第二章轨道车辆总体

（3）制动装置
• 为了让电动车组能以一定的速度运行，必 须对其施以牵引。 • 同样为让运行的电动车组能迅速减速、停 车，必须也对其施以制动。 • 制动功率要比驱动功率大5～10倍。 • 由于整个列车的惯性很大，不仅要在机车 上设置制动装置，还要在每辆车上也设制 动装置。
制动类型
•按电动车组动能的转移方式可以分为三类： ◆ 摩擦制动方式 即动能通过摩擦转变为热能，然后消散于 大气； ◆ 动力制动方式 即把动能通过发电机转化为电能，然后将 电能从车上转移出去。 ◆电磁制动
（1）车体
• 3）车辆分类——按受电方式分类： • 受电弓车和受流器（受电靴）车。 • 4）车辆分类——按电压等级分： • 直流750V和直流1500V.
• 5）车辆分类——按控制系统等级分：
受电弓车
受电弓特写
受电靴车
受电靴特写
接触轨安装位置
站台的接触轨
（1）车体的特征
① 由于服务于市内及近郊的公共交通，车体的外 观造型、色彩应协调于城市市容规划；车内座位 少、车门多且开度大。 对重量限制较为严格，以降低高架线路的工程 投资。 车体采用轻量化设计。 车体的防火要求严格。 车体的隔音和减噪措施有严格要求。
• 1）受流装置（将电流导入动车） • 2）车辆电气系统 • 3）列车信息网络控制系统
（1） 车体
车体的特征 车体的材料 车体的构成
车体
车体是容纳乘客和驾驶员的地方，同 时又是安装和连接其他设备及组件的 基础。
（1） 车体
• 1）车辆分类——按车辆牵引动力分类： • 一般城轨车辆有动车和拖车、带司机室车 和不带司机室车等多种形式。 • 动车（Motor,M表示），动车又可以分为 带受电弓的动车MP和不带受电弓的动车M。 • 拖车（Train,T表示），拖车设置司机室 （首位车辆，Tc表示），也可带受电弓 （Tp表示）
• 19世纪前期，美国率先开发了带转向架列 车。 • 车厢的前后两端坐落在两台转向架上，一 台转向架实际上就是把两个轮对通过构架 连接起来组成一个小车，由于转向架上的 两个轮对的轴距较小，加之车厢和转向架 之间通过被称为“心盘”的支承点可以自 由回转，所以使得较长的车厢也很容易通 过小曲率半径的转弯轨道。
• （3）振动小、噪声低。由于铰接式转向架二系 悬挂支点高，车辆重心低，从而改善了侧滚振动； 同时转向架位于两辆拖车之间，使得旅客座位处 振动小、噪声低，提高了旅客乘坐的舒适性。 • （4）转向架轴距大，高速稳定性好。铰接式转 向架便于加大轴距，从而可以提高转向架高速时 的运行稳定性。 • （5）提高双层客车的载客量。由于采用铰接式 转向架，可以将双层客车的通道设在上层，从而 减少了楼梯占用面积，增加了座席面积，为列车 增加载客量提供了最佳结构。
1－端梁；2、7－枕梁；3－纵梁；4－侧梁；5－横梁；6－中梁。
城市轨道交通车辆→构成
车体的承载方式
底架承载 整体承载
城市轨道交通车辆→构成
车体的外形特点
矩形 鼓形
城市轨道交通车辆→构成Biblioteka Baidu
北京地铁一号线老车型DK型
南车株洲机车厂(7’) 南车四方(10’)
北车长春客车厂
北京地铁一号线新车型
盘形制动
(b)动力制动
• （1）电阻制动。将发电机发出的电能加于 电阻器中，使电阻器发热，即电能转变为 热能。电阻器上的热能靠风扇强迫通风而 散于大气中。电阻制动一般能提供较稳定 的制动力，但车辆底架下需要安装体积较 大的电阻箱。 • （2）再生制动。再生制动是把电动车组的 动能通过发电机转换为电能后，再使电能 反馈回电网，进行回收使用。
(2) 走行部——转向架
• 走行部介于车体与轨道之间，引导车辆沿轨道行 驶和承受来自车体及线路的各种载荷并缓和动作 用力。 • 一般分为：转向架、悬浮架 • 转向架分为 ◆动力转向架 ◆非动力转向架 — 动力转向架上安装牵引电动机 — 装有动力转向架的车辆称为动车 — 装有非动力转向架的车辆称为拖车
(a)摩擦制动
• 常用的摩擦制动方式主要有闸瓦制动和盘 形制动，还有轨道电磁制动等方式。 （1）闸瓦制动，又称为踏面制动，是最常 用的一种制动方式。 （2）盘形制动，制动缸通过制动夹钳，夹 紧制动盘，使闸片和制动盘间产生摩擦， 把电动车组的动能转变为热能，热能通过 制动盘与闸片散于大气。
闸瓦制动
• 3）编组、连挂组成列车成列运行：车与车之
间需有连接、缓冲装置、制动装置。
• 4）严格的车辆限界制约：严格限制车辆的外形
尺寸以确保运行安全，因为它无法主动避让物体。
• • • • • •
二、轨道车辆的结构组成 1）车体（第九章） 2）走行部（转向架）（第二、三、四、五章） 3）制动装置 4）车钩缓冲连接装置（第七章） 5）车辆内部设备
