个人资料整理仅限学习使用1 / 8 我国铁路机车车辆现代化的关键技术前言高速铁路正在全世界如火如萘地发展， 2002 年底统计世界新建高速铁路已达5435km ，2004年 4 月 1 日韩国首条高速铁路开通，速度达300km/h，2005年中国台湾省首条高速铁路也将开通，到2007 年全世界新建高速铁路还要增加 3267km 。高速列车是高速铁路的技术核心，是机车车辆现代化的具体载体。如果说高速铁路是现代高新技术的综合集成，则高速列车是机械、电子、材料、计算机、控制等现代技术综合集成的集中体现。根据国务院批准执行的“中长期铁路网规划”要求，2020 年前我国将修建四纵四横客运专线及三个城际快速客运系统共计达12000km以上，为此研究开发并攻克高速列车的关键技术，推进我国机车车辆现代化已成为当前摆在铁路科技工作者面前的紧迫任务。高速列车如按列车动力轮对分布和驱动设备的设置来分类，可分为动力集中型和动力分散型，如按列车的转向架布置、车辆联结方式来分类，可分为独立转向架式和铰接转向架式，各种类型的高速列车各有其优、缺点，但总体上均取得成功。随着高速列车速度提高到300km/h 以上，动力集中与动力分散两种类型正在相互靠拢，界线逐渐模糊，动力分散式相对集中，动力集中式将动轴扩展，粘着利用更加充分而性能价格比提高，正向着综合型式发展。各型高速列车不论具体结构及设备如何，其关键技术是一致的，可以列出如下十大技术领域：一、交流传动技术1. 高速列车牵引传动装置的特殊要求高速列车在高速下运行，其基本阻力大大增加，尤其是空气阻力与速度成二次函数关系，其功率与速度成三次函数关系，因此，必须具备大功率的牵引动力。高速列车牵引传动装置的特殊要求是：大的额定输出功率。牵引电机重量轻，易维修，耐恶劣环境条件。速度控制方便。电机的转矩速度特性较陡，可抑制空转，提高高速下粘着利用。电机无换向，不会引起电气、机械损耗，无环火故障。2. 交直交变换系统交直交变换系统是将单相交流电通过整流转变为直流电，又通过逆变器将直流电转变为可改变频率与电压的三相交流电，供交流牵引电机牵引所用，高速列车的交流传动系统与一般工业领域的变流装置相比，有其技术上的特点：调速范围宽，可从 0 速度一直到最高速度300km/h以上，而且调频连续无冲击。控制特性全面。从恒功控制到恒转矩控制，再到自然特性区控制，均可实现。有良好的快速动态响应特性。能适应空转，打滑、跳弓、离线等各种网压波动。输出电压波形质量良好，能尽量减少谐波分量，功率因数可接近为1.0 。牵引与再生制动可频繁转换。效率高、可靠性好。重量轻、体积小、耐振、可接近性好。在交流传动系统中，采用异步牵引电机越来越成为发展主流。自换向同步交流电机最大的优点是变流器控制装置比较简单，控制同步电机的GTO 晶闸管逆变器可靠、成本低，但同步交流电机仍存在换向机构( 滑环及电枢绕组 、其体积和重量相对异步电机要大，而且维修仍有困难。而异步牵引电机没有换向器，结构简单，体积小，重量轻，功率/重量比高，可实现电机无维修，因此更受欢迎。尤其是逆变器技术的进步，新型电力电子功率元件的发展，为异步电机广泛采用提供了优越条件。IGBT/IPM 元件发展迅速有取代GTO 元件的趋势。 20 世纪 70 年代，门极关断晶闸管 (GTO 首先问世，并迅速取代普通晶闸管，使变流技术迅速发展，它不再需要强迫换相电路，使逆变器构成简单，结构紧凑，在大功率领域得到采用，成为世界高速列车交流传动系统的主要组成。20 世纪末， IGBT(绝缘栅极、双极性晶体管、IPM(智能功率模块 等新型电力电子功率器件开发成功，使IGBT、IPM在高速列车上得到新的应用，它具有体积小，重量轻，可靠性高，能实现信号处理、故障诊断、自我保护等功能。因此IGBT 、IPM为新型高速列车如 700 系、E2系、E4 系、ICE-350 型等所采用。 