运行平稳性和运动稳定性的要求是矛盾的
➢ 平稳性要求柔性悬挂，稳定性要求加大刚度。
➢ 径向曲线通过要求轮对弱弹性定位，
稳定性要求加大轮对定位刚度 。
➢ 解决矛盾的途经：
❖ 精心设计，折衷要求，优化悬挂参数——受限 制；
❖ 采用可控参数技术，如：
阻尼，
1，无源主动控制——抗侧滚扭杆，抗蛇行
变参数定位，迫导向转向架等
❖ 采用交流牵引电机——无整流子，可做到无维修。 速度调节及控制用VVVF等调频变 频技术，实现交—直—交传动。 轴功率最大可到1250-1800kW。
2. 增加动轴数量—— 由动力集中到动力分散
❖ 牵引力还取决于粘着重量——因为动轴轴重对轨道
的动力作用随速度而加剧，故不能过大： 低速可到25t，一般为21-23t， 我国第一列高速列车为19.5t， 国际标准: 17t。
120-100
160-180
200-250
高速铁路
2500-4500
200-300
300-360
特高速铁路 6000-10000
300-400
360-500
2. 采用径向转向架
自由轮对—能自动回到径向位置
故具有弱约束轮对的转向架 就是径向转向架
刚性转向架—前轮对以巨大冲角
冲向钢轨，产生很大轮轨力
径向转向架—轮对保持径向位置
– 资源型国家 – 技术依赖型国家 – 创新型国家━━科技贡献率 ≥ 70%, 我国目前为 38%
科技投入占GDP ≥ 4%， 我国目前为 1.5%
• 创新类型：1 原创性创新： 科学发现和技术发明
2 系统集成性创新: 新产品开发 3 引进消化再创新: 日本━1:5.7；韩国━1:7.2；我国━1:0.08
❖ 增加动轴数量比增加动轴轴重更有效——走
向动力分散，增加粘着重量，充分发挥牵引及动力制动能力。 964年日本设计的0-系高速列车全为动轴 80年代法国TGV及德国ICE采用动力集中 90年代法国和德国都相继改为动力分散。
300km/h以上都应考虑采用动力分散
• 减轻自重
❖ 比功率相同条件下，自重越小，牵引功率越 大
52 法国1990年试验515.3km/h时为52kW/t
实现大功率驱动的途径
•
提高动轴功率
•
增加动轴数量
•
减轻自重
4. 使用直线电机牵 引
• 提高动轴功率——改直流牵引电机为同步或异步
交流牵引电机，实现交-直-交传动
❖ 交—直传动的局限——自重大，维修困难。 轴功率一般只能到800 kW， 最大到1000kW。
2，有源主动控制——车体可控傾摆，二系 横向主动
悬挂，轮对摇头角主动控制，流变阻
车体横向振动的控制
无控制时振 幅超过 10mm
加以控制后 可使振幅 限制在 10mm以内
半有源主动控制系统
有源主动控制系统
（四）高速列车运行信息化和自动化
高速下行车，通常的道旁色灯信号无法使用
必须采用机车 内显示的信号 一般为允许的 速度，如日本 新干线采用的
冲角为零，轮缘力为零各轮 对以其横向蠕滑力平均承受 轮轨力，称为蠕滑导向，可 大大改善通过曲线时的轮轨 受力状况。
冲角 曲线半径方向
3. 车体倾摆技术
原理—车体内倾，利用
重力分量平衡一部分离 心加速度，犹如附加超 高，可改善高速过曲线 时的乘座舒适度。
难点—根据曲线半径及
列车前进速度，实时控 制车体倾摆的角度。
稳定
由极限环的稳定性所决定。
V ≤ 最大运行速度
VB
VB VA
速度
运行平稳性指标
动态响应随速度而加50剧0 400
例如：轮轨力
300
P,(KN)
但乘坐舒适度不能降20低0
V=250km/h
V=200km/h V=160km/h V=120km/h V=80km/h V=40km/h
即加速度响应在高速下应100
注意—车体倾摆并不降
低轮轨力(系统的外力)。 故应同时采用径向转向 架。
实施—1，瑞典X-2000
已在广深线运行。 2，我国研制的
准高速摆式列车，将在成渝线运用。
（三）提高运动稳定性和运行平稳性
两个不同的范畴
运动稳定性—系统的固有属性，
极限环幅值
取决于系统参数。
运行平稳性—系统对外干扰的响应，
与外干扰的强度密切相关。
高速铁路：200∽360km/h
高速磁浮：400∽450km/h HSGT
真空管道：400∽1000km/h
• 水路运输━海运、河运
• 航空运输━国内、国际
• 管道运输━油气、煤水
不同交通方式的能耗与污染对比
两种模式的综合运输体系：