6轴单铰接式车
8轴双铰接式车
A类车（上海地铁三号线）
A类车（广州地铁一号线）
B类车（北京地铁一号线）
B类车（深圳地铁三号线）
C类车（上海地铁六号线）
• 为了便于车辆的管理和维护，车辆供应商 及运营公司对其车辆进行了分类：A车，B 车，C车。
A B C
• A车：带驾驶室的拖车 • B车：装有受电弓的动车 • C车：无司机和无受电弓的动车
图4 传统列车的转向架
a)动车转向架 b)拖车转向架 图5高速列车的转向架
• 转向架除了承载车厢重量和保证车辆顺利通过曲 线轨道外，转向架上的减振弹簧和减振器保证了 车辆运行的平稳性，另外列车牵引力是靠转向架 上的牵引电机和减速齿轮装置来驱动轮对而实现 的；列车运行安全也是由转向架上的基础制动装 置来保证的。
地铁车辆的制动电阻
动力制动
再生制动
（3）电磁制动（磁轨制动和涡流制动）
磁轨制动是通过将车辆转向架上的磁铁吸附在轨道上并使车辆在 轨道上滑行产生的制动。由于磁轨制动时，电磁铁与钢轨间的摩 擦远远大于滚动摩擦表面，因此，其摩擦力数倍于滚动摩擦力， 其制动效率也远大于闸瓦和闸盘的。 涡流制动则是将电磁铁落至距轨面7~~10 mm处，电磁铁与钢轨间 的相对运动引起电涡流作用形成制动力。 这两种方式称为电磁制动，其最大的优点是产生的制动力不受轮 轨间的粘着条件限制。磁轨制动的不足之处是,其制动力的产生和 消失都很突然,这种制动和缓解作用的突发性使其更适合作为辅助 性紧急制动装置。
Tp车
M车
有司机室车辆
Tc车
驾驶室
（1）车体
• 2）车辆分类——按车体宽度分类： • A(3m), B(2.8m), C(2.6m), D, L, 单轨 橡胶轮车。（D低地板车型，L直线电机系 列）
（1）车体
轻轨车辆一般有三种型式： 4轴车、6轴单铰接式车和8轴双铰接式车。
4轴车——传统结构
• 法国高速火车技术的优越性主要体现在它的铰接 式车体。一般列车每节拖车都有两个转向架，而 法国高速火车除了头尾动力车各有两个转向架外， 拖车都是两节车坐落在一个转向架上，相当于每 一节拖车只有一个转向架。转向架数目减少了， 车体轻了，电能就节省了。更重要的是更安全可 靠了。因为两节车厢坐落在同一个转向架上，使 车体与转向架形成管式体，万一出了事故，不会 出现车厢重叠，后面车厢爬到前面车厢上的灾难。 二十多年来，法国高速火车没有造成一起伤亡事 故，这在世界铁路史上是罕见的。
上海地铁五号线车辆 ——动拖比1：1
转向架
转向架
铰车转向架
铰车转向架（TGV)
转向架的诞生
• 在铁路运输发展初期，由于列车车厢的长度比较小，列车 轮对就是直接安装在车厢下部的，车厢重量一般由两个轮 对承载。后来，列车车厢尺寸逐渐加长，车厢重量也日益 增大，如果还是采用两个轮对直接安装在车厢下部的方法， 则会造成各轮对承载的重量过大，结果只好增加轮对数量。 • 但轮对数的增加，又带来车厢难于通过小半径曲线的问题， 也就是不好转弯了。转向架就是在这个背景下诞生的。
• 图10 行驶在弯道上的TGV高速列车，可以看到拖车采用 铰接连接共用式转向架，转向架设置在两节拖车车辆之间。 每一节车厢前后两端都只用半个转向架，平均计算，每一 节车厢只有一个转向架
• TGV列车采用铰接式动力集中配置方式，列车编组始终 保持两端为动力车，拖车之间铰接式连接，整个动车组不 可分解独立运行。法国铁路认为这种结构方式具有一系列 优点： • （1）动力学性能好，利于安全运行。这种列车具有优良 的整体性，对列车蛇形运动加强了约束，有利于列车安全 运行。 • 最明显的一例子是： • 1993年12月21日，一列TGV-R动车组以300km/h的速 度在北方线路上高速运行时，由于暴雨造成7km长的路基 塌陷，引起尾部车辆脱轨，列车向前冲了2km停下来，令 人惊奇的是，列车竟没有一辆倾覆，仅有3名旅客轻伤。 • 同为高速列车，采用通常结构的德国ICE高速列车， 1998年6月3日发生车祸，列车后部的六节车厢之字形重 叠在一起，造成100人死亡，88人重伤，损失两亿马克。
碳素钢：耐候钢，即耐腐蚀钢， 如Q345GNHL,Q355等。
（3）车体的构成
• 车体是由底架、侧墙、车顶和端墙等部件组成的 封闭筒形结构。
城市轨道交通车辆→构成
车体的构成→底架
• 车体底架由地板、侧梁、枕梁、小横梁和牵引梁 组成。 • 枕梁用于连接走行部，牵引梁设在底架的两端， 用来安装车钩缓冲装置。
第二章 轨道车辆工程
• 本章重点： （1）轨道车辆的基本特点。 （2）轨道车辆由哪几部分构成?
