高速铁路设备系列介绍之十一——铁路的车轮
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简述动车组的关键技术。
动车组是现代铁路运输的重要组成部分,它是一种集机械、电气、自动控制、材料等多种技术于一身的高速列车。
以下是动车组的关键技术的简要介绍:1. 车辆设计:动车组采用了轻量化和高强度的材料,如铝合金和复合材料,以提高车辆的速度和运输效率。
此外,车辆的气动外形设计也非常重要,以减少阻力、提高运行稳定性。
2. 轮轴系统:动车组的轮轴系统采用了先进的技术,如动态轮径差补偿和轴向力控制等,以提高车轮与轨道之间的接触性能和行驶稳定性,从而提高列车的安全性和舒适性。
3. 车辆悬挂系统:动车组的悬挂系统采用了气弹簧、液压减振器等技术,以减少车辆在高速运行中的震动和噪音,提高列车的乘坐舒适性。
4. 供电系统:动车组的供电系统采用了高压直流供电技术,以提高电能的传输效率和供电稳定性。
此外,动车组还采用了能量回馈技术,将制动能量回馈到供电系统中,提高能源利用率。
5. 制动系统:动车组的制动系统采用了电磁制动和气动制动相结合的方式,以提高制动效果和安全性。
此外,还采用了辅助制动和再生制动等技术,以提高列车的能源利用率。
6. 自动控制系统:动车组的自动控制系统采用了计算机控制技术,实现列车的自动驾驶、速度调整、故障检测和故障排除等功能,提高列车的运行效率和安全性。
7. 信息与通信技术:动车组内部设置有多种信息与通信设备,如列车控制中心、列车运行监控系统、乘客信息显示屏等,以提供实时的列车运行信息和乘客服务,提高列车的管理和运营效率。
总之,动车组的关键技术包括车辆设计、轮轴系统、车辆悬挂系统、供电系统、制动系统、自动控制系统以及信息与通信技术等。
这些技术的应用使得动车组成为一种高速、安全、舒适、智能化的铁路交通工具。
铁路设计知识点总结高中铁路交通是一种高效、安全且环保的交通工具,对于现代社会的发展有着重要的作用。
在高中学习阶段,了解铁路设计的基本知识点对于学生们来说是非常重要的。
本文将对铁路设计的相关知识点进行总结,帮助高中学生更好地理解和掌握这一领域的内容。
一、铁路线路的分类铁路线路可以分为高速铁路、普速铁路和地铁三种类型。
1. 高速铁路高速铁路是指设计速度在250千米/小时及以上的铁路线路。
高速铁路在很大程度上提高了交通运输的效率和速度,并在远距离的旅行中占据了重要地位。
2. 普速铁路普速铁路是指设计速度在120千米/小时至250千米/小时之间的铁路线路。
普速铁路通常用于中长距离的旅行,是人们出行的常用交通工具。
3. 地铁地铁是一种在城市地下或地面运行的铁路系统,用于城市内部的交通运输。
地铁通常分为地下铁路和轻轨两种模式,能够有效地缓解城市的交通压力。
二、铁路线路的构造铁路线路主要由轨道、枕木、道砟以及相应的设施和设备组成。
1. 轨道轨道是铁路上供车轮行驶的支撑结构,通常由钢轨组成。
轨道贯穿整个铁路线路,为列车提供了行驶的轨迹。
2. 枕木枕木是轨道的支撑结构,位于轨道与路基之间。
枕木的材质通常为木材、混凝土或钢筋混凝土,起到固定轨道的作用。
3. 道砟道砟是铺设在铁路路基上的一层砂石材料,用于支撑轨道和枕木。
道砟能够分散列车通过时的压力,保证整个铁路线路的稳定性和安全性。
4. 设施与设备铁路线路还包括信号设备、轨道电路、架空线等一系列设施和设备,用于保障列车的安全运行和交通的顺畅。
三、铁路线路的规划与设计铁路线路的规划与设计需要充分考虑地理环境、社会经济需求和交通流量等因素。
1. 线路选线在线路选线过程中,需要考虑自然地理、交通条件和沿线经济发展等因素。
同时还需进行土壤、水文等勘探和研究,以确保线路的稳定和安全。
2. 线路布置线路布置是指根据规划,确定具体的线路走向和标准,包括线路的曲线半径、爬坡度、站点布置等内容。
