国内外高速动车组的关键技术分析.

国内外高速动车组的关键技术分析学生姓名李资源专业班级车辆工程学号 ******** 日期 2016.10.14目录（一）世界高铁的发展 (3)（二）高速铁路的主要技术特征 (5)（三）中国高铁的发展历程 (6)（四）高速动车组的关键技术 (7)(五)新一代中国高速铁路动车组将面临的技术挑战与策略研究 (12)（六）我眼中的中国高铁 (16)(七)参考文献 (17)（一）世界高铁的发展高铁简介：高速铁路是指通过改造原有线路（直线化、轨距标准化），使营运速率达到每小时200公里以上，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统。

高速铁路除了在列车在营运达到速度一定标准外，车辆、路轨、操作都需要配合提升。

广义的高速铁路包含使用磁悬浮技术的高速轨道运输系统。

发展历程：1.第一次浪潮1964年~1990年1959年4月5日，世界上第一条真正意义上的高速铁路东海道新干线在日本破土动工，经过5年建设，于1964年3月全线完成铺轨，同年7月竣工，1964年10月1日正式通车。

每小时270公里，营运最高时速300公里。

2.第二次浪潮1990年至90年代中期法国、德国、意大利、西班牙、比利时、荷兰、瑞典、英国等欧洲大部分国家，大规模修建该国或跨国界高速铁路，逐步形成了欧洲高速铁路网络。

这次高速铁路的建设高潮，不仅仅是铁路提高内部企业效益的需要，更多的是国家能源、环境、交通政策的需要。

3.第三次浪潮从90年代中期至今~在亚洲（韩国、中国台湾、中国）、北美洲（美国）、澳洲（澳大利亚）世界范围内掀起了建设高速铁路的热潮。

高铁典型技术：1.日本新干线（号称世界安全线）从1964年第一条新干线开通以来，日本对新干线高速铁路进行多次重大技术改进和革新。

平均时速早在90年代初就已经达到230公里/小时，在世界独占鳌头。

现，与“磁浮”速度相差无几。

机车车辆也有很大改在提高到近300公里，试验速度已经达到443公里进，从最初的“0系列”，以后又相继开发出“100系列”、“200系列”、“300系列”、“400系列”、“500系列”、“700系列”和适合北方地区气候特点、地形特点的“E1系列”“E2系列”、“E3系列”和“E4系列”。

改进后的车辆在行驶速度、乘坐舒适程度、大量运输性能、车身重量和功率等方面都达到世界领先水平。

2.法国TVG技术TGV可能是目前唯一没有任何盈利色彩而享誉世界的法国产品。

所谓TGV 是Train à Grande Vitesse（法语“高速铁路”）的简称。

第一条TGV是1981年的开通的巴黎至里昂线。

此后不过几个月，TGV就打败法国航空拥有了这条线路的最大客源。

1972年的试验运行中，TGV 创造了当时的318公里的高速轮轨时速。

90年代，TGV试验速度突破500km/h。

新世纪，TGV试验速度突破570km/h。

3.德国的ICE技术德国的ICE则是目前高速铁路中起步最晚的项目。

ICE（Intercity-Express的简称）的研究开始于1979年，其内部制造原理和制式与法国TGV有很大相似之处，目前的最高时速是1988年创下的409公里。

