轨道车辆设计

**章 绪 论 速度作为交通运输现代化的重要指标之一，往往在很大程度上影响着某种运输方式或某种交通工具的兴衰。正是由于在运输速度和运输能力上的巨大优势，铁路才在很长的历史时期内成为世界各国交通运输的骨干，极大地推动着人类社会进步和文明进程。曾几何时，由于忽视了行车速度，铁路在速度方面的优势迅速降低，甚至消失。尤其是随着航空、高速公路和管道运输的迅速发展，铁路不断受到新浪潮的冲击。 20世纪中叶以来，世界铁路以高速客运为突破口开始了新一轮的复兴。高速铁路的问世，使“夕阳产业”焕发了青春，出现了新的生机。客运高速化是世界铁路发展的趋势，在许多国家，越来越多的旅客把乘坐舒适、便捷的高速列车作为出行的*选，如图1-1所示的复兴号高速动车组。 图1-1 复兴号高速动车组 随着世界高速铁路技术的不断发展，高速列车的商业运行速度迅速提高，堪称陆地飞行。旅行时间的节约，旅行条件的改善，旅行费用的降低，再加上国际社会对地球环保意识的增强，使得高速铁路在世界范围内呈现出蓬勃发展的强劲势头。作为主要的公共交通运输工具之一，在适应自然环境角度，高速列车可以全天候运行，基本不受雨、雪、雾的影响；在出行角度，列车采取“公交化”的模式，旅客可以随到随走；在节能环保角度，高速铁路是绿色交通工具，非常适应节能减排的要求。世界将进入快速发展的高速铁路时代，打造更为密集的高速铁路网将成为现实。 与世界许多国家相比，我国高速铁路的发展有更加广阔的空间。我国国土东西跨度大，南北相距远，这决定了中长距离的客货运输需求巨大，而铁路是经济、快捷、环保的交通运输方式，因此有很大的发展潜力。高速铁路的发展和运营实践表明，高速铁路在我国有很强的生命力和很大的发展前途。中国高速铁路的建设和发展，将会给国内外铁路建设者带来巨大的商机，同时促进世界和区域经济的提速和发展，为世界经济的腾飞做出巨大的贡献。 重载铁路运输运能大、效率高、运输成本低，受到了世界各国的广泛重视，特别是在一些幅员辽阔、资源丰富、煤炭和矿石等大宗货物运输量占有比例较高的国家(如美国、加拿大、巴西、澳大利亚、南非等)发展尤为迅速。目前，重载铁路运输在世界范围内迅速发展，已被国际公认为是铁路货运发展的方向，成为世界铁路发展的重要趋势。 随着新材料、新工艺、电力电子、计算机控制和信息技术等现代高新技术在铁路上的广泛应用，重载铁路运输技术及装备水平又有了很大提高，特别是在大功率交流传动机车，大型化、轻量化车辆，同步操纵和制动技术等方面有了新的突破，极大地促进了重载铁路运输的发展，图1-2所示为运行中的加拿大重载列车。 图1-2 运行中的加拿大重载列车 **节 轨道车辆的分类及发展 广义地讲，轨道车辆是指必须沿着专设轨道运行的车辆。除在铁路干线及专用线(厂矿和林区等)运行的轨道车辆外，城市中的轻轨车辆、有轨电车、地铁车辆、旅游设施中的观光缆车、悬挂式单轨车及磁悬浮车等均可列入轨道车辆的范畴。由于运送对象不同或其他某些特殊需要，轨道车辆的外形和内部结构各不相同。因此，轨道车辆按用途可主要分为铁路客车、铁路货车及城轨车三大类，每一大类中又可按用途细分为不同的车型。 一、铁路客车 铁路客车包括运送旅客的车辆、为旅客提供服务的车辆及挂运在旅客列车中的其他用途的车辆，分为旅客运送、旅客服务和特殊用途三类。根据用途，我国铁路客车主要分为如下几种：硬座车、软座车、硬卧车、软卧车、行李车、餐车、邮政车、试验车。高速客车中还有商务车、一等软座车、二等软座车等。此外，还有公务车、卫生车、医务车、维修车、文教车、特种车等。 伴随着我国铁路快速发展，铁路客车技术不断升级换代，产品平台持续完善，铁路客车形成了多样化、系列化的谱系产品结构，以高速动车组、城际动车组、25型铁路客车内燃动车组为主体，具备不同速度等级、不同档次水平、不同动力牵引方式，能满足多层次用户的多样化、梯次化需求。