200km_h交流传动电力机车辅助变流柜结构仿真

兰州交通大学自学考试本科毕业论文摘要交流传动电力机车是指各种变流器供电的交流异步或同步电动机作为传动电机的电力机车或电动车组。

电力牵引交流传动系统主要由受电弓﹑主断路器﹑牵引变压器﹑牵引变流器、三相交流牵引电动机﹑齿轮箱等组成。

根据变流器是否带中间回路，分为交直交变流器或交交变流器两类。

根据中间回路的选择原件的不同，又分为电压型系统﹑电流型系统两种基本结构。

交流传动系统主要由牵引变压器﹑牵引电机﹑牵引变流器组成。

交流传动电力机车具有如下优点：1）良好的牵引性能；2）电网功率因数高，谐波干扰小；3）牵引系统功率大、体积小、重量轻；4）动态性能和黏着利用好；5）显著的节能效果，良好的可靠性、维修性；6）减少磨耗，降低运营成本，解决了对信号和通信设备的干扰。

交流传动技术经过近30年的发展与直流电力机车相比有如上些优良特点，在国内外轨道交通运载装备中得到了广泛的应用。

交流调速系统目前的发展水平可以概括为:1)已从中小容量等级发展到大容量,特大容量等级,并解决了交流调速系统的性能指标问题,填补了直流调速系统在特大容量调速的空白。

2)可以使交流调速系统具有高的可靠性和长期连续运行能力，从而满足有些场合长期不停机检的要求和对可靠性的要求。

3)可以使交流调速系统实现高性能，高精度的转速控制。

除了控制部分可以得到和直流调速控制同样良好的性能外，异步电动机本身固有的优点又使整个控制系统得到更好的动态性能。

采用数字锁相控制的异步电动机变频调速系统，调速精度可高达0.002％。

4)交流调速系统以从直流调速的补充手段发展到与直流调速系统相竞争、相媲美、相抗衡，并逐渐取代的地位。

关键词：交流传动基础；调速；启动；制动；平稳性论文类型：应用与研究交流传动电力机车性能分析abstractAc drive locomotive refers to all converter power supply of asynchronous and synchronous motor communication as the drive motor electric locomotive or emus. Electric traction ac drive system mainly by the bow by electricity, Lord circuit breaker, traction transformer, traction converters, three-phase ac traction motor, gear box etc. According to whether converter with middle circuit, divided into/ZhiJiao converter or hand over two kinds of converter. According to the choice of the original middle loop is different, and divided into the voltage type system, current model system two basic structure. Ac drive system mainly by the traction transformer, traction motor, power converters composition.Ac drive locomotive has the following advantages:1) good traction performance;2) grid power factor is high, the harmonic interference is small;3) traction system power is great, small volume, light weight,4) dynamic performance and gelling use good;5) significant energy saving effect, good reliability, maintainability;6) reduce wear, lower operating costs, solve the signal and communications equipment of interference.Ac drive technology after nearly 30 years of development and dc electric locomotive is compared on some good features, in domestic and international rail transit transport equipment in a wide range of applications.Exchange speed regulation system of the current development level can be summarized as: 1) already from small and medium-sized capacity development level to the large capacity, big volume level, and solve the performance index of ac speed adjustment system, to fill the gaps in dc speed control system super capacity in the blank of speed.2) can make the communication speed regulation system has high reliability and long-term continuous operation ability, so as to meet some situations long-term computer retrieval requirements and to keep the reliability of the requirements.3) can make the communication speed regulation system to realize high performance, high accuracy of speed control. In addition to the control part can get and dc speed control also good performance outside, asynchronous motor itself inherent advantages and make the whole control system has better dynamic performance. The digital phase lock control variable frequency speed regulation system of induction motor speed precision can be as high as 0.002%.4) exchange speed regulation system from the dc speed control to supplement to and development means dc speed control system in competition, comparable to, to compete, and gradually replace status兰州交通大学自学考试本科毕业论文摘要················································································错误！未定义书签。

