CRH总体组成与技术.docx
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CRH总体组成与技术
第2章总体组成与技术
第2章总体组成与技术
2.1CRH2型动车组总体技术
CRH2型动车组为动力分散、交流传动电动车组。
动车组具有“先进、成熟、经济、适用、可靠”的技术特点。
先进：
动车组采用铝合金空心型材车体，采用了先进的IGBT功率元件以及VVVF控制牵引方式。
成熟：
动车组的原型车为日本新干线动车组，其主要系统和部件均有长时间的运营业绩。
经济：
动车组采用了流线型设计，各车辆的最大轴重仅14t，牵引和制动能耗低。
另外，列车采用再生制动方式，在节能、环保以及减少机械损耗等方面具有独特的优越性。
适用：
动车组具有速度提升能力，通过调整动车、拖车的比例，动车组能够灵活适应200km/h～300km/h各速度等级的运行。
另外，动车组还可以通过两列自动联挂来满足大运量的需求。
可靠：
动车组采用了先进的防滑、防空转控制系统和自动列车保护系统，为列车在各种运行环境下的准时性提供了可靠的保障。
2.1.1列车组成和主要参数
2.1.1.1编组
CRH2型动车组运营速度为200km/h，可在中国铁路既有线路（指定区间）和客运专线上运行。
动车组采用8辆编组，4动4拖，由两个动力单元组成，每个动力单元由2个动车和2个拖车（T-M-M-T）组成。
CRH2型动车组编组见图2.1，动车组编组代号意义参见表2.1。
动车组前后两端都设有驾驶室，列车通常运行时在前端的驾驭室内进行操作。
受电弓设在4号和6号车上，动车组运行时采用单弓受流，另一受电弓处于折叠状态。
两列动车组可联挂运行，联挂时受电弓采取双弓受流。
图2.1CRH2型动车组编组示意图
表2.1动车组编组代号含义表
车辆代号
类型
符号意义及说明
T
T1c，T1k
TrailerCoach——拖车
M
M1，M2，M1s
MotorCoach——动车
c
T1c，T2c
DrivingTrailerCoach——带驾驶室的拖车（c—cabin）
k
T1k
StandcornerCoach——带餐车的拖车（k—kitchen）
s
M1s
FirstClassCoach——头等车（s—special）
2.1.1.2轴重配置
动车组各车的重量如表2.2所示，列车定员610人，最大轴重为14t，最小轴重11.7t。
表2.2 CRH2型动车组各车辆的重量
车号
1
2
3
4
5
6
7
8
备注
形式代号
T1c
M2
M1
T2
T1k
M2
M1s
T2c
整备重量/t
42.8
48
46.5
42
44.1
48
46.8
41.5
定员/人
55
100
85
100
55
100
51
64
合计610人
乘客重量/t
4.4
8.0
6.8
8.0
4.4
8.0
4.1
5.1
80kg/人
定员重量/t
47.2
56.0
53.3
50.0
48.5
56.0
50.9
46.6
编组整体重量408.5
平均轴重（t）
11.8
14.0
13.3
12.5
12.1
14.0
12.7
11.7
2.1.1.3车辆定位
前位（1位端）
（1号车侧）
1位侧
2位侧
（1）
（2）
（3）
（4）
<1>
<3>
<5>
<7>
<2>
<4>
<6>
<8>
{1}
{2}
后位（2位端）
（8号车侧）
1位侧
2位
4位
3位
车辆的定位、转向架、车轴及车轮的编号按图2.2进行定义。
{x}:
转向架编号（x）:
车轴编号:
车轮编号
图2.2车辆定位、转向架、车轴及车轮编号的定义
2.1.1.4车内主要设备配置
CRH2型动车组具体编组结构参见图2.3，各车辆的车内主要设备如表2.3所示。
