第三章 高速铁路的牵引动力
《高速铁路概论》课程标准
《高速铁路概论》课程标准1.课程说明《高速铁路概论》课程标准课程编码〔36557〕承担单位〔建筑工程学院〕制定〔〕制定日期〔2022.10.08〕审核〔建筑工程学院专业指导委员会〕审核日期〔2022.10.23〕批准〔〕批准日期〔2022.10.23〕（1）课程性质：本课程是铁道工程技术专业的一门专业基础课，是为学习专业而设置的。
主要讲授高速铁路线路、牵引动力、高速铁路动车组、高速铁路信号控制系统及通信系统，高速铁路车站设置，高速铁路的运营组织等方面的内容。
（2）课程任务：主要针对铁道工程技术专业等岗位开设，主要任务是培养学生在铁道工程技术专业的施工岗位、管理岗位的基本能力。
（3）课程衔接：在课程设置上，前导课程有《工程地质》、《土质学与土力学》、《基础工程等》。
2.学习目标通过本课程的学习，使学员建立铁路运输的整体概念，树立铁路运输高度集中；、统一指挥的重要理念，了解铁路各专业之间的关系理念和铁路运输机制，确定本专业在整个铁路运输业的地位和重要性，为后续课程的学习奠定基础。
学生在知识和能力方面应达到：通过本课程的教学，应使学生达到下列基本要求：1)了解国内外高速铁路的发展概况及其主要技术经济优势。
2)掌握高速铁路对线路平纵断面、轨道、路基、桥梁和隧道设计的特殊性，对维修养护作业的特殊要求。
3)掌握高速铁路牵引变电所、接触网、受电弓、车辆动力装置的基本原理。
4)掌握高速铁路动车组的基本类型、主要技术特点、基本构造和关键技术。
5)掌握高速铁路信号控制系统和通信系统的基本组成和基本原理。
6)掌握高速铁路车站的技术特点、分类、车站技术设备和枢纽的基本概念。
7)掌握高速铁路运输计划编制、通过能力计算、车站作业组织、调度指挥、客运服务、市场营销的基本方法和基本要求。
3.课程设计1）应的职业岗位（群）的职业标准，确定课程目标。
依托铁道运输类岗位职业标准，以铁道运输类岗位技能构建课程内容，针对铁道运输类岗位的典型工作任务，分析岗位所需的知识、技能和态度，确定学生应具备的专业能力、方法能力和社会能力，确定课程培养目标。
高速铁路的牵引技术通用课件
电力牵引系统的控制与保护
控制系统的组成
主要包括列车控制系统和牵引控 制系统，用于控制列车的运行速 度、加速度和制动等。
保护系统的组成
主要包括继电保护、自动重合闸 、故障定位等装置，用于检测和 排除故障，确保列车的安全运行 。
2023
PART 03
高速铁路的动车组与牵引 动力
REPORTING
高速铁路动车组的组成与特点
详细描述
接触网通常采用架空接触网形式，具有弹性好、稳定性高的特点；受电弓则要求具有耐磨、耐腐蚀、 导电性好等性能。为确保安全可靠运行，需定期对接触网和受电弓进行检查和维护。
2023
PART 05
高速铁路的牵引技术安全 与可靠性
REPORTING
牵引技术的安全保障措施
定期维护和检查
对牵引设备进行定期维护和检查，确保设备处于良好状态。
安全监测系统
建立安全监测系统，实时监测牵引设备的运行状态，及时发现和 处理异常情况。
应急预案
制定应急预案，对牵引设备发生故障或其他紧急情况时进行快速 响应和处理。
牵引设备的可靠性分析
可靠性评估
对牵引设备进行可靠性评估，了解设备的可靠性和寿 命。
故障模式与影响分析
分析牵引设备的故障模式和影响，找出潜在的故障原 因和改进措施。
2023
高速铁路的牵引技术 通用课件
REPORTING
2023
目录
• 高速铁路牵引技术概述 • 高速铁路的供电与电力牵引系统 • 高速铁路的动车组与牵引动力 • 高速铁路的牵引供电系统与设备 • 高速铁路的牵引技术安全与可靠性 • 高速铁路的牵引技术经济与社会效益
2023
PART 01
高速铁路牵引技术概述
高速铁路动车组简介