GTO 与 IGBT/IPM的基本性能比较见表1。表 1 GTO 元件和 IGBT 、IPM基本性能比较GTO元件 IGBT/IPM 元件电压 4500V(6000V 3300V(4000V 电流 3000A4000A(可关断电流 1200A 开关频率 500Hz 3kHz 开关损耗 大 小通态损耗 小 大吸收回路损耗 大 小驱动功率 大( 电流控制型 小(电压控制型 di/dt,du/dt限制 严格( 需加阳极电抗器 不严(无需阳极电抗器 保护功能 外设 完善的自我保护精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用2 / 8 3. 牵引电机悬挂及机械传动方式传统的牵引电机采用轴悬式架承在轮对车轴上( 也叫抱轴式 ，这种方式缺点是电机全部重量支承在车轴上，增大簧下质量，引起轮轨冲击振动，恶化电机工作条件。高速列车的牵引电机可采用三种悬挂方式：架悬式：一般动力分散式均采用架悬式。优点是：结构简单，电机悬挂在转向架构架横梁侧面，用齿形联轴器与车轴齿轮箱联接。但这种方式仅适用于单轴功率较小的牵引电机，径向、轴向位移较小( 12mm 以内。万向轴体悬式：牵引电机悬挂在车体下，通过三滚子万向轴与齿轮箱相连，这种方式优点是传递功率较大，万向轴可传递8000Nm 的扭矩，缺点是万向轴要求很高制造精度。轮对空心轴半体悬式：该系统将牵引电机、齿轮传动系统和传递转矩的内外双空心轴及制动盘、轮对组装成一体，构成驱动制动单元。其优点是空心轴与车轴间径向间隙可补偿电机相对位移，但这种装置要求很高精度，必须先套内外空心轴于车轴上，再压装车轮。三种悬挂方式都已成功地采用在各型高速列车上。二、复合制动技术1. 高速列车制动系统必须具备的条件高速列车的制动系统，在技术上完全突破了传统的列车制动模式。高速列车制动系统必须具备的条件是：(1 尽可能缩短制动距离以保障行车安全高速列车必须尽可能缩短制动距离，因为自动闭塞的信号区间长度完全由列车允许的制动距离来决定。高速列车缩短制动距离的办法有：减少列车空走时间；采用大功率盘形制动机，并作为高速制动系统的主体；国际铁路联盟规定：在动力制动失效情况下，机械摩擦制动必须保证高速列车能在规定的制动距离内停车，以确保行车系统的安全。因此，摩擦制动为高速列车最终实现停车必不可少的基本制动方式。采用复合制动方式；高速列车制动能量巨大，若完全由盘形制动和闸瓦制动来承担，则制动盘及闸片(闸瓦 寿命将大大缩短。必须研究其他制动方式如动力制动、非粘着制动等来分担繁重的制动任务。只有在其他制动方式发生故障的特殊情况下，盘形制动才承担全部制动负荷，达到经济合理的匹配。(2 保证高速制动时车轮不滑行按速度控制制动力的大小以充分利用粘着；采用高性能的防滑装置；采用非粘着制动方式；(3 司机操纵制动系统灵活可靠，能适应列车自动控制的要求在高速下司机无法观察地面信号，必须采用列车自动控制系统，使列车制动力增减自如，制动平滑。(4 尽量降低制动系统的簧下重量制动盘的重量一般占全部簧下重量的10% ，是十分可观的。减轻制动盘重量的措施有：动轴的制动盘安装在轮对空心轴上，使之变为簧间质量；开发大功率、轻重量的新型制动盘，如碳素纤维复合材料制动盘、铝合金基复合材质制动盘等。2. 列车制动控制系统60 70年代，各国的高速列车均采用自动式或电磁直通式电空制动。八十年代以来，电子技术及微处理机技术发展迅猛，各国高速列车相继开发了电气指令式电空制动装置，以适应高速的需要，法国、日本，德国均以微处理机控制的电气指令电空制动装置作为高速列车制动控制系统。其共有的特点是：采用微机控制系统，制动力可高准确度调节；优先使用电力制动，并达到电力制动与空气制动协调配合；可由司机手动或根据列车运行自动控制系统的要求实行制动或缓解；各种方式的制动力组合或转换衔接平稳、无冲动，达到要求的舒适度。