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摆式列车技术的发展.doc

摆式列车技术的发展

张恒易
2017-09-27 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《摆式列车技术的发展doc》,可适用于综合领域

摆式列车技术的发展冯龙,朱衡君()北京交通大学机械与电子控制学院,北京摘要简述了开发摆式列车的重要性和迫切性,介绍了摆式列车的原理、组成与分类,国外主要摆式列车的特点。在此基础上,论述了我国摆式列车的研制、开发与运用中适用于我国铁道线路的列车类型和关键技术,并提出了相关建议。关键词摆式列车倾摆系统提速关键技术中图分类号:U文献标志码:A摆式列车原理从年起,全国铁路已经实施了次大提速。取得了较好的经济效益和社会效益。但是提速的范围众所周知,机车车辆在通过曲线时将受到离心力只占我国铁路总长的左右,并且我国目前的平均的作用。其离心加速度的大小与速度的平方成正比,行车速度和发达国家比起来仍然很低,所以铁路提速与曲线半径的大小成反比。为降低离心力对车体的作任重而道远。用,通常采用的办法是设置外轨超高。在有超高的曲开行摆式列车可以较大幅度地提高列车的行车速度,特别是曲线通过速度。我国的铁路曲线长度占了线上,车体向内侧倾斜,离心加速度被重力加速度的〔〕铁路总长度的三分之一,而在不同的曲线半径上,摆横向分量抵消一部分。式列车的通过速度比常规列车的通过速度提高左外轨超高的大小是根据曲线半径和列车通过曲线右。开行摆式列车只需对既有线路做一些局部改造,的速度来决定的。考虑到列车运行的安全性,一般在如改造平交道口、信号系统、调整接触网等,所需的客货混跑的线路上,外轨超高是根据货车的平均速度投资比修建高速铁路要低得多。所以,从提高运行速度和经济角度出发,开行摆式列车是我国目前大部分来确定的。由于客车速度远远高于货车,所以由此确地区既有线路提速的最佳选择。定的外轨超高的大小对于客车是远远不够的。为了改摆式列车简介变这种情况,可以在列车进入曲线时,让车体向轨道摆式列车的出现内侧除超高倾斜角外再附加一个车体自身倾摆角度,〔〕众所周知,列车在既有铁路线上速度不能提高的以加大重力横向分量。如图所示。一个主要原因是线路曲线限速造成的。这包括两个因素,一是由于随列车在曲线轨道上运行速度的不断提高,车轮与轨道的作用力越来越大,达到一定程度时,就可能造成列车脱轨,无法保证列车运行安全二是列车通过曲线轨道时,速度越高离心力越大,乘客舒适度越差。摆式列车技术正是成功地解决了这两个问题,而达到在既有铁路线上,不做大规模基础设施改造的情况下,大幅度提高列车运行速度,可做到提速见效快、投资省。意大利、西班牙、瑞典、德国、日本等国家采用摆式列车对既有线路进行提速改造,大幅度的提图曲线上车体受力示意图高列车运行速度,已经取得了很好效果。αβ图中,角为固定的外轨超高角角为摆式车γαβ体自身的倾摆角角为角与角之和。由图可见,β在摆式列车上,多了一个角的作用。这实际上相当于增加外轨有效超高,使抵消离心加速度的横向分量增大,从而提高列车通过曲线时的速度。式摆式车体。摆式列车的组成摆式列车由车体、走行部和倾摆系统大部分组种强制式倾摆系统强制倾斜式摆式车体按倾摆成,如图所示。其中倾摆系统又由倾摆执行机构、动力源可分为气动式、作动器和控制系统组成。摆式列车运行时,先由控制液压式和机电式种。()系统根据轨道的具体情况来控制作动器工作,然后由气动式气动式倾摆系统是最早研究的一种强作动器将输入的动力源转换为列车倾摆力,输出给倾制式倾摆系摆执行机构。倾摆执行机构再使列车发生倾摆,最后统。由于其响应速度慢,现在已经很少运用。目前只〔〕仍然由控制系统对列车倾摆角进行检测,控制作动器有日本电动车组用其作为辅助倾摆装置。()的工作。