高速铁路动车组简介(一)牵引动力及牵引方式比选1、高速列车应采用电力牵引内燃牵引和电力牵引两种牵引种类列车速度从100km/h增加到300km/h时，运行阻力约增加5倍，此时牵引列车的总功率则为100km/h时的15倍电力牵引更适宜高速列车的牵引内燃牵引是很难实现的主要原因如下：（1）目前我国功率最大的DF8内燃机车标称功率为2720kw，柴油-发电机组总重为30.87t，柴油机组平均每千瓦功率金属消耗量为11.35kg/kw。
而电力机车以 SS3为例，机车功率为4320kw，主变压器重12.4t，平均每千瓦功率金属消耗量为 2.87kg/kw。
因此牵引动力装置在轴重和轴数维持一样的条件下，电力牵引可实现更大的牵引功率。
（2）内燃牵引若实现高速牵引则必须提高柴油机功率，必然会增加柴油发电机组及辅助系统重量，最终会导致机车轴重或轴数增加。
轴重的增加对高速列车的运行是极其有害的，它增大了轮对对钢轨的冲击力，易导致钢轨的折断，并增加了轨道线路的养护维修工作量和维修费用。
若为了维持轴重不增加而增加轴数，如采用C0-C0式转向架或B0-B0-B0式转向架，或组合式机车，使转向架复杂，不利于机车的高速运行。
（3）大功率柴油机的噪音及排放的废气对环境造成严重的污染，影响旅行的舒适度，同时由于机车燃料油的储备有限，列车不能长距离行驶，需换挂机车或在站上补充燃料及水，增加了列车辅助作业时间。
电力牵引由于牵引功率的增加，对列车的质量影响很小，易实现大功率牵引，所以高速列车最佳的牵引方式为电力牵引。
2、高速铁路宜采用动车组目前我国铁路基本上采用机车牵引旅客列车的输送方式，机车和旅客列车分别整备，机车在车站联挂列车后出行,机车只在规定的交路范围内运行。
这种运行方式有以下缺点：（1）机车按规定交路行驶，中途须换挂机车，辅助作业时间延长，从而使旅行时间延长。
而动车组本身在运行中不需更换牵引动力，有效地压缩了运行时间。
（2）列车出入始发（终到）站时通过车站咽喉区每开行一对旅客列车，则占用咽喉次数达6次，造成咽喉区能力紧张。
高速铁路的牵引动力共77页PPT
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 起而 读书。 ——周 恩来
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
高速铁路概论第三章 高速列车牵引动力
3、牵引动力集中配置与分散配置的比较
为了对不同机车车辆簧下质量的影响进行比较，通常采用 等效簧下质量的概念。牵引动力集中配置的高速列车动力车 的每轮等效簧下质量略低于动力分散配置的数值。
3、牵引动力集中配置与分散配置的比较
（3）粘着利用和加速性能
充分利用粘着是高速列车牵引动力设计时的一个重要的指 导思想。日本在研制牵引动力装置时，认为粘着系数将随速 度的提高而下降，担心单轴的粘着力过小，只好增加动轴的 数量，以保证足够的牵引力，这就是日本的高速列车的牵引 动力采用分散配置形式的原因之一。
空气阻力的计算公式为：
方空 成气 正阻
D 空1 2气C 密dV 度2A(Cdd L)
比力 与
C d 空气阻力系数
列 车 速
V 列车速度
A 列车断面积
度 的 平
C d
列车压力阻力系数 列车侧面气动摩擦系数
L 列车长度
d 列车气动直径
三、牵引动力及其配置
1、牵引动力的形式
电力牵引 内燃电传动牵引
电力牵引的优点：功率大、轴重小、经济性能好、环境污染小 电力牵引的缺点：初期投资大 内燃电传动牵引的优点：投资少、见效快、经济性能好
概 第
一
节 述
从速度上看，目前已开行的高速列车的最高速度可以划分为 三个等级。
第一速度级： 最高运行速度200～250Km/h 第二速度级： 最高运行速度250～300Km/h 第三速度级： 最高运行速度300Km/h以上