表2.3各车厢内主要设备
车号
代号
定员
主要设备
其他
1
T1c
55
二等车、司机室
坐式厕所、洗脸间、小便间、
禁烟车厢
2
M2
100
二等车、饮水机**
禁烟车厢
3
M1
85
二等车、备品室
坐式厕所、洗脸间、小便间、
4
T2
100
二等车、饮水机**
安装受电弓，禁烟车厢
5
T1k
55
二等车、酒吧餐饮区、电话间
坐式厕所、洗脸间、小便间、
禁烟车厢
6
M2
100
二等车、饮水机**
安装受电弓
7
M1s
51
一等车、多功能室、乘务员室、备品室
坐式厕所、洗脸间、小便间、
适应残疾人使用的车厢，
禁烟车厢
8
T2c
64
二等车、司机室、饮水机**
禁烟车厢
注：
①**：
CRH2001A～CRH2026A列采用桶装水，CRH2027A后采用冷热饮水机。
②一等车座椅布置为2+2形式，二等车座椅布置为2+3形式，座席为旋转式可调靠背座席。
③5号车（T1k）为餐、座合造车，设置咖啡机、微波炉、冰箱等，设置饮食用简易餐桌、椅子，设置可以提供饮食服务的区域。
设置广播、联络电话设备。
④各车设有广播系统。
图2.3CRH2型动车组具体编组结构
2.1.1.5车下设备布置
CRH2型动车组的大型设备均安装在车下设备舱内，如牵引变压器、牵引变流器、辅助电源装置、控制回路分线箱、蓄电池箱、接触器箱等，各车辆车下布置的设备见表2.4，车下设备布置见图2.4～图2.10。
表2.4各车厢车下主要设备
车号
代号
主要设备
1
T1c
STM轨道信号接收装置（2个）、Balise天线、换气装置及换气装置逆变器、辅助电源装置（APU）、辅助整流装置、空调装置（2个）、污物箱组成、水箱装置控制、控制回路接线箱、踏面清扫用电磁阀、制动控制装置、司机室空调室外机
2
M2
牵引变压器（MTr）、牵引变流器、高压设备箱、蓄电池箱、接触器箱、控制回路接线箱（2个）、接地电阻器、变流器（CT1和CT3）、外接电源连接器、空调装置（2
个）、换气装置及换气装置逆变器、牵引电机用送风机、制动控制装置、辅助空气压缩机
3
M1
牵引变流器、控制回路接线箱（2个）、辅助回路接线箱、接地电阻器、空调装置（2个）、换气装置及换气装置逆变器、牵引电机用送风机、制动控制装置、主空气压缩
机、水箱装置、污物箱装置
4
T2
蓄电池箱、接触器箱、控制回路接线箱（2个）、空调装置（2个）、换气装置及换气
装置逆变器、制动控制装置、辅助空气压缩机
5
T1k
控制回路接线箱（2个）、辅助回路接线箱、空调装置（2个）、换气装置及换气装置
逆变器、制动控制装置、主空气压缩机、水箱装置、污物箱装置
6
M2
同2号车
7
M1s
牵引变流器、控制回路接线箱（2个）、辅助回路接线箱、接地电阻器、空调装置（2
个）、换气装置及换气装置逆变器、牵引电机用送风机、制动控制装置、主空气压缩机、水箱装置、污物箱装置
8
T2c
STM轨道信号接收装置（2个）、Balise天线、换气装置及换气装置逆变器、辅助电源装置（APU）、辅助整流装置、空调装置（2个）、控制回路接线箱、踏面清扫用
电磁阀、制动控制装置、司机室空调室外机、蓄电池箱
图2.41号车（T1c）车下设备布置示意图
图2.52、6号车（M2）车下设备布置示意
图2.63号车（M1）车下设备布置示意图
图2.74号车（T2）车下设备布置示意图
图2.85号车（T1k）车下设备布置示意图
图2.97号车（M1s）车下设备布置示意图
图2.108号车（T2c）车下悬挂设备概况示意图
2.1.1.6车顶设备布置
车顶设备主要包括：
受电弓及附属装置（见图2.11）、接地保护开关、高压电缆、高压电缆连接器、各种无线天线等，具体设备见表2.5，安装布置见图2.12和图2.13。
表2.5各车厢车顶主要设备
