高铁的核心技术有哪些

2015-08-21 15:53:12 来源:京铁办

高铁(原名高速铁路),是指通过改造原有线路(直线化、轨距标准化),使最高营运速率达到不小于每小时200公里,或者专门修建新的“高速新线”,使营运速率达到每小时至少250公里的铁路系统。高速铁路除了在列车在营运达到一定速度标准外,车辆、路轨、操作都需要配合提升。

  高铁定义

  高铁(原名高速铁路),是指通过改造原有线路(直线化、轨距标准化),使最高营运速率达到不小于每小时200公里,或者专门修建新的“高速新线”,使营运速率达到每小时至少250公里的铁路系统。高速铁路除了在列车在营运达到一定速度标准外,车辆、路轨、操作都需要配合提升。

  中国2014年1月1日起实施的《铁路安全管理条例》规定,高速铁路(高铁)是指设计开行时速250公里以上(含预留),并且初期运营时速200公里以上的客运列车专线铁路。

  世界上首条高铁

  世界上首条出现的高速铁路是日本的新干线,于1964年正式营运。日系新干线列车由川崎重工建造,行驶在东京-名古屋-京都-大阪的东海道新干线,营运速度每小时271公里,营运最高时速300公里。

  此后高铁技术得到各个国家的重视,高铁在世界各个城市遍地开花,缘起法国的TGV技术、缘起德国的ICE技术、缘起西班牙的Talgo技术以及得益于航空航天技术发展而诞生的磁悬浮技术都为高铁速度的提升探索了思路和方式。而中国研究的CRH技术是高铁科技领域的又一重大突破。本文就是向各位介绍CRH技术,而CRH技术正是高铁与普通铁路区分的关键技术因素之一。

  高铁动车的基本组成

  1.车体

  车体的作用是安装基础和承载骨架。现代动车组车体均采用整体承载的钢结构或者轻金属结构,以实现在最轻的自重下满足强度和刚度要求。

  2.转向架

  转向架有动力转向架和非动力转向架之分。其作用是承载、转向、减振、制动,动力转向架还具有驱动的功能。转向架由构架、悬挂装置、轮对轴箱装置和基础制动装置等组成。而动力转向架还有驱动装置。

  3.牵引传动控制系统

  作用是传递能量和运行控制。牵引传动系统主要是指列车的电气设备,分为传动电路系统、辅助电路系统和电子与控制电路系统。主传动电路系统主要包括主变压器、主变流器、牵引电机。辅助电路系统主要包括通风冷却装置、车内供电装置。

  4.制动装置

  该装置包括机械部分、空气管路部分和电气控制部分。制动方式有空气制动和电气制动,不同的制动方式有不同的制动装置。

  5.车端连接装置

  该装置包括各种车购缓冲装置、铰接装置和风挡等。作用是连接车辆成列及缓和纵向冲击。

  6.受流装置

  动车组均采用受电弓受流器。

  7.车辆内部设备和驾驶室设备

  这里面就是些类似于“家具”一样的东西了,如空调、灯、座椅等。

  CRH核心技术点

  动车本质上是人类科学技术水平的集中体现,里面的所有设备装置都是科技在铁路运输上的应用。所以谈到动车组的核心技术,很多都是在别的地方有应用的。

  动车组核心的核心是牵引传动系统

  我国动车组均采用交直交传动,接触网上的交流电经过受电弓和变压器之后,被整流成直流,再逆变成交流通入异步牵引电机。

  弓网关系

  高速列车在运行的时候,列车速度越高,受电弓与接触网的良好接触就越难实现,这就是弓网关系。

  轮轨关系(转向架)

  高速下,轮对与钢轨之间的蠕滑、轮轨动力学、运动稳定性、曲线通过性能,这些基本上可以归纳到转向架中。

  变流技术

  要实现整流和逆变最根本的是器件,所以动车的运行必须要大功率的可控器件。其中以IGBT为代表。其次,逆变器和整流器的拓扑结构决定了输出的性能。再者,整流器和逆变器的控制技术也非常重要,而且控制技术牵涉到整车的运行策略和工况,难度非常高。

  牵引电机控制技术

  对牵引电机的控制一般是将逆变器和电机作为整体进行控制的,现在最成熟的两种控制方法一个是矢量控制一个是直接转矩控制。在具体的控制方法中,还有很多实现上的困难。在其中,会添加一些技术,比如无传感器技术,非线性解耦等。

  再生制动

  再生制动是一种非常环保的制动技术,它利用列车的动能发电,将电能返送到电网中去。再生制动技术本质上是控制技术,它不需要额外的主电气设备,它只是将电动机作为发电机,逆变器作为整流器,整流器作为逆变器,参照上图。再生制动技术中最主要的,是如何保证返送回电网的电能的质量。

  网络控制系统和列车运行系统

  动车组通常动力较为分散,设备都分布在不同的车厢上,在高速运行中,如何使设备协调工作,消除延时,这个是网络控制系统解决的。其中涉及到信号传输、通信协议、车载计算机等技术。

  至于列车运行系统主要针对外部和列车的协调。这其中包括区间闭塞技术、无线通信技术。

  辅助供电系统

  这段不多说,详情见目前火车是如何供电的。

  动车组CRH和和谐电HXD系列。动车组的牵引供电系统由接触网经受电弓到牵引变压器,牵引变压器变压后到牵引整流器,然后是牵引逆变器,最后到牵引电机。这是牵引供电系统。而车厢内照明、空气制动机和列车控制系统供电来源是由辅助变流器得到,在变压器后面有另一个绕组接出,接上辅助变流器。而控制电路和照明供电有专门的蓄电池备用。

  材料技术

  车窗、车体、转向架、轮对、闸瓦都需要材料技术的支撑。这个无需赘言。

  此外,高铁和普通铁路还有很大差别。

  1.高速铁路使用无砟轨道(在中国是设计时速超过250km/h的高速铁路使用无渣轨道,设计时速200-250km/h的客运专线很多使用的是有砟轨道)。

  普通铁路轨道是在小块石头堆砌的基础上,再铺设枕木或水泥枕木,被称为有砟轨道。京沪高铁用的是无砟轨道,路基不用碎石,铁轨、轨枕直接铺在混凝土路上,整条线路水平误差不超过0.1毫米。在轨道方面,大量采用长距离无缝钢轨。也就是在高铁上几乎听不到传统火车的哐当哐当的声音。没有了钢轨接缝,对于列车速度的提高也有帮助。而且道岔都采用高速可动心道岔。其通过速度比普通道岔高很多。且高速铁路线路弯道更少,火车尽可能的是直线。(需要说明的是无砟轨道的技术仅日本和德国拥有,中国缺乏轨道板制造技术,遂选择引进外国技术及自主研发。)

  2.高速铁路使用的列车是动力分散式动车组。

  动力分布式列车是铁路列车的一种和动力集中式相对的牵引方式,特点是动力来源分散在列车各个车厢上的发动机,而不是集中在机车上,中国的“和谐号”动车组是以架空电缆方式提供电力来驱动牵引电动机的电力动车组。而普通列车是由火车头牵引的,这是动力集中式的牵引方式。

  3.信号控制系统不同。

  中国列车控制系统,简称CTCS,是中国铁路参照欧洲列车控制系统,并结合中国国情构建的技术体系。使用数字控制信号,比传统的模拟信号更加的精确和稳定,确保列车运行安全。

  4.定价和定位不同。

  P.S:需要注意的是磁悬浮列车也属于高速铁路的一种。

[打印] [关闭] [返回顶部]

返回中华铁道网新闻首页