高速铁路概论复习资料概要

高速铁路概论辅导资料
湖南铁路科技职业技术学院运输管理系
二〇一三年三月
目录
第一章绪论 (2)
第一节世界高速铁路发展概况 (2)
第二节高速铁路与其他运输方式的比较 (3)
第三节我国高速铁路的建设 (4)
第二章高速铁路线路 (7)
第一节概况 (7)
第二节线路的平面 (7)
第三节线路的纵断面 (11)
第四节路基及轨道 (12)
第三章高速列车的牵引动力 (14)
第一节概述 (14)
第二节受电弓与传动装置 (17)
第三节动力车车体与转向架 (18)
第四节制动技术 (19)
第四章高速铁路的车辆 (21)
第一节概述 (21)
第二节车体和车内设施 (21)
第三节空气调节装置 (22)
第四节转向架 (22)
第五节牵引缓冲装置 (22)
第六节制动装置 (22)
第七节摆式车体 (23)
第五章高速铁路的信号和控制系统 (24)
第七章高速铁路的车站及枢纽 (25)
第一节概述 (25)
第二节高速铁路的车站布置图 (26)
第三节高速铁路引入既有枢纽的方式 (27)
第十章磁悬浮列车 (28)
模拟试题 (29)
第一章绪论
第一节世界高速铁路发展概况
1铁路速度的分级
常速——时速100～120km/h。

中速（准高速）——时速120～160km/h。

快速——时速160～200km/h。

高速——时速200～400km/h。

特高速——时速400km/h以上。

2世界高速铁路发展概况
2.1初期高速铁路建设高潮
1964年10月1日，世界上第一条高速铁路----日本东海道新干线正式开通。

法国：后来居上，在一些技术、经济指标上超日本而居世界领先。

高速铁路最初建设的特点：
（1）由于采用新技术，铁路竞争力加强，经济效益好转；
（2）解决了运输能力紧张的问题；
（3）推动了沿线地区经济的均衡发展，促进了相关产业建设；
（4）节省能源、降低对环境的污染；
（5）新建项目带动了既有铁路网的技术改造。

第一次（初期）建设高潮有四个国家（日法德意）建成9条高速
铁路（自59-91的32年内），总长3198km，这些成就影响了很多国家，从而在20世纪80年代末，世界各国对高速铁路的关注和研究酝酿了第二次高潮。

2.2高速铁路网建设的第二次高潮：
第二次建设高潮于20世纪90年代在欧洲形成，波及的国家至少有法、德、意、西班牙、比利时、荷兰、瑞典和英国。

高速铁路这一时期建设的特点：
（1）已建成高速铁路的国家进入了高速路网规划和建设年代；
（2）修建高速铁路网成为地区之间相互联系的政治上的需求；
（3）能源和环境的要求呼吁发展无污染的高速铁路；
（4）出现了全国和跨国境的高速铁路网。

2.3第三次建设高潮：
20世纪中期形成，波及到亚洲、北美、澳洲及整个欧洲，形成交通领域中铁路的一声复兴运动。

当前正进行干线八路改造，全面提速，修建高速铁路新线的国家和地区达到12个，在建新线近4000km。

尽管建设高速铁路新线所需资金巨大，但从社会、经济效益、能源节约、环境治理等方面，已得到各国政府的共识。

且高速铁路建设出现了多种形式融资的局面（由国家公益投资到多种融资方式筹集资金）。

各个国家表现的主要特征：
（1）大多数国家在建设初期就拟订修建高速铁路的全国规划；
（2）修建高速铁路对整个社会具有很好的效益；
（3）高速铁路促进地区之间的交往和平衡发展；
（4）建设高速铁路出现了多种形式的融资渠道；
（5）高速铁路的技术创新正在向相关领域辐射和发展。

3建设高速铁路的几种模式
当今世界建设高速铁路的几种模式：
（1）日本新干线模式：全部修建新线，旅客列车专用
（2）部分旧线改造，旅客列车专用
（3）法国ICE模式：全部修建新线，客货列车混用
（4）英国APT模式：既不修新线，也不对旧线进行尤其是改造，主要靠采用由摆式车体的车辆组成的动车组，客货混用。