车号
代号
主要设备
1
T1c
无线天线
2
M2
高压电缆、电缆连接器
3
M1
高压电缆、电缆连接器
4
T2
绝缘子、受电弓、接地保护开关、电缆连接器*、T形电缆连接器、倾斜型电缆连接器
5
T1k
高压电缆、电缆连接器、倾斜型电缆连接器
6
M2
绝缘子、受电弓、接地接地开关、L形电缆连接器、三分路电缆连接器
7
M1s
FM天线
8
T2c
无线天线
图2.11受电弓及附属设备
图2.121~4号车车顶设备布置
图2.135~8号车车顶设备布置
2.1.1.7动车组总体参数
（1）速度
运营速度：
200km/h
最高试验速度：
250km/h
（2）最小通过曲线半径
联挂运行时：
R180m
单车调车时：
R130m
S曲线时：
R180ｍ曲线＋最小10ｍ直线＋R180ｍ曲线
（3）车体主要尺寸
车体最大长度
头车：
25,700mm
中间车：
25,000mm
车体最大宽度：
3,380mm
车体最大高度：
3,700mm
车门处地板面高度：
1,300mm
车厢天花板高度：
2,277mm
轨距：
1,435mm
转向架中心距：
17,500mm
固定轴距：
2,500mm
车轮径：
860mm
车钩高度：
1,000mm
动车组两端过渡车钩中心高：
880mm
2.1.2CRH2动车组主要系统性能介绍
2.1.2.1牵引性能
CRH2型动车组各车辆牵引重量构成参见表2.2所示。
动车组采用感应电动机VVVF逆变器控制方式，有四个动车，共16个电机，电机功率300kW，动车组牵引总功率4800kW，正常时牵引性能曲线参见图2.14。
注：
[]内数值为牵引电机的扭矩－转速曲线坐标值
图2.14牵引性能曲线（正常时）
动车组运营速度为200km/h，最高试验速度为250km/h。
定员载荷时动车组平直道上的启动加速度为0.406m/s2；200km/h运行时，其剩余加速度为0.12m/s2。
动车组损失25%的动力时，平直道上的平衡速度大于200km/h。
动车组在逆风风速15m/s时也能正常营运。
2.1.2.2制动性能
CRH2型动车组的制动采用带滑行控制的电气再生制动和电气指令式空气制动的复合制动方式，利用防滑行控制来提高粘着力，制动特性曲线参见图2.15。
图2.15再生制动、空气制动性能曲线
制动时，进行与速度－粘着形式相对应的制动力控制，设置滑行检测和载重调节功能，以保证准确的停车位置。
CRH2阻力公式为：
开放区间r＝8.63＋0.07295v＋0.00112v2（N/t）
动车组制动方式有：
常用制动——根据指令的阶段控制方式
紧急制动——平时励磁方式（由指令线断路来使紧急制动动作）
快速制动——平时励磁方式（由环形电路断路来使快速制动动作）
辅助制动——制动控制装置不良时使用，只对两端的车辆起作用。
耐雪制动——防止雪天雪块嵌入制动盘和闸瓦间。
制动可采用ATP/LKJ自动控制及手动控制。
对于快速制动，在平坦线路上的制动距离或减速必须满足列车追行间隔的要求，即制动初速度为200km/h时小于2000ｍ，制动初速度为160km/h时小于1400ｍ。
2.1.2.3空调装置
CRH2型动车组每辆车下均设两台空调机组和一台用于提供新风和排放废气的换气装置。
空调机组的控制由内置的变频控制完成，变频控制通过比较设置在空调显示设定器设定的温度值和客室内检测温度值，对空调机组的压缩机、室外送风机、室内送风机进行变频控制，对电加热器空气处理设备进行通断控制，实现对客室空气的制冷及加热。
为防止客室外压力变化影响客室内，地板下安装了客室通风用供排气一体的换气装置。
客室内通风采用换气装置连续进行，并且其结构采用在通过隧道时能控制客室外压力急剧变化的结构。
空调系统能够保证动车组如下性能：