摘要：近年来, 为了适应“提速、重载”的要求, 功率大、性能技术先进的新型国产内燃、电力机车的投人运用, 成为我国铁路运输的主要牵引动力。

自1995年以来, 我国铁路机车迅速更新换代, 不仅蒸汽机车迅速退出历史舞台, 而且国产第一代内燃机车和第二代内燃机车的早期产品也批量报废, 国产第一代电力机车早期产品已开始批量报废, 第二代国产电力机车正通过大修改造为第三代相控电力机车。

近年来, 大批量生产的是适应“提速、重载”的第三代内燃、电力机车, 并在积极研制第四代新型内燃、电力机车。

本文简要介绍了机车电力传动形式的转变历程，回顾了交流传动的发展历史，揭示出电力电子技术与电传动技术的密切关系，重点阐述了我国电力牵引技术的发展与现状，并展望了以交流传动技术为方向的我国铁路机车车辆装备制造业的发展前景。

关键词：电力机车传动，控制技术，发展与现状。

目录1.电力传动形式的转变 (3)2.交流传动技术 (3)2.1 交流传动技术的发展 (3)2.2交流传动技术的原理简介 (5)3.我国机车电传动技术的发展 (6)3.1 第一代电力机车控制技术 (6)3.2 第二代电力机车控制技术 (7)3.3 第三代电力机车控制技术 (8)4.展望 (10)参考文献： (11)1.电力传动形式的转变从很早的年代开始,人们就一直努力探索机车牵引动力系统的电传动技术。

1879年的世界第一台电力机车和1881年的第一台城市电车都在尝试直流供电牵引方式。

1891年西门子试验了三相交流直接供电、绕线式转子异步电动机牵引的机车, 1917年德国又试制了采用“劈相机”将单相交流供电进行旋转、变换为三相交流电的试验车。

这些技术探索终因系统庞大、能量转换效率低、电能转换为机械能的转换能量小等因素,未能成为牵引动力的适用模式。

1955年,水银整流器机车问世,标志着牵引动力电传动技术实用化的开始。

1957年,硅可控整流器( 即普通晶闸管) 的发明, 标志着电力牵引跨入了电力电子时代。

湖南高速铁路职业技术学院金工实训（2018 届）题目：动车组牵引系统故障原因及改进方法系（部）：机电系专业班级：车辆1501 姓名：肖文集指导老师：成果表现形式：2016年 05 月 09 日摘要根据动车组牵引系统的结构层次，将牵引系统划分为系统、分系统、装置、组件４种约定级别，建立牵引系统及分系统的产品结构树，并对牵引系统各组成部分的功用进行简要介绍。

基于动车组实际运用状况，以建立好的产品结构树为分类依据，对牵引系统的故障信息进行整理、统计，绘制出高压电器分系统、牵引传动分系统和辅助电源及机组分系统的主次图和因果图，得到不同装置及组件的故障比例、导致故障发生的主要因素和次要因素，同时对故障原因进行分析，提出维护建议。

关键词牵引系统；产品结构树；主次分析；因果分析目录第一章绪论 (1)第二章 CRH型动车组的牵引传动系统的简介 (2)2.1 CRH3型动车组的牵引传动系统的简介 (2)2.2 CRH3型动车组的牵引传动系统的特点 (2)2.3 CRH2 牵引传动系统基本组成 (4)2.4 CRH2 牵引传动系统主电路 (5)2.5.我国机车电传动技术的发展与现状 (8)2.6 CRH型动车组的牵引传动系统的现状 (10)第三章.牵引系统故障分析 (12)3.1 牵引系统的产品结构树及各分系统的功能 (12)3.2牵引系统故障的主次及因果分析 (13)四．结束语 (18)第一章绪论本文从新一代高速动车组的牵引传动系统参数匹配设计、系统试验验证等方面进行论述。