第二节高速铁路与其他运输方式的比较
1旅客送达时间
乘坐高速列车，行程在85km以下，高速公路长途汽车快；行程在85－1058km以内较飞机快，若列车提速到350km/h，即行程分别为70、168、1969时，乘高速列车将比乘高速汽车、小轿车、飞机要快，随着列车更高的提速，将更显示比高速公路及航空更大的优势。

2安全性和舒适度
高速铁路的安全可靠性被世界公认。

舒适性胜于公路和民航：对比活动空间大，运行平稳，振动及摇摆幅度小，夜间行车使用卧铺长途旅客可享受较高舒适度。

3准确性
航空运输受气候影响，航班难准点，时常停航。

公路经常阻塞，延误行车。

高速列车由计算机控制运行，全天候行车。

它根据车内信号行车, 而不是根据地面信号，风雨雪雾等恶劣天气, 对它没有影响。

线路全封闭式，设先进的列车运行与调度指挥自动化控制系统，可确保列车安全正点，较其它运输方式准确可靠。

4能源消耗较其它运输方式低
一般情况下，运价率是与能耗与正比。

汽车运输消耗的都是等级较高的柴油和汽油，廉价石油的大量供应促进公路迅速发展，但20世纪70年代以来的能源危机，唤起了人们对各种运输形式优缺点的重新认识。

各国政府（特别是石油资源欠缺的国家）对大量发展公路特别是高速公路运输持慎重态度了。

5运价及综合造价
以每单位运能的综合投资比较，高速铁路最低，与高速公路相当，而显然低于空运。

6占地
4车道高速公路占地宽度26m，复线铁路占地宽度20m。

大型机场用地20平方公里，相当于1000公里复线铁路占地面积，且1000km 航线内至少2-3个大型机场，相当于用地为铁路的2-3倍。

7运能大
故高速铁路的运能远大于航空运输，一般也大于高速公路。

8环境保护
交通工具排放的有害物质在大气中一般要停留2年以上，是造成酸雨、植被破坏、建筑物遭侵蚀的主要原因：有识之士建议，为防止地球臭氧层被破坏和气候异常现象，除力争汽车排放废气减少25%（基本上控制在20世纪90年水平），控制高速公路发展外，还应以高速铁路网逐步代替国内外大城市间的航空运输。

电气化高速铁路比高速公路噪音低5－10分贝，比民航低25－50分贝。

法日等国在通过市区的高速铁路两侧修建隔音墙以进一步减少噪音影响。

9效率和效益
高速公路塞车和事故损失重大。

高速铁路直接经济效益显著，日法实践证明，直接投资收益率均在12%左右，一般十年内可还清全部贷款。

10劳动生产率；
据我国1986年统计，运输部门劳动生产率：（万换算吨公里/人年）铁路60.8 ；公路4.9(直属)3.5(地方)，铁路为公路的7倍多。

综上所述，在现代旅客运输系统中，高速铁路在安全、送达速度、运行水平、准确性、舒适性、占地、造价、环保、效率效益及劳动生产率等诸方方面面均占明显优势，在当今石油资源日渐缺乏，生态环境日益恶化，道路严重阻塞，事故迭起的情况下，发展高速铁路是解决问题的必然选择，它经济而快速能适应满足人类生存和社会发展的需要，故获得世界各国的普遍重视和关注。

第三节我国高速铁路的建设
1我国铁路列车速度不高的原因
原有基础设施及技术装备十分落后，限于财力及认识误差，对铁路生产要素及科技投入有限，现代化改造及其装备水平与其它国家差距甚远。

线路标准低、机车车辆技术速度低。

长期以来我国的铁路技术政策总原则是“以提高运能为中心，保证运输安全为前提，大力提高列车重量，积极增加行车密度，适当提高行车速度”。

影响限制了速度的提高，从50年代始制订“铁路设计规范”工级干线客车最高速一直定为120km/h，97年颁布技术政策才提到繁忙干线Vmax=140km/h,但对机车、车辆、轨道、道岔未采取任何措施，故也难以贯彻实行。