夏季，外部气温33℃、相对湿度80％及150％定员时，客室温度可保持在26℃以下；气温40℃、相对湿度55％及100％定员时，客室温度可保持在28℃以下；冬季，气温为-15℃时，客室温度可保持在20℃以上。
2.1.2.4给排水、卫生系统
CRH2型动车组单号车设给排水和卫生系统，双号车仅设给排水系统。
主要包括：
（1）单号车给排水系统：
车下设水箱装置（700L）、给排水管路，为洗脸间、卫生间、小便间供水和排水。
（2）单号车卫生系统：
车下设污物箱组成（700L）、排污管为小便器、座便器排污。
（3）双号车给排水系统：
车下设小水箱装置（200L）、给排水管路，为冷热饮水机供水和排水（CRH2-001A~CRH2-026A为大桶水饮水机，无给水系统）。
（4）5号车小卖部内设冷热饮水机，由水箱装置供水，提供乘客冷热饮用水。
给水系统由水泵从水箱向各用水设施提供生活用水，水箱上水嘴组装型式符合TB/T112-1974“客车用注水（A、B型）型式与尺寸”。
当车上用水时，供水管路内压力下降，水泵检测到压力下降和流量变化，自动接通电源启动，由车下向车上供水；用水完毕后，水泵检测到供水管路内压力达到设定值和流量小于设定值，水泵自动关闭。
动车组采用光电感应非真空集便装置。
便器（小便器和座便器）冲洗时，通过控制部件一系列动作，将冲洗水和污物依靠重力沿排污管进入污物箱。
污物箱安装于单号车二位端车下，通过四个安装座与车体相连接，依靠重力接收来自便器冲洗污物，排污嘴型式为符合UIC563有关规定的通用2.5″快速接头。
2.1.2.5辅助供电系统
动车组的辅助供电系统采用母线供电方式，为列车辅助设备如冷却通风机、空调装置、照明、网络控制系统、制动装置、旅客信息、列车无线等设备提供电源。
牵引变压器的辅助绕组输出单相AC400V/50Hz电源，直接给司机室空调、客室空调、换气装置和辅助电源装置提供电源。
辅助电源装置的辅助电源箱（APU）和辅助整流器箱（ARf）可以输出下述五种电压制式的电源：
⑴非稳压单相AC100V系统
由辅助变压器将牵引变压器辅助绕组的AC400V电压直接降压至AC100V，向允许电压波动范围较大的负载负载供电，如电热水器等。
⑵稳压单相AC100V系统
稳压单相AC100V向空调装置和制动装置的控制电路等提供电源。
（3）稳压单相AC220V系统
稳压单相AC220V为车内用电插座等设备提供电源。
（4）稳压三相AC400V系统
稳压三相AC400V电源给牵引系统相关的辅助设备（如牵引变压器、牵引变流器、牵引电机用通风机等）供电。
（5）稳压DC100V
稳压DC100V电源为客室照明、网络控制系统、制动控制、旅客信息、ATP等设备供电。
辅助供电系统采用冗余设计，当一台牵引变压器出现故障时，可采用故障供电方式，由另一台牵引变压器向整列车供电。
当一台辅助电源装置出现故障，另一台辅助电源装置可通过故障供电方式向整列车供电。
2.1.2.6信息传输
CRH2型动车组信息系统通过贯穿全列车的总线传输信息，并且对列车运行状况及车载设备动作的相关信息进行集中管理，可以有效地实现对司机和乘务员的辅助作用、加强对设备的保养和提高对乘客的服务质量。
列车信息控制系统具有控制指令传输、设备状态监视和故障诊断三大功能。
系统由中央装置、终端装置、车内信息显示器和IC卡组成，系统功能如下：
（1）牵引、制动指令传输功能
（2）设备的控制、复位指令传输
（3）显示灯、蜂鸣器控制指令传输
（4）司乘人员支持功能
（5）服务设备控制功能
（6）数据记录功能
（7）车上试验功能
（8）自我诊断传输线
（9）远程控制功能
（10）列车信息控制装置的自我诊断功能
（11）画面显示功能
2.1.2.7旅客信息系统
