第6章 铁路动车组

6-1 概述
三、动车组的特点 1. 交流传动技术 早期的电力牵引传动系统均采用交-直传动，用直流电 动机驱动。由于直流电动机的单位功率重量较大，使高速列 车既要大功率驱动又要求减轻轴重，形成难以克服的矛盾。 在交流转动系统中，交流牵引电动机较传统的直流牵 引电动机具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻及造价 低等一系列优点。交流牵引电动机没有整流子结构对电动机 功率的限制，牵引功率可以得到进一步提高。
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三、动车组的特点 相对于传统的机车车辆模式，动车组在旅客运输方面 有着很多突出的优点。由于列车在运行中固定编组，车站折 返或换向时无需摘挂机车，节约停站时间，提高列车使用效 率，减少车站咽喉压力。在保证安全的前提下，可明显提高 行车密度，提高整个铁路网的运输能力。 动车组主要技术特点如下：
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二、动车组的分类 动车组按动力源可分为内燃动车组和电力动车组； 按动力配制可分为动力集中式和动力分散式。 动力集中就是将列车的动力集中在列车两端的头车 和与头车邻近的车辆上，动力车之间为数量不等的拖车， 也就是无动力的客车，形成推挽式牵引。与常规意义上的 机车牵引若干车辆的列车相似。 典型代表有德国的 ICE1和 ICE2、 法国 的 TGV-PSE 和 TGV-A等。其主要优点是：轴重分配均匀,有效利用粘着,起 动加速性能好。
6-2 动车组的基本结构
（3）车内设备的轻量化技术 3）其它设备的轻量化 如日本100系采用直流牵引电机，每台重量为825kg(功 率为230kw)，而300系采用交流感应电机后，每台重量仅为 390kg(功率增至300kw)。
德国（ICE3）的主变压器铁芯采用优质铁－铝合金 ，使导磁率提高4－5倍，又将铜编线改为铝编线，冷却使 用硅油，这样其总重由11.5吨降为7吨等等。
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（1）采用车体轻量化材料 高速车辆的车体材料主要有不锈钢、高强度耐候钢和铝合 金。 铝合金车体：用铝合金制造车体的尝试早在20世纪上半期 就已经开始，最早用于地铁和市郊列车，后来应用于普通列车 上。近年来，特别是进入2 0世纪9 0年代，与车体等长的多品种 大型中空挤压型材的出现，使铝合金成为生产高速列车的主导 材料。 铝合金车体的优势主要有：制造工艺简单，节省加工费用 ；减重效果好；有良好的运行品质；耐腐蚀，可降低维修费。
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3.车体的密封隔声技术 (1)高速列车的噪声源 高速列车的声源主要是： 1）轮轨噪声（碰撞、摩擦声）； 2）空气沿车体表面流动产生的摩擦声和受电弓与接触 网导线的摩擦声； 3）风挡等构件的撞击声。 4）列车进出隧道产生的压缩波和反射波所产生的噪声 等。
6-2 动车组的基本结构
6-2 动车组的基本结构
3.车体的密封隔声技术 （2）车体的密封技术 列车的密封需要从车体结构和部件上给以考虑。当前世 界各国在高速列车上采用的密封技术主要有： 1）车体结构采用连续焊缝以消除焊接气隙；对不能施 焊的部位，必须用密封胶密封。 2）采用固定式车窗，车窗的组装工艺要保证密封的可 靠性和耐久性，同时保证在压力波造成的气动载荷下(我国“ 高速列车密封技术暂行规定”确定组成后的车窗应能承受 ±6000Pa的气动载荷，)不会造成变形和破坏。
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3.车体的密封隔声技术 3）速度为280km/h时，头部正压为3.9KPa、尾部负压为 5.5KPa。
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3.车体的密封隔声技术 (1)高速列车的噪声源 高速列车的声源主要是： 1）轮轨噪声（碰撞、摩擦声）； 2）空气沿车体表面流动产生的摩擦声和受电弓与接触 网导线的摩擦声； 3）风挡等构件的撞击声。 4）列车进出隧道产生的压缩波和反射波所产生的噪声 等。
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5.密接式车钩缓冲装置 目前世界各国高速列车（如日本、德国）普遍采用密接 式车钩连接装置，该装置两车钩连接面的纵向间隙一般都小 于2 mm，上下、左右偏移也很小，对提高列车的运行平稳性 和电气线路、风管的自动对接提供了保证。
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动车组一般由车体、转向架、车辆连接装置、制动装 置、车辆内部设备、牵引传动系统和辅助供电系统等七部分 组成。
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1.动车组车体流线化设计 下图为德国ICE动车组车身断面形状。这不仅能减小空 气阻力，而且有利于缓解列车交会压力波及横向阻力、侧滚 力矩的作用。
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（2）车辆底部形状对空气阻力的影响很大，为了避免 地板下部设备的外露，采用与车身横断面形状相吻合的裙板 遮住车下设备，以减少空气阻力，也可防止高速运行带来的 沙石击打车下设备。
3.车体的密封隔声技术 车内噪声一般由以下几部分组成： 车体外部传入车内的噪声，一般称之为空气声； 由于各种原因导致的车体内表面结构振动，特别是薄壁 结构振动产生的辐射声，一般称之为结构振动噪声； 各种车内设备、系统(如空调通风系统，各类管道等)， 作为振源、声源所产生的噪声； 上述各类噪声在车厢内部传播与反射所形成的混响声等 组成。
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（1）采用车体轻量化材料
