瑞典高速铁路技术(2).doc

５ 高*“速*“列*“车５.１ X2000 型高速摆式列车的基本特征 X2000 型高速摆式列车 技术是瑞典在既有干线上开行高速列车的核心技术X2000 型高速摆式列车有三大技术特点首先是采用主动式倾摆车体技术，当列车头部进入曲线部位时，安装在列车第一个转 向架上的传感器发出信号，计算机即根据此信号经计算发出相应指令，通过液压伺服系统， 使后面客车车体依次及时地向曲线内侧倾斜适当角度，克服列车通过曲线产生的离心力， 因而改善了旅客的舒适性也就是说，倾摆式车体的设计，使 X2000 型列车比传统列车通 过曲线时增高速度３０％～４０％，旅客舒适度没有降低其次是采用径向自导向转向架技术普通转向架的车轴之间永远是保持平行，而径向 转向架由于轴箱悬挂系统采用柔性的橡胶—金属人字形弹簧，使转向架通过曲线时，２根 车轴可自动成径向位置，有效地减少轮轨间的冲角及横向作用力，这就允许 X2000 型列车 在曲线上增高速度３０％～４０％通过时，不会增加轮轨作用力，保证通过曲线的安全性第三个技术是采用三相交流传动技术，这也是当今世界上高速列车普遍采用的先进技 术采用交直交异步电机传动技术不仅提高了列车牵引与制动功率，也降低了列车重量及 转向架簧下质量，改善了接触网供电质量与列车运行品质，减小了维修工作量。

５.２ X2000 型高速摆式列车的编组及主要技术参数X2000 型摆式列车的基本编组是 1 节动力车，4 节中间客车及 1 节带有司机室的拖 车，这节拖车有司机室和供旅客乘坐的客室，采用“１Ｍ＋５Ｔ”的编组形式X2000 型 摆式列车中动力车、拖车的配置见图６—５—１所示列车全长１４０ｍ，总定员数为 ２９２人(含 10 个餐车位)根据客流的需要也可由 2 组列车编成 1 个列车运行，有重联操 纵装置，由 1 个动力车或尾车操纵每辆动力车最多可牵引 6 辆拖车(含 1 辆尾车)，即 “１Ｍ＋６Ｔ” 也可两列重联成“１Ｍ＋１２Ｔ＋１Ｍ”的编组形式 &〖ＴＰＴＩＥＴ６５１，＋３３ｍｍ１４５ｍｍ，ＢＰ，ＤＹ＃〗& 图６—５—１ Ｘ２０００型摆式列车动力车、拖车配置图 动力车是 1 节具有 1 个司 机室的轻型机车客车上装有空调、自动车门、旅客信息显示屏幕及旅客在座席上收听音 乐的设备其中有 1 节装有轮椅提升机构和残疾旅客休息室的客车瑞典铁路在斯德哥尔摩至哥德堡、斯德哥尔摩至马尔默、哥德堡至马尔默 3 条干线上 均运营１Ｍ＋５Ｔ编组形式的 X2000 型列车，在斯德哥尔摩至北部莫拉、圣特维尔等干线 上则开行１Ｍ＋３Ｔ编组的 X2000 型列车(因北部运量较小)。

X２０００型摆式列车的主要 技术参数 最高速度 210km/h 轨距１ ４３５ｍｍ供电电压、频率１５ｋＶ、１６２３Ｈｚ列车总长 度１４０ ｍ列车重量（空载）３２１ ｔ列车总重(满载)３４３ ｔ动力车自重７３ ｔ头等、二等拖车自重４７ ｔ二等拖车与餐车合造车自重４９ ｔ操纵尾车自重５５ ｔ最大侧向加速度（轨道平面）１.８５ ｍ/ｓ２牵引系统三相交流传动，异步牵引电 机持续额定功率３ ２６０ ｋＷ最大功率４ ０００ ｋＷ最大牵引力１ ６０ ｋＮ 动力车定距９.５ ｍ拖车定距１７.７ ｍ操纵尾车定距１４.５ ｍ车辆高度３ ８００ ｍｍ车体宽度３ ０８０ ｍｍ地板面高１ ２６０ ｍｍ动力车车轮直径（新/旧）１ １００/１ ０４０ ｍｍ拖车车轮直径（新/旧）８８０/８２０ ｍｍ常用制动减速度和 制动距离１.１ ｍ/ｓ２，１ ５６０ ｍ紧急制动减速度和制动距离１.４ ｍ/ｓ２，１ １９０ ｍ制动装置 动力车再生＋盘型＋踏面清扫 拖车盘型 ＋磁轨动力车长１７.６ ｍ拖车长２４.９５ ｍ尾车长２２.２６ ｍ客车车厢噪声 (２００ ｋｍ/ｈ)＜６５ ｄＢ（Ａ）司机室噪声（２００ ｋｍ/ｈ）＜７０ ｄＢ（Ａ）车体主要材料不锈钢５.３ X2000 型摆式列车的主动式倾摆系统X2000 型高速摆式列车采用主动式(有源式)倾摆系统，这也是 X2000 型摆式列车 的特点。