了解： （1）牵引力、黏着定律。
第一节 车辆的特点、分类及组成
• 一、轨道车辆的基本特点 • 1）自行导向：车辆沿轨道运行，无需专人掌握运行
方向。
• 2）低运行阻力：阻力主要来自走行机构轴与轴承的
摩擦阻力，还包括坡道、弯道及空气对车辆的阻力。
• 动力集中和动力分散的优缺点：
• 1. 动力集中的列车，因为现有的机车和车辆的走行部结 构，无法满足高速时的需要。就是说，可以跑快，但跑快 了就会出轨。 • 2.动力集中型列车也有高速列车的，法国的TGV中，有一 部分就是动力集中型 。 • 3.动力集中，就比如机车，因为要满足轮对和钢轨间的粘 着力（类似汽车轮胎和地面之间的抓地力），机车的质量 就必须很大，相对每一根驱动轴的所受到的载荷——轴重， 也必须做得很大。这样的话，运动中对钢轨的冲击也会增 加，不利于高速行驶 。 • 4.现有的动力分散型高速列车，车身的重量很小，利于起 步加速 。 • 5.动力分散，在加速时不易产生空转（车轮的牵引力大于 轮轨间的粘着力，造成轮速异常上升），加速更稳定 。 • 6.动力分散，就意味着产生动力的轮对相对多了。同样， 列车实施动力制动（再生制动）的轮对也多，增加列车的 安全性。
德国ICE高速列车事故现场照片
• （2）转向架数量少，空气阻力小。由于两个车 辆共用一个转向架，因此使转向架数量少；又由 于车辆之间没有车钩，铰接式联接，则使车辆之 间纵向间隙小，可平滑过渡，空气阻力小，列车 整体空气动力学性能好。 • 例如TGV-P高速列车，2L（动力车头）8T（拖车） 编组，列车26轴分布可能是：前L：2+2；8T： 9X2 = 18; 后L:2+2; 10个车辆总共仅仅26轴。 如果采用一般布局，每个车辆两个转向架，10个 车辆需要40根轴。
②
③ ④ ⑤
（2）车体的材料 轨道交通车辆对于车体材料的要求包括：
① 具有一定的强度和刚度。 ② 要耐腐蚀。 ③ 采用轻量化设计，能大大节约制造材料、降低牵 引力消耗和线路的损耗。
•
目前轨道交通车辆车体材料经历了由早期的耐候 钢（碳素钢）发展到现在的不锈钢和铝合金。 ① 耐候钢（碳素钢）车体：自重10~13t左右，总成 本最高。 ② 不锈钢车体：比碳素钢减轻1~2t，总成本最低。 ③ 铝合金车体：比碳素钢减轻3~5t，总成本较高。
• 多数车辆都是每一个车辆前后两端各设置 一个转向架。图7是德国ICE高速列车录像 中截下来的一张照片，可以看到转向架也 是这样设置的。
图7德国ICE高速列车每个车辆前后各有一个转向架
图8采用日本技术的CRH2高速列车， 从这张视频截图中可以看到也是每个车辆设置两个转向架
铰接转向架
图9 这是以三百公里时速飞驰的法国TGV高速列车的视频截图， 虽然画面比较模糊，还是可以明显看出，转向架设置在前后两 个车辆的首位之间，这就是铰接连接，前后两节车厢共用一个 转向架的结构