日本新干线运用的 300 系、500 系， 700 系等高速列车制动系统基本是数字式电气指令直通电空制动系统。在电力制动和空气制动协调控制时，日本动车组采用下列两种的方式。电空切换式这种方式是单独使用电力制动或空气制动，其相互切换是以两者制动力相等为原则。电空运算式采用制动指令值等于空气制动力加上再生制动力的电空运算控制方式。再生制动力不足部分由空气制动来补充。德国ICE 高速列车所采用制动控制系统是微处理机控制的模拟式电气指令自动电空制动系统。各车辆微机控制单元接收司机制动控制器发出的制动指令，同时输入空重车信号，按优先使用电力制动的原则，在进行各种制动方式的制动力比例信号混合运算后，将所需要的空气制动力的电信号指令送至EP电空转换控制单元，控制列车管充气或减压，从而控制空气分配阀动作，达到制动与缓解的作用。法国TGV高速列车制动控制系统是采用微处理机控制的模拟式电气指令直通电控制动系统。由于拖车上仅有空气制动，司机的制动指令直接传送到拖车的电空转换阀(此时拖车上安装的UIC标准空气分配阀仅作备用 ，并通过中继阀执行制动及缓解功能。拖车的速度控制器实现215km/h 为分界点的两种制动缸最高压力控制，以利于有效利用制动粘着。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用3 / 8 三种制动控制系统的最主要不同点在于指令控制方法不同。日本采用了数字式电气指令直通式电气制动模式。从司机控制器引出很多根指令线，根据制动，缓解要求，使各指令线交替供电，输出不同等级的指令，送入电子控制系统演算，最后输出电流指令。制动缸是由副风缸直接供风制动。其备用制动系统也是简单式的直通空气制动。德国采用了模拟式电气指令自动式电空制动模式。由司机制动控制器输出不同的电信号，送入微处理器进行演算，然后将电信号送入EP电空转换阀，并控制列车管的精确充排气，通过分配阀的作用使盘形制动动作。这种模式可以节省空气备用制动系统，但空走时间稍长。法国采用了模拟式电气指令直通式电空制动模式。同样由司机制动控制器输出不同的电信号，送入微处理器进行演算，并由电空EP转换阀将空气信号送到中继阀，直接控制副风缸向制动缸充排风，实现制动和缓解。在每一个转向架上均备有标准的空气分配阀，作为备用制动系统。3. 基础制动系统大功率盘形制动装置盘形制动机是高速列车诸多基础制动方式中最为重要的一种。制动盘与闸片在高速制动时承受极为苛刻的热负荷。为此必须重点解决两个问题：一是增加制动盘的强度和减少热裂纹；一是减轻制动盘的重量，降低高速转向架的簧下重量。表 2 为各国正在使用及研究开发的制动盘材料及性能比较。各国正在使用及研究开发的制动盘材质表 2 材料 特点 强度 (Mpa 比重(g/cm2 用途 研究的国家分 类 材料名称铁系金属材料 铸铁系片状石墨铸铁摩擦特性稳定、价廉 250 7.2 客车、动车 世界各国Ni-Cr-Mo低合金铸铁摩擦特性稳定、合金化 250 7.2 高速动车日本、德国蠕虫状石墨铸铁 高强度石墨形状改变 500 7.2 旧线动车、客车英国、日本奥氏体等温淬火处理铸铁 高强度热处理 400 7.2 正在研究 日本铸铁铸钢包层材料 摩擦材料 +强度材料复合 200+500 7.2+7.8 新干线高速动车日本钢系铸钢 高强度耐热裂 800 7.8 ICE等 日本、德国锻钢高强度耐热裂 800 7.8 日本新干新、 TGV 、ICE 日本、法国德国复合材料 非金属系碳/碳纤维复合材料重量轻耐热裂 150 1.5 1.8 正在研制并在 TGV试用 日本、法国德国、英国金属系铝合金基复合材料重量轻耐磨 300 2.9 正在研究开发中日本、法、德、英、美表 3 是各种闸片材质的特性比较。