按照动车组总体技术要求，进行系统的牵引特性计算及部件的容量计算，就牵引力和牵引功率、动拖比、电机转速与传动比关系、启动牵引力、部件参数等方面进行分析。

近些年，中国高速铁路蓬勃发展，给人们的出行带来了很大的便利。

牵引系统是动车组的关键系统之一，在保障动车组安全可靠地运行上起着举足轻重的作用。

为了使牵引系统更好地运用和维修，有必要对其进行故障统计和故障原因分析。

HXD2型电力机车辅助变流器介绍和常见故障处理摘要：本文针对HXD2大功率电力机车辅助变流器（简称辅变）原理、组成和辅助变流柜柜体布局进行了详细介绍，并分析了辅变故障机理和运行中常见的故障类别及处理方法。

关键词：HXD2 辅助变流器原理和组成故障处理1 引言HXD2型电力机车是干线货运用八轴大功率交流电传动电力机车。

由原中国北车集团大同电力机车有限责任公司与法国阿尔斯通交通运输股份有限公司联合开发。

从2006年到2008年，分三个阶段总共交付180台机车，编号为HXD20001-HXD20180，全部配属原太原铁路局湖东机务段，运行于大秦铁路、同蒲线及宁可线，牵引重载货运列车[1]。

辅助变流器是交流传动电力机车必不可少的、重要组成部分，主要为机车辅助负载提供三相或单相交流电源，或为充电机提供供电电源。

辅变故障的解决对机车能否正常运行至关重要。

2 辅助变流器HXD2型电力机车共有A、B两节，每节机车包含1台辅助变流柜，是由两组辅助变流器、一组充电机电路和一组 AC220V 电路组成，其中辅助变流器一组为定频输出，另一组为变频输出。

定频输出为泵类等不需要变频功能的负载供电，输出为 380Vac(50Hz)；变频输出为风机类需要变频功能的负载供电,三种输出方式380Vac(50Hz)、304Vac(40Hz)和 190Vac(25Hz)。

2.1 辅助变流器组成两组变流器硬件电路和器件参数完全相同，主要由输入电路，中间电路和输出电路组成。

输入电路主要由输入熔断器（CC（ENT）CVS）、电压传感器（CA（U-ENT）CVS）、电压检测器（IT（DC）FI-CVS）、滤波电阻（R-FI（ENT）CVS、滤波电容（CAP-FI（ENT）CVS）、放电电阻R（DC）FI（ENT）CVS、电流传感器（CA（I-IT）CVS）、斩波模块（PAN-HC-CVS）和滤波电抗器（SF-FI（IT）CVS）等组成；中间电路主要由电压传感器（CA（U-IT）CVS）、电压检测器（IT（DC）FI-CVS）和过压保护模块（PAN-ECR-CVS）组成；输出电路主要由逆变模块（PAN-OND-CVS）、输出滤波电抗器（SF-FI-OND-CVS）、输出电流互感器（TFI-ONDR-CVS、TFI-ONDS-CVS、TFI-ONDT-CVS）、输出电压传感器（CA（U-380）CVS）、输出接触器和故障切换接触器组成[2]。

中南大学现代远程教育课程考试复习题及参考答案高速铁路概论一、单选题1、世界上第一条高速铁路是………………………………………………………（）A TGV东南线B TGV大西洋线C 东海道新干线D 山阳新干线2、我国第一条准高速铁路在哪两个城市间改建…………………………………（）A 广州和深圳B 广州和珠海C 武汉和长沙D 北京和上海3、迄今为止铁路上速度最高运营时速为…………………………………（）A 200km/hB 300 km/hC 350 km/hD 400 km/h4、我国普通铁路的一般干线，竖曲线半径为………………………………（）A 8000米B 9000米C 10000米D 12000米5、高速铁路线路所用的钢轨类型为………………………………………………（）A 60千克/米B 50千克/米C 43千克/米D 55千克/米6、在当今世界上时速为多少时称为准高速（ B ）A 100 –200 km/hB 120-160 km/hC 200-400 km/hD 160-400 km/h7、我国第一台交－直－交流电传动电力机车是…………………………………（）A 6Y1型B 韶山3型C 东方红3型D AC4000型8、下列制动方式中属于非粘着制动的是……………………………………（）A 盘形制动B 油压制动C 电阻制动D 磁轨制动9、利用了轨道电缆构成的双向信息传输通道的自动列车速度控制系统是………（）A LZB B A TC C TVMD ICE10、采用了吸流变压器的的供电方式是…………………………………………（）A 直接供电方式B AT供电方式C BT供电方式D CC供电方式11、从发展趋势看，什么将成为高速客车体主导材料（）A 铝合金B 铜板C 铝板D 以上都可12、人们认为在能源消耗、噪声等方面哪种方式更优越（）A 内燃列车B 磁悬浮C 气悬浮D 电力列车13、一般认为中程磁悬浮运输速度为（）A 200公里/小时B 300公里/小时C 300公里以上/小时D 400公里/小时14、下列高速铁路中采用部分修建新线，部分旧线改造，旅客列车专用的铁路模式是（）A 日本新干线模式B 法国TGV模式C 德国ICE模式D 英国APT模式15、目前世界各国最高运行速度在200km/h以上的高速列车，除了（）高速列车以外，其余均采用电力牵引。

