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

26、1040千瓦，与千瓦，与0 0系列相近，系列相近，但由于编组减少但由于编组减少4 4辆，最高运行速度就提高到辆，最高运行速度就提高到240240公里小时。公里小时。第55页/共153页 第第二二代代牵牵引引动动力力则则以以相相对对集集中中配配置置为为特特点点，即即由由动动力力高高度度集集中中和动力全部分散转向动力相对集中。和动力全部分散转向动力相对集中。第二代牵引动力第二代牵引动力第二代牵引动力第二代牵引动力第56页/共153页 如如法法国国的的TGVTGVPSEPSE动动车车组组，其其编编组组为为1010辆辆，两两端端为为动动力力车车每每端端有有3 3台台动动力力转转向向架架，动动力力车车采

27、采用用交交直直流流传传动动、直直流流牵牵引引电电动动机机驱驱动动，每每台台动动力力转转向向架架的的牵牵引引功功率率为为25252525千千瓦瓦，总总牵牵引引功功率率为为63006300千瓦，最高运行速度为千瓦，最高运行速度为270270公里小时；公里小时；第57页/共153页 法法国国以以后后又又发发展展为为TGVTGVA A动动车车组组，其其编编组组仍仍为为1010辆辆，两两端端为为动动力力车车，动动力力车车改改用用三三相相交交流流传传动动同同步步牵牵引引电电动动机机驱驱动动，每每辆辆动动力力车车的的牵牵引引功功率率为为44004400千千瓦瓦，总总牵牵引引功功率率达达88008800千千瓦

28、瓦，比比TGVTGVPSEPSE动动车车组组的的总总功率大功率大1.41.4倍，因而其最高运行速度可达倍，因而其最高运行速度可达300300公里小时。公里小时。第58页/共153页 第第三三代代牵牵引引动动力力是是目目前前广广泛泛使使用用的的新新一一代代牵牵引引动动力力，主主要要采采用用动动力力分分散散配配置置，并并在在传传动动技技术术上上有有新新的的突突破破，即即采采用用三三相相交交流流异异步步牵牵引引电动机驱动。电动机驱动。第三代牵引动力第三代牵引动力第三代牵引动力第三代牵引动力第59页/共153页 这这就就可可以以使使动动力力车车的的牵牵引引功功率率大大大大增增加加(在在不不增增加加重重

29、量量条条件件下下)，且且牵牵引引粘粘着着特特性性更更为为理理想想，从从而而使使列列车车最最高高运运行行速速度度突突破破300300公公里里小时，进入第三速度级。小时，进入第三速度级。第60页/共153页 德德国国的的ICEICE型型、瑞瑞典典的的X2000X2000型型、意意大大利利的的ETR500ETR500型型动动车车组组以以及及日日本本的的300-700300-700系系列列动动车车组组、法法国国研研制制的的TGV-NTGV-N动动车车组组，其其设设计计最最高运行速度达高运行速度达350350公里小时。公里小时。第61页/共153页技术发展：技术发展：技术发展：技术发展：从动力集中到动力

30、分散从动力集中到动力分散从动力集中到动力分散从动力集中到动力分散第62页/共153页动力分散牵引方式的特点动力分散牵引方式的特点动力分散牵引方式的特点动力分散牵引方式的特点 多动力单元组成，冗余性高，运行可靠性高；多动力单元组成，冗余性高，运行可靠性高；牵引力分散，降低车身强度要求，实现轻量化；牵引力分散，降低车身强度要求，实现轻量化；全部车辆为乘客车厢，定员多，运量大，效率高；全部车辆为乘客车厢，定员多，运量大，效率高；第63页/共153页 牵引设备分散在地板下，轴重轻且轴重分布牵引设备分散在地板下，轴重轻且轴重分布均匀，对线路影响小；均匀，对线路影响小；动轴数量多，粘着要求低，受气候等环境

