再有轮心和轮箍之分。另外高速动车组轮对还有动力轮对和非动力轮对的区别，其中动力轮对上通常装有牵引大齿轮（或轴箱）。2、轮对的作用*承受全部载荷及冲击；*与钢轨黏着产生牵引力或制动力；*轮对滚动使机车车辆前进。3、轮缘与踏面采用标准锥形踏面的车轮在使用过程中，其他面和轮缘磨耗速度很快，磨损比较严重。尤其是新踏面投入运用前期，踏面磨耗率非常高。为解决这一问题，常采用磨耗型（凹形、曲形、弧形）踏面。五、驱动装置1、结构形式根据牵引电机悬挂方式不同，驱动装置的结构形式通常有轴悬式、架悬式和体悬式之分。对于液力传动机车或者动车来说，其驱动装置包括万向轴和车轴齿轮箱；而对于电力传动机车或动车来说，其驱动装置包括牵引电机、车轴齿轮箱和驱动机构。2、驱动装置的作用驱动装置实际上就是将机车或动车传动系统传来的能量最后有效地传给轮对（或轴箱）的执行装置。3、几种驱动装置的比较比较项目挠性浮动齿式联轴节架悬式驱动装置体悬式驱动装置原理牵引电动机通过螺栓完全固定于横梁上，牵引电机的输出扭矩经挠性浮动齿式联轴节传递给主动小齿轮，并通过齿轮的啮合将扭矩传递给从动大齿轮，进而驱动轮对旋转。牵引电机通过安装架完全弹性悬挂在车体底架上，通过可灵活伸缩变形的万向轴将扭矩传给车轴齿轮箱，有车轴齿轮箱把牵引或制动力矩传动给轮对特点簧下质量小、改善了牵引电动机的工作条件、牵引齿轮工作条件并未得到改善、结构稍复杂、拆装简单、检修维护方便一系簧下质量较小、轮轨动作用力较小、簧间质量较小、无需将转向架从车体上拆除就可以很容易地将电机卸下、结构复杂、制造成本高六、车体与转向架间的连接装置1、概述车体与转向架间的连接装置实际上就是二系悬挂弹簧，主要包括各种形式的垂向悬挂装置（空气弹簧）、牵引装置、弹性止档和各种减振器等。通过牵引装置可传递车体与转向架间的作用力，隔离来自转向架构架的振动、保持车体平衡和允许转向架相对于车体转动以便通过曲线。2、抗蛇形减振器、横向减振器、垂向减振器七、基础制动装置1、制动装置的功用保证高速动车组安全运行，使动车组减速或停车。动车组制动是一种复合制动系统。2、几种制动方式的比较特点结构紧凑，制动效率高，作用灵活，容易做到少维修或者无维修。代替了闸瓦对车轮踏面的摩擦、车轮使用寿命长，散热性性能较好，经济性能好；簧下质量增加，无自动清扫作用，粘着系数下降。非黏着制动，磁轨制动力大，常用于动车组和轻轨的紧急制动。非接触式制动，避免磨损，车轮与构架间不会出现刚性连接，降低了轮轨瞬间动作用力，减少轮轨损伤。比较项目踏面闸瓦制动盘形制动磁轨制动涡流制动原理最常用的制动方式；利用闸瓦压紧车轮踏面产生摩擦力矩，使车轮减速或停止。通过夹钳的闭合，使闸片压紧制动盘，产生摩擦，阻碍车轮旋转，是轮对减速或停车。靠安装在转向架下面的电磁铁与钢轨之间产生吸附作用，使车辆减速或停车利用导体在磁场内切割磁力线产生电涡流，使导体内部发热，消耗车辆运动能量，使车辆减速停车。八、本部分小结1、内容阐述：本部分主要讲述了转向架承接、驱动、缓冲、导向、制动五个方面的作用，阐述了转向架构架、轮对轴箱装置、驱动装置、车体与转向架的连接装置、基础制动装置、弹簧装置以及减振器等结构的组成和功用。2、问题思考：*什么是转臂式轴箱定位？答：它是通过转臂定位销（即橡胶节点）将轴箱与构架侧梁在纵向和横向连接起来，而垂向主要由轴箱弹簧实现定位。它具有结构简单、拆装方便和性能可靠的特点。*什么是箱型横梁？答：指横截面形式为箱型的梁。