技能认证机车电工考试(习题卷42)说明：答案和解析在试卷最后第1部分：单项选择题，共58题，每题只有一个正确答案,多选或少选均不得分。

1.[单选题]HXD1C机车司机室被占用的条件是（）。

A)给电钥匙B)输入监控数据C)选择制动系统模式"2.[单选题]"HXD1C机车辅助变流柜接地检测动作保护值为半电压与全电压绝对值大于等于（ ）A)75VB)100VC)150V"3.[单选题]机车运行速度在（）km/h以上时，无人警惕装置开始进入监控状态。

A)3B)4C)5"4.[单选题]电力机车采用的电流制为（ ）。

A)单相工频B)三相C)三相四线制5.[单选题]纯电阻电路的功率因数为（）。

A)1B)大于1C)小于16.[单选题]改变单结晶体管触发电路的振荡频率一般采用( )。

A)变R。

B)变C)变LD)变C和L7.[单选题]交流电机空载运行时，功率因数()。

A)低B)高C)先高后低D)先低后高8.[单选题]某些物体具有吸引铁、镍、钴等物质的性质叫做（）。

B)磁体C)磁极D)磁场9.[单选题]图示电路，ab两端的等效电阻R0=（ ）。

A)3.5ΩB)10ΩC)13ΩD)22Ω10.[单选题]SS4型电力机车电制动高压试验中，换向手柄打“制”位，闸缸压力缓至100kPa左右，调速手轮离开0位，移至制区，看电机加馈制动电流上升至()。

A)50AB)110AC)900AD)930A11.[单选题]IGBT即绝缘栅双极晶体管，是( )端器件。

A)一B)二C)三D)四12.[单选题]如果职工缺乏应有的（ ）观念，违章违纪，不仅使旅客、货主得不到满意的服务，甚至可能会发生事故，造成车毁人亡的严重后果。

A)安全第一B)质量第一C)职业道德D)遵纪守法13.[单选题]对称三相电势在任一瞬间的（）等于零。

A)频率B)波形C)角度D)代数和14.[单选题]《铁路技术管理规程》规定接触网短时（5min）最高工作电压为（ ）。

时速200公里动车组项目牵引辅助变流器技术方案说明书永济新时速电机电器有限责任公司2007年11月12日牵引辅助变流器技术方案说明书1 项目来源与长客股份签订的《时速200公里动车组项目-牵引辅助变流器采购意向书》2 引用标准EN50207(2000) 铁路应用机车车辆用电力变流器EN61373(1999) 振动和冲击试验EN50121-1(1997) 电磁兼容性-总则EN50121-3-2(2000) 电磁兼容-车辆设备EN50124 绝缘的协调性EN50125-1 铁路应用设备环境条件第1 部分：车载设备EN50153 铁路应用车辆对于电气危险的防护规范EN 50155 铁路应用车辆用电气设备EN 50163 铁路应用牵引系统的电力供应EN60077-1 通用维护条件（TB/T1333.1-2002 铁路应用机车车辆电气设备第1部分：一般使用条件和通用规则）EN 60310 铁路应用车载牵引变压器和电感器3 依据的技术规范AX00000064269 牵引、方向、速度控制器技术规范（C版本）AY00000001332 牵引、辅助系统技术要求（C版本）AY00000001333 牵引、辅助系统技术描述（B版本）2442DT 牵引辅助变流器技术描述4 技术描述与主要技术参数按照AY1332、AY1333技术规范中描述的牵引特性、制动特性、辅助系统的技术要求，对牵引辅助变流器的技术方案描述如下：4.1 概述在周围环境温度为40℃和接触网电压大于或等于22.5kV的条件下，每台牵引辅助变流器能够同时给两台牵引电动机提供550kW的功率，满足动车组的电气牵引和制动特性—再生制动（接触网吸收能量时）或电阻制动（过分相时）—以及辅助系统供电。