可以看出倾摆系统是摆式列车所独有的一套液压式液压式倾摆系统是在气动式之后出现的一种强制装置,也是摆式列车的关键所在。式倾摆系统,包括电机、油泵、蓄能器、伺服阀、油缸等部件,技术成熟,响应快,动作灵活可靠。倾摆角度较大,可达,,可以提高曲线通过速度,。目前,强制倾斜式摆式列车大部分都用的是液压式倾摆系统。瑞典X型摆式列车就采用了液压式倾摆系统,如图所示。该摆式列车车体摆动机构设置于转向架上、下摇枕之间,上摇枕通过根吊杆悬挂在下摇枕上,形同一个对称的四杆机构。两侧各设一个液压伸缩油缸来驱动车体的倾摆。当车辆通过曲线时,一个走行部倾摆系统车体。液压缸伸长,另一个缩短,推动上摇枕和车体发生倾图摆式列车组成〔〕摆。摆式列车的分类自然倾斜式和强制倾斜式总的来看,摆式列车按照车体倾斜方式的不同,可分为自然倾斜式和强制倾斜式两种。自然倾斜式又称为无源摆。车体由滚轮装置和高位空气弹簧支承,当车辆通过曲线时产生离心力,使车体绕其摆心转动,自然地向曲线内侧倾斜,而没有外加动力。无源摆式车体倾斜角度可达到,,〔〕能提高常规列车曲线运行速度,。强制倾斜式又称为有源摆。就是利用曲线检测装置、车载计算机控制装置和倾摆传动装置倾摆,其倾摆角度一般为,最高可达到。有源摆式车体能提空气弹簧油缸上摇枕吊杆下摇枕。〔〕高常规列车曲线运行速度,。自然倾斜式图X摆式车体摆式车体结构简单,不需要能源供给然而,液压式倾摆系统由于安装专用作动器配管、系统和复杂的控制系统,但是在进入曲线或驶出曲线阀机构等部件,件数较多,系统复杂,体积、质量较时,存在车体倾斜滞后现象。目前西班牙Talgo、日本大,且各部件维修不便。并且由于油的粘度对温度很〔〕系列为自然倾斜式。并且日本还采用了加装敏感,在低温环境下工作不可靠,所以不太适合我国〔〕控制风缸的办法,来辅助强制车体倾斜。()的气候情况。机电式机电式倾摆系统是最晚出现强制倾斜式摆式车体具有摆动角度大、提速幅度的倾摆系统,具有以大等优点。自然倾斜式由于倾摆角较小,因此提高速下优点:结构简单,轻量化电动机及齿轮装置坚固〔〕度的范围仅为一般有源摆的左右。并且,由于可靠可大功率输出,反应性能优越,也可作精确的强制倾斜式是主动倾摆,可以解决无源摆的倾斜滞后倾摆比液压式效率高车体、转向架间的结合只用〔〕问题。针对我国线路曲率半径较小的现状,采用主动摆可以减少“滞后”作用所以应该选择强制倾斜由于机电式倾摆系统优点多,性能更好,所以很多国家目前都在大力研制。世纪年代在英国以及世纪年代在瑞士开始对机电作动器进行试验,而现在欧洲已有成熟的机电作动器产品出现。比较有代表性的有德国和瑞士各家公司研制的摆式列车。机电式倾摆系统主要由机电式作动器、倾摆机构和检测控制系统组成。国外较常采用倾摆机构为四杆机构的倾摆系统。作动器一端铰接在转向架上,另一端铰接在此四杆机构上,与之一起形成了一个六杆机()构AD为机架。如图所示。其中V代表机电作动图倾摆机构工作示意图器,P代表车体重心。德国德国是世界上使用摆式列车最多的国家。早在年代,德国Wegmann公司开发的被动摆式系统就在一δ自=××=,该六杆机构自由度计算为辆内燃动车组进行了试验。年代末,为适应提速的由度为,所以该六杆机构运动完全确定。()需要德国联邦铁路DB对意大利具有主动倾摆功能的ETR列车和西班牙Talgo列车进行了线路试验,并订购了列Talgo摆式列车和列采用意大利Fiat倾摆技术的VT内燃摆式动车组。年德国AEG公司首先研制出世界上第一列机电式内燃摆式动车组VT,随后德国Talbot公司首次在世界上采用了在抗侧滚扭杆上安装作动器的倾摆技术,并于年在VT内燃动车组上进行了成功试验。西门子公司利用其下属SGP公司同意大利Fiat合作研制摆式列车,并先后开发出ICTET摆式电动车组和ICTVT〔〕图倾摆机构简图()VT摆式内燃动车组。目前,德国已有摆式列车包括:年VT摆当作动器不工作时,AB杆和CD杆左右对称,车式列车在纽伦堡罗伊特霍夫间投入运营,最高速体重心位于对称线上。