我国“客货共线，以货为主”的运输模式，客货争线突出，是提高列车平均牵引质量（包括客车增加编组辆数）和列车密度成为关键，客货共线速度不能相差悬殊，忽略了提高旅客列车速度、服务质量，增加经济和社会效益的深层次意义。

为提高线路通过能力，发展地方经济，片面强调为人民服务，故增设车站成为扩能的主要手段，过多的会让和停站，大大降低运速。

计划经济，无市场概念，以铁老大自居，不谈快速乃中国铁路长期运转的一个主观原因，故我国客车速度年递增率低。

2我国铁路提速进程
从1994年开始准备，1997年4月1日大规模全面提实施，到2004年，我国先后经过五次大规模提速。

准备期
1994年1月沈大线首创120公里/时，开创国内铁路既有线提速改造的先例。

1994年12月广深准高速铁路建成，设计时速160公里，试验段时速为200公里。

1996年4月京沪线南京～上海实现160公里时速。

1996年7月北京～北戴河实现130公里时速。

1997年全路开始大规模提速改造，列车运行速度大幅度提高。

1997年4月1日，中国铁路实施第一次大面积提速。

此次，京沪、京广、京哈三大干线全面提速，以沈阳、北京、上海、广州、武汉等大城市为中心，开行了最高时速达140公里、平均旅行时速90公里的40对快速列车和64列夕发朝至列车。

1998年10月1日，铁路第二次大面积提速。

京广、京沪、京哈三大干线的提速区段最高时速达到140公里至160公里，广深线采用摆式列车最高时速达到200公里。

全路旅客列车平均速度达到55.16公里／小时。

2000年10月21日，铁路第三次大面积提速。

重点是亚欧大陆桥（陇海、兰新线）、京九线和浙赣线。

列车等级和车次重新分类和调整；全国铁路实行联网售票，400多个较大车站可办理相互异地售票业务。

2001年10月21日，中国铁路进行了第四次大面积提速。

这次提速涉及19个省市，9个铁路局。

提速线路达4257公里，使全路旅客列车平均旅行时速达到了61.92公里／小时。

2004年4月18日，中国铁路将实施第五次大面积提速。

目前经过改造后的提速网络总里程已达到16000多公里，其中时速160公里及其以上的提速线路增加到6400多公里。

由株洲电力机车厂制造的首批20台新型韶山9型机车将承担京广线武汉至北京等旅客列车的牵引任务。

新型韶山9型电力机车设计最高时速为170公里/小时，是我国目前牵引旅客列车功率最大的机车。

“十五”期间，我国铁路提速线路将达28条，总里程2万公里。

形成以北京、上海、广州为中心的“三个提速圈”，半径在500公里左右的城市间将实现“朝发夕至”、1200～1500公里左右的实现“夕发朝至”、2000～2500公里左右的实现“一日到达”。

3我国高速铁路的建设
我国高速铁路的建设，必须考虑到国情、路情，其主要特点有：（1）我国铁路运输能力十分紧张，负担过重。

修建铁路要与扩能这个中心紧密结合起来，通过合理组织客流、车流，充分发挥新建高速线与既有线的作用；
（2）在繁忙干线的大量客流中，本线到发的少，约占总云量的1/3，直通的多，约占总运量的2/3；
（3）旅客的行程较远，大的客流截流点少，仅有北京，上海、哈
尔滨、广州等少数几个车站；
（4）仅仅修建一段或一线难以发挥高速铁路的优势，需待成网后才能发挥其作用。