牵引辅助变流器主要包括：- 2个四象限变流器（4QC1和4QC2），给2个牵引逆变器和1个辅助变流器供电。

- 2个三相逆变器（INV-TRAZ1和INV-TRAZ2），每个给一个异步牵引电动机供电。

文章编号:1673-0291(2007)04-0014-04200km /h 电力机车气动性能风洞试验与数值模拟杨俊杰1,2,李　强1,王斌杰1(1.北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044;2.大同电力机车有限责任公司技术中心,山西大同037038)摘　要:采用模型风洞试验和数值计算方法研究了200km /h 机车外形的气动性能.试验风洞为FD -09单回流低速风洞,模型缩尺比为1∶8.873.数值计算采用流体动力学软件FLUENT ,数学模型为三维粘性不可压缩流体雷诺时均方程和κ-ε双方程湍流模型.数值模拟结果与模型风洞试验结果基本吻合.在此基础上对多个外形的设计参数进行了优化,并对优化后的模型流场作了数值计算,得出了一些有益的结论.关键词:200km /h 电力机车;数值模拟;风洞试验中图分类号:U269.6 文献标志码:AWind Tunnel Experiment and Numerical Simulationof Aerodynamic Characteristics for 200km /h Electric LocomotiveY ANG Jun -jie 1,2,LI Qiang 1,WANG Bin -jie 1(1.School of M echanical and Electronic Control Engineering ,Beijing Jiao to ng University ,Beijing 100044,China ;2.R &D Center of Datong Electric Locomotive Co .L T D .,Da tong Shanxi 037038,China )A bstract :The model wind tunnel ex periment and numerical simulation method were employed to study the aerodynamic characteristics of 200km /h electric locomotive .The w ind tunnel used in the experi -ment w as a FD -09ty pe of low speed w ind tunnel w ith sing le direction recycle flow .The ratio of reduc -ing scale of the locomotive model w as 1∶8.873.Numerical simulation was performed by using Soft -w are FLUENT .The 3D viscose uncompressible Rey nolds equation and κ-εdouble equations turbu -lence model were used in numerical analy ses .The results of simulation were com pared with those of the experiment ,and both w ere generally consistent with each other .According to these results ,sever -al design parameters of the locomotive outline w ere optimized ,and the new ly optimized models w ere analy zed by numerical simulation method .Finally ,some helpful conclusions w ere obtained .Key words :200km /h electric locomotive ;numerical simulation ;w ind tunnel experiment 收稿日期:2007-07-05基金项目:中国北车集团公司科研项目(2004NJ 001)作者简介:杨俊杰(1966—),男,教授级高工,博士生.email :yangj unjie818@sina .com 随着我国铁路客运专线的逐步开行,动车组的运行速度已经达到200km /h 以上,列车的空气阻力、交会压力波以及气动噪声等,对列车运行速度的提高、车体的稳定性以及车体结构都将产生很大的影响[1-3].