各种制动闸片的特性比较表 3 铸铁闸片 特种铸铁闸片合成闸片 粉末冶金闸片摩擦系数 1 1 2 23 2 3 润湿时摩擦系数 稳定 稳定 不稳定稍不稳定磨耗量 1 0.3 0.5 0.1 0.1 重量 1 1 价格 1 1.5 2.5 5 6 主要适用车种 内、电动车机车、客车各种车均用内、电动车高速客车特快高速列车(2 制动盘结构：传统的制动盘设有径向冷却风道，对于消散热量，增加热负荷承受能力具有很大的作用。但是在高速列车速度达到250km/h 以上时，每个带径向冷却风道的制动盘气流损失达34kW 。为了减少这种损失，德国曾在高速列车上采用具有圆形或椭园形截面的立柱，增加气流的涡流度，减少空气消耗，在热量消散程度较好情况下，气流损失减少40% 。法国又研制了整体锻钢的不通风实体制动盘结构，重量为传统制动盘的80% ，而气流功率损失减到最少。但由于制动后热量消散缓慢，所以此种制动盘必须采用比热大，热容量大，抗热裂强度高的材质，如高强度锻钢，甚至碳素纤维复合材料等材质，以保证在承受高的制动热负荷时制动盘不会受损伤。4. 非粘着制动方式电磁轨道制动，电磁涡流轨道制动。(1 电磁轨道制动磁轨制动的优点是：A.消耗功率小，每一 M电磁铁仅消耗 1kW功率；电流为 6kA，由蓄电池供电即能励磁，在动车、拖车上均可采用。B.使用时对钢轨表面有清扫作用，有利于提高粘着系数。C.制动时簧下质量不增加，直接支撑在钢轨上，不需附加长的横梁，不用调整间隙。但磁轨制动的缺点是：A.其作用是基于磁铁摩擦块与钢轨表面摩擦引起的摩擦力，它会引起钢轨表面局部过热磨耗，严重时导致钢轨损伤。B.制动力不易调整控制。 C.由于磁轨制动的摩擦制动力随速度的增加呈下降趋势，速度越高、制动力越弱。D.增加转向架的重量，每辆车要增加1.0 吨重量。 E.冬天有结冰的危险。 F. 常用制动不能应用。ICE1 、ICE2 型拖车上决定采用磁轨制动。(2 涡流轨道制动涡流轨道制动具有下列的优点： A.钢轨与磁铁均无磨耗。 B.高速时可以得到较大的制动力。因此在常用制动时也可以发挥较大的作用。C.制动时具有很好的控制性能。D.任何气候下，包括下雪结冰都有可靠的制动效果。涡流轨道制动的缺点是： A.制动时励磁消耗功率较高，每1M长磁铁励磁功率达到22-37kW ，励磁电流 31kA。B.在制动过程中引起钢轨发热严重，钢轨温升还会引起钢轨变形，造成线路失稳问题。C.在速度低于 50km/h时，涡流轨精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用4 / 8 道制动机的制动分力迅速减小而垂直方向的磁吸引力却过大，导致不能再工作，通常加以切断。D.涡流轨道制动机对信集闭设备尚有一定的影响。可采用新型轨道电路的办法解决。E.每辆车增加重量约 2.4t 。涡流轨道制动机在 100% 励磁时 ( 励磁功率为 28kW ，250km/h的每 M涡流轨道制动力可达7.2kN，空气间隙应尽量保持7mm 不变。如果偏差 1mm ，制动力变化 10% 。在速度从330km/h降到 100km/h，涡流电磁铁的电流额定值36kA，当速度在 10050km/h时，电流降到其额定值65% 。ICE3 型列车的涡流轨道制动只能在装有LZB的无碴轨道线路上才可正常使用。5. 动力制动电阻制动与再生制动目前再生制动已经在德国 ICE1，ICE2，ICE3 型，意大利 ETR500 ，ETR450 ，瑞典 X2000，日本 300 系，500系， 700 系，E1 系，E4系， E2系， E3系，法国 TGV-欧州之星，韩国 KTX型等高速列车上广泛采用。根据法国铁路的规定，电阻制动属于安全制动类，即使接触网发生故障，电阻制动所需的励磁电流无法从电网上获取，但仍然可以由蓄电池组供电，因此属于“安全”电制动类型。