高铁师资高速动车组新技术培训方案
铁路企业职教师资岗位培训方案
（高速动车组新技术）
序名称号1培训项目内容高速动车组新技术备注2345678910铁路职业院校动车组相关专业骨干教师；培训对象动车组运用与检修职教及相关技术人员。通过课堂讲授和专题讲座相结合的形式，对铁路职业院校动车组相关专业骨干教师以及动车组运用与检修职教及相关技术人员，进行高速动车组新培训目的技术、新知识培训，旨在进一步推广高速动车组新技术新知识的，适应我国高速铁路快速发展。最新技术解读，专题专家讲座，实战模拟训练，动车课程特色基地考察，素质拓展训练。动车组构造、动车组电机电器、动车组辅助电气系统、动车组空调系统、动车组制动系统、动车组控制与网培训内容络系统、动车组检修；教材教法，PPT课件制作，教（课程设置）案书写，写作知识,动车基地考察等。30天，总学时180，其中理论120，实践60培训时间地点：武汉铁路职业技术学院藏龙岛校区地点和形式形式：脱产学习完成规定的学习内容考试合格者发武汉铁路职业技培训考试术学院结业证书并签认学员继续教育合格证书。考核与结业25元／人学时，食宿及考察等其它费用另计。培训费用聘用校内外具有本专业中级技术职称以上双师型教授课教师师和有丰富实践经验专家授课。招生培训联系027-51168606，马老师电话027-51168685，李老师
扩展阅读：高速铁路的主要技术特征与高速动车组(机车电传动)
高速铁路的主要技术特征与高速动车组
铁道部高速铁路办公室范钦海
201*年5月6日
内容提要
本文全面归纳比较了高速铁路与既有铁路的主要技术不同点，提出了高速铁路的主要技术特征体现在：持久高平顺性的
轨道，大张力的接触网，车载信号为主的列控系统，轻量化、流线形、密封的、大功率和大制动能力的交-直-交动车组。同时，介绍了国外最新投入和即将投入运营的动车组。
一、前言
世界交通运输的发展史，从根本上讲就是以提高速度为主要目标的技术开发史。由于火车速度高于轮船和马车，19世纪后半叶和20世纪初，铁路得到了大发展，并促进了整个社会经济的进步。第二次世界大战后，汽车和石油工业蓬勃发展，发达的资本主义国家高速公路异军突起，航空运输日新月异，机型不断更新，铁路为之受到挑战，一度被视为“夕阳产业”。在这种形势下，迫使铁路部门加快了提高行车速度的步伐，高速铁路应运而生。
自1964年日本率先实现了最高速度210公里/小时的商业运行，标志着高速铁路技术开始进入实用阶段。世界范围
内近40年的高速铁路成功的商业运行，显示了高速铁路具有独特的技术经济优势[1]：全天候运行、运能大、速度快、安全性好（除ICE在既有线上发生过事故外，其它国家均未发生过人身伤亡事故）、能耗低（高速铁路、小气车、飞机的的平均每人公里能耗比为1：5.3：5.6）、污染轻（按高速列车使用火力发电计算，高速铁路、小气车、飞机的CO2排放量之比为1：3：4.1）、占地少（高速铁路与高速公路的用地比约为１：２～３）、正点率高（西班牙规定高速列车晚点超过5分钟就要退还旅客的全额车票费，目前日本高速列车的平均晚点时间只有0.3分钟）、舒适方便、经济效益好。
高速铁路以其明显的技术经济优势博得了世人的赞赏，已成为各国旅客运输发展的共同趋势。高速铁路作为现代化的交通运输方式，它既是成熟的技术也是正在不断发展的技术，在21世纪将得到更大的发展，支撑高速行车的高新技术，也将更加完善、不断进步，高速铁路向着速度更高、更安全、更舒适、更经济、更环保的方向发展。
根据201*年10月在西班牙马德里召开的第四届世界高速铁路大会（Eurailspeed201*）的新闻发布会公布的消息，目前，全世界已经建成并投入运营高速新建线的国家有10个，线路总长5435公里；在建线路有16条，总长度达到3299公里，将于201*年以前陆续在世界上9个国家建成并投入运营。高速铁路带来了环境的改善、运输模式的变化、交通