为此,优化列车的车体外形,在列车间采用大风挡以减少整列车运行的空气阻力、列车交会压力波等,成为高速列车外形设计的重要课题.一般而言,研究空气动力性能的主要对象是整个高速列车或动车组,动力头车在高速列车中的运行空气阻力只占整列车空气阻力的15%左右.但是,作为机车而言,如果其外形设计不能与列车的外形取得一致,对整列车的功率消耗也占有较大份额.同时,对于客运专线与既有线之间跨线运行的200km /h 速度等级的电力机车及其客车,将影响与其交会车辆的气动第31卷第4期2007年8月 北　京　交　通　大　学　学　报JO U RNA L OF BEIJING JIAO T ON G U N IV ERSI T Y Vol .31No .4Aug .2007性能.因此,研究用于跨线运行的200km /h 电力机车的外形气动性能也具有十分重要的意义.数值模拟和模型风洞试验是研究高速列车空气动力性能的重要手段[4-6].本文作者运用流体动力学计算软件FLUENT 对大同电力机车有限责任公司正在研制的时速200km /h 电力机车外形进行了数值模拟,将计算结果与模型风洞试验结果进行比较分析.1　模型风洞试验风洞试验在FD -09型单回流闭口低速风洞内进行,试验段长12m ,有效横截面8.7854m 2.试验段两侧壁面平行,上下壁面各有0.2°的扩张角,轨道面用架空地板模拟,以消除风洞壁面附面层增厚的影响.试验采用1∶8.873缩尺模型,模型分机车和客车两部分,机车模型为木架玻璃钢结构,长2.032m ,客车为箱型结构,长1.73m .200km /h 电力机车外形比较复杂,司机室长度为2.9m ,最大轮廓由四段圆弧组成,头部迎风面纵向过渡圆弧半径由10m 过渡到6m ,侧面也是圆弧过渡,底架在前端2.8m 长度范围向内收缩,前窗玻璃处考虑玻璃工艺性及制造成本做成单曲面;车身横截面为“鼓形”截面,从距轨面1.5m 处向上、向下各倾斜一定角度,顶盖圆弧半径为10m ,顶盖与侧墙之间的过渡圆弧半径为0.6m ;车底部加侧裙板.机车外形参见图1.图1　机车外形图F ig .1　Locomotive bo dy form图2　实测压力变化曲线Fig .2　Pressure -positioncurve measured试验分测力和测压两部分,分别测量机车所受的气动力和机车表面的压力分布.测力采用六分量天平,参考面为机车迎风面积.测压布置了210个测点,由于模型对称,所有测压点布置在车体模型的一侧,头部和尾部各布置78个点,车身布置54个点.试验风速设计为4个等级,分别为160、180、200、230km /h .机车前部(测点到司机室顶部)对称面压力分布如图2所示.2　数值计算2.1　计算方程[7]数值计算采用三维稳态粘性不可压缩雷诺时均方程求解,湍流模型采用k -ε模型.计算方程为:连续性方程·(ρV )=0(1) 动量方程·(ρV ×V )- ·(μef f V )= P ′+ ·(μeff V )T(2)式中,ρ、V 为空气密度和流速;μef f =μ+μt 为等效粘性系数,其中μ为动力粘性系数,μt =C μρk 2ε为湍流粘性系数,C μ为常数,取C μ=0.09;P ′为修正压力,且P ′=P +23ρk ,这里压力P 的取值为P =μt V ·(V + V T )- 23·V (μt ·V +ρk ).k 和ε值由湍流动能和湍流耗散率方程得出,即湍动能k 方程为 ·(ρV k )- ·μeffσkk =P -ρε(3) 湍动能耗散率ε方程为·(ρV ε)- ·μeffσεε= εk(C ε1P -C ε2ρε)(4)式中,C ε1、C ε2、σk 、σε为常数,根据数值计算经验和有关文献,分别取C ε1=1.44,C ε2=1.92,σk =1.0,σε=1.3.2.2　几何模型与边界条件计算采用全尺寸模型,如图3所示(Y =0为轨面,Z =0表示纵向对称面,X =0位车头最前点).为降低造型的复杂程度,计算中对机车某些结构进行了简化:①未模拟转向架;②不考虑受电弓等其它车顶设备;③忽略门把手、头灯等微小突出部位.流场网格采用四面体非结构化网格.为消除计算流场边界影响,将计算区域取得足够大.车顶上部和车体侧面流场空间大于5倍车宽,前后边界大于10倍车宽.