动车组旅客信息系统是一个能够给旅客提供语音、文字信息或音频、视频服务的系统。
系统能给旅客提供列车当前到站、前方到站、正晚点情况、当前时间、运行速度、临时停车等语言信息。
同时，通过信息显示装置看到相关的文字信息。
用电到站、正晚点情况，，如控制电路分线箱、蓄电池箱、接触器箱等。
CRH2充分利用动车组计算机通信网络平台，组成了适应高速动车组旅客信息、运行控制、列车运行安全监测和故障诊断要求的列车信息控制系统。
CRH2型动车组的旅客信息系统主要由广播联络系统、无线收音系统、车外信息显示设备、车内信息显示设备、车内标识、列车运行信息显示设备等设备组成。
2.2动车组主要技术特点
2.2.1铝合金中空型材车体结构
CRH2型动车组车体采用大型中空铝合金挤压型材双面焊接结构，也就是双壳结构，上下是整体铝板壳，采用交叉斜筋板支撑，形成中空状。
图2.16是车顶正上方的一块铝合金型材图示，型材宽约400mm，厚50mm，型材的上层铝材厚2.6mm，下层厚2.4mm，斜筋板厚1.5mm。
动车组各型车体的主要结构组成包括底架组成、侧墙组成、车顶组成、端墙组成和车下设备舱等。
车体强度满足日本JISE7105车体强度及载荷规范。
图2.16双壳结构铝型材
车身底架包括牵引梁、枕梁、侧梁（边梁）、端梁、横梁和波纹地板等组成。
侧梁（边梁）位于底架地板下左右两侧的纵向梁，是底架与侧墙连接形成筒体的关键部件，采用通长铝合金挤压型材拼焊而成。
牵引梁主要由铝合金挤压型材和铝合金板焊接而成，连接车体底架的端梁和枕梁。
并为车钩缓冲装置设置相应的附加结构。
枕梁由铝合金挤压型材和铝板焊接而成，支撑车体负荷。
枕梁为转向架安装提供相应结构，保证与转向架悬挂系统的正常联结。
侧墙联结底架与车顶，形成车体结构的两个侧面。
车体侧墙采用大型中空框架结构的挤压型材，不设车内侧立柱。
车顶结构主要由九块通长型材拼焊而成主体结构，并在车顶端部根据受电工避雷器及车顶电缆的安装形式设置低平顶和低平顶盖。
端墙根据车辆厕所和洗面所的布置主要分为两种结构形式，即整体式和分体式两种结构。
整体式为两端角柱、两门立柱、门上横梁、门槛及端顶弯梁拼焊成框架外面铺墙板构成。
分体式是为了便所及洗面所的整体盒子间可以从外端放进而设计的，采用部分活动结构，活动部分采用螺栓连接。
由于采用采用双壳结构和铝合金材料，使车体具有以下特点：
1整体通长铝型材，大幅减少零件数量，提高自动化焊接程度，降低制造成本，提高质量。
2车体质量轻，从而降低轴重，运营成本降低。
3隔音效果好，从而提高车内的乘车舒适度。
4双壳结构，提高车体的整体刚性。
5维护小，寿命周期成本低。
6防腐性好，可以实现无涂装设计。
2.2.2流线形头部结构
为了降低空气阻力，节省能源，动车组头型设计应用了大量的空气动力学技术，不仅要考虑车体流线型，还要考虑头车的阻力，会车压力波和隧道微压力波的形成，尾车的涡流的形成和脱流等因素。
CRH2型动车组头型与原型车E2-1000动车组一样，纵向采用双曲拱面，横向采用五曲拱面，具有良好的气动特性，完全满足高速行驶要求。
CRH2型动车组的头形采用了复杂的多拱曲面造型，远比一般高速列车的头形复杂，因此，这对具体结构设计和生产而言增加了难度。
动车组头部结构以骨架外壳结构为基础，按车头断面形状变化将纵骨架（大部分厚6mm，局部9mm铝板）形成环状，骨架的间距以300mm基准，用横向骨架叉结组焊，大部分骨架外焊接铝制外板（厚2.5mm铝板）。
对需要更高强度的部位，采取增加板厚、缩小骨架间距、增加加强材等措施。
需要高强度的部位如车头部车体结构的前端部位及设备室气密隔断的安装部位，外板中剪断载荷大的枕梁及千斤顶支架的上部，侧窗部、门部加强采用6mm外板，头部的整体刚度较高。
司机室采用全视野前窗，前窗距轨面高2635mm，窗垂向高约为737.6mm。