高速电动车组产品包括250km/h和350km/h速度等级的系列动车组，代表产品有和谐号CRH1、CRH2、CRH3、CRH5型电力动车组及中国标准动车组。城际动车组包括160km/h、200km/h速度等级的系列动车组，代表产品有CRH6A型、CRH6F型、CJ-1型、CJ-2型动车组。铁路客车产品主要有120～200km/h座车系列、卧车系列、餐车、行李车、发电车、特种车、高原车等。铁路客车产品包括120km/h、140km/h和160km/h速度等级的系列铁路客车，代表产品有25B型、25G型、25K型、25T型、特种铁路客车及出口铁路客车。内燃动车组产品包括动力分散型和动力集中型动车组，代表产品有阿根廷内燃动车组、突尼斯内燃动车组、马来西亚内燃动车组等。 把动力装置分散安装在每节车厢上，使其既具有牵引力，又可以载客，这样的客车称为动车，而动车组就是将几节自带动力的车辆加几节不带动力的车辆编成一组，带动力的车辆叫动车，不带动力的车辆叫拖车。动车组技术源于地铁，分为动力集中和动力分散技术。一般情况下，我们乘坐的普通列车是依靠机车牵引的，车厢本身并不具有动力，是一种动力集中技术。而采用了动车组的列车，其车厢本身也具有动力，运行的时候，不光是机车带动，车厢也会“自己跑”，这样把动力分散，更能达到高速的效果。作为一种适合铁路中短途旅客运输的现代化交通工具，动车组的分类有多种：按照传动类型，可分为电动车组和内燃动车组；按照动力形式，可分为动力集中型和动力分散型；按照传动方式，又可划分为电传动和液力传动两种类型。由于动车组可以根据某条线路的客流量变化进行灵活编组，可以实现高密度小编组发车，并且具有安全性能好、运量大、往返不需掉转车头、污染小、节能、自带动力等优点，受到了国内外市场的青睐，被誉为21世纪交通运输的“新宠儿”。内燃动车组通常两端为动力车，部分带客室，国内常见的动车组都属于这一类型。 二、铁路货车 货物运输是铁路运输的重要组成部分，铁路上用于载运货物的车辆统称为铁路货车，按其用途不同，可分为通用货车和专用货车，主要类型有棚车、敞车、罐车、平板车等。我国铁路的年货物发送量居世界**位，达30亿吨，可运送煤炭、谷物、液体、家畜、武器弹药、水泥等各种货物、物资。可见，货物运输在铁路运输中是非常重要的一部分。 通用货车是装运普通货物的车辆，货物类型不固定，也无特殊要求，在铁路货车中的所占比例较大，有敞车、平车、棚车、保温车和罐车等。 专用货车一般指只运送一种或几种货物的车辆，用途比较单一，大多以通用货车样式制造，同一种车辆要求装载的货物重量或外形尺寸较为统一。有时在铁路上的运营方式也比较特别，如固定编组、专列运行。专用货车一般有集装箱车、长大货物车、毒品车、家畜车、水泥车、粮食车、特种车和矿石车等。 敞车具有端墙、侧墙，无车顶，主要用来运送煤炭、矿石、矿建物资、木材、钢材等大宗货物，也可用来运送重量不大的机械设备。若在所装运的货物上蒙盖防水帆布或其他遮篷物后，可代替棚车承运怕雨淋的货物。因此，敞车具有很大的通用性，在货车组成中的数量*多，约占货车总数的50%。按卸货方式不同，敞车可分为两类：一类是适用于人工或机械装卸作业的通用敞车；另一类是适用于大型工矿企业、站场、码头之间成列固定编组运输，用翻车机卸货的敞车。 棚车有侧墙、端墙、地板和车顶，在侧墙上有门和窗，用于运送怕日晒、雨淋、雪侵的货物，包括各种粮谷、日用工业品及贵重仪器设备等，一部分棚车还可以运送人员和马匹。 罐车车体呈罐形，用来装运各种液体、液化气体和粉末状货物等，这些货物包括汽油、原油、各种黏油、植物油、液氨、酒精、水、各种酸碱类液体、水泥、氧化铅粉等。罐车在铁路运输中占有很重要的地位，用于装运液态、气态或粉状货物的车辆，通常有纵向水平置放的圆柱形罐体，以及排卸装置和进人孔、安全阀等附属装置。