第三章 铁路机车
把对F和V的这种要求表示在坐标上，应该是一条双曲
线，如下图所示。这条曲线叫做机车理想牵引性能曲线，
无论任何一种机车的牵引性能，都应与它相符合。 当然， 曲线的两端不能无限延长。左端，牵引力不能超过轮轨之 间的粘着力，否则车轮会空转；右端，速度也不能超过机 车构造速度所能允许的范围
转矩较大，而转速较低，反之，则转矩减小，转速上升。
•
•
第二节、内燃机车
内燃机车视频
3.1 内燃机车
内燃机车的优点：热效率高；动力
装置体积小，功率大；用水少；利用率 高；速度高；劳动条件好,用内燃机车替 换蒸汽机车方便。缺点是:造价高、维修 工作量大、对大气有污染。 内燃机车按传动方式的不同可分为 电力传动内燃机车和液力传动内燃机车 两种类型。 铁路上采用的内燃机绝大多数是柴油机， 是将柴油燃烧产生的热能转变为由柴油 机曲轴输出机械能的动力机械。
电的一种特殊形式的输电线路，
包含:接触悬挂、支持设备、支 柱与基础等设备。 接触网根据其接触悬挂类型， 可以分为简单接触悬挂和弹性链
形接触悬挂两类。
图3-54 接触网
接触网的结构
1)接触悬挂包括吊弦、承力索、接触导线和补偿装置等。
弹性 链形接触悬挂是将 简单接触悬挂是将接触导线 直接通过吊弦挂在承力索上 的 悬挂类型。
牵引发电机
电力传动内燃机车的能量传 输过程是由柴油机驱动主发电机 发电，然后向牵引电动机供电使 其旋转，并通过牵引齿轮传动驱 动机车轮对旋转。 在电力传动内燃机车上，一般都
电动机 柴油机
采用直流串励电动机。
内燃机车主要由柴油机、传动装 置、走行部、车体、车底架、车钩缓
电力传动工作原理 1－柴油机；2－牵引发电机；3－电路； 4－牵引电动机；5－主动齿轮； 6－从动齿轮；7－动轮。
高速铁路概论教案12.10终版
教案2019 ~2020 学年第一学期学院（部）交通运输课程名称《高速铁路概论》专业、年级、班级乘务1901~1902主讲教师教案编写说明教案又称课时授课计划，是任课教师的教学实施方案。
任课教师应根据专业的培养方案，紧扣教学大纲，认真分析教学内容，切合学生实际，提前编写设计好每门课程每个章、节或主题的全部教学活动。
教案编写说明如下：1、编号：按施教的顺序标明序号（每堂课一个序号）。
2、学时数：指完成一个授课题目所用教学时间。
理论课通常以学时数为单位（一般2学时），而实践课则以学时数，天数或周数为单位。
3、授课类型表示所授课程的类型，请在理论课、实验课、习题课、实践课及其它栏内选择打“√”。
4、授课题目：标明章、节或主题。
5、教学目的要求。
6、教学重点、难点。
5、教学方式和手段。
6、教学过程（含复习旧课、引入新课、组织教学、启发思维等）。
将授课的内容按逻辑层次，有序设计编排。
本部分不同专业的授课可有自己的特色。
7、讨论、思考题和作业。
8、参考资料：列出参考书籍、有关资料。
9、日期的填写系指本堂课授课的时间。
授课教案应根据专业技术领域发展、教学要求变化、学生实际水平，以及教师以往教学的课后小结、批注等进行补充、修改或重写，以保持教学内容的先进性和适用性。
请妥善保存各阶段的教案，并配合好学院（部）的教学检查和归档等工作。
编号：1备注：电子版的字体为宋体。
编号：2备注：电子版的字体为宋体。
编号：3备注：电子版的字体为宋体。
编号：4编号：5编号：6编号：7编号：8编号：9编号：10编号：11编号：12编号：13编号：14编号：15编号：16。
高铁概论学习指导书
铁道运输专业高铁概论课程学习指导书一、课程简介本课程是铁道运输（客货运）专业的专业课，是为了追踪国内外高速铁路发展趋势、反映铁路最新成果和发展动态而开设的一门新课程。
主要介绍高速铁路的发展趋势和进展、基础设施和活动设备、高速铁路的运营管理和磁悬浮高速铁路相关技术。
