高速铁路关键技术.ppt
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1、高速铁路关键技术概论,今天:飞机、高速列车、 磁悬浮 。,3,2019/6/22,主要内容,我国交通运输发 展的重要性,轨道交通 发展概述,主要内容,1,2,高速铁路 关键技术,4,高速铁路 发展概述,3,4,2019/6/22,一、我国交通运输发展的重要性,国家经济发展的重大需要,建立国家重新体系的需要,社会稳定的需要,加速产业发展和提高国际竞争力的需要,交通运输在国民经济、社会发展和人民生活中起着重要作用,当今中国迫切需要现代化交通:,5,2019/6/22,选择不同的交通工具的优缺点,轨道交通的作用在过去、现在和将来都是至关重要的。,传统 火车,汽车,轮船,轨道 交通,飞机,旅行者,受限
2、,太昂贵,危险,太慢,服务差,安全、快捷,一、我国交通运输发展的重要性,6,2019/6/22,一、我国交通运输发展的重要性,各种交通方式对环境的影响,7,2019/6/22,不同交通方式的能耗与污染对比,一、我国交通运输发展的重要性,8,2019/6/22,一、我国交通运输发展的重要性,德国城市不同交通方式单位运输量的能耗,9,2019/6/22,干线轨道交通,城市轨道交通,新型轨道交通,高速客运,重载货运,地 铁,轻 轨,单轨电车,郊区铁路,磁悬浮,轨道交通,不断涌现出各种新的原理,真空高速管道列车,轨道交通的分类:三大类,二、轨道交通发展概述(分类),10,2019/6/22,二、轨道交
3、通发展概述(构成),车辆,控制系统,线路与轨道,供电系统,11,2019/6/22,因此高速铁路得到快速的发展。,高速铁路的优点:,二、轨道交通发展概述,12,2019/6/22,发展 现状 以及 趋势,1,2,3,4,5,城际轨道交通公交化,货运重载化和快捷化,铁路客运高速化,高速磁悬浮交通的崛起,城市轨道交通蓬勃发展,二、轨道交通发展概述,13,2019/6/22,德国,1964年开始,新干线总长度达1835公里,高速列车客运量为世界之最。,高速铁路是指由新一代列车提供的时速在200350km甚至更高的铁路快速运营服务。,法国,日本,1983年开通第一条现代化高速铁路,高速列车TGV运行速
4、度为300350km/h, 最高试验速度为515.3km/h,1985年开始研究ICE高速列车,1991年投入运营, 有高速铁路700多公里,高速列车最高运行速度达330km/h,三、高速铁路发展概述,14,2019/6/22,三、高速铁路发展概述,世界高速铁路的已投入运营里程(2005年),15,2019/6/22,三、高速铁路发展概述,目前世界上铁路总长及各洲的分布,16,2019/6/22,投资力度,八纵八横,速度方面,四横,四纵,修建新线6000公里 复线3000公里 地方铁路1000公里 总投资3500亿,300500公里范围内实现“朝发夕至” 1200-1500公里范围内 “夕发朝
5、至” 20002500 公里内实现“一日到达”,高速列车的运行速 度达到 200300 km/h,试验速度将 达到350 km/h以上,北京- 上海 北京- 沈阳- 哈尔滨 北京- 武汉- 广州- 深圳 杭州- 宁波- 福州- 深圳,徐州- 郑州- 兰州 杭州- 南昌- 长沙 青岛- 石家庄- 太原 南京- 武汉- 重庆- 成都,三、高速铁路发展概述,城际客运,环渤海地区 长江三角洲地区 珠江三角洲地区,“十一五”期间,国家将建9800公里高速客运专线铁路,17,2019/6/22,四、高速铁路隧道的关键技术,接触网,力学和钢轨,电磁兼容,高速铁路牵引供电系统,牵引供电自动化系统,动车组限界
6、(动态限界),动车组供电 (弓网、自动过分相),线路道岔,高速列车,高速铁路桥隧,路基,高速列车信号,无渣轨道,1,8,4,5,2,6,3,7,10,9,18,2019/6/22,大跨铁路隧道塌方预防,特长隧道的地质工作,隧道防排水,隧道仰拱及铺底的设计,隧道工挖技术,隧道的空气动力学 效应与隧道设计,关键技术,4.1高速铁路隧道的关键技术,19,2019/6/22,力学效应,研究成果,缓解和消减负面影响,微压波和洞口缓冲结构,4.1.1隧道的空气动力学效应与隧道设计,20,2019/6/22,4.1.2隧道工挖技术,特长隧道:TBM法 中长或短隧道:矿山法 特长大断面隧道:宜采用小直径TBM