美国模式 ━━ 汽车 + 飞机 环保模式 ━━ 轨道交通 + 汽车、飞机
（A）高速铁路的关键技术
（一） 大功率驱动系统
（二） 提高曲线通过能力
（三） 提高运动稳定性和运行平 稳性
（四） 高速列车运行信息化和自 动化
（五） 空气动力学工程 （六） 高速列车试验技术
（一）大功率驱动系统
200km/h
列车行车阻力为：
F0 = a + bV + cV2
其中：
100% 80%
Vk — 最大通过速度，单位为km/h h — 轨道外轨超高，以mm计。R =1500 tgØ, Ø为超高角。
一般铁道，h≤110 mm；高速铁道， h≤180 mm
h欠— 未被平衡的离心加速度，换算成超高不足度，
即欠超高。 一般取 70 mm， 困难取 90 mm， 个别取 120 mm。
11.8 = 1500÷(9.81×3.62) — 单位换算中出现的系数。
–
交通规划与管理
–
道路与铁道工程
–
交通信息工程与控制
–
载运工具运用工程
综合运输体系
• 公路运输 ━━ 二级公路，
交通量： 7500辆/日
一级公路，
交通量：15000辆/日
四车道高速公路，交通量：27500辆/日
六车道高速公路，交通量：40000辆/日
• 铁路运输━━ 城市轨道交通：地铁．轻轨
城际铁路：区域城际铁路、全国城际铁路
0
固定阻力 0N/t
80 160 240 320 400 行 车 速 度, V,（km/h）
每吨列车质量所需要的牵引功率
行车速度 Km/h
比功率 kW/t
实际参考值
（动力分散）动车组 （动力集中）动车组 机车牵引
60
1
我国货物列车的实际水平
120
3
我国旅客列车的实际水平
160
5
提速列车达到的水平
210
铁路按最小曲线半径的分类
分 类 最小曲线半径 m
一般铁路
800-600
（Ⅱ级Ⅲ级铁路） （最小300，需减速通过）
提速铁路
（Ⅰ级铁路）
1000
（最小600，需减速通过）
准高速铁路 1400-1700
速度范围 Km/h 100-80
120-140
160-200
采用摆式列车技术 后的速度范围， Km/h
保持在常速下的水平
0
例如：由加速度响应计算的0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
横向、垂向平稳性指标W仍
t (ms)
应符合规定的标准，即：
Wx≤ 2.5 ;
Wy ≤ 2.5
故高速车辆必需具有更好的动力性能
例如：具有更柔软的悬挂特性:
二系横向悬挂刚度减小到0.15MN/mm, 车体与转向架间的自 由间隙加大到±80 mm, 一般速度下的车辆仅为±20mm。
❖ 日车本辆新系干列 线高速列0车的轴10重0 ： 300
制造最初年度
1964
1984
1990
列车编组 M—动车，T—拖车
列车定员
16M 1285
12M4T 1321
10M6T 1323
最大轴重, t
16.0
15.4
11.3
平均轴重, t
15.1
14.4
11.1
列车总重, t 电机功率, kW 列车总功率, kW
高速地面交通
直升飞机
支线飞机
干线飞机
高速真空管道交通（HS ETT）
高速铁路
高速磁浮
高速地面交通（HSGT）
全国铁路网 区域城际轨道
轨道交通(Rail Transportation)
城轨
公路
综合运输体系
水运
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 速度，km/h
空气动力学工程
1 空气阻力
运行能耗
大功率牵引(见前述)
2 列车风
V = 200km/h, µ=0.1-0.2
V = 300km/h, µ=0.05-0.1
V = 400km/h, µ=0.01-0.05
故利用轮轨粘着实现牵引最高速度不宜超过
400km/h, 一般取360km/h。不是极限，是最高经济速度。
❖ 采用线性电机可以无限制地发挥牵引力——加拿大1987
年
试验成功，日本东京12号地铁27.8公里采用线性
普通 电机
线性电机原理及应用
展开 线性 电机
日本地铁车辆采用线性电机牵引可 减小隧道截面节约地铁投资
定子置于轨道上 转子置于车辆上
（二）提高曲线通过能力
能否通过曲线是限制速度的瓶颈
离心加速度 = 速度V的平方÷线路曲线半径R
后果：1，限制旅客乘坐舒适度 离心加速度＞0.1g , 即超过旅客承受标准