31、条动轴数量多，粘着要求低，受气候等环境条件影响小；件影响小；使用电气制动多，减小机械制动部件磨耗，使用电气制动多，减小机械制动部件磨耗，节能；节能；电气和机械制动联合使用，性能稳定，安全电气和机械制动联合使用，性能稳定，安全性高性高第64页/共153页 牵引功率大牵引功率大牵引功率大牵引功率大轴重小轴重小轴重小轴重小 启动加速性能好启动加速性能好启动加速性能好启动加速性能好 可靠性高可靠性高可靠性高可靠性高 列车利用率高列车利用率高列车利用率高列车利用率高 编组灵活编组灵活编组灵活编组灵活动力分散动车组是当今世界高速动车组技术发展的方向。动力分散动车组优点:第65页/共153页第二节第二节第二

32、节第二节 高速受电弓技术高速受电弓技术高速受电弓技术高速受电弓技术第66页/共153页 目目前前世世界界各各国国最最高高运运行行速速度度在在200200公公里里小小时时以以上上的的高高速速列列车车，除除英英国国的的HSTHST高高速速列列车车由由内内燃动车牵引外，其余均采用电力牵引。燃动车牵引外，其余均采用电力牵引。与与常常速速列列车车的的电电力力牵牵引引相相比比较较，高高速速列列车车电电力牵引的受电有一些特点。力牵引的受电有一些特点。1 1 1 1高速受电的特点高速受电的特点高速受电的特点高速受电的特点第67页/共153页 高速列车的行车速度较常速列车高得多，高速列车的行车速度较常速列车高得

33、多，因化受电弓沿接触间导线移动的速度大大加快。因化受电弓沿接触间导线移动的速度大大加快。这就使接触网与受电的波动特性发生变化，从这就使接触网与受电的波动特性发生变化，从而对受电产生影响；而对受电产生影响；特点一特点一特点一特点一第68页/共153页 高高速速列列车车在在高高速速运运行行时时所所受受的的空空气气阻阻力力远远较较常常速速列列车车大大得得多多，空气动力也是影响高速受电的一个重要因素；空气动力也是影响高速受电的一个重要因素；特点二特点二特点二特点二第69页/共153页 高高速速列列车车所所需需的的牵牵引引功功率率较较常常速速列列车车大大得得多多，若若采采用用多多弓弓受受电电必必然然会会

34、增增加加阻阻力力、加加大大噪噪声声，并并引引起起接接触触网网的的波波动动干干扰扰，因因而而受受电电弓弓的的数数量量不不能能太太多多，这这就就需需要要解解决决受受电电弓弓从从接接触触网网大大功功率率受受电的问题。电的问题。特点三特点三特点三特点三第70页/共153页n n高高速速列列车车的的受受电电是是通通过过受受电电弓弓与与接接触触网网的的接接触触导导线线紧紧密密接接触触而而实实现现的的，因因而而受受电电是是否否正正常常直直接取决于接触网接取决于接触网-受电弓系统的技术状态。受电弓系统的技术状态。n n一一个个工工作作可可靠靠的的接接触触网网-受受电电弓弓系系统统是是确确保保高高速动力车良好取

35、流的根本条件。速动力车良好取流的根本条件。2 2 2 2接触网接触网接触网接触网-受电弓系统受电弓系统受电弓系统受电弓系统第71页/共153页 由由于于接接触触网网的的接接触触导导线线是是一一根根具具有有弹弹性性的的导导线线，受受电电弓弓也也是是一一个弹性体，故而两者构成的是一个相互接触的弹性系统。个弹性体，故而两者构成的是一个相互接触的弹性系统。接触网接触网接触网接触网-受电弓系统为弹性系统受电弓系统为弹性系统受电弓系统为弹性系统受电弓系统为弹性系统第72页/共153页 接接触触网网的的基基本本功功能能是是通通过过与与受受电电弓弓的的直直接接接接触触将将电电能能供供给给动动力力车。对高速受电

