高速铁路与重载运输

磁悬浮推进原理
磁悬浮列车由于悬浮起一定的高度，使车轮与 钢轨脱离，故不能依靠它们之间的摩擦力产生 牵引力使车辆前进，而是采用一种叫做直线电 机的推进装置作为列车的牵引动力。 直线电机是从旋转电机演变而来的，它的基本 构成和作用原理与普通旋转电机类似，就如同 将旋转电机沿半径方向切开展平而成。于是， 其传动方式也就由旋转运动变为直线运动。
世界重载运输技术的发展
北美铁路是重载运输发展最早的地区，70年代 末美国一级铁路开始了重载运输。美国重载列 车通常编组在100辆以上，列车重量可达万t左 右。 南非铁路窄轨重载运输，在世界享有盛名，对 推动这一领域的技术进步产生了积极影响，南 非重载运输列车编组达20000t。
世界重载运输技术的发展
(2) 组合式重载列车
是由两列及其以上同方向运行的普通货物列车 首尾相接、合并组成的列车。运行至前方某一 技术站或终到站后，分解为普通货物列车。 实质上是在线路通过能力紧张的区段，利用一 条运行线行驶两列及以上的普通货物列车的一 种扩大运输能力的方式。
(2) 组合式重载列车
前苏联铁路是客货混用，列车数量多、行车密 度大，运能与运量的矛盾比较突出，为扩大运 输能力、挖掘现有设备潜力，即组织开行超重、 超长列车或组合式列车，并成功地试验开行了 总重43047t的重载列车。
(3) 单元式重载列车
单元式重载列车——是把大功率机车双机或多 机与一定编成辆数的同类专用货车固定组成一 个运输“单元”，并以此作为运营计费的单位。 单元式重载列车运送的货物品种单一，在装、 卸站间往返循环运行，中途列车不拆散，不进 行改编作业，机车车辆固定编挂位置，车底固 定回空，两端车站装卸设备配套，是装、运、 卸“一条龙”的运输组织形式。
7.1.2 高速铁路的技术设备
车辆
牵引动力方式——电力牵引；动车组；动力分散配 置 车体——自重轻；流线型车头；高气密性、隔音性； 车体倾摆技术 走行部——高稳定性；低噪声 制动装置——摩擦制动+动力制动 摆式列车
信号 —— 先进的列车控制系统
高速铁路线路平纵断面特点
大幅度提高平面最小曲线半径标准 平缓过渡的缓和曲线 增长夹直线、圆曲线最小长度 增大竖曲线半径
获得高曲线通过能力的途经
1. 加大线路曲线半径 2. 设置超高 3. 采用径向转向架 4. 车体倾摆技术
从固定设备考虑
从移动设备考虑
铁路按最小曲线半径的分类
分 类 最小曲线半径 m 800-600
中国铁路重载运输发展的三个阶段
第二阶段自1990年至1992年，新建大同至秦 皇岛铁路运煤专线，开行单元式重载列车。大 秦铁路是借鉴加拿大、澳大利亚等国开行重载 单元列车的经验，在国内新建的第一条双线电 气化重载运煤专线，全长653公里。 1988年试验开行了单机牵引6000t，双机牵 引10000t单元式重载列车。 1992年底正式开行列车重量为6000t和 10000t的单元列车。 2006年6月1日,大秦线开行的重载列车牵引总 t位达到20000t ，跨入了国际先进行列。
7.1.4 磁悬浮铁路
磁悬浮铁路是利用电磁系统产生的吸引力或排斥力将 车辆托起，使整个列车悬浮在线路上，利用电磁力导 向，直线电机将电能直接转换成推进力而推动列车前 进的铁路。 磁悬浮铁路不同于普通铁路列车的主要特征是不使用 车轮，而是依靠电磁作用力把车辆悬浮在轨道上方， 除了空气摩擦之外，没有轮轨接触所带来的阻力。其 时速可达到500～1000 km。 磁悬浮列车高速、安全、平稳，不污环境、节省能源， 是一种理想的交通工具。
(3) 单元式重载列车
在路网规模大、行车密度小、货运比重大、运 能较富裕的美国、加拿大、澳大利亚等国，组 织开行从装车地到卸车地之间的重载单元列车， 通过货物集中发送、快速装卸、加速机车车辆 周转来降低成本，从而获得较大的效益，提高 了与其他运输方式的竞争能力。 美国的重载单元列车，牵引总重在10000t以 上，是名副其实的万吨列车，并曾创造总重达 44066t的世界最高纪录。