当桥梁跨度较大时，箱形梁是最好的结构形式，它的闭合薄壁截面抗扭刚度很大。具有良好的动力特性和小的收缩变形值。*什么是齿轮联轴器？答：齿轮联轴器是齿轮减速机用来传递扭矩的常用机械零件。分两部分组成，主动轴和从动轴。齿轮联轴器受载时，轮齿表面因微量往复运动产生摩擦发热，特别在高速条件下尤为明显，若润滑不当齿面将迅速磨损，甚至胶合，所以设计时决不可忽视润滑的条件。第四部分动车组其他部分一、动车组车端连接装置二、高速列车系统动力学三、高速车体系统设计四、本部分小结一、动车组车端连接装置1、车端连接装置的作用*连接作用*牵引作用*缓冲作用*分解作用*制动信号传输功能2、车端连接装置的组成*车钩。保证车辆间的距离，传递拉伸和压缩力。*缓冲装置。传递、缓冲牵引及制动力。*风挡。内风挡，保证车内温度、空气湿度等；外风挡，使两车平滑过渡。*车体间减振器。抑制车辆的相互摇动，提高乘坐舒适性。*空气管路连接器。传递制动系统及车辆设备需要的压缩空气，以及车钩解钩需要的压缩空气。*电气连接器。连接车辆的高中低压电路，传输控制和网络信号。3、车钩缓冲装置设计简介*密接式车钩设计（间歇、强度要求，电路、气路连接的车钩自动连挂和分解功能）*缓冲器设计（决定缓冲器性能好坏的主要参数为最大阻抗力、最大缓冲容量、最大吸收率等，缓冲器缓冲容量的确定是缓冲器设计的关键）二、高速列车系统动力学1、高速列车系统动力学的研究内容*运动稳定性研究（轮轨的固有蛇行运动诱发车辆失稳是车辆系统本身的固有属性，是决定能否高速运行的关键因素）*运行安全性（安全性是高速列车运行的最重要指标，运行安全性研究的核心是脱轨，即脱轨现象的固有性、脱轨因素的复杂性和脱轨过程的可控性）*运行平稳性（研究整个系统的振动特征，力求系统每个零部件的振动都是平稳的，确保乘坐舒适性）2、高速列车动力学的耦合关系基本研究内容*轮轨关系研究（轮轨型面匹配和优化，轮轨型面、材料和硬度匹配，线路刚度优化和过渡段刚度优化，线路不平的列车的影响）*弓网关系研究*流固关系研究*机电耦合关系3、动力学性能评价体系*高速列车运行安全性的评价（临界速度，脱轨安全性指标，轮轨力指标）*高速列车运行平稳性的评价（运行平稳性指标，舒适性指标，运行品质等）4、高速转向架参数设计*轮对踏面设计*车轮直径的选择*轴距的选择*一系定位系统*减振器的设计三、高速车体系统设计1、高速客车车体结构设计要求*车体强度*车体刚度*车体自振频率*车体的碰撞安全防护*结构轻量化2、车体结构设计中应注意的问题*为了减少空气阻力，车体外型需设计成流线型*为了提高乘坐舒适性，减轻振动和噪声，车体应有合理的动态特性*从被动安全性考虑，为了碰撞减轻损失，应该采用耐撞性设计*为了降低能耗、减少轮轨作用力，车体需采用轻量化设计四、本部分小结1、内容概述：本部分主要介绍了车端连接装置、高速列车动力学系统以及高速车体系统设计的基本知识，介绍了部分性能指标和基本参数等，另外还介绍有有关部件的设计要求和方法。2、问题思考：*什么是胶泥缓冲器？答：缓冲介质弹性胶泥材料,是一种高粘度、可压缩、可流动的未经硫化的有机硅化合物,在-80～+250℃范围内具有较高的稳定性,并且无臭、无毒,对环境和人员无污染。*应该具备接受新知识、新技术的学习能力；具有一定创新实践能力，把理论结合到实际中去，更好地为社会、为人类服务。谢谢！WPSOfficeMakePresentationmuchmorefun