36、用的接触网应有更高的要求：车。对高速受电用的接触网应有更高的要求：对高速接触网的要求对高速接触网的要求对高速接触网的要求对高速接触网的要求第73页/共153页(1)(1)在最高行车速度和更大的速度变化范围内应能保近在最高行车速度和更大的速度变化范围内应能保近正常供电；正常供电；(2)(2)应有更高的耐磨性和抗腐蚀应有更高的耐磨性和抗腐蚀(包括抗电蚀包括抗电蚀)能力；能力；(3)(3)对接触网的结构和布置应有更高的要求；对接触网的结构和布置应有更高的要求；(4)(4)在在接接触触网网的的悬悬挂挂方方面面，目目前前在在常常速速列列车车供供电电中中采采用用的的弹弹性性半半补补偿偿链链形形悬悬挂挂和和

37、弹弹性性全全补补偿偿链链形形悬悬挂挂已已不不能适应高速的要求，应有更为先进的接触悬挂装置。能适应高速的要求，应有更为先进的接触悬挂装置。第74页/共153页 在在高高速速运运行行条条件件下下，接接触触网网-受受电电弓弓系系统统的的工工作对受电产生的影响，表现在以下几个方面：作对受电产生的影响，表现在以下几个方面：高速弓高速弓高速弓高速弓-网关系主要表现形式网关系主要表现形式网关系主要表现形式网关系主要表现形式第75页/共153页n n受电过程中，弓线相互接触，受电弓对接触导线有一个抬升力，受电过程中，弓线相互接触，受电弓对接触导线有一个抬升力，并使导线产生抬升量。并使导线产生抬升量。n n在两

38、者不接触的地方，接触导线由于自重而有一个下垂力，产生在两者不接触的地方，接触导线由于自重而有一个下垂力，产生下垂量。下垂量。n n静态时，抬升力就等于接触压力。当受电弓沿接触导线移动时，静态时，抬升力就等于接触压力。当受电弓沿接触导线移动时，受电弓的高度就开始迅递变化再加上受电弓还受到高速空气动受电弓的高度就开始迅递变化再加上受电弓还受到高速空气动力的作用，从而将引起接触压力的变化。力的作用，从而将引起接触压力的变化。(1)(1)(1)(1)弓线间的接触压力的形成和变化弓线间的接触压力的形成和变化弓线间的接触压力的形成和变化弓线间的接触压力的形成和变化第76页/共153页n n压压力力变变小小

39、会会造造成成受受电电弓弓离离线线，出出现现电电弧弧，使弓、线烧伤；使弓、线烧伤；n n压压力力变变大大会会使使接接触触导导线线过过分分升升高高，同同时时使使受电弓滑板和接触导线的磨接加剧；受电弓滑板和接触导线的磨接加剧；总总之之，接接触触网网受受电电弓弓系系统统的的动动态态特特性性是高速受电的主要研究课题之一。是高速受电的主要研究课题之一。压力变化的后果压力变化的后果压力变化的后果压力变化的后果第77页/共153页接触网接触网接触网接触网受电弓系统的动态特性测试受电弓系统的动态特性测试受电弓系统的动态特性测试受电弓系统的动态特性测试第78页/共153页n n高速列车投入运用后，即暴露出由于接触

40、导线波动而产生严重的高速列车投入运用后，即暴露出由于接触导线波动而产生严重的电弧放电以及强烈的噪声问题。多弓的情况更为严重。电弧放电以及强烈的噪声问题。多弓的情况更为严重。n n如日本如日本100100系列高速列车，有系列高速列车，有6 6个相距很近的受电弓同时工作个相距很近的受电弓同时工作(0(0系系列高速列车升弓更多列高速列车升弓更多)。(2)(2)(2)(2)接触导线的被动和噪声接触导线的被动和噪声接触导线的被动和噪声接触导线的被动和噪声第79页/共153页 高高速速运运行行时时，接接触触导导线线会会产产生生复复杂杂的的多多层层横横波波，其其后后果果是是：受受电电弓弓无无法法追追随随处处

