第四章  高速铁路的牵引技术 高速牵引动力涉及的新技术 1）要实现比现有机车更大的牵引功率及牵引力的新型动力装置和传动装置； 2）牵引动力的配置己不能局限于传统的机车牵引方式，而要采用分散的或相对集中的动车组方式；  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。      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。 ?  从速度看，己开行的高速列车的最高运行速度可以划分为三个等级：  1．第一速度级      最高运行速度为200-250公里／小时  2．第二速度级      最高运行速度为250-300公里／小时  3．第三速度级       最高运行速度为300公里／小时 一、高速列车对牵引功率的需求     高速列车对牵引功率的需求是根据高速列车的总质量、最高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：  牵引功率计算公式 式中： N  —高速列车所需的牵引功率(千瓦)； Q  —高速列车的总质量(吨)； w  —高速列车的单位阻力(牛／吨)； Vmax一高速列车的最高运行速度(公里／小时)； K—裕量系数。  根据公式若列车总质量确定为800吨(可运送旅客1000名) 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。    同样质量的列车      在常规速度(100—110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。 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 二、高速列车的阻力      列车运行时的阻力由列车运行基本阻力和各种附加阻力组成。 运行基本阻力     列车运行基本阻力是指机车或动力车及其附挂的客车或货车的运行基本阻力，它由列车的空气阻力和机械阻力(包括轮轨摩擦阻力、轴承等滚动部件的摩擦阻力)组成。  附加阻力 是指坡道附加阻力； 曲线附加阻力； 隧道空气附加阻力等。  列车运行基本阻力随运行速度的不同而异 1）低速运行时，机械摩擦阻力是主要的； 2）运行速度达到100公里/小时左右时，空气阻力与机械摩擦阻力大致各占一半； 3）当运行速度达到200公里／小时时，空气阻力占运行基本阻力的比重为70％； 4）若运行速度再提高，空气阻力所占的比重还将增大。      列车运行空气阻力值计算公式 粘着牵引力的计算公式    Fu=Pf×μj       =(Pu×g) ×μj    Pu  —机车或动车的粘着重量全部动轴荷载之和；  g  —重力加速度； μj  —计算粘着系数。 从公式可以得出    牵引力的大小：    与动轴的荷载    计算粘着系数有关。    粘着系数的大小与速度有关。         粘着系数μj                                                                                                            运行速度          牵引的特性    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D=f(v2),因此就可能出现牵引力无法达到的情况。 解决方法： ①增加牵引轴吨位     轴重由23吨变成25吨 ②增加动轴数量     2轴变3轴     多台机车重联运行     动力分散成动车组运行 三、牵引动力及其配置 1)牵引动力的型式      电力牵引和内燃电传动牵引同样都能满足牵引高速列车的要求。      从世界各国发展高速铁路的情况看，尽管电力牵引初始投资较大．但绝大多数国家的高速列车都采用电力牵引。 电力牵引的优点 电力牵引具有： 牵引功率大； 轴重小； 经济性能较好； 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。  内燃电传动牵引     因其投资少、见效快、经济性能好等特点，应用于高速列车的牵引也有成功的先例，如英国的HST高速列车、德国的VT610内燃动车组。     内燃电传动牵引可用于尚未电气化的高速铁路区段，也可作为加速发展高速铁路建设的一种过渡牵引型式。  动车组牵引型式是高速列车主要的牵引方式      高速列车的牵引可以采用电传统的机车牵引型式，也可采用功车组牵引型式。由于动车组的轴重低，可以减小对线路的破坏作用，因此目前世界上大部分高速列车采用动车组牵引型式。  2）牵引动力的配置 高速列车的牵引动力配置有以下几种方式：   (1)牵引动力集中配置于—端方式   (2)牵引动力集中配置于两端方式   (3)牵引动力分散配置方式  (1)牵引动力集中配置于—端方式      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一端来牵引。     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。     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(一般在200公里／小时左右)。     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—种投资少、见效快的牵引方式。     绝大多数国家采用的还是电力机车牵引，如英国采用91型电力机车(最高速度为225公里／小时)；      美国采用AEM—7型电力机车(最高速度为202公里/小时)；     俄罗斯采用SP200型电力机(最高速度为200公里／小时)作为牵引动力。      这种牵引方式由于机车总功率较小，难以满足进一步提高速度的要求，因而仅局限于满足最高运行速度为200公里／小时的高速客运的需要以及低于该速度的货运需要。  (2)牵引动力集中配置于两端方式    高速列车两端为动力车，中间全部为无动力的拖车，牵引采用前挽后推方式。两端设动力车有利于往返运行时不必转向，并有利于前后端流线型处理。  集中于两端的动力车可以有几种模式 1）机车模式 2）动车组模式 机车模式     两端的动力车实际上就是一般的机车，而中间的无动力拖车即为—般的客车。如德国的ICE高速列车，这种模式在列车长度方面机动性较大，可随意加大或缩小编组。  机车牵引模式图 动车组模式    两端的动力车与无动力拖车具有共用转向架和铰接机构，构成动车组，如法国的TGV高速列车。这种模式可保持整列车的载荷均匀，运行相对平稳，但由于编组固定，因而在列车长度方面的机动性较差。    法国 TGV-A高速列车 具有铰接机构的动车组车端连接图 (3)牵引动力分散配置方式    这是一种动车组牵引方式，也有二种模式： 1）完全分散模式 2）相对分散模式 完全分散模式      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。 相对分散模式    高速列车编组小大部
第四章 高速铁路的牵引技术（20061129）.ppt