罐体为全封闭型结构，本身有足够的强度和刚度，因此有些新型罐车取消了枕梁间的部分底架，成为无底架罐车，这种罐车自重较轻，但由于所装货物多属易燃品或危险品，为了保证运输安全，罐体连接处必须保证极高的可靠性。罐车的用途不同，其结构也有差异。 有盖漏斗车是由棚车派生出来的一种专用货车，用于装运散装粮谷、化肥、水泥、化工原料等怕湿散粒货物。车体下部设有漏斗，侧墙垂直，没有门窗，端墙下部向内倾斜，车顶有装货口，口上有可以锁闭的盖，漏斗底门可以用人力或机械开闭。打开漏斗底门，货物靠自身重力自动卸出。 平板车是用于装运原木、钢材、建筑材料等长形货物和集装箱、机械设备等的货车，只有地板而没有侧墙、端墙和车顶。有些平板车装有高0.5～0.8m、可以放倒的侧墙和端墙，需要时可以将其立起，以便装运一些通常由敞车运输的货物。 保温车又称冷藏车，用于运送易腐货物，其外形似棚车，周身遍装隔热材料，侧墙上有可密闭的外开式车门。车内有降温装置，可使车内保持需要的低温；有的车还有加温装置，在寒冷季节可使车内保持高于车外的温度。制冷方式不同，保温车也可分为不同类型。 货车提速重载是提高铁路货物运输能力，促进国民经济快速发展的重要举措，是铁路跨越式发展战略和装备技术现代化的重要组成部分。大秦铁路已经通行了20000t组合列车，货车运行速度一般在80km/h以下，也有行包快运专列运行速度达到120km/h。 三、城轨车 城轨车指城市内载客量较高的轨道车辆，即城市轨道交通使用的轨道车辆，定义为采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通车辆系统，包括地铁、轻轨、单轨列车、有轨电车、中低速磁悬浮列车、市域快速轨道列车系统。这为建造遍布城市地上、地下、地面空间的轨道交通立体网络提供了丰富多样而又经济适用的车辆选择，将更多的人员更快捷、方便地连接在一起。 地铁/轻轨A型车辆，适用于大运输量的城市轨道交通系统及市区内大客流运输，不同线路的运营速度等级有80km/h、100km/h、120km/h，车体材质为铝合金或不锈钢。 地铁/轻轨B型车辆，适用于中大运量的城市轨道交通系统，不同线路的运营速度等级有80km/h、100km/h、120km/h，车体材质为铝合金或不锈钢。B型车辆是国内*早研发的地铁车辆。 地铁/轻轨C型车辆，适用于中小运量的城市轨道交通系统，不同线路的运营速度等级有80km/h、100km/h、120km/h，车体材质为铝合金或不锈钢。C型车辆为非标准推荐车型，国内使用较少。 地铁/轻轨L型车辆，列车为直线电机驱动、轮轨导向，适用于中运量城市轨道交通系统，不同线路的运营速度等级有90km/h、100km/h，车体材质为铝合金或不锈钢。L型车辆适用于隧道开挖断面小、线路坡度大的路况。 低地板现代有轨电车/轻轨车辆，适用于城区地面道路为大运量快速公共交通，车站可与公共汽车站兼容，运行路线按需设置，运营速度为70km/h左右，低地板设置使乘客上下车更为便利和快捷。 中低速磁悬浮列车适用于城区地上空间的小运量轨道交通系统，无轮轨噪声，爬坡能力强，转弯半径小，噪声与振动能够被周边居民接受，常规磁吸式磁悬浮列车的电磁辐射符合公众环保要求。地面主干道路的隔离带即可设置线路桥墩，挤占地面空间小，运营速度为100km/h左右。 跨座式单轨列车是适用于城区地上空间的中运量轨道交通系统，采用胶轮走行，爬坡能力强，转弯半径小，噪声与振动小。地面主干道路的隔离带即可设置线路桥墩，挤占地面空间小，运营速度为90km/h左右。 轨道车辆还可按轨距不同分为准轨车、宽轨车和窄轨车；按车辆具有的轴数分为四轴车、六轴车和多轴车；按制作材料分为钢骨车和铝合金车等。 第二节 现代轨道车辆设计理论与方法 研究设计的内在规律和相应的方法即构成设计理论与方法，设计理论与方法是关于设计本质和设计方法的系统理论，它将人们对设计的感性认识上