6000-10000
200-300
300-400
300-360
360-500
径向转向架
刚性转向架—
前轮对以巨大冲角冲向钢轨，产生很大轮轨力
径向转向架—轮对保持径向位置
可大大改善通过曲线时的轮轨受力状况。
车体倾摆技术
原理—车体内倾，利用
重力分量平衡一部分离 心加速度，犹如附加超 高，可改善高速过曲线 时的乘座舒适度。
最高运行速度：360km/h。2001年3月在1000km 距离间创造了 长距离旅行速度的世界纪录：302km/h。
2007年4月3日，法国高速列车TGV在巴黎－斯特拉斯堡东线铁路 上以574.8公里/小时的运行速度，创造了有轨列车最高时速新的 世界记录，同时打破了自己在1990年5月创下并保持17年之久的 515.3公里/小时的世界记录。
第七讲 高速铁路与重载运输
7.1.1 概述
铁路按速度不同的划分标准
（1）常速铁路：100—120 km／h （2）中速铁路：120—160 km／h （3）准高速铁路：160—200 km／h （4）高速铁路：200—400 km／h （5）特高速铁路：400 km／h 以上
高速铁路的技术经济特征
（1）输送能力大
如新干线每3.5分钟发车间隔
ห้องสมุดไป่ตู้
（2）速度快
上海到北京，全程1300公里，运行4.5小时左右，与飞机相 近。
（3）安全性好
高速铁路42年来，基本没有出现过重大行车事故。安全性明 显高于公路、航空。
（4）正点率高：基本不受气候影响。日本97年平均 晚点只有0.3分钟。 （5）舒适、方便：运行平稳、发车间隔小。 （6）能源消耗低、环境影响轻、经济效益好等
1999年9月戚厂与浦厂联合研制，10月投入京津线运营。
总功率3480kW, 双层，二动十拖，定员1440人，试验速度达到210.8km/h。
305km/h蓝箭号动力车试验到400km/h
中国高速 铁路发展
客运专线1.6万公里
7.1.2 高速铁路的技术设备
线路
提高线路平纵断面标准 路基——宽路肩设计 板式轨道结构；长轨条无缝线路；强韧性、高弹性 轨道部件；可动心轨道岔
高速铁路的发展模式
（1）日本新干线模式，全部修建新线，旅客列 车专用。 （2）法国TGV模式，部分修建新线，部分旧 线改造，旅客列车专用。 （3）德国ICE模式，全部修建新线，旅客列车 及货物列车混用。 （4）英国APT模式，既不修建新线，也不大 量旧线改造，主要靠采用由摆式车体的车辆组 成的动车组；旅客列车及货物列车混用。
难点—根据曲线半径及
列车前进速度，实时控 制车体倾摆的角度。
高速铁路车辆
高速车辆与普通车辆相比，主要区别如下： （1）车体轻：一般为10T左右，比普通客车 轻3－4T （2）车体外形为流线型：减少空气阻力； （3）车体密封性好：减少车内气压变化 （4）隔音效果好： （5）高速运行稳定性好，曲线通过能力强 （6）制动方式多种方式同时使用 （7）部分车辆采用摆式车体
日本高速铁路的发展
7条新干线总长度达到：2139.9km
日本500系高速列车
日本700系高速列车
由中日本铁路和西日本铁路共同研制，1999年春投入使用，270-285km/h。
日本高速技术360新干线E954
2005/6/24日宣布: 开发成功360km/h高速列车
法国TGV-2N高速列车
中国铁路重载运输发展的三个阶段
第一阶段自1984年至1990年，主要为改造旧线，开 行组合式重载列车。选择了晋煤外运通道的丰台—沙 城—大同线和北京—秦皇岛线为试点，开行组合式重 载列车。采用内燃机车双机牵引7400t，使用缩短型 敞车和装有配套技术的新型车辆。根据货流的特点， 采取了固定车底、固定机车、固定发到站、固定运行 线，从大同西站出发直达秦皇岛东站，卸车后原列空 车返回，进行循环拉运。 组合式重载列车对扩大晋煤外运数量，缓解沿海繁忙 干线能力紧张，促进国民经济的发展作出了重要贡献。