因此现在德国与法国政府正在设计进行铁路对接，用各自的技术完成欧洲大陆上最大的两个国家铁路网的贯通。

4.中国CRH技术中国铁路第六次大提速上线运行的动车组名称为“和谐号”。

原名CRH 系列，CRH 是China Railway High-speed（中国铁路高速）的缩写，目前有CRH1～CRH5几种型号。

这些型号分别从日本、德国、法国等国引进先进技术，并消化吸收及国产化，成为“具有我国自主知识产权”的动车组产品系列。

CRH1：四方-庞巴迪-鲍尔铁路运输设备有限公司CRH2：四方机车车辆股份有限公司+日本川崎（原型车：新干线E2-10000) CRH3：唐山轨道有限责任公司+德国西门子（原型车：德国VELARO-E)CRH5：长春轨道客车股份有限公司+法国阿尔斯通（原型车：法国SM3)（二)高速铁路的主要技术特征：（1）列车运行速度高V≤ 200km/h 普通铁路V ≥ 200km/h 高速铁路（2）线路条件好，曲线半径大一般 R>4000m（3）列车外形流线形（4）技术含量高（5）运送时间短行程在85km以上比乘长途汽车快行程在205km以上比乘小轿车快行程在1058km内, 比乘飞机快（6）安全、舒适（7）准确性高（8）能源消耗低（9）占地少高速铁路仅为高速公路的1/3高速铁路仅为航空用地的1/2~1/3（10）运输价格低（11）运输能力强高速铁路的运能远大于航空，而且也大于高速公路。

（12）环境影响小有害物质的换算排放量，公路约为铁路的8倍。

高速列车产生的噪声污染约为飞机和小轿车的1/10。

（13）劳动生产率高我国1986年统计，运输部门劳动生产率如下：铁路：60.8 (万换算吨.公里人.年)公路：4.9 (万换算吨.公里/人.年)（三）中国高铁的发展历程：2004年1月，国务院常务会议讨论并原则通过历史上第一个《中长期铁路网规划》，以大气魄绘就了超过1.2万公里“四纵四横”快速客运专线网。

同年，中国在广深铁路首次开行时速达160公里的国产快速旅客列车。

广深铁路被誉为中国高速铁路成长、成熟的“试验田”。

2004年至2005年，中国南车青岛四方、中国北车长客股份和唐车公司先后从加拿大庞巴迪、日本川崎重工、法国阿尔斯通和德国西门子引进技术，联合设计生产高速动车组。

2007年4月18日，全国铁路实施第六次大提速和新的列车运行图。

繁忙干线提速区段达到时速200至250公里。

这是世界铁路既有线提速最高值。

同时，“和谐号”动车组从此驶入了百姓的生活中。

2008年2月26日，铁道部和科技部签署计划，共同研发运营时速380公里的新一代高速列车。

2008年8月1日，中国第一条具有完全自主知识产权、世界一流水平的高速铁路京津城际铁路通车运营。

2009年12月26日，世界上一次建成里程最长、工程类型最复杂的武广高速铁路开通运营。

2010年2月6日，世界首条修建在湿陷性黄土地区，时速350公里的郑西高速铁路开通运营。

2010年7月1日，沪宁城际高速铁路的开通运营。

（四）高铁动车组的关键技术：高速动车组总共有9大技术，包括总成、转向架、车体、牵引传动系统（通常再细分为牵引电机、牵引变压器、牵引变流器、牵引控制）、网络控制系统、制动系统。

中国南车作为中国最大的轨道交通制造商，也是全球最大的轨道交通装备企业之一，在高、中速动车组和城市轨道交通车辆的设计、制造、测试、维修与维护方面具有丰富的经验和先进技术。

“中国南车在技术上的突破是全面的，比如车体包括头型方面，CRH380A 型动车组头型是以长征火箭为原型进行设计的，创下了时速486.1公里的世界铁路运营试验最高速度。

其他技术方面，新一代高速动车组在系统总结轮轨关系、流固耦合关系、弓网关系的基础上，在气密强度、振动模态、转向架、减振降噪、牵引系统、弓网受流、制动系统、旅客界面、智能化列车等10大方面进行了系统创新。

”中国南车的有关负责人说。

据介绍，在振动模态方面，如何在轻量化设计目标下，避免车辆产生共振，是高速车体设计面临的主要挑战之一。

中国南车通过运用动力学与车体模态分析方法，依据京津、武广高铁典型无砟轨道实测轨道谱和车辆振动响应特征，通过对车体的刚度质量分布进行优化，以及车体局部振动参数进行匹配，并采用新型的隔声材料结构，使车体、转向架及部件与轨道振动匹配良好，同时降低了振动噪声。