目前在法国本土运用的 TGV高速动车组上没有采用再生制动，原因有二：一是法国既有线路的变电站大部分为直流变电站，不能接受再生制动的反馈电流；二是法国高速线的站间距比较长，如果采用再生制动，能够回收的电能不足 2% ，是很有限的，一般说至少每年能回收电能超过5% ，采用再生制动才有价值。而韩国的高速铁路停站较多，每年再生可回收电能已超过5% ，因此，由法国生产的韩国高速列车KTX型上采用了再生制动系统。6. 复合制动的有机组合各国均采用由微机控制将各种制动方式有机地综合起来。(1 法国 TGV高速动车组的综合制动方式法国TGV-PSE 动车组在动车转向架 ( 共 6 台上采用电阻制动与铸铁闸瓦制动，拖车上采用盘形制动及合成闸片及铸铁闸瓦制动。控制方法是采用编制固定程序方法，全部制动能量中，电阻制动约消耗40%(TGV-A 为 18% ，铸铁闸瓦约消耗15%(TGV-A 粉末冶金闸瓦 8% ，其余由盘形制动所吸收。(2 德国 ICE 高速动车组的综合制动方式ICE 高速列车在动力车上采用了具有交流异步牵引电机的再生制动及耐热合金铸钢盘(ICE3 有涡流轨道制动 。拖车上装有耐热合金铸钢盘。由微机控制的制动分配系统将几种制动方式有机平稳地组合在一起，以获得几乎恒定的制动力曲线。(3 日本高速动车组的综合制动方式：再生制动，锻钢制动盘与粉末冶金闸片组成的高性能盘形制动及涡流盘形制动等组合成复合制动系统，由微机统一协调各种制动力的分配。三、高性能转向架技术1. 高速转向架必须具备的动力学特性高速运行稳定性：通常被称为蛇行稳定性。它不但影响列车的平稳性，而且也会导致脱轨，危及运行安全。舒适性：即走行部振动平稳性对车辆内旅客的反映。走行安全性：因轮/轨作用力不当而产生脱轨的可能性。曲线通过性能：是指不应在通过曲线时对轨道和转向架产生不利的静态和动态作用力。高速转向架的关键技术是一系悬挂系统及二系悬挂系统的优化设计及制造。2. 一系悬挂系统一系悬挂系统的轴箱定位刚度和簧下质量对直线运动稳定性有较大影响。另外，车轮踏面等效锥度，轴距等对车辆临界速度也有一定影响，为了实现轴箱在纵向和横向的合理定位刚度，同时减轻簧下质量，日本、法国、德国都在高速转向架设计中采用各种型式结构的轴箱定位装置，各家均有不同的观点。但最终还应通过线路实验来证明设计的合理性。不同的设计是针对性地解决不同的动力学特性问题，力求在整体性能上达到好的效果。3. 二系悬挂系统空气弹簧作为二系悬挂系统的关键部件，成功地解决了车体振动问题，特别是垂向振动及乘坐舒适性问题。空气弹簧的设计经历了从约束膜式发展到自由膜式过程。空气弹簧内部节流孔也从初期固定式发展为可变式。在发展无摇枕转向架后，空气弹簧的横向刚度降低，水平变位可大于100mm ，各种形式的空簧设计都有不同的技巧，4. 减轻横向振动的主动、半主动有源控制系统高速列车的稳定性、平稳性，曲线通过性能是相互制约的，在参数选取方面是难以获得兼顾的最优匹配系统，比如在直线运行稳定性与曲线通过性能在轴箱定位刚度的选取上是相互矛盾的，空气弹簧参数在平稳性和相对位移间也是矛盾的，采用主动或半主动有源控制技术，目的是适应复杂条件使转向架动力学性能具有随机应变的能力，更好地解决横向振动问题，提高高速下的舒适性。主动控制是采用液压或气压反馈控制技术，在控制系统指令下产生适合的作用力以抑制振动的发生与扩大。这种技术正在国外一些车辆上试用，如在日本E2-1000 系高速列车上首先实验了这系统，动力源采用气压、在275km/h速度下尾部车辆测得的横向加速度减少了一半，振动下降8dB。德国在 ICE-2 型高速列车上也作了相似的实验，取得良好效果。半主动控制是用控制系统控制液压阻尼器，使其改变阻尼特性与阻力，对振动加以抑制，它比主动控制在结构、装置上更简单可靠，但对振动的抑制作用有一定局限性。日本500 系、 700 系高速列车均已采用半主动控制技术。四、轻量化技术1. 车体轻量化技术车体轻量化的主要途径是采用新材料和优化结构设计。