轨道面采用移动边界条件,速度与来流速度一致,入口截面上按均匀流给定的流速,出口截面上静压为零.3　计算结果采用大型流体分析软件FLUEN T 对上述模型15第4期 杨俊杰等:200km /h 电力机车气动性能风洞试验与数值模拟图3　数值网格示意图Fig .3　Numerical mesh ske tch进行了数值分析,得到了车体周围流场的压力分布和速度分布.由车体表面压力分布可计算出机车所受气动阻力.车体纵向对称面表面压力系数计算值和实测值比较如图4所示.图4　对称面车体表面压力分布Fig .4　P ressure distribution on the centralsection of the body3.1　表面压力分布机车表面压力分布如图5(a )所示.由图中可看出,气流在头部受到压缩,形成驻点区,头部迎风区为全流场的压力最高值区.由于此处外形表面有约2/5高度的平直段,所以迎风面高压范围较大,这部分面积是产生压差阻力的主要部分.从驻点区向四周,气流逐渐加速流向下游,压力迅速下降.从对称面看(图5(b )),由于气流沿前窗上部的两段圆弧由下向上迅速加速,压力迅速下降,绕过车顶后气流受到一定的扩张,压力又有较大的回升.从侧向看,头部气流向两侧被加速,在侧缘过渡处,压力达到非常低的值,压力系数在-1.5以下,绕过侧缘后,又恢复到来流值.这部分低压区对阻力是负贡献,即实际上产生推力,但由于此处迎风面积小,对阻力的贡献并不大.车身部分的等压力段是由于气流基本未受到扰动,以大致均匀的速度流向下游,但速度略大于来流速度,压力略小于来流压力.气流绕过底部区时,在空间增大区域,气流减速,压力上升,因此,底部对称面上也有剧烈的压力变化及高压区,压力值小于头部的高压值.仔细分析车下压力变化可知,车下空间的急剧变化导致车下压力变化较大;车下气流流动的驻点已不在列车上,而在地面上,这些都会对机车阻力和升力产生较大影响.(a )机车表面等压线分布(b )对称面上等压线分布图5　等压线分布图Fig .5　Contour line sho w3.2　流场速度分布图6给出了对称面上车体前后的速度矢量场.由此可以看到上面提到的气流在头部的压缩滞止,圆弧段加速,以及头部与车身连接附近又被减速等过程,这些过程直接与压力的变化相关.底部有一段高度很低的区域,在该区域内气流受挤压,速度很大,但随着底部高度的增加,流速迅速衰减.3.3　空气阻力得到列车表面压力分布和速度分布后,可进一步计算机车受到的空气阻力.由车体表面压力积分可得机车的空气阻力系数C d =0.610. (a )机车头部 (b )机车尾部图6　机车头尾部速度分布Fig .6　Speed contour line show of locomo tive end4　外形改变对气动性能的影响4.1　外形优化参数保持机车总长度、总宽度、总高度不变,侧表面形状不变,车顶向侧墙的过渡圆弧不变的条件下,改16北　京　交　通　大　学　学　报 第31卷变6组参数,分别计算它们对车体气动性能的影响.(1)改变头部圆弧半径R 1,从6m 减小为4m ;(2)改变头部圆弧半径R 2,从9m 减小为6m 和4m ;(3)改变头部圆弧半径R 3,从10m 减小为8m ;(4)缩短或加长头部变截面部分长度;(5)加大机车侧裙板,使底面距地面最大高度从1115mm 降到515mm ;(6)采用机车和客车整体计算模型.各圆弧段几何描述如图7所示.图7　司机室外形中面F ig .7　Central section of cab outline4.2　优化计算结果R 1从6m 变为4m ,对于对称面的压力影响不大,但阻力系数有所上升.R 2从9m 变为6m 时空气阻力基本不变;而变为4m 时,头部外形变化很大,但阻力系数C d 从0.61下降0.56,下降约8.2%.R 3从10m 变为8m ,头部形状圆弧化,大部分区域的压力分布基本不变,但头部和尾部的压力下降约7%.缩短头部变截面长度,使阻力增大,且增大较快;加长头部变截面长度,使阻力减小,从2.6m 加长到3.2m 时,阻力系数约减小6%.机车底面等直段高度由1115m m 降到515mm 时,阻力下降约26%.在头部和尾部底面高度不变的条件下,底部高度对阻力系数有较大影响,降低底部高度使阻力系数明显减小.说明车底形状对阻力有较大影响.因此,应尽量减小底部凹凸程度.采用机车和客车整体计算模型后,机车的尾部压力明显提高,气流在绕过尾部流向下游的过程中,受到后面客车的阻挡而减速并迅速转向地面,压力升的很高;同时,几乎同样的高压也作用在后车厢迎风面上,从而使列车的总阻力有所提高,但机车头部和车身部分的压力分布变化不大.6　结论(1)计算表明,为减小压差阻力,机车头部纵向对称面上的圆弧半径应有一个最优值.