运输外部成本的降低，这些优点正在为各国政府所接受，并考虑将修建高速铁路作为政府确定的一个可持续发展的正确投资方向[2]。
二、高速铁路的主要技术特征
随着列车运行速度的提高，列车与周围空气以及基础设施之间的动态效应更加突出，以往静态或准静态的问题变为动态问题。图1为日本500系高速动车组与接触网和线路，从图中高速列车与周围物体的关系，可以看出高速铁路与普通的既有铁路的主要技术不同点体现在以下三个大的方面：
①列车与轨道作用；②空气动力学方面；③列车牵引与制动方面；④接触网动力学方面。
图1日本500系高速列车与接触网和线路
1.列车与轨道、接触网动力学方面
随着列车运行速度的提高，轮轨粘着系数在下降，这主要是因为轮轨间的污染物在高速下体现流体性质，增大了轮轨间的润滑层的厚度的结果。例如，欧洲网络高速列车技术条件规定了轮轨粘着系数的利用限值[3]：启动时，20%；100公里/小时，17%；200公里/小时，13%；300公里/小时，9%。（1）高速动车组a.高速稳定运行的转向架
为保证列车高速、安全、稳定运行，列车必须具有较高的蛇行运动临界速度（失稳速度）和平稳性，因此，转向架要有较大的轮对定位刚度、较小的车轮踏面等效锥度、安装抗蛇行减振器、减小轴承间隙（0.2mm以下，普通列车约为1mm）、减小轮对滚动圆直径差（0.2mm以下，普通列车约为1mm）、提高轮对动平衡水平（50gm以下）、较小的簧下质量（日本300系为1.7t）、提高转向架的组装精度（轮对对角、轴距、侧梁与车轮距离的公差均为1mm，而前两项普通为±3mm和±2.6mm）、二系悬挂采用大柔度空气弹簧等。b.较低的动车组轴重
同样的一个轨道不平顺，高速运行的列车要比低速产生更大的对轨道的破坏作用力，为将列车对轨道的动态与静态作用力之和限制在一定的范围内，降低列车的轴重是一个非常有效的办法。例如，欧洲网络高速列车技术条件规定[3]，300公里/小时高速列车的每个车轮作用在正常维护的线路钢
轨上的静态和动态力之和不得超过170kN，高速列车的轴重不得超过17t；对于350公里/小时高速列车允许的轴重正在研究中，有人认为应小于15t。降低列车的轴重可采用铝合金车体、降低牵引设备和内装修的重量等措施。c.外形平滑二系悬挂的受电弓
具有良好跟随性的受电弓是高速动车组受流所必不可少的，高速受电弓一般均采用二系悬挂，除用空气压力升降外，弓头用二系弹簧支撑，并设有阻尼减振器。由于空气动力产生的的抬升力和阻力对弓网接触压力的影响较大，所以要求高速受电弓的外形要平滑，这样才能使其减小阻力和抬升力，并有助于降低噪音。（2）轨道
a.持久高平顺性的轨道
从我国的“轨道动态几何尺寸容许偏差管理值”[4]可以看
出，运行速度从100公里/小时提高到120和160公里/小时，
“轨道高低保养标准”从12mm提高到8mm和6mm。由此可见，速度提高后轨道动态几何尺寸容许偏差管理值变得更加严格，也就是说，速度越高对轨道的平顺性要求越高。为保证轨道持久的高平顺性，高速铁路路基、桥梁和轨道的设计、施工需要采用高的标准，控制桥梁结构的因素不再是强度，而是舒适度要求的刚度。b.较大的曲线半径
列车通过曲线时，会产生和速度的平方成正比、与曲线半径成反比的离心力，在钢轨外轨超高一定的情况下，提高列车运行速度只能加大曲线半径。例如，“京沪高速铁路设计暂行规定”[5]中要求：高速正线的线路平面最小曲线半径一般条件下不应小于7000m，困难条件下不应小于5500m，推荐10000~8000m。（3）接触网
可将接触网导线看作一个带张力的悬链线（忽略导线的弯曲刚度），导线的波动传播速度为：C=（T/P）1/2。
其中：T--接触网导线的张力（N）；
P--接触网导线的线密度（kg/m）。