41、于于波波动动中中的的接接触触导导线线以以保保持持紧密、连续接触，导致受电弓频繁离线。紧密、连续接触，导致受电弓频繁离线。此此外外，6 6个个受受电电弓弓同同时时升升起起与与接接触触导导线线接接触触，犹犹如如6 6把把高高速速拉拉动动的的“琴琴弓弓”在在一一根根“琴琴弦弦”上上同同时时“奏奏乐乐”，产生极大的噪声。，产生极大的噪声。第80页/共153页 因因此此，如如何何解解决决接接触触导导线线的的波波动动对对接接触触网网-受受电电弓弓系系统统工工作作的的影影响响，以以及及解解决决多多弓弓受受电电而而引起的强烈噪声也是一个重要的研究课题。引起的强烈噪声也是一个重要的研究课题。第81页/共153页

42、 当接触网的连接系统不能适应列车运行速度的要求时，当接触网的连接系统不能适应列车运行速度的要求时，受电弓的滑板就会与接触导线脱离。受电弓的滑板就会与接触导线脱离。高速运行时，受电弓的向上推力指使接触导线的位高速运行时，受电弓的向上推力指使接触导线的位置急速变化，这一变化以横波的形式沿接触导线前后传置急速变化，这一变化以横波的形式沿接触导线前后传播，使导线产生波动；如果其传播速度赶不上高速列车播，使导线产生波动；如果其传播速度赶不上高速列车的运行速度就会产生离线现象。的运行速度就会产生离线现象。(3)(3)(3)(3)离线问题离线问题离线问题离线问题第82页/共153页1 1）造成供电时断时续，

43、引起列车严重冲动；）造成供电时断时续，引起列车严重冲动；2 2）会使弓、线间出现电弧放电、引起电蚀；）会使弓、线间出现电弧放电、引起电蚀；3 3）使使两两者者的的工工作作表表面面严严重重粗粗糙糙，进进一一步步使使弓弓、线线磨磨损加速，工作寿命缩短；损加速，工作寿命缩短；4 4）会会造造成成牵牵引引电电流流的的急急剧剧变变化化，有有损损于于牵牵引引电电机机的的技术状态；技术状态；5 5）会对通信线路产全干扰。）会对通信线路产全干扰。因因此此，对对离离线线的的研研究究也也是是高高速速受受电电的的一一个个主主要要研究方向。研究方向。离线的危害离线的危害离线的危害离线的危害第83页/共153页 目前世

44、界各国都在开展高速受电的研究，其主要方法为：目前世界各国都在开展高速受电的研究，其主要方法为：1 1）对接触网）对接触网-受电弓系统进行计算机仿真，探讨最佳高速受电方式；受电弓系统进行计算机仿真，探讨最佳高速受电方式；2 2）在试验线上架设不同形式和结构的链式悬挂进行试验。）在试验线上架设不同形式和结构的链式悬挂进行试验。世界各国研究高速受电系统的方法世界各国研究高速受电系统的方法世界各国研究高速受电系统的方法世界各国研究高速受电系统的方法第84页/共153页1 1）采采用用新新型型复复合合材材料料制制成成的的接接触触导导线线，以以提提高高其抗拉强度；其抗拉强度；2 2）增增大大接接触触导导线

45、线和和承承力力索索的的截截面面，以以增增加加接接触触导线和承力索的张力；导线和承力索的张力；3 3）减减少少接接触触网网的的跨跨度度，并并采采用用更更为为合合理理的的悬悬挂挂方方式式，确确定定受受电电弓弓同同时时升升弓弓工工作作条条件件下下两两个个受电弓之间的最小间隔距离；受电弓之间的最小间隔距离；4 4）改进受电弓的结构设计。）改进受电弓的结构设计。提高接触网提高接触网提高接触网提高接触网-受电弓系统工作稳定性的主要措施受电弓系统工作稳定性的主要措施受电弓系统工作稳定性的主要措施受电弓系统工作稳定性的主要措施第85页/共153页 受受电电弓弓作作为为一一种种从从接接触触网网取取用用电电能能的