通过本课程的学习，使学员达到了解高速铁路线路组成；高速铁路供电、高铁信号与通信系统；高速铁路动车组；高速铁路运输组织及磁悬浮铁路的基本知识。
本课程自学课时36节，考试形式：闭卷二、自学指导（一）阅读教材《高速铁路概论》《第一章绪论》1、泛读：第一章第二节第5页至第8页第一章第三节第8页至第16页2、精读：第一章第一节第1页至第5页3、知识点精析重点：高速铁路的概念了解：高速铁路的形式；了解高速铁路的主要技术经济特点；了解我国高速铁路的现状。
（二）阅读教材《高速铁路概论》《第二章高速铁路线路》1、泛读：第二章第一节第17页至第18页；第二章第三节第32页至第35页；第二章第四节第38页至第46页；第二章第五节第51页至第52页；第二章第六节第56页至第59页。
2、精读：第二章第二节第18页至第23页；第二章第三节第23页至第31页；第二章第四节第35页至第38页；第二章第五节第46页至第51页；第二章第六节第52页至第56页。
3、知识点精析重点：高速铁路对线路平面、纵断面的要求；高速铁路对轨道的要求；对路基的要求；及对桥梁的要求；对隧道的要求。
了解：高速铁路线路的特征；高速铁路轨道结构；高速铁路路基的结构和特点；高速铁路桥梁的构造和特点；高速铁路隧道的构造和特点。
（三）阅读教材《高速铁路概论》《第三章高速铁路供电》1、泛读：第三章第一节第63页至第67页；第三章第二节第77页至第84页；第三章第三节第85页至第86页；2、精读：第三章第一节第60页至第62页；第三章第二节第73页至第77页。
3、知识点精析重点：高速铁路线路供电系统的组成；高速铁路的供电方式；高速铁路接触网的基本结构。
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1.1.2 关键技术
动车组的九大关键技术
铝合金、不锈钢车体
列车网络控制系统
动车组动系统 牵引变流器 牵引变压器
• 参数比较 • 优缺点概括 • 未来发展趋势
两种方式的比较
平均轴重：集中小：ICE 12.5t 0系16t 100系15t
最大轴重：集中大：ICE 19t/17t TGV 17t
受电弓数：集中少：1~2弓，距离远 100系6弓
粘着利用：分散好 加 速 性：分散好（交流传动，轴功率大，集中也好）
头车底部设备安装
十项主要配套 技术的引进
车门 车窗
座椅
车内装饰
集便装置
受电弓装置
碳滑板 弓头
下导杆 底架
上臂 上导杆 阀板 下臂 升弓装置
ADD系统
阻尼器
室外送风机 室内热交换器 电加热器 室内送风机
空调装置
压缩机
变频器 接触器盘
室外过滤器
室外热交换器
车钩及缓冲器装置
连接座 电连接器
缓冲 器 车钩
门板
车门
平衡器 电动马达
0～220Hz
牵引电机
空气吸入口
排气盖 转子 定子
长：720mm 宽：697mm 高：629mm 重量：440kg 三相交流异步电机 额定功率：300kW 额定电压：2000V 额定电流：140Hz 额定频率：140Hz
* 复合制动技术
十项主要配套技术引进的内容
受电弓
空调系统
车钩及 缓冲装置
车内电器 风挡装置
最大轴重（t）
16.0 15.0 11.3 17.0 17.0 17.0 19.5 19.5 17.0
平均轴重（t）
15.1 14.5 11.1 16.0 16.0 16.3 15.1 14.2 12.3
动力集中型高速类列车具有以下优点
（1）它与传统的列车相似，便于我们按习惯进行运行管理 和维修管理。
（2）故障相对较高的电器、机械设备集中在头车，运用汇 总便于检测和进行技术保养。这些设备的工作环境也较清 洁。
（3）机械、电气设备与载客车厢隔离，车厢内噪声、振动 较小。
（4）牵引头车可以摘挂（虽然不是传统列车的自动车钩那 样的方便摘挂）是列车进入既有线，甚至可更换内燃机车 使列车直接进入非电气化铁路运行。