7、(直径34 m)加钻爆法扩大,高速铁路特长、长隧道较多,为了工期和消防救援以及维护管理的需要,需要通过辅助坑道来实现长隧短打,合理确定开挖进 度指标,利用辅助坑道实现长隧短打,合理确定开挖进度指标,注重施工方法选择的多样性,21,2019/6/22,4.1.3大跨铁路隧道塌方预防,选择合理的大跨铁路隧道支护手段,及时封闭断面,选择合理的大跨隧道衬砌时机,建立量测体系,22,2019/6/22,4.1.4隧道的防排水,防排水设计是高速铁 路隧道的设计的基础,防水方法为 “以堵为主,限量排放”,防水技术,隧道的防排水,23,2019/6/22,重视和加强勘察设计阶段的地质工作,地质工作,建立分层次
8、的施工阶段地质预报工作,4.1.5特长隧道的地质工作,24,2019/6/22,4.1.6高速铁路桥的关键技术,桥梁结构,高性能混凝土,桥梁架设设备,纵横向水平刚度特殊要求,高性能混凝土应用是技术发展的必然趋势,桥梁架设设备是架设的关键,25,2019/6/22,4.1.7桥梁结构,01.研究 进一步丰富桥梁结构形式,02.研究 研究简支箱梁设计和检测,03.研究 优化设计刚构连续梁及钢混结合连续梁,桥梁结构特殊要求,桥梁结构形式研究,桥梁新的结构形式,26,2019/6/22,4.1.8高性能混凝土与桥梁架设设备,高性能混凝土应用于高速 铁路桥梁工程是技术发展 的必然趋势 具有优良的抗压、抗
9、折 和抗拉等力学性能具有 很好的抗渗、抗冻、抗 碳化和抗化学侵蚀等耐 久性能,1国外高速铁路发展较早, 架桥设备的发展较快, 种类亦多 2架设设备应朝着大跨度 、大吨位和机械化的方 向发展,以满足架设大吨 位桥梁类型(至少32m 双线箱梁)的需要。,高性能混凝土与桥梁架设设备,27,2019/6/22,4.2钢轨关键技术,钢轨的重要性,高速铁路对钢轨的要求,钢轨技术发展,钢轨的技术标准,选轨标准,5,钢轨的力学问题,轮轨滚动接触疲劳,轮轨噪声,6,7,8,轨道力学,9,28,2019/6/22,4.2.1钢轨的重要性,钢轨是轮轨式高速铁路的重要组成部分,在极其复杂的受力条件下工作 钢轨状态的好
10、坏直接影响行车安全,因此对钢轨质量有极其苛刻的要求 钢轨有些性能之间是矛盾的,要综合比较才能达到合理选择钢轨的目的,29,2019/6/22,4.2.2高速铁路对钢轨的要求,30,2019/6/22,4.2.3钢轨技术发展,加强关键性能,开发新型优质钢材,超长无缝钢轨,31,2019/6/22,4.2.4钢轨的技术标准,我国钢轨目前执行的标准比较复杂 国标20世纪60年代和80年代两次发布 铁标铁道部在20世纪90年代发布 新铁标 铁道路在2003年发布 铁标国标共存近期将维持国标和铁路行业标准并存的局面 新国标整合现有钢轨标准,形成一部完整的国家强制性标准,32,2019/6/22,4.2.
11、5选轨标准,铁道部重新划分对钢轨的技术要求 时速在200km/h以下的客货混运铁路钢轨 使用4375kg/m热轧钢轨 时速在200-300km/h的客运专线 使用250km/h60kg/m钢轨 时速在300km/h以上的客运专线顶级钢轨 使用350km/h60kg/m钢轨,33,2019/6/22,4.2.6钢轨的力学问题,轮轨滚动接触疲劳,脱轨机理的研究,轨道力学问题,钢轨的 力学问题,我国从现在到2020年,将是高速重载铁路和城市轨道交通发展的高峰时期。虽然它们的优越性不可否认,但有许多关键技术问题有待进一步解决,其中与轮轨相关的力学问题主要有:,34,2019/6/22,4.2.7轮轨滚
12、动接触疲劳,轮轨磨损破坏现象主要为轮轨接触表面剥离、压溃、龟裂、波浪形磨损、轮缘磨损和钢轨侧磨及断裂等,这些破坏现象和很多因素有关,有些破坏现象的机理至今尚未搞清楚,对有些问题的破坏机理认识不统一 轮轨滚动接触疲劳是铁路运输的老问题,主要发生在曲线段、接头处、道岔处。 人们采取各种方法和措施来阻止和减少它,如发展新材料、优化轨型面匹配来减少轮轨之间的疲劳 铁路客货量增大和速度提高,轮轨磨擦变得越来越严重。 我国现在每年因更换和维修破坏轮轨,大约花费80多亿人民币。它不仅大大增加了铁路的运营成本,而且直接危害行车的安全。,35,2019/6/22,4.2.8轮轨噪声,高速铁路在列车行驶速度低于3
13、00km/h时,轮轨噪音占主要部分。轮轨噪音辐射出的轮轨噪声可以归纳为如下三类:,36,2019/6/22,4.2.9轨道力学,轨道支撑并约束车辆的运行,决定着车辆安全、舒适性。 列车过道岔时,轮对和轨道之间发生强烈的冲击,导致车轮和道岔段上钢轨磨损 高速铁路道岔部位严重地限制了列车的行车速度 在桥梁和隧道端点刚度不均匀,会导致强烈振动,甚至脱轨。,37,2019/6/22,4.3道岔,道岔是铁路轨道连接的重要设备,直接关系到铁路运输的效率和行车安全。 道岔的性能直接影响铁路运输能力及旅客列车在该路段的行车速度及旅客乘坐舒适度。,38,2019/6/22,4.3高速道岔主要性能指标,直向 侧向