我国高速铁路建设应遵循的主要原则有：
（1）建设高速铁路使我国交通运输史上一项具有战略意义的重大决策，必须达到旅客方便舒适，运能上有提高，安全上有保证，技术上可行，经济上有利；
（2）从整个国民经济、综合交通运输体系和铁路发展的全局出发，将高速铁路最为路网建设的一个组成部分，统一规划，从运输最繁忙的地段入手；
（3）高速铁路是各大中城市间的旅客运输大通道，必须与沿线的经济发展、城市交通、环境保护等问题统筹安排；
（4）根据技术先进、使用和经济合理，去定速度目标值；
（5）由于主要繁忙干线上本线的客流只占总数的1/3，所以新建高速铁路不能远离路网；
（6）高速铁路宜基本上沿邻既有线修建，并尽可能与既有线的大站衔接；
（7）高速技术的发展要特别重视树立整体观念，按照系统工程思路，实现机、辆、工、电、运等各项技术的合理匹配，以达到保证安全、舒适、快速，尽可能减少工程投资和运营费用，获得更大的经济效益。

修建高速铁路应该具有的地段条件：
（1）人口分布稠密，能最大限度地吸引客流，并且在本线到发的多，中转换乘的少；
（2）客货运输最繁忙的区段，并在规划中将有很大的客流量；
（3）沿线大城市；
（4）工农业发达，经济繁荣，国民经济产值大；
（5）人均收入及人民经济承受能力较高；
（6）旅游资源丰富；
（7）经济开发区，特区，协作区或经济发展潜力大的地区；
（8）地形较为平坦，施工条件较好；
（9）距离适合，能使列车达到并保持一定高速行车的条件。

4 我国铁路发展的主要趋势
总原则是：以客运高速化、货运重载化为主要内容，大力提高运输能力，保证运输安全，不断提高运输质量和效益，把铁路发展转移到以现代装备和管理方法为基础的轨道上来。

(1)线路方面：实现轨道重型化、无缝化，养路施工机械化。

(2)牵引动力：主要发展电力牵引。

(3)客货车辆：客车要轻量化、高速化，货车要重载化、专业化。

(4)通信信号：实现通信光缆化、数字微波化、信号向机车信号过渡、开发无绝缘的轨道电路。

(5)计算机应用：实现运输管理自动化。

5我国高速客运网络规划
我国铁路实现跨越式发展的总体目标：以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，紧紧扭住发展这个第一要务，解放思想，实事求是，与时俱进，以提高运输能力和提升技术装备水平为主线，全面推进技术创新和体制创新，到2020年基本实现中国铁路现代化，运输能力适应国民经济发展的要求，主要技术装备达到发达国家水平，服务质量基本满足旅客货主需求，建立适应社会主义市场经济的管理体制和经营机制，建设一支高素质职工队伍，职工物质文化生活全面达到小康水平。

一是突出快速扩充运输能力，强调铁路建设紧密为运输生产服务，在较短的时间内，解决铁路运能不适应的问题。

二是突出重点，扩大主要通道的运输能力。

在“八纵八横”路网主通道中，重点突出“四纵”
“三横”
京沪高速铁路，构成我国东部地区经济发达、人口稠密地区的客运主通道。

天津~沈阳线，与京沪相连，形成进出关大能力客运高速铁路。

哈尔滨大连，构成东北地区高速客运主通道。

北京~广州香港、澳门，是我国南北向的重要主干道。

上海~杭州~昆明，与京沪、浙赣相连，是高速铁路网的重要组成部分。

徐州~兰州，与陇海并行，贯穿我国东、中、西三大经济带，是东北通往西北西南的主轴线。

在运输能力上。

到2020年，铁路网规模有一个较大发展，路网结构更加合理，建成京沪高速铁路，主要繁忙干线实现客货分线，主要通道能力紧张状况从根本上得到改变，形成覆盖全国的快速客运网络和大能力货运网络，运输能力适应国民经济和社会发展需要。

到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电气化率均达到50％。

届时，我国高速铁路网将达到10000公里左右。

我国将采用先进、成熟、经济、适用、可靠的技术，把引进技术和自主创新结合起来，使我国铁路技术装备早日达到或接近发达国家水平。

高速铁路动力机车组和时速200公里及以上的客运机车车辆，需要通过技贸结合的方式，整体引进技术，消化吸收，逐步实现国产化；时速200公里以下的，引进关键技术，充分利用国内资源，逐步实现国产化。