内燃动车组
液力传动 电传动
动力分散: 轴重分配均匀,有效利用粘着,起动加速性能好 动力集中: 制造及维修成本低
动车组基本运用模式
铁路动车组
高速城际列车ICE 城际列车IC 市郊列车IR
城市轨道交通
城市地铁 城市轻轨
轮轨
磁悬浮
单轨
动车组
•动车组中各车之间采用密接式车钩，除维修需要一般不解编
•按动力形式分有内燃动车组和电动车组： 高速动车组：基本采用电动车组，并采用交流传动； 中速动车组、市郊列车：可以采用内燃牵引， 可以采用交流传动 也可以采用液力传动；
第三章 高速铁路的牵引动力
第三章 高速铁路的牵引动力
第三章 高速铁路的牵引动力
第一节 概述 第二节 受电弓与传动装置 第三节 动力车车体及走行部 第四节 制动技术
第一节 概述
1.1 关键技术 1.2 牵引动力配置形式
1.1 关键技术
1.1.1 技术问题
（1） 提高牵引力与粘着系数下降的矛盾 （2） 空气阻力与速度的平方成正比
•运用方式不同与传统的机车与车辆模式 •高速列车、地铁轻轨列车都是典型的动车组 •动车组方式也可以运用于货物列车（快速货运单元列车）
动车组
动车组是由动力车（动车）与客车（拖车）组成的旅客 列车车组，编组比一般旅客列车小。 动车组一般：
成组使用、编组固定 两端均可操纵 通过网络或电缆实现重联 任何一端均可控制动车 实现同步牵引、同步调速、同步换档、同步
脚踏板
门锁
车 窗
水箱 便器
集便装置
真空系统
污物箱
车内装饰
座椅
车端连接、风挡装置
● 电器控制 ● 广播系统 ● 显示系统 ● 照明系统
车内电器
1.2 牵引动力配置形式
1.2.1 牵引动力形式 1.2.2 牵引动力的配置 1.2.3 集中式与分散式的比较
动车组基本模式
动力分散
动力集中
电动车组
1.2.2 牵引动力的配置
a. 按列车动力驱动轴的分布和动力设备的配置分（动力集中型、 动力分散型）
b. 按列车车辆转向架布置和车辆之间的联接方式分（独立转向 架式、铰接转向架式）
动车组的动力配置
动力分散方式动车组的动力配置也有两种模式： 一种是完全分散模式，即动车组中的车辆全部为动力 车，如日本的0系高速列车，16辆编组中全部是动力 车。
转向架结构
二系悬挂
一系悬挂
轮对轴箱装置 动力转向架
SW-220K转向架图
牵引系统——牵引变流器
长：3100mm 宽：2730mm 高：650mm 重量：1900kg IGBT：3300V、1200A 中间直流电压：3000V 额定参数： 输入：1500V，857A，50Hz 输出：三相 2300V，424A，
带受电弓拖车车底设备安装
轴重与轮轨作用
车型
（日）0系列 （日）100系列 （日）300系列 （法）TGV-PSE （法）TGV-R （法）TGV-2N （德）ICE （德）ICE-2 （意）ETR-500
最高运营速度 （km/h）
210 220 270 270 300 300 250 280 300
制动、同步显示等重联功能，不需转向
动车组的技术特点
动车组的特点： ▪ 固定编组 ▪ 动力集中或动力分散 ▪ 密接车钩 ▪ 整体运用 ▪ 整体保养检修 ▪ 大修前不解体 ▪ 采用网络控制 ▪ 交流传动/液力传动 ▪ 制动系统完整设计
高速（电）动车组的特点： ▪头部流线型 ▪车体轻量化技术 ▪高速转向架 ▪高速受流技术 ▪车厢密闭、空调换气 ▪高功率重量比 ▪低噪声、低轮轨力 ▪配现代化动车段、综合维修基地
一种是相对分散模式，即高速列车编组中部分是动力 车，部分为无动力的拖车，如日本的100系、700系 高速列车，16辆编组中有12辆动力车，4辆是拖车， 所谓12动＋4拖。
独立动力集中式：ICE 铰接动力集中式：TGV 独立动力分散式：200系 铰接动力分散式：AGV
1.2.3 集中式与分散式的比较