５.３.１ 车体倾摆的作用原理(1)车辆通过曲线的物理现象当１节车辆沿平直线路以恒速运行至曲线区段时，车辆将受到轨道导向给予的横向力， 作用在轮轨接触区根据牛顿第三定律，此横向力是成对出现的，轨道给予车辆横向力称 作向心力，而车体在曲线上的离心力则通过轮轨接触作用在外轨上此横向力的数值随着曲线半径的减少而成比例地增加，如果曲线半径一定，横向力与 车辆前进速度的平方成正比不论在直线或曲线上，车辆上始终存在垂直向下的重力当车辆以较低的速度运行，或通过的曲线半径较大，即使曲线不设超高，车辆所受的 横向力也不会引起旅客太大的不适之感(见图６—５—２（ａ） ） 然而，当曲线半径变小， 或车辆速度增加时，横向力就越来越大，以致旅客再也不能忍受这种不适之感国际上通 常规定，当旅客所感受到的横向力超过旅客本身重量的１０％时，其舒适性已达到不可接 受的程度旅客舒适性的极限可以用所受到的横向加速度及垂向加速度来表示，对大部分 旅客来说，横向加速度和向下的垂直加速度的可接受的标准是０.０８ｇ到０.１０ｇ，而 向上的垂直加速度可接受的标准是０.０５ｇ大部分旅客对小于０.０４ｇ的加速度没有 明显的感受除了旅客的舒适性外，另一个重要问题是在曲线上车辆速度增加时的安全性。

轮轨间 的横向力越大，脱轨的危险性就增加，作用在轮对上的横向力与垂直力的比值(即脱轨系数 Ｌ/Ｖ）是列车通过曲线的安全性的一项重要指标为了降低旅客所受的离心力作用，并保持良好的脱轨安全性，一般线路曲线区段的外 轨比内轨高，形成一个超高倾斜面，超高的数量可以表示为外轨与内轨的高度差(长度单位)， 也可表示为轨头平面与水平面形成的角度(角度单位)超高的作用是利用车辆中旅客本身 重力的横向分力来补偿或部分补偿旅客所受到与其方向相反的离心力的作用(见图６—５— ２（ｂ）所示) &〖ＴＰＴＩＥＴ６５２，＋６５ｍｍ１４７ｍｍ，ＢＰ，ＤＹ＃〗& 图６—５—２ 曲线通过时的加速度和作用力 由于车辆通过一定半径的曲线时，旅客 所受到的离心力是车辆速度的函数，正如图６—５—２所示在某一速度时离心力和重力的 横向分力正好相互抵消换句话说，在给定的曲线半径和超高条件下只存在一个速度值， 使离心力的横向分力正好由重力的相应分量所补偿这个速度称为在一定的曲线半径、超 高和一定的车辆性能条件下的“平衡速度” 实际上所有线路的曲线地段(具有一定的超高 值)均设置一个实际的平衡速度来适应稳定性最差的货车的要求(在美国、加拿大这种货车 是３层运小汽车的高重心和受风面积大的货车)，且该货车处于最不利的条件下，如停在曲 线上并在曲线外侧受到最强的侧向力。

当车辆以高于或低于平衡速度通过曲线时，将产生离心力和重力的横向分力之间的不 平衡(见图６—５—２（ｂ） ） ，这就是铁路上通常所谓的“欠超高或过超高” 这就是说绝 大部分列车在给定曲线上不是以平衡速度运行，其运行速度总是在列车稳定性及轨道作用 力均为安全的一个速度范围内欠超高”的定义是给定曲线的实际超高与列车以较高速度通过时为平衡离心力所需 要的超高量之差欠超高是不平衡速度最方便的参数表征量，它与为平衡离心力所需要的 车体倾摆角度直接有关，也与维持旅客所能接受的舒适性直接有关轨道几何参数和车辆或列车的速度不是影响车体有效倾摆角的惟一因素当以等于或 低于平衡速度运行时，由于车辆二系悬挂系统的作用，使作用在车辆重心上的不平衡横向 力趋使车体压缩二系悬挂弹簧，车体向曲线外侧不平衡力方向更多地倾斜这将增加不平衡力的值如图６—５—３所示车辆的二系悬挂弹簧越“软” ，不平衡力将越大，像汽车在 相当高的速度下拐弯时不舒服地“侧滚”一样但在许多悬挂系统中设计了抗“侧滚”扭 杆或横向连杆来限制这种效应2)倾摆车体在曲线上提高速度的原因对车辆的某些悬挂系统而言，由于二系悬挂的两侧弹簧的不同压缩量而引起车辆向外 “侧滚”所造成的旅客舒适性下降与降低曲线的超高效果是相同的(见图６—５—３） 。