14、 速度,A,安全性,C,旅客的 舒适性,B,39,2019/6/22,4.3高速铁路道岔关键技术,40,2019/6/22,4.3国外高速铁路道岔概况,日本 不设区间渡线(车站的渡线无高速列车侧向通过的要求) 法国 车站少、区间渡线多,高速线间或高速与既有线的连接采用tg0.0154道岔。 德国 铁路客货混运。,41,2019/6/22,4.3我国秦沈铁路道岔,我国秦沈客运专线设计速度为200km/h,部分基础设施预留提速至250 km/h。根据速度和运输组织要求,决定采用18号和38号可动心轨辙叉单开道岔。 经过研究、设计、试制、试铺、试验五个阶段的工作,特别是直向以250km/h三次综合试
15、验,证明其能够满足旅客列车,侧向38号道岔(渡线) 以140km/h通过时,满足安全性和舒适性的要求。,42,2019/6/22,4.4高速列车信号关键技术,调度指挥系统,列车运行控制,信号基础设备,车站联锁系统,自动闭塞,43,2019/6/22,信号基础器件由电磁式向电子、微处理器元器件发展,广泛采用检测及故障诊断技术,提高信号装置的运行可靠性。 道岔控制方式由直流向交流控制转变,发展外锁闭道岔,减少道岔维护的工作量。 我国研制的ZD9(J)、ZYJ7 型等转辙机与交流转辙机S700K、EBISWITCH 等国外道岔转换设备仍有一定的差距。,4.4.1信号基础设备,44,2019/6/22
16、,4.4.2调度指挥系统,以铁路调度管理信息系统(DMIS) 为平台 以调度集中(CTC) 为核心(重点讲述) 以行车指挥自动化为目标 构建我国铁路现代化的运输调度指挥管理系统。,45,2019/6/22,4.4.3CTC系统总体构成图,46,2019/6/22,在已建DMIS的区段,以DMIS为基础建设CTC;在未建DMIS的区段,新建CTC同时具备DMIS的全部功能 考虑装备CTC的新建、改建铁路,车站联锁设备应全部采用计算机联锁;并具有区间信息采集功能 对于半自动闭塞区段,应同步装备区间检查设备,实现自动站间闭塞。 调度员与司机的语音、数据通信系统是实现CTC的重要基础。在主要干线建设C
17、TC的区段,应同步规划建设GSM-R铁路移动通信系统;在其它条件艰苦、运量较小的区段,可采用目前无线列调系统补强方案,4.4.3CTC规划原则,47,2019/6/22,全路20042020年总体规划建设CTC共51,495公里 规划范围包括: 近期规划共计13,163公里,1385个车站 中长期规划中客运专线约12,000公里 完善路网布局及西部开发性新线约16,000公里 其它主要干线及条件艰苦、运输需要的线路约10,332公里,4.4.3CTC规划目标,48,2019/6/22,D,CTC,COMTRAC,SMIS,运输计划,4.4.3日本高速铁路综合调度COSMOS系统,F,E,维修作
18、业管理,车辆基地作业管理,49,2019/6/22,设备,运输计划,车辆管理,维护业务管理,电力系统控制,站内,运行管理,集中信息,运输计划设备管理计算机,车辆管理计算机,维护业务服务器,电力系统控制计算机,运行管理计算机,集中信息管理,高速数字线路,高速数字线路,运转区所服务器,运转报告终端,分公司终端,车辆管理服务器,维护区终端,原有远程控 制装置分局,站内作业终端 基地,车站PRC装置 旅客指南装置 运行信息终端,原有地区调度计算机,设备管理终端,运输计划终端,车辆管理终端,维护业务,电力系统,运行管理终端,集中信息,COSMOS 系统构成图,管理终端,管理终端,中央网络,4.4.3 C
19、OSMOS系统的整体概要,50,2019/6/22,4.4.3 COSMOS运行管理系统的特征,提供最适于高速高密度运行具有实践经验的运行管理技术,实现了运行计划,维护计划,在线信息等统一管理的综合系统,系统化范围向车站车辆基地维护区的大幅度扩大,信息服务的提高, 以区域广范围大的自律分散思想为基础的车站 分散控制系统 (高应答性自动控制系统) 采用实时列车行走模拟的预测控制型运转整理 支援机能 确实传递时刻表的变更(指令传递机能), 维护管理系统 运输计划系统 沿线监视系统 运行管理系统 电力管理系统 设备管理系统, 维护计划支援系统 维护作业系统 站内进路控制系统, 车载传递系统 提供事故
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