作动器工作时,其伸缩推动倾度达到了kmh。年又有列VT投入运θ摆机构运动,从而使车体发生倾摆,如图所示,营,最高速度kmh。年有列ICTET摆式为车体倾摆角度。当作动器向左动作时,AB杆和DC列车投入运营。年又投入列VT和列杆顺时针方向转动,由图可知,AB杆垂直方向长度ICTVT用于既有线提速,VT最高速度为小于CD杆垂直方向长度,于是BC杆向右倾斜,重心kmh,ICT最高速度达kmh。其中,VT采P也向右偏移,即车体向右倾摆反之,作动器向右用的是液压式倾摆系统,VT、VT和ICT采用的动作时,重心P向左偏移,即车体向左倾摆。由于倾摆机构左右对称,所以当作动器正负行程大小相等时,θ车体倾摆角大小相等。〔、、〕当电机断电作动器无动力输出时,由于倾摆机构都是机电式倾摆系统。法国左右对称,车体在自身重力作用下将自动回正。这有法国是摆式车体的创始国之一。法国于年研效地避免了在突发事故时车体由于不能回正而发生倾制成功了车体最大倾摆角为的电动车。在该车进行覆的危险。了年的试验后,法国于年试制了辆摆式客摆式列车在国外的研制与运用情况〔〕车,并进行了试验。年代中期,法国又开始研制摆目前,世界上已有多种摆式列车投入运用。式列车TGV,并造出样车。现在法国正在试验TGV各个国家根据本国国情、线路情况等因素确定的摆式Pandulaire型摆式列车,其目标为在高速线上最高时速列车的运用模式也不尽相同。在这些摆式列车中,绝〔、、〕为km在既有线上最高时速为km。大部分是强制倾斜式,而在强制倾斜式摆式列车中,瑞士绝大部分都用的是液压式倾摆系统,只有德国、瑞士瑞士也是摆式车体的创始国之一。年代末,〔、、〕采用了最新型的机电式倾摆系统。SIG公司开始研制摆式车体,并于年代研制出试验样车。但在之后的线路试验中由于倾摆机构发生故障而停止继续试验和研制,直到年代,试验和研制费用,利润极为可观,取得了较好的经济效益和社会〔〕工作才又重新展开。年瑞士铁路公司与意大利国效益。营铁路公司合作,采用列ETR摆式列车,共同在从国外购置摆式列车,购置费用较高,运输成本两国间运营。年SIG公司和Schindler公司同瑞士约为国内造车的,倍。如采用国产摆式列车,运()联邦铁路SBB达成年开始提供列ICN输成本会更低,效益更好。由此可见发展摆式列车在〔、〕机电倾摆系统摆式电动车组的协议。我国有广阔的前景。虽然我国摆式列车的研制起步较意大利晚,和国外的差距较大,但是可以借鉴国外的经验教意大利是研究主动摆式车体发源地,同时也是研训,避免走弯路。而且,我们的起点也高,跳过无源制和开发最为成功的国家。年意大利Fiat公司即式、气动式和液压式摆式车体,直接研制目前最先进研究并制造出模拟试验样机。年该公司制造了两的机电式摆式车体。辆编组的实用性样车ETR电动车组,即第一代从上个世纪年代,我国的部分机车车辆厂与高Pendolino。它采用加速度传感器和陀螺仪来检测进入校就开始了对摆式列车的研究工作。年月唐山曲线的状态,并发出车体倾摆指令,利用液压作动器机车车辆厂和西南交通大学机辆所签署了摆式客车一〔、〕使车体倾摆。,年间Fiat公司生产了与期开发研究合同,进行倾摆控制系统软、硬件的开发研究。ETR大致相同的辆RTR型电动车组投入运年月铁道部正式立项开发研制我国首列〔〕营。随后,Fiat公司又开发了第二代和第三代Pen两动拖kmh内燃摆式列车组,由唐山机车车辆〔〕dolino摆式列车RTR和ETR,并分别于、厂任组长单位,并负责辆摆式客车的研制。年投入运营,RTR和ETR采用的也是液压年由我国北车集团唐山机车车辆厂、大连机〔、〕倾摆系统,最高速度为kmh。车车辆厂以及南车集团浦镇车辆厂联合研制的我国首瑞典列内燃摆式列车下线,标志着我国在摆式列车研制中〔、〕年瑞典进行了摆式车体的首次试验。年取得了重要成果。