传统的车体材料是碳素钢，由于预留了较大的腐蚀余量，因此自重大、寿命短，因此各国高速列车在车体设计制造中已基本采用铝合金挤压型材或不锈钢材，使车体结构实现无涂装、免维修或少维修。尤其是铝合金挤压型材，包括异型或大截面空腹型材，是目前高速列车车体结构的主导材料。大量采用高分子材料作为车厢内部设备材料也有很大的减重效果，如水箱，集便器、整体厕所，座椅等。合理优化结构设计，充分利用强度理论和优化分析程序，把车体设计成整体承载的筒型结构，如日本的500 系，德国的 ICE3 型高速列车的车体结构通过优化，在强度、刚度满足需求基础上，可降低车体结构金属重量10% 以上。2. 转向架轻量化技术转向架重量约占车辆自重的 2030% ，因此高速列车转向架轻量化具有重要意义。各国高速列车的转向架轻量化技术主要包括如下方面：采用无摇枕结构；构架采用H型钢板焊接结构，取消端梁；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用5 / 8 采用空心车轴，内径 60mm ；车轮小型化；采用铝合金齿轮箱和轴箱；采用交流牵引电机；制动盘轻量化。日本700 系动车转向架重量只有6.6t ，500 系动车转向架重 6.5t ，但 100系动车转向架重达9.8t. 五、外型的空气动力学设计技术1. 高速列车的空气动力学特性与高速列车相关的空气动力学特性包括：在开宽地区运行时列车的表面压力；两列高速列车会车时表面压力；隧道内列车表面压力；隧道微气压波；列车风对站台退避距离影响；列车空气阻力。2. 头型设计各种头型的流线化主要目的是降低空气阻力，减少压力波、改善尾部涡流、减少列车交会时压力波动值。头型设计一般长细比越大，减少阻力越有效，但制造难度及制造成本相对增加。日本500 系高速列车头型部分长度达15m，700 系长 9.2m，而 300 系长度 6.0m，100 系长度为 5.5m，0 系长度最小仅 4.4m。空气动力学性能以500 系为最优，以此类推。3. 车体外形设计车体外形设计关键是要求车体表面光滑平整，车厢间连接平滑过渡，最大程度减少空气阻力、交会压力波、气动侧向力。高速列车车体外形设计主要是横截面形状设计，当前以腰鼓形设计为多，有利于减少各种空气阻力。车底部应设计有封闭外罩，可以有效减少紊流。六、的控制、监测和诊断技术1. 高速列车控制、监测和诊断系统的技术功能正确控制和监测列车安全运行；保证每辆车内受控设备完全按司机操纵和行车指挥命令协调工作；使司机及时发现各种故障，以便及时采取应急处理措施或通知地面维修部门；传输信息的通信网络功能，2. 控制技术(1 列车控制级列车控制级主要由动力车上的主控单元执行以下任务：将控制所需的状态信息送至各车辆的计算机接点，实现本务动力车对其他动力车的重联控制；自动牵引/ 电制动控制，对各种制动设备进行制动力的分配，控制拖车侧门的开启和关闭；收集诊断数据，并在显示屏上显示；在通信故障时，司机仍能对列车进行常用制动和紧急制动的控制；与旅客信息系统接口；对信息传输实施管理。(2 动力车车厢控制级动力车车厢总线控制级的主要任务是控制：牵引控制单元；空气制动控制单元；对电气主要参数进行监测和安全联锁；网侧变流器控制；司机室空调控制及轴温检测；电机侧变流器控制；辅助变流器控制；查知本车各计算机装置的状态。(3 拖车车厢控制级拖车控制的任务是：拖车车门控制；防滑控制；轴温检测：；车厢内压力和温度的空调控制；拖车制动控制；列车和拖车车厢供电控制。3. 监测、诊断技术(1 监测和诊断系统的任务监测和诊断的主要任务是：各种信息 ( 包括 ATC 收集显示；识别部件磨耗和偶发性故障，并记录故障信息；在故障情况下提示运行方式；提示迅速排除故障的维修方式；在必要时提示紧急制动作用；自动化整备作业。(2 车载诊断系统分类分为下列三个层次。