前我国高速铁路正处于快速发展阶段,截至2015年底,高速铁路累积开通里程已达到1.9万km,随着运营线路的增多、车辆运行频次的增加、车辆轴重的增大,车轮磨耗问题日益凸显,不仅提高了高速铁路的运营维护成本,也不利于行车安全。
同时,轮轨状态不仅影响整个轨道系统的运营质量和经济效益,又因为其对车辆动力学、作用力、磨损、疲劳、噪声等的较大影响,轮轨状态的微小变化足以造成基础设施寿命和系统运作性能上的显著变化。
目前车轮磨耗预测方法还不够完善,主要是由于车轮磨耗受到复杂的外界条件影响,很难得到理想的仿真计算结果。
基于UM动力学软件对车轮磨耗预测模型进行仿真分析,并用现场数据加以验证,提出一种高速铁路车轮磨耗预测流程方法。
1 车轮磨耗预测研究流程车轮磨耗预测研究一般分为车轮磨耗模型建立、车轮磨耗模型验证和车轮磨耗预测仿真计算等步骤。
文献[2]中介绍了一种车轮磨耗预测工具,通过与现场车轮磨耗数据进行对比分析对磨耗模型进行验证,同时也提出加载集中设计的概念,即将车辆-轨道模型建立后,将车辆运行的载荷参数和外界条件集中设置的过程。
国内目前高速铁路车轮磨耗预测计算[3]也是采用这种方法。
其磨耗预测的具体流程见图1。
在上述磨耗预测方法及流程基础上,在UM软件中建立模型进行动力学计算分析并利用磨耗模块进行车轮磨耗计算,也可以实现包括车辆-轨道模型的建立、加载集中设计和车轮磨耗计算的整个过程。
2 加载集中设计不同线路、不同车型的载荷参数和外界接触条件不同,因此需要设计不同的加载集中模式,以保证仿真结果的准确性。
一种基于UM的高速铁路车轮磨耗预测研究方法马明阳:中国铁道科学研究院,硕士研究生,北京,100081王俊彪:中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心,研究员,北京,100081常崇义:中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心,研究员,北京,100081摘 要:对国内外学者就车轮磨耗问题的研究方法进行学习和思考,针对我国高速铁路的复杂线路条件进行针对性研究;参考国外普速列车车轮磨耗研究中加载集中设计的概念,结合我国高速铁路列车车轮磨耗问题的特殊性,提出一种基于仿真软件UM的车轮磨耗预测研究方法,并结合实际线路对该方法进行验证分析。
铁路车辆止轮器铁路交通作为一种重要的交通方式,承载着大量的人员和货物运输任务。
在火车的安全行驶过程中,止轮器起着至关重要的作用。
止轮器,也被称为制动器或者刹车装置,是一种用于控制车辆速度和停车的设备。
它通过与车轮摩擦产生摩擦力,从而减速或停止车辆的运动。
本文将介绍铁路车辆止轮器的原理、种类以及重要性。
一、止轮器原理止轮器通过产生摩擦力来减速或停止车辆。
它主要由制动盘、制动鼓、制动蹄、制动杆和制动皮带等部件组成。
在行驶过程中,当机车和车辆需要减速或停车时,司机会通过控制系统操作,使制动盘或制动鼓与车轮接触。
制动盘或制动鼓上的制动杆会向车轮施加力,从而产生摩擦力。
制动蹄通过制动皮带的紧固,将力传递给制动杆,进而施加在车轮上,实现减速或停车的目的。
二、止轮器种类根据不同的使用场景和要求,铁路车辆止轮器可以分为机械式、液压式和电动式。
1. 机械式止轮器机械式止轮器是一种最基本的车辆制动装置。
它主要通过人工操纵杆手动使制动盘或制动鼓与车轮接触,产生制动效果。
机械式止轮器制动灵活,但操作相对繁琐,需要司机时刻关注制动状态。
2. 液压式止轮器液压式止轮器采用液压传动的原理,通过操纵手柄或脚踏板来控制止轮器的开合,进而控制刹车效果。
它具有操作方便、制动力稳定等特点,被广泛应用于铁路客车和货车中。
3. 电动式止轮器电动式止轮器通过电动机驱动制动盘或制动鼓的运动,实现刹车效果。
电动式止轮器具有制动力强、反应迅速等特点,适用于高速列车等场景。
同时,它还可以通过控制系统实现智能化控制和自动化操作。
三、止轮器的重要性止轮器作为铁路车辆安全行驶的重要组成部分,在保障行车安全方面发挥着关键作用。