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2.动车组车体结构轻量化 （2）车体结构的优化设计 国外经验表明，通过优化计算，车体结构质量可明显 降低。 （3）车内设备的轻量化技术 1）车内设备材料，首先应满足功能要求和防火阻燃要 求，装饰板应反映时代感，车内设备约占客车总重量的20％ ，轻量化具有重要意义。
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3.高性能转向架技术
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4.高速列车车体 车体结构形式多样，但其设计都遵循几个基本原则：轻 量化、减振降噪、高结构强度、良好的气动外形等。
5.密接式车钩缓冲装置 目前世界各国高速列车（如日本、德国）普遍采用密接 式车钩连接装置，该装置两车钩连接面的纵向间隙一般都小 于2 mm，上下、左右偏移也很小，对提高列车的运行平稳性 和电气线路、风管的自动对接提供了保证。
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一、动车组的基本概念 动车组是由动力车和拖车或全部由动力车长期固定 地连挂在一起组成的车组。 动车组中带有动力的车辆称为动车（用M表示，以下 同），不带动力的车辆称为拖车（用T表示，以下同）， 列车两端都带有司机室，可在线路上往复运行。除高速铁 路、城际客运、市郊客运运用的动车组外，城市中的地铁 列车和轻轨电车也属于动车组的范畴。
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动力分散动车组 动力分散动车组具有牵引功率大，最大轴重小，启动 加速性能好，可靠性高，列车利用率高，编组灵活，运用成 本低等诸多优点，因此，动力分散动车组是当今世界铁路动 车组，特别是高速动车组技术发展的方向。
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二、动车组的分类 高速动车组按转向架的形式又可以分为独立式和铰接式两种 。
（3）车体表面光滑平整，尽量减少突出物。如侧门采 用塞拉式；扶手为内置式；脚蹬做成翻板式，使侧面关闭时 可以包住它。
（4）两车辆连接处采用橡胶大风挡，与车身保持平齐 ，避免形成空气涡流。
6-2 动车组的基本结构
2.动车组车体结构轻量化 普通速度车体结构的自重在14t左右，而国外高速客车 车体结构重量为10t左右。总体上看，实现结构轻量化的主要 途径有三个： 一是采用新材料； 二是合理优化结构设计； 三是车内设备的轻量化。
6-2 动车组的基本结构
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一、动车组车体及车内设施 （一）动车组车体 动车组的车体分为带司机室车体和不带司机室车体两种 。它是容纳乘客和司机驾驶的地方，同时又是安装于连接其 他设备和部件的基础。 为了车体结构的轻量化，车体材料通常采用铝合金和不 锈钢材料制造。
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2.复合制动技术 高速列车的制动能量与速度的平方成正比，因此，传统 的纯空气制动能力已不能满足需要。因此高速列车必须采用 能提供强大制动力并更好利用私着的复合制动系统。 该复合制动系统通常由制动控制系统、动力制动、空气 制动（包括盘形制动和踏面制动）系统、微机控制的防滑器 和非黏着制动装置等组成。对于高速动车组，在正常情况下 应当优先并充分发挥动力制动能力，空气制动作为辅助；在 特殊情况时应以空气制动为主；在紧急制动时除空气制动和 动力制动外还有非黏着制动的保安作用。
6-1 概车组的分类 动力分散式是将列车的动力分散置于各节车辆或大部 分车辆上，由若干动车和拖车组成一个单元，再由若干单元 组成列车。且整车的主要电气和机械设备几乎全部吊挂在车 底架的下部，列车所有车辆均可以载客。牵引动力分散在各 动车上，不再配有专门的牵引机车。 典型代表有日本的新干线动车组、德国的ICE3、法国 的AGV等。动力分散式的基本特点是动轴数量多且轴重轻。
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3.车体的密封隔声技术 车外压力的波动会反应到车厢内，使旅客感到不舒服， 轻者压迫耳膜，重则头晕恶心，甚至造成耳膜破裂。许多国 家先后在压力波对旅客舒适性的影响方面进行了研究。 国外高速列车的运用实践表明： （1）没有交会列车时，头、尾车外面的气流压力变化 为：头部受2.5KPa左右的正压、尾部为2.0KPa左右的负压； （2）有交会列车时特别在隧道内会车时，车外气流压 力会大幅度变化，对进入隧道列车的气流测定结果：速度 200km/h时，头部正压为3.2KPa、尾部负压为4.9KPa；
（1）采用车体轻量化材料
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2.动车组车体结构轻量化 （1）采用车体轻量化材料 为了进一步减轻重量，改善隔声性能，以及便于设计 、制造，国外已开始试用纤维增强塑料夹层结构代替金属制 造车体。纤维增强塑料具有质轻，强度高，疲劳强度高、裂 纹扩展速率低，较好的结构阻尼性、隔热和耐蚀性能等优点 。其缺点是弹性模量低，抗弯扭刚度。 若用碳素纤维制造车体，又将比铝合金车体减重30%， 这是下一代高速列车的理想材料。
一、动车组车体
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1.动车组车体流线化设计 头型是高速列车最有代表性的符号。头型形状对高速列 车空气动力学性能影响很大，尤其是对高速列车的气动阻力 、交会压力波、隧道微气压波等的影响会直接关系到高速列 车能否安全平稳运行。 动车组车身横断面形状设计有以下特点： （1）整个车身断面呈鼓形，即车顶为圆弧形，侧墙下 部向内倾斜（5o左右）并以圆弧过渡到底架，侧墙上部向内 倾斜（3o左右）并以圆弧过渡到车顶。