部件诊断；单节车辆诊断； 列车诊断；(3 诊断结果处理及显示诊断结果作如下两种平行的处理：行车过程中将诊断结果输入车载微机系统进行判断分类，然后向列车控制发出相关的指令；在行车中或检修中将诊断结果送入列车状态数据存储装置或其他数据库，为维修提供信息。显示：在动车司机驾驶台的显示屏幕上显示主要的诊断结果；在各控制级的故障读出端口处由维修人员使用便携机读出诊断结果。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用6 / 8 (4 控制、监测和诊断信息的传输列车总线上的信息动力车之间的交换信息动力车和拖车间交换的信息动车车厢总线上的信息拖车车厢总线上的信息七、车间密接式连接技术1. 密接式车钩缓冲器技术传统车钩在车辆连挂后，沿中心线方向 ( 纵向的间隙量最大可超过30mm 。这样大的间隙在列车运行中无论起动、制动、调速都将产生很高的加速度和冲击力，对高速列车的运行平稳性极为不利。目前世界各国高速列车密接式车钩连接面的纵向间隙一般都小于2mm ，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。高速列车的密接式钩缓装置应具有以下基本技术性能：(1 自动车钩连挂和分解功能，并具有手动连挂分解功能。(2 具有电器和风管自动连接或手动整体连接功能。(3 具有足够的强度和刚度。(4 缓冲器在满足容量要求的前提下，尽量减小初压力。(5 尽可能缩小体积和重量。德国密接式车钩其基本特征参数为：车钩纵向间隙01.5mm ；缓冲器容量1025KJ；缓冲器行程为 50100mm ；车钩最低抗压破坏强度不小于1500kN ，电气连接线和风管随车钩自动连接。日本用的密接式车钩其基本特征参数为：车钩纵向间隙小于1.5mm ；缓冲器为复式橡胶缓冲器，最大容量10KJ；车钩强度为 1600kN ，风管随车钩自动连接，电气连接为整体手动连接。2. 铰接式车体连接技术以法国TGV为代表的铰接式高速列车，由于中间客车是两车体间共用一个转向架，所以两辆车体之间的连接结构与普通车辆之间的车钩缓冲装置的连接方式有着本质的区别。八、车厢密封减噪及集便排污技术1. 车厢密封减噪技术车厢密封技术包括下列方面；车体的挤压型材或钢型材等采用连续焊接；车窗采用气密性强的双层玻璃结构，夹层内充惰性气体，四周用多硫橡胶密封；车门采用压力密封式塞拉门；空调装置采用压力缓和装置，以防止车外气压突然变化时空调的进排气受到影响。气密式风档。具有良好的气密性、水密性及伸缩性。检查车厢密封的标准，日本高速列车采用车厢内最大压力变化不大于1000Pa ，最大压力变化率新车小于200Pa/s，旧车小于 300Pa/s。德国高速列车车厢内最大压力变化不大于1000Pa ，最大压力变化率200400Pa/s 。2. 集便排污技术全封闭式厕所，在欧、美、日本等国高速列车上一直在使用。形式各有不同，主要有下列两种型式：(1 循环式厕所：使用经过化学剂杀菌，漂白及过滤的污水作为循环冲洗水，并依靠重力排放到便池下方的污物箱中，该形式又可分为气动循环式和电动循环式两种。(2 真空式厕所分为两种方式污物箱带有部分时间为负压的系统，由真空泵生产污物负压。该系统是瑞典国家铁路与Electrolux公司共同研制的，在二十世纪八十年代已在瑞典铁路及世界各地得到应用。另一种为污物箱负压由压力空气喷射产生。该系统是瑞典Evac 公司生产的，已为欧洲之星等型高速列车、日本新干线以及法国新造车上使用。九、倾摆式车体技术1. 高速列车倾摆式车体发展简况20 世纪 60年代中期，英国、法国、德国、意大利、瑞典、加拿大等国先后分别研究摆式列车技术。目的是不对线路设施进行重大改造，而仅对机车车辆进行改造，以提高列车行车速度，以期大幅度降低改造费用。主动式摆式列车以意大利的 Pendolino(ETR450、ETR460等、瑞典的 X2000为代表。