首先,止轮器能够在紧急情况下迅速减速或停车。
当发生紧急情况,如行车障碍物、信号异常等,司机通过操作止轮器可以迅速制动车辆,以保障列车和乘客的安全。
其次,止轮器可以帮助司机控制车辆的速度。
在行车过程中,司机通过操纵止轮器可以调整车辆行驶的速度,以适应不同路段和运行需求,增强行车的平稳性。
高速铁路钢轨1 高速铁路对钢轨的要求高速铁路轴重轻,速度快,磨耗少;线路条件和列车状态好,曲线半径大,轨道平顺,高速铁路对钢轨的要求:(1)高平直度、高几何尺寸精度(2)高韧性(3)高纯净度(4)高焊接性能(5)高安全性和可靠性2 高速铁路钢轨材质的选择2.1 国外高速铁路采用的钢轨材质国外高速铁路基本采用800~880MPa强度等级的热轧钢轨。
从材料角度来看,钢轨强度等级低,虽然耐磨性要差一些,但韧性、塑性、焊接工艺性、打磨性较好(硬度低易打磨,并不易出现脆性马氏体组织),钢轨的安全储备大、质量可靠性高,这正是高速铁路所要求的最重要的性能指标。
日本是世界上最早建设高速铁路的国家。
日本新干线一直采用强度等级为800MPa、轨面硬度大于235HB的热轧钢轨。
法国在上世纪80年代建设的第一条高速铁路即东南线(巴黎—里昂)时采用700MPa的热轧钢轨(UIC700)。
该线路自1983年开通,至今未大修换轨。
后来修建的高速铁路均采用强度等级为880MPa的UIC900A钢轨。
德国高速铁路客货混线,采用强度等级880MPa的UIC900A 钢轨。
其他欧洲国家以及韩国等修建的高速铁路也均采用强度等级为880MPa的UIC900A钢轨。
日本、欧洲高速铁路用钢轨的强度等级及其性能注*:在新颁布的欧洲标准将UIC900A改为R260,并优化了化学成分。
2.2 我国钢轨的化学成分及性能特点2.2.1 我国钢轨的化学成分我国铁路目前广泛使用的钢轨主要有强度等级为880MPa的U71Mn和强度等级为980MPa的U75V。
我国主要钢轨化学成分/%2.2.2 我国U75V和U71Mn钢轨的性能特点U71Mn轨为我国至今使用时间最长的强度等级为880MPa 钢轨,有较好的韧、塑性,尤其低温性能较好,焊接性能优良。
U75V轨在U71Mn钢轨的基础上,增加了碳、硅含量,添加了微合金元素钒,降低了Mn含量,热轧后强度等级为980MPa,比U71Mn钢轨高一个强度等级。
车辆的结构及功能车辆的种类虽然多,构造却大同小异。
这应该说是标准化的功劳,也是大型生产流水线的需要。
近年来,随着社会的发展、科技的进步和需求的变化,铁路车辆的外形开始有了改变,尤其是客车车厢不再是清一色的老面孔。
但是它们的基本构造并没有重大的改变,只是具体的零部件有了更科学先进的结构设计。
一般来说,车辆的基本构造由车体、车底架、走行部、车钩缓冲装置和制动装置五大部分组成。
车体是车辆上供装载货物或乘客的部分,又是安装与连接车辆其他组成部分的基础。
早期车辆的车体多以木结构为主,辅以钢板、弓形杆等来加强。
近代的车体以钢结构或轻金属结构为主。
货车车体的主要组成部分包括侧壁(墙)、端壁(墙)、车顶等。
车体的钢结构由许多纵向梁和横向梁(柱)组成,车体底架通过心盘或旁承支承在转向架上。
车体钢结构承担自重、载重、整备重量及由于轮轨冲击和簧上振动而产生的垂直动载荷;列车起动、变速、上下坡道时,在车辆之间所产生的牵引和压缩冲击力等纵向载荷;以及包括风力、离心力、货物对侧壁的压力等侧向载荷。
客车车体为全金属焊接结构,由底架、侧墙、车顶和端墙等四部分焊接而成。
在钢骨架外面焊有金属地板。
侧墙板、车顶板和端墙板,形成一个上部带圆弧下部为矩形的封闭壳体,俗称薄壁筒形结构车体。
壳体内面除用纵向杆件和横向梁、柱加强外,还采用墙板压筋方式来代替部分杆件,以增强结构的强度和刚度,形成整体承载的合埋结构。
客车车体必须具有良好的隔热性能。
为使旅客上下车方便,客车两端设有通过台,并在通过台的外端设置折棚和渡板,防止风雨及寒气侵入。