第二章高速铁路线路
第一节概况
1线路的组成
线路由路基、桥隧建筑物及轨道组成。

2线路的受力
重力、附加竖直力、纵向水平力、横向水平力、温度力
3线路如何适应高速的要求
钢轨重量加重、道岔号码加大、提高线路的建筑标准、加强线路的检测、监视和维修养护工作
4高速列车运行对环境造成污染
振动、噪声和电波干扰
5高速列车运行时列车风对安全的影响
（1）列车风对线路两侧的影响
（2）列车风对高架桥维修通路的影响
（3）列车风对站台人员的影响
（4）列车风对列车会车的影响
（5）隧道内列车风的影响
第二节线路的平面
1曲线的优缺点
优点：适应地形变化，减少工程量
缺点：限速、增加轨轮磨耗、降低粘着系数、增加维修量、增加线路长度
2高速对曲线有关因素的要求
2.1超高度
列车在曲线上运行时和任何物体作圆周运动一样，产生离心力。

这种离心力使车体外倾，并给外轨强大压力，造成外轨加速磨损。

为抵销这种离心力的破坏作用，使机车车辆能圆滑、安全通过曲线，曲线外轨需要设置超高度，使内外轨所受压力相等。

曲线外轨超高量计算
曲线上通过的列车有许多种，速度各不相同，一般采用的是平均速度。

我国现场计算平均速度多采用加权平均法。

根据上式计算的超高度，必须进行验算。

应考虑到实际超高度与行驶列车最高速度的情况。

该超高度必须符合以下原则：
⑴因离心力未被超高平衡所产生的横向力不致使旅客感到不舒服。

⑵车辆在曲线上运行时，单位时间内车体转弯的速度对旅客不致有不舒适的感觉。

规范规定的外轨超高值
)(8.112
mm R
V h
《技规》和《站规》都规定“曲线地段的外轨钢轨，最大超高不得超过150mm。

单线铁路上下行车速相差悬殊时，不得超过125mm”。

提速后的超高值
曲线是制约既有线提速的主要因素之一。

列车在曲线上行驶的容许速度主要取决于三因素：半径、超高度、缓和曲线长度。

为保证行车安全、旅客舒适度、减少养护维修投入及延长设备使用寿命，对未被平衡的离心力和未被平衡的向心力及缓和曲线上超高率都有限制。

根据当前四大干线提速的目标值（140～160km/h），必须提高曲线上行车速度，其主要对策有三个方面：
⑴加大曲线半径，延长缓和曲线长度和夹直线长度或采用特种车
辆（摆式列车）。

⑵调整曲线超高
⑶适当放宽舒适度标准。

这三条对策，第一条工程艰巨、投资巨大，一时难以实施。

所以近期主要是实施第
二、三条，即放宽最大欠超高度和调整外轨超高。

最大超高的极限值是由下列条件规定：
“在曲线上停车，又遇到大风，不致使列车颠覆，并且考虑不同速度列车所产生未
被平衡的横向力加速度不致过大”
2.2最小曲线半径
2.2.1选择因素
行车速度、地形条件、牵引种类及机车类型，其中以第一项行车速度为主要依据。

（1）高速客运专线
因速度比较划一，最小曲线半径的选择也比较单纯。

一般由下式确定：
按上式可得以下数据：
（2）在客货混跑的铁路线上
由于旅客列车与货物列车速度相差较大，一方面要保证旅客的安
全、舒适，另一方面应
使列车低速通过曲线时，不致过于挤压与磨耗内轨。

因此，其最小曲线半径应由下式计算
q h h V R +=2max min
8.11q g H K h h V V R +-=)(8.1122min
2.2.2线路新规范规定的最小曲线半径
极限最小曲线半径仅当有充分技术经济依据时方可采用
2.3缓和曲线长
为了使列车安全、平顺、舒适地由直线过渡到圆曲线，满足递减超高和加宽的需要，在直线与圆曲线间需设置一定长度的缓和曲线。