澳大利亚重载列车采用大功率机车、大轴重专 用货车，编组为120辆以上，列车总重1－2万 t。 巴西的矿石专列为206-320辆重载敞车编为一组， 列车总重量达26000t-32000t。重载列车扩大了 列车编组，提高列车重量，可以大幅度提高铁 路运输能力，显著降低运输成本，大大提高劳 动生产率和经济效益。
高速铁路信号控制系统
高速铁路与普通铁路信号不同处主要有：
（1）设置了综合调试系统，对列车运营实行集中 控制； （2）取消传统的地面信号，采用列车运行控制系 统； （3）采用计算机网络传输和交换行车、旅客等相 关信息。
列车自动控制系统 ATC
7.1.3 高速铁路运输组织特点
1、运输服务系统覆盖旅客旅行服务的全过程， 最大限度地满足不同层次的旅客出行需求 2、充分满足旅客出行需求、适应客流变化，制 定运输计划和旅客列车开行方案 3、建立以高新技术为基础的安全保障体系 4、建立以调度中心为中枢的运营管理总体系统
重载列车的运输方式
(1) 整列式重载列车 (2) 组合式重载列车 (3) 单元式重载列车
(1) 整列式重载列车
是由大功率单机或多机牵引，列车由不同型式 和载重的货物车辆混合编组，达到规定重载标 准（牵引重量达到5000 t及其以上）的列车。 目前，中国繁忙干线上开行的重载列车主要为 这种模式。
（最小300，需减速通过）
速度范围 Km/h 100-80
采用摆式列车技术后 的速度范围，Km/h
一般铁路
（Ⅱ级Ⅲ级铁路）
120-100
提速铁路
（Ⅰ级铁路）
1000
（最小600，需减速通过）
120-140
160-200
160-180
200-250
准高速铁路
1400-1700
高速铁路
特高速铁路
2500-4500
动力分散式的ICE-3
1999年投入运营并出口荷兰 第四代ICE正在开发之中
90年代以来
我国自主研究开发了一系列 用于提速和高速铁路的
动车组
140km/h内燃动车组
140公里“晋龙”号内燃动车组
160公里/小时内燃动车组
180公里时速“神州”号內燃动车组
2000年10月18日首次驶出北京站
直线电机原理
普通 电机
展开
直线 电机
日本地铁车辆采用直线电机牵引可 减小隧道截面节约地铁投资
定子置于轨道上
转子置于车辆上
7.2 重载运输
7.2.1 概述◇ 7.2.2 重载运输技术设备◇
7.2.1 概述
重载运输的定义： 具备以下三条中的两条可视为重载
(1) 经常开行总重至少为8000 t的列车 (2) 在长度至少为150 km的线路区段上，年货运 量至少达到4000万t (3) 经常开行轴重25t以上的列车
超导磁斥型（EDS）：
以日本为代表。它是利用超导磁体（液氦）产生的 强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作 用，产生电动斥力将列车悬起，悬浮气隙较大，一 般为100毫米左右，速度可达每小时500 km以上。
磁悬浮导向原理
常导磁吸式的导向系统，是在车辆侧面安装一 组专门用于导向的电磁铁，当车辆运行发生左 右偏移时，车上的导向电磁铁与导向轨的侧面 相互作用，产生一种排斥力，使车辆恢复到正 常位置，和导轨侧面之间保持一定的间隙。当 车辆的运行状态发生变化时，例如运行在曲线 或坡道上时，控制系统通过对导向磁铁中的电 流进行控制来保持这一侧向间隙，从而达到控 制列车运行方向的目的。
磁悬浮铁路填补了高速铁路和航空运输之间的速度空白
航空
高速磁浮 高速铁路 常速铁路
公路 水 运
0 100 200 300 400 500 600 速度，km/h 700 800 900 1000
磁悬浮铁路的基本制式
常导磁吸型（EMS）：
以德国高速常导磁浮列车为代表，是利用普通直流 电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮的气隙较 小，一般为10毫米左右。常导型高速磁悬浮列车的 速度可达每小时400～500 km，适合于城市间的 长距离快速运输。