车体内除设置门窗、座椅及卧铺外,还需装设卫生设备、通风装置、给水设备、车电设备、取暖设备、播音装置及空气调节装置等。
车底架就是由各种纵向和横向钢梁组成的长方形构架。
它承托着车体,是车体的基础。
车底架承受上部车体及装载物的全部重量,并通过上、下心盘将重量传给走行部。
在列车运行时,它还承受机车牵引力和列车运行中所引起的各种冲击力及其他外力。
高速铁路设备系列介绍之十一——铁路的车轮:
随着我国高速铁路的飞速发展。
高速车轮作为高速列车的重要零部件,把车辆承受的载荷传递到钢轨,在机车制动时,它又承受闸瓦的
作用,因而车轮在复杂应力的状态下工作。
因此其使用质量直接关系着列车的运行安全和旅客生命财产的安全。
为方便认识车轮结构,我想先从一般人们所常见的车轮——汽车车轮开始介绍,汽车车轮俗称轮胎,车轮周围边缘的部分俗称轮圈,是车轮周边安装轮胎的部件。
从技术角度分析,这固定安装轮胎的部件位置叫轮辋。
连接车轮和车轴并负责轮胎和车轴之间承受负荷的旋转组件叫轮毂。
连接、支撑轮辋和轮毂的部分叫轮辐。
如从单纯的车轮结构看,铁路机车车辆就是不安装轮胎的汽车车轮,主要也由轮毂、轮辐和轮辋三部分组成,习惯上将轮毂和轮辐合在一起称为轮芯,将轮辋
部分也称为轮箍。
铁路车轮按轮箍与轮芯是否为一个整体,可分为整
体车轮和分体车轮。
传统铁路常用的是分体车轮,其轮芯部分为铸钢件,轮箍部分为硬度大、耐磨损的优质钢轧件,轮箍用热套装法装在轮
芯上,并采用孔小轴大的过盈配合,才能达到需要相互配合的两零件牢固连接。
按制造工艺分为轧制车轮和铸造车轮。
由钢坯轧制的整体辗制车轮在综合性能、高低倍组织、力学性能、金属利用率和使用寿命方面均优于铸造车轮。
铁路用辗钢整体车轮是优质碳素钢和低合金钢经辗轧制成的特殊型钢。
整体车轮为辗钢件,是发展的趋势,辗钢车轮是客车的
重要组成部分,车轮在钢轨上滚动运行,并承受着车辆的全部载荷。
为了减少车轮的磨损,延长车轮的寿命,就要充分考虑车轮材质。
随着
列车的提速,在高速行驶时出现的各种影响安全性的问题(如车轮踏
面的剥离、车轮的裂损等)尚未得到解决,传统车轮材料已经越来越不能满足要求。
为满足列车高速行驶的安全性、可靠性需求,车轮材料要有高强度、高硬度和良好的耐磨和耐热性能。
目前世界各国使用的车轮以高、中碳钢为主,但随着铁路运输的发展,车速不断提高,对车轮性能的要求越来越高,特别对客车车轮的安全、可靠性的要求更为严格。
碳钢轮的某些性能已不能完全满足高速、重载的要求,因此各国都在探索研究合金钢或微合金钢车轮以满足运输事业发展的
需要。
我们知道汽车轮辋,靠轮胎在与地面接触的。
而在铁路机车车辆车轮轮辋中与钢轨的接触部分,简称踏面。
踏面与钢轨内侧接触的凸出部分称为轮缘,轮缘的作用是防止车轮脱轨,车轮通过曲线时,轮缘与外轨内侧面接触,引导机车在曲线上运行。
所以,合理的车轮尤其踏面外形成形工艺流程对确保车轮内在质量,形状尺寸和外观精度对机
车的运行性能有很大的影响,设计必须合理。
踏面必须具有斜度,我国机车车辆车轮外形为锥形踏面的。
并左右两轮装在车轴上成为轮对,两轮缘内侧距离为1353mm,在轮对组装时必须严格检查该尺寸,此距离决定了轮缘与钢轨的间隙踏面外形对机车的运行性能有很大的
影响,设计也必须合理。
令人欣慰的,是2011年10月22日上午,国家科技部高技术研究发展中心组织的国家“863”课题“高速动车组用车轮的研究与开发”验收会在马钢召开。
完成了高速动车组用车轮钢质、车轮热成型和热处理工艺优化、车轮使用性能、检测技术、批量生产技术及相关技术规范的研究。
突破了冶金质量控制、细晶强韧化等关键技术,优化了车轮冶炼、轧制和热处理工艺技术参数,设计出了适合我国铁路路况的车轮踏面外型,车轮综合性能达到和优于欧洲进口车轮实物水平。
并成功地进行了小批量认证用车轮的试生产,具备了年产5万件高速列车车轮的生产能力。
研究成果已推广运用于国内大功率机车车轮以及出口欧洲的系列车轮新品中。
由此表明,我国高速铁路设备系列之一——铁路的车轮也在高速成长中。