被动式以西班牙的Talgo Pendular 为代表。这些列车的已得到广泛应用。2. 倾摆式车体控制技术精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用7 / 8 图 1 倾摆系统控制原理图倾摆系统控制原理如图 1 所示。3. 倾摆式车体执行部分摆式列车的全部客车(拖车、尾车 都装有有源式车体倾摆系统。倾摆动作由电液伺服系统来完成的。正常工作时，倾摆动作受列车计算机系统 (TRACS 控制和监视。每节车辆的倾摆由1 个闭环调节系统所控制：即每个转向架上的光学数字角度传感器，能测出车体的实际摆角并反馈给调节器，调节器再把信号送到伺机服阀，以控制液压油流向各液压油缸。此系统监测所得故障和异常情况将通过车上的故障示系统向司机显示。在计算机系统发生故障的情况下，1 个模拟备用系统将自动接替它的工作。十、受电弓技术1. 高速列车受电弓的发展为了取得良好的受流效果，高速列车在低速一元弓和二元弓基础上，发展为目前的三元弓，即在二元弓基础上进一步将弓头分为滑板和滑板座，其间设置了支撑弹簧，使受电弓成为三质点。这些受电弓包括德国在ICE3 型高速列车上使用的DSA-350SEK 型，法国 TGV-A型高速列车上使用的GPU 型，以及在 AGV高速列车上将使用 CX型。2. 受电弓主要技术特性受电弓的主要技术特性应包括：(1 弓头质量小，具有良好的追随特性；(2 具有良好空气动力学特性，高速时受电弓抬升力小，上臂与弓头间空气动力作用小，运行稳定。(3 与接触网参数能很好地匹配，以获得良好的受流性能，减少离线率。(4 能双向运行，并具有防护装置保护接触导线免受损坏。(5 结构简单，维修方便。3. 弓网关系进一步优化弓网关系进一步优化的目标是改进下述各项参数指标：(1 波动传播速度：其值越高则弓网关系越适应于高速；(2 增强因数，其值越小越好。该指标要求受电弓在高速运行时，被激发的振动在传播和反射中不被加强，振幅的增强程度就用增强因数表示，其值越小越好，它与波动传播速度、接触导线和承力索的张力及受电弓的追随特性均有关。(3 受电弓与接触网动态接触压力应控制在40120N之间。接触压力太小将导致接触不良，引起电弧、离线。接触压力太大造成接触网抬升量过大、受电弓运动振幅加大，导致受流恶化。结论：高速列车的十大关键技术是世界各国铁路在机车车辆技术发展过程中不断创新、不断优化，各门学科相互渗透、相互交叉发展的综合成果，是高新技术在铁路行业系统最综合的集成。研究开发及引进消化这些关键技术是推进我国铁路机车车辆现代化的关键举措。参考文献1. 钱立新 . 世界高速铁路技术 .中国铁道出版社， 2003.8 2. 钱立新 . 世界高速列车技术的最新进展.中国铁道科学， 2003.24(N04111 3. D.Briginshaw.DB Celebrates 10 Years of Rail Reforml.Reform.IRJ.2004(3 4. M.Knatton.Korea Fulfils a High-spdde Dream.IRJ.2004(3 作者简介：钱立新，1941 年 8 月生，铁道科学研究院研究员、博导，学术委员会副主任兼秘书长，铁道机车车辆专业，北京市海淀区大柳树路2 号，100081，电话 86-10-51849443 ，传真 86-10-51849045，Email ：lxqianrails.com.cn 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用8 / 8 申明：所有资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，勿做商业用途。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页