但由于双曲面前窗玻璃成本高,200km /h 电力机车头部前窗部分只在横向有弧度,而在纵向做成了平直段,从而导致气动阻力系数较大.(2)计算模型中200km /h 电力机车底部空间起伏较大,车体下部流场气流速度和压力变化剧烈,对机车运行阻力和升力均有较大影响.(3)200km /h 电力机车是双司机室设计,加挂客车时,后司机室的流线外形与首辆客车之间的空间形成较大的气流分离,使列车运行阻力加大,两头对称的流线型双司机室的机车外形设计对列车的高速运行不利.参考文献:[1]Brockie N J W ,Baker C J .A ero dynamic D rag of High -Speed T rain [J ].Journal of wind Eng ineering I ndustry Aerody namics ,1990,34(2):273-290.[2]Robinson C G ,Baker C J .Effect of Atmospheric T urbu -lence on T rain [J ].Journal of wind Engineering I ndustry Aerodynamics ,1990,34(2):251-272.[3]Ger hard Wickern .Life and Side Fo rce Cor rections for windTunnel Measurements of Ground Vehicles [M ].Vehicles Aerodynamics Studies ,SEA SP -1667,2002-01-0553,211-224.[4]高广军,田红旗,姚松,等,兰新线强横风对车辆倾覆稳定性的影响[J ].铁道学报,2004,26(4):36-40.Gao Guang -jun ,T ian Hong -qi ,Yao Song ,et al .Effect of Strong Cross -wind on the Stability of T rains Running on the L anzhou -Xinjiang Railw ay Line [J ].Journal of the Chi -na Railway Society ,2004,26(4):36-40.(in Chinese )[5]毕海权,雷波,张卫华.T R 型磁浮列车气动力特性数值计算研究[J ].铁道学报,2004,26(4):51-54.Bi Hai -quan ,Lei Bo ,Zhang W ei -hua .Research on N u -merical Calculation for Aerody namic Characteristics of the T R M aglev T rain [J ].Journal of the China Railway Soci -ety ,2004,26(4):51-54.(in Chinese )[6]李人宪,刘应清,翟婉明.高速磁悬浮列车纵向及垂向气动力数值分析[J ].中国铁道科学,2004.25(1):08-14.Li Ren -xian ,Liu Ying -qing ,Zhai Wan -ming .Numerical A nalysis of Aerody namic F orce in Longitudinal and V ertical Direction for High -Speed M aglev T rain [J ].China Railw ay Science ,2004.25(1):08-14.(in Chinese )[7]吴子牛.计算流体力学基本原理[M ].北京:科学出版社,2001:13-48.Wu Zi -niu .The Basic Principle for Computing Hy drody -namics [M ].Beijing :Science Press ,2001:13-48.(in Chinese )17第4期 杨俊杰等:200km /h 电力机车气动性能风洞试验与数值模拟。

毕业设计说明书课题名称：HXD1C型电力机车车顶设备布置及受电弓的检修毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

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