该列车采用机电式主动倾摆系()瑞典铁路SJ和ASEA公司制定了联合开发X摆统,车辆采用轻量化设计,最高运营速度为kmh,式列车的计划。研制出了第一列样车并进行了最高试验速度达到了kmh。该车倾摆控制系统采年的试验,年该车开始批量生产并改名为X,用了从德国ESW公司引进的先进的机电式主动倾摆系到年共有列X交付使用,其最高速度达统,最大摆角为,可自动适应不同的曲线条件,无需〔、〕到了kmh,实际倾摆角为。地面控制信号。摆式客车转向架通过了万次疲劳西班牙强度试验、kmh滚振试验台动力学性能试验、Talgo摆式列车是自然倾斜式的,设计成渝线小曲线提速性能试验和京秦线kmh动力学西班牙研制速度为kmh。Talgo于年投入商业运营。性能试验,结果表明各项性能指标完全满足GB的年又订购列IC以及列用于地区运营的车辆。要求,目前该径向转向架试验车已经进行了万多公〔〕〔、、〕目前,西班牙正在开发kmh的Talgo样车。里的运营考验。日本建议与总结亚洲国家中日本是第一个研制和开发摆式车体的摆式列车是目前我国既有线路提速的最佳选择。国家。日本首先开发的摆式车辆是系电动车组,摆式列车在国外已经有多年的成功运营经验,但我国并于年投入运用。该车使用德国Wegmann的被动才刚开始研究。通过近几年的努力,我国在摆式列车倾摆原理,车体置于转向架的滚子上,车辆通过曲线的研究上已经取得了巨大成功。时,车体由离心力作用产生倾摆。此后,日本研制和但是还应该看到我国和国外的差距还很大,还应〔〕该加大对摆式列车的研究力度。机电倾摆系统摆式列开发成功了其他型式的摆式列车并投入运用。我国摆式列车的运行与研制情况车是目前最先进的摆式列车技术,已有取代液压倾摆式系统的趋势,所以,我国应该重点研制机电倾摆式我国的广深铁路公司于年向瑞典租赁了一列动拖的X摆式列车,每日次往返于广州东摆式车体。倾摆系统是摆式列车的关键部分,同时也()()是其难点所在。而倾摆系统的核心是作动器,它是摆深圳km和次往返于广州东九龙km之间,运行时间分别为min和min。全年运行总里式列车倾摆动力的来源。我国在这方面没什么技术积程约为万km,平均日行程超过km。该列车的累,所以在自主研发的同时还必须借鉴国外经验。我()国铁道出版社,过,应有独立的探伤工作间并配备冷暖空调,以〔〕铁道车辆轮轴探伤工艺规程S北京:中国铁道出版保证探伤机作用正常,微机控制系统良好,端面、轴社,身探头作用正常,耦合情况良好。〔〕轮轴微机控制超声波自动探伤机等车辆检修设备检修规程参考文献铁道部运输局,S北京:中〔〕铁路货车轮对和滚动轴承组装及检修规则SCountermeasureonExitingProblemofComputercontrolledWheelaxleAutomaticUltrasonicFaultDetectorMOShikai,QILinxiang()CarBranchDepartment,TianjinRailwayBranchBureau,Tianjin,ChinaAbstract:Itisanimportantwaystosubstitutecomputercontrolledwheelaxleautomaticultrasonicfaultdetectorformanualfaultdetector,whichcanrealizecarsexaminingandrepairingmodernizationonrailwayAimingatoccurringproblemsoftheultrasonicfaultdetectorinpresentuse,suchastechnicalcharacteristics,workingquality,operationalcraftworkandetc,manyimprovedmeasuresandsuggestionareproposedinthispapreKeywords:wheelaxlefaultdetector〔〕季令,叶玉玲主编高速铁路与摆式列车M:北京()上接第页中国铁道出版社,国应该走一条先模仿再创新的研究道路以加快研究步〔〕周镜,钱立新风驰电掣走世界高速铁路工程伐,即从国外引进摆式列车,对其技术进行消化吸收M杭州:浙江科学出版社,并为我所用,最后开发出我国自己的摆式列车。