2.3.1线型选择
我国现行规范及现场铺设的缓和曲线线型采用的是三次抛物线型，其特点是超高为直线顺坡，平面为三次抛物线。

高速铁路修建后，日本、法国等认为三次抛物线的缓和曲线难以完全满足旅行舒适的要求，轨道稳定条件也受到一定影响。

为改善这种状况，有些国家研究了曲线型超高顺坡的缓和曲线。

在这种缓和曲线范围内，与曲率相适应的超高也按曲线变化，并规定适当的变化率。

这就是目前为各国所选用的半波正弦曲线型线型。

广深准高速铁路设计时注意到这种情况，得出的结论是：
当V=200k/h推荐采用7次四项代数式缓和曲线为注意线型。

当V=160k/h人保留三次抛物线型，超高顺坡在缓和曲线范围内按直线变化。

2.3.2缓和曲线长度
⑴确定缓和曲线长度的条件：
①外轨超高递减坡度不致使车轮出轨
②外轨的升高（或降低）速度不致使旅客感到不舒服
③未被平衡的离心加速度的时变率不致影响旅客的舒适
④车轮沿直线到曲线运行时由于撞击钢轨所产生的动能损失不应超过一定值
⑤测设及养护维修的便利
根据我国铁路列车的最高时速，机车车辆的构造特点及轨道养护维修等情况，确定缓和曲线长度的基本条件是第二条，满足这一条件其他条件基本上都可以满足了。

⑵新建铁路缓和曲线长度的计算
①超高顺坡不致使车轮脱轨
运营经验表明，超高顺坡不宜大于2‰。

故超高顺坡需要的缓和曲线长度为：
②超高时变率不致使旅客不适
f 为旅客舒适度容许的超高时变率（保证旅客舒适度所允许的外轮
h h l l h l h 5.02
221000
000==≤∴≤⨯ 3.6f
V max
h l ≥
升高速度）（mm/s）
一般地段f＝32mm/s，较困难地段f＝36mm/s，
困难地段f＝36mm/s（I、II）f＝40 mm/s （III）
将f代入上式得到
f＝32mm/s l=0.0087hVmax
f＝36mm/s l=0.0077hVmax
f＝40mm/s l=0.0069hVmax 这样就可以求出各种曲线半径条件下各级铁路在不同情况下的缓和曲线长度
R=1000(m) l=60~120(m)
R=800(m) l=70~150(m)
⑶提速后缓和曲线的要求
由于缓和曲线长度是与最大速度成正比的，所以当铁路提速后缓和曲线也相应延长。

对于f值各国规定都不一样，我国规定提速后一般下f＝28mm/s ，困难下f＝36 mm/s
在实际工作中，为便于现场职工使用《线路维修规则》，采用超高顺坡办法。

2.4夹直线长度的确定
列车通过圆曲线或反向曲线时，受力情况甚为复杂。

除因外轨超过关系车辆绕线路纵轴转动外，还有缓和曲线始终点处的冲击以及未被平衡横向加速度变化的影响等。

为了使列车平稳地通过该地段，必须在同向曲线或反向曲线间加入一段夹直线段。

夹直线长度标准的确定因素：
（1）养护要求：
工务部门认为要保持曲线间直线方向，夹直线长度最好不短于2～3根钢轨，至少也要一节钢轨在直线上。

今后干线线路大都采用25米标准长的钢轨，则夹直线长度最好不短于50～75米，困难时也不小于25米。

（2）行车平衡要求：
减少车辆摇摆，使旅客列车运行平稳考虑，夹直线长度不宜短于2～3辆客车长度。

25型客车长26.6米，故夹直线长度为54～81米。

从车辆通过夹直线长度两端的缓和曲线所产生的车辆振动不要叠
加的要求出发，夹直线长度应满足下列条件：
（3）根据上述公式计算及考虑养护行车条件调整的夹直线长度为下表：
（4） 各国高速铁路夹直线长度的规定
法国：夹直线长度一般为150米，特殊情况至少需要100米
q j L V T n L +⋅⋅=6
.3max。