如图６—５—４所示当人为地将客车的车体倾摆时，有可能降低或消除作用在旅客身 上的不平衡的横向力由于车体倾摆相对水平面产生了一个倾斜角度，相当于曲线超高增 加了，从而改善了旅客的舒适性〖ＴＰＴＩＥＴ６５３，＋６３ｍｍ６７ｍｍ，ＢＰ＃〗& 图６—５—３ 通过曲线时悬挂系统弹簧 压缩对旅客作用力的影响 将悬挂系统弹簧的压缩与设计的车体倾摆两者的效应合并在 一起，可以得到作用在旅客身上的力的合成图，如图６—５—４所示当列车以高于平衡 速度通过曲线时，车体倾摆的目的就是为了减少旅客所感受到的横向力，使旅客的舒适度 达到可接受的程度采用倾摆式列车就可以用较高速度通过既有线曲线区段既不降低旅客 的乘坐舒适性，又不用增加曲线超高以免货物列车运行时发生不稳定倾覆的危险然而，摆式车体并不能降低车辆对轨道的水平作用力，１６０ｋｍ/ｈ速度以上的摆式 车体技术经常要与低轴重、低簧下质量、径向转向架及主动悬挂系统等新技术相结合〖ＴＰＴＩＥＴ６５４，＋８４ｍｍ１０３ｍｍ，ＢＰ，ＤＹ＃〗& 图６—５—４ 设计的车体倾摆对作用在旅客身上的力的影响５.３.２ X2000 型摆式列 车的主动式(有源式)倾摆系统 X2000 型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。

列车在曲线上行驶时，该系统使旅客承受的侧向力减少了大约７０％， 犹如在曲线上给高速列车增大外轨超高，以解决高速所增大的离心力的平衡问题倾摆动 作由电—液伺服系统来完成的客车倾摆系统的原理见图６—５—５所示车体摆动机构 设置于转向架的上、下摇枕之间，上摇枕通过４根吊杆悬挂在下摇枕上，形同一个对称的 ４连杆机构两侧各设一个液压伸缩油缸来驱动车体的倾摆这种设计使二系悬挂位于倾 摆平面以上，因而二系悬挂受到的横向力很小液压油缸的上下两端分别固定在上、下摇 枕体内液压系统中除液压伸缩油缸以外的全部液压设备都安装在位于地板下的２个机柜 内(２.４ｍ×１.６ｍ×０.５ｍ，重８５０ｋｇ） ，包括２个油泵：１个循环泵、１个高压 主泵循环泵的作用是把油从油箱中抽出，流经滤清器及冷却器返回油箱主泵则向液压 缸输送已过滤并具有合适温度的压力油当列车通过接触网供电电压的中性段及缓和曲线 时，气体储能器可提供倾摆能源，该系统的压力为１４ＭＰａ流向液压缸的油是受伺服 阀控制的，它从控制系统接收电基准信号，１节车辆的２个转向架的倾摆动作由同一伺服 阀控制，这就保证了１节车辆的２个转向架的倾摆机构总是向相同方向倾摆，以避免两台 转向架倾摆机构的动作互相矛盾，从而避免了车辆发生车轮减载过限的危险。

〖ＴＰＴＩＥＴ６５５，＋６５ｍｍ６４ｍｍ，ＢＰ＃〗& 图６—５—５ X2000 的主动式倾摆系统原理图 １—下摇枕；２—上摇枕；３—油缸； ４—吊杆；５—空气弹簧为可靠起见，系统还有第 2 个伺服阀作备用，以模拟后备方式 工作如果倾摆系统无法工作，压力将降为零，车体将自动回到非倾摆位，故障导向安全正常工作时，倾摆动作受列车计算机系统(TRACS)控制和监视摆角的基准值由列车第 一个前导转向架上的加速度计给出，经滤波后通过列车计算机的串行数据总线发送到其他 所有车辆上依据车辆所处不同的曲线半径每节车辆上的控制微处理机将分别延迟适当的 时间向液压系统下达指令，使车体摆动一定的角度每节车辆的倾摆由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显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车体摆动最大倾斜角度为８°（在机械尺寸上可摆到９°） ，扣除一系与二系弹簧的影 响，最大有效倾角为６.５°，最大倾摆速度。