在这()〔〕林田聪日欧洲摆式车辆发展动向J国外内燃机()一点上,德国是我们的学习榜样。唐山机车车辆厂等车,:,〔〕李芾国外摆式列车发展和运用概况J西南交通大厂家联合研制的我国第一列摆()学学报,,:,式列车的下线标志着我国在摆式列车的研制上取得了〔〕卜继玲,严隽耄,傅茂海我国摆式列车发展模式的探讨重大突破。但是,我们应该清楚的认识到,摆式列车()J机车电传动,:,,的很多关键技术还没有掌握,还得从国外引进。所以,〔〕严隽耄主编摆式列车的发展和应用J学术动态报()导,,:,在今后的时间里,应该对摆式车体、径向转向架、倾摆系统、作动器等高新技术进行攻关,争取早日实现铁路既有线路提速的有利选择摆式列车〔〕李世国产化。()J铁道工程学报,:,〔〕周立新,邓怡,杜磊摆式列车在中国应用的前景初参考文献()J探〔〕李芾摆式列车的发展及在我国的应用前景J铁道工程学报,:,机车〔〕李芾摆式列车的发展和运用前景J()电传动,:,中国铁路,J铁〔〕王开文加快摆式客车开发,促进既有铁路提速():,()道车辆,,:,〔〕http:wwwtangchecombsdcbskchtmJ〕郭秀琴浅析摆式列车应用前景,〔西部探矿工程〔〕我国自主研制的摆式列车问世火车提速通过弯道有():,了新车型J,,交通运输系统工程与信息〔〕任健,惠文杰关于我国发展摆式列车的思考J铁():()道车辆,,:,〔〕http:wwwtangchecomcnnewsnewsasp〔〕张卫华,梅桂明,黄丽湘摆式列车机电作动器的研究〔〕http:wwwtangchecomcnchinesecpkaifaasp()J西南交通大学学报,,:,DiscussionontheKeyTechnologyofTiltingTrainFENGLong,ZHUHengjun()SchoolofMechanicalElectronicandControlEngineering,BeijingJiaotongUniversity,Beijing,ChinaAbstract:TheimportanceandurgencyofthetiltingtrainareillustratedinthispaperThetheory,compositionandclassificationoftiltingtrainsareintroduced,andtheemphasisisfocusedonthespecialtiesoftiltingtrainsinwesterncountriesMoreover,thedevelopingandusingofthetiltingtraininChinaisprovidedAsaresult,thetypeoftiltingtrainthatsuitableforChineserailwayisdiscussed,andsomesuggestionsarepresentedKeywords:tiltingtraintiltingsystemraisingspeedkeytechniquefile:D|新建MicrosoftWord文档txtdf机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlkjsdfljklem,xmv,mzxlkjvolfdjiojvkldffile:D|新建MicrosoftWord文档txt::

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