2.2.3高速转向架
转向架是动车组车辆最重要的组成部件之一，其结构是否合理直接影响车辆的运行品质、动力性能和行车安全。
CRH2动车组转向架采用了诸多新技术，采用无摇枕式转向架，H形构架；二系采用具有高度自动调节装置的空气弹簧悬挂，且其辅助风缸由无缝钢管制成的横梁内腔承担；采用单拉杆式中央牵引装置传递纵向力，采用抗蛇行减振器兼顾高速稳定性和曲线通过性能；一系采用转臂式定位，轴箱弹簧采用双圈钢圆簧；采用小轮径（φ860mm）的车轮以减少簧下重量，采用内孔为φ60mm的空心车轴；全部车轮设有制动轮盘，所有拖车转向架车轴上还装有制动轴盘。
基础制动装置采用特殊的液压油缸卡钳式盘型制动，因此制动装置体积小；装有踏面清扫装置，以改善轮轨间运行噪声和粘着状态；动车转向架上装用轻型交流异步牵引电机，通过挠性浮动齿式联轴节与齿轮箱连接，驱动列车运行。
转向架轴距2500mm，一系定位轴承中心间距2000mm，二系空气弹簧的间距为2460mm，二系的横向支撑距离比一般转向架宽，具有良好的抗测滚能力，因此，该转向架无抗测滚扭杆装置。
2.2.4轻量化牵引系统
CRH2型动车组采用VVVF控制牵引方式，牵引变流器采用IGBT元件，工作频率为1500Hz，牵引电机采用三相鼠笼异步电机，功率为300kW。
动车组牵引系统各部件体积小、重量更轻、集成化程度高，使得动车组牵引变压器和牵引变流器可以整合到同一辆车上，即两个动力车可组成一个基本动力单元。
这样，动车组可以灵活调节动车、拖车的比例，以满足运营需要。
2.2.5复合制动系统
CRH2型动车组的制动系统为复合制动模式，其中动车采用再生制动＋电气指令式空气制动，拖车采用电气指令式空气制动。
制动系统是由制动信号发生装置、制动信号传输装置、制动控制装置、基础制动装置以及空气供给系统组成。
基础制动均采用空压——油压变换的增压气缸和油压盘式制动装置。
制动控制装置针对常用制动、快速制动、紧急制动、防雪制动的制动指令，进行相应的制动动作的控制。
CRH2动车组的制动系统其主要特点为：
①具有适应粘着变化规律的速度-粘着控制模式；
②具有根据载荷自动调整制动力的能力；
③具有防滑保护控制；
④以1M1T为单元进行制动力的协调配合，充分利用动车再生制动力，减少拖车空气制动力的使用，仅在再生制动力不足时才由空气制动力补充；
⑤具有与车载ATP/LKJ2000的接口，施行安全制动；
⑥具有故障诊断和相关信息保存功能。
2.2.6保持车内压力稳定的换气装置
为了克服列车在高速运行下，特别是在会车和进入隧道时造成的客室内外空气的压力差传到客室内，CRH2型动车组每辆车底下部安装供排气一体的换气装置。
换气装置采用变频器控制送风机的运行转速，动车组运行速度高于160km/h时，风机高速运行，动车组运行速度低于160km/h时，风机低速运行。
通过提高换气装置送风机的静压力性能，能够很好地抑制客室内的压力变动，同时确保客室内新风量的要求。
2.2.7气密侧拉门
CRH2型动车组乘客上下车门采用侧拉门结构。
侧拉门设5km/h自动关门、30km/h自动压紧功能。
动车组速度达到30km/h以上时压紧装置启动，将门和车体紧密贴近，保持气密性。
压紧装置将空气压力用变成高压的油压、通过小型油压缸将安装在门板上的气密橡胶顶在车体上，实现密封。
利用油的不可压缩性，通过设置在油压放出口上的导向止回阀．可以保持压紧装置的压紧力，以保持门的气密性能。
2.3车外标记
动车组各车辆外侧、头车正面标有各种标记，以表达车型、车号、速度、等基本信息，如图2.17。
a中国铁路高速标记b头车正面标记c车型车
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