在系统分析京津、武广高铁跟踪试验结果的基础上，中国南车提出了多种车体设计方案。

通过多次分析论证，实车线路试验表明达到了世界先进水平。

在高速转向架方面，转向架也被称为走行部，承担着导向、承载、减振、牵引和制动等功能，是决定高速列车运行安全和运行品质的核心。

速度越高，来自轨道的激扰越大，如何保证在高速运行条件下转向架具有足够的临界速度和结构安全性，优良的减振性能和低轮轨磨耗，是高速列车研发面临的艰巨挑战。

同样，中国南车通过系统分析京津、武广高铁高速运行条件下动车组的轮轨作用关系、动力学性能、结构载荷谱和轨道谱等因素，依据高速列车系统动力学理论，围绕提高临界失稳速度、降低脱轨系数、改善平稳性指标，通过仿真分析进行循环迭代优化，采用样机台架试验和整车线路试验相结合的方法，经过多方案的比选，确定转向架结构参数和悬挂参数，实现了转向架性能的系统提升。

另外，中国南车还通过采用精确的高速列车系统动力学模型，分析了高速运行条件下轨道不平顺、气动激扰和轮轨型面匹配特性以及车辆间的耦合关系对列车动力学性能影响规律，对影响综合性能的关键参数进行多方案优选，临界速度显著提高，乘坐舒适性明显改善。

而且在保持低轮轨作用力优势的同时，采用降低簧下重量和控制轮轨黏着的措施，有效降低了轮轨磨耗速度。

o1）动车组总成（即系统集成）o高速列车总成技术包括总体技术条件、系统匹配、设备布置、参数优化、工艺性能、组装调试和试验验证。

在总体设计技术条件下，对动车组车体、转向架、牵引传动系统、制动系统、列车控制网络系统、辅助供电系统和车端连接装置等元素按有关参数进行合理选择设计和优化，确定各子系统间的接口关系。

最后经历生产、组装、测试、调整和试验等过程，完成动车组整体集成。

系统集成使动车组达到牵引、制动、车辆动力学、列车空气动力学、舒适性和安全性等基本性能要求。

系统集成还要确定高速列车与运行系统的关系和接口关系，针对京沪高速铁路，具体有：①轮轨关系接口——轮轨匹配关系，包括轨距、车轮踏面和内侧距，轮轨材料和表面硬度；京沪铁路线路平纵断面的推荐值；线路刚度和线桥过渡段刚度变化设置值；线路不平顺的控制值。

②弓网关系接口——包括京沪高速铁路的接触网类型、接触网波速和张力；接触网吊弦布置和接触线不平顺的控制值；符合400 km/h以上运行速度的高速受电弓动力学参数，满足气动性能、阻力要求和噪声要求的高速受电弓结构，研制出低风阻、低噪声、低扰动、高动力学性能的400 km/h高速受电弓。

③流固耦合关系接口——保证列车安全运行的环境风控制范围；隧道的断面、洞口的形状和尺寸；列车阻力和气动抬升力限值；合理线间距和列车通过的安全避让距离等。

④机电耦合关系接口——确定引发牵引供电网电压振荡引起的临界条件和综合解决方案，研究谐振抑制技术和装置；根据线路条件和动车组状态，给出满足高速列车3 min跟踪间隔需求的牵引供电系统的总体参数。

⑤环境耦合关系接口——确定高速列车的噪声和噪声声强控制值，提出高速铁路声屏障和隧道吸音材料的性能参数要求。

对动车组车体、转向架、牵引传动系统、制动系统、列车控制网络系统、辅助供电系统和车端连接装置等元素按有关参数进行合理选择设计，经历生产、组装、测试、调整和试验等过程，完成动车组整体集成。