46、的装装置置是是接接触触网网-受受电电弓弓系系统中的一个关键部件，其工作是否正常将直接影响受电质量。统中的一个关键部件，其工作是否正常将直接影响受电质量。3 3 3 3受电弓受电弓受电弓受电弓第86页/共153页用于高速受电的受电弓应满足以下基本要求：用于高速受电的受电弓应满足以下基本要求：对高速受电弓的要求对高速受电弓的要求对高速受电弓的要求对高速受电弓的要求第87页/共153页 受受电电弓弓的的滑滑板板与与接接触触导导线线之之间间要要保保持持恒恒定定的的接接触触压压力力，以以实实现现比常规受电弓更为可靠的连续电接触。比常规受电弓更为可靠的连续电接触。受电弓的滑板与接触导线之间的接触压力不能过

47、大或过小。受电弓的滑板与接触导线之间的接触压力不能过大或过小。因因此此，受受电电弓弓的的结结构构应应保保证证滑滑板板与与接接触触导导线线在在规规定定的的受受电电弓弓工工作高度范围内保持恒定不变的、大小合适的接触压力。作高度范围内保持恒定不变的、大小合适的接触压力。要求一：接触压力要求一：接触压力要求一：接触压力要求一：接触压力第88页/共153页 接触压力除与接触网的结构、性能有关外，还与受电弓的静态接触压力除与接触网的结构、性能有关外，还与受电弓的静态持性持性(静止状态下接触压力与受电弓高度的关系静止状态下接触压力与受电弓高度的关系)和动态特性和动态特性(运行运行状态下受电弓上下运动的惯性力

48、状态下受电弓上下运动的惯性力)有关。有关。第89页/共153页 与与常常规规受受电电弓弓相相比比要要尽尽可可能能减减轻轻受受电电弓弓运运动动部部分分的的重重量量，运运行行中中，受受电电弓弓将将随随着着接接触触导导线线高高度度变变化化而而上上下下运运动动，在在高高速速条条件件下下，这这种种运运动更为频繁，从而直接影响滑板与接触导线之间接触压力的恒定。动更为频繁，从而直接影响滑板与接触导线之间接触压力的恒定。要求二：减小受电弓的重量降低运动惯性力要求二：减小受电弓的重量降低运动惯性力要求二：减小受电弓的重量降低运动惯性力要求二：减小受电弓的重量降低运动惯性力第90页/共153页 对对于于高高速速受

49、受电电弓弓，除除必必须须保保证证的的机机械械强强度度和和刚刚度度外外，应应尽尽可可能能降降低低受受电电弓弓运运动动部部分分的的重重量量，从从而而减减小小运运动动惯惯性性力力。这这样样才才能能使受电弓滑板迅速跟上接触导线高度的变化，保证良好的电接触。使受电弓滑板迅速跟上接触导线高度的变化，保证良好的电接触。第91页/共153页 由由于于高高速速运运行行时时空空气气阻阻力力很很大大，因因此此高高速速受受电电弓弓在在结结构构设设计计上上要要作作充充分分考考虑虑，力力求求使使作作用用在在滑滑板板上上的的空空气气阻阻力力由由别别的的零零件件承承担担，从从而而使使受受电电弓弓滑滑板板在在其其垂垂直直工工作

50、作范范围围内内始始终终保保持持水水平平位位置置，以以减减小小甚甚至至消除空气阻力对滑板与接触导线间接触压力的影响。消除空气阻力对滑板与接触导线间接触压力的影响。要求三：良好的结构设计要求三：良好的结构设计要求三：良好的结构设计要求三：良好的结构设计第92页/共153页 滑滑板板的的材材料料、形形状状、尺尺寸寸应应适适应应高高速速的的要要求，以保证良好的接触状态及更高的耐磨性能。求，以保证良好的接触状态及更高的耐磨性能。要求四：对滑板的要求要求四：对滑板的要求要求四：对滑板的要求要求四：对滑板的要求第93页/共153页不同形状的接触滑板不同形状的接触滑板不同形状的接触滑板不同形状的接触滑板第94