为了取得良好的受流质量，一般要求导线的波动传播速度大于1.4倍的列车运行速度，因此，高速铁路必须加大接触网导线和承力索的张力。例如，我国既有电气化铁路接触网导线的张力为10（2.5t系）和15kN（3t系），而高速铁路要求20kN以上，德国Re-330接触网导线张力达到27kN，西班牙马德里巴塞罗那高速铁路EAC-350接触网导线张力为31.5kN。
增加接触网导线张力，首先必须提高导线的抗拉强度，国外一般通过开发铜合金导线（德、法的铜镁和铜锡导线）与复合导线（日本的铜包钢CS-110）的办法来提高导线的抗拉强度。
2．空气动力学关系方面（1）流线形、密封的动车组
列车运行的空气阻力为：R=1/2ρCpAV2。其中：ρ空气密度；
Cp空气阻力系数（与列车的外形有关）；A列车断面面积；V列车运行速度。
从上式可以看出，随着列车运行速度的提高空气阻力明显增大（300公里/小时时空气阻力约占总阻力的80%），要想减小空气阻力只能想办法降低空气阻力系数（Cp）。所以高速列车的外形必须很光滑没有突出的部分，并且头形都很尖，呈现出良好的流线形形状，以减小空气阻力。
由于列车高速运行的空气动力效应，使得车厢外的空气压力及其分布发生显著的变化，因此，高速列车车体必须采取相应的密封措施和提高耐压强度（一般要求车体能够承受±5000Pa的空气压力载荷），并保证列车通过隧道时车厢内的空气压力变化在允许的范围内（一般要求变化率不大于400Pa/s，最大变化不得超过1000Pa），因此，高速列车上集便装置是必不可少的。
高速铁路需要解决的问题之一是列车高速运行产生的噪音，图2是德国关于列车运行噪音组成的研究结果[6]，从图中可以看出，当列车速度超过约250公里/小时，列车的空
气动力噪音是列车噪音的主要成分。
图2列车运行速度与噪音的关系
因此，没有突起物平滑的高速列车表面、优化的列车头形、优化的受电弓外形等都是高速列车降低噪音的有效措施。
（2）较大的线间距和隧道断面
高速运行的两个列车在交会时，会在列车的侧墙上产生强大的空气动力压力波，如果车窗玻璃的空气压力强度不足，就会使车窗的玻璃破裂，强大的空气动力压力波有时也会对列车的稳定运行产生危害。解决这个问题的最有效的办法就是加大线间距，例如，日本新干线的线间距为4.3m，德国ICE为4.7m，法国TGV为4.6m，我国京沪高速铁路为5m[5]。
当高速列车进入和驶出隧道以及在隧道中交会时，会产生非常强大的空气压力变化和噪音，除在隧道口设置缓冲区
和开大竖井外，加大隧道断面是解决隧道空气动力问题的最有效的途径。例如，日本新干线隧道断面为62m2，德国ICE为82m2，我国京沪高速铁路为100m2[5]。
另外，对于有碴轨道，石碴的外形要有严格的规定，否则列车高速运行的强大的列车风，会将石碴带起来飞打到列车或其它物体上，造成事故。3．列车牵引与制动方面
（1）大功率的交-直-交动车组和大容量的牵引供电设施尽管高速列车采取了很多的减阻措施并尽量降低轴重，但是由于列车的空气阻力与运行速度的平方成正比，高速列车的运行阻力还是很大的，为了克服运行阻力，高速列车需要较大的牵引功率（一般每辆车需要1MW左右的功率）。这样大的功率采用直流传动技术很难实现，目前各国的高速列车均采用交-直-交传动。
大功率的高速列车需要大容量的牵引变电所，所以高速铁路的牵引变电所容量一般均很大。例如，我国秦沈客运专线（200公里/小时）牵引变电所容量为31.5MVA，京沪高速铁路（300公里/小时）大多都在63MVA以上。对于牵引供电系统，还要承担高速列车再生制动反馈电能的任务，由于高速列车优先使用再生制动，高速铁路再生制动的电能远大于既有铁路。
另外，对于速度较高、运量较大的区段，一般需要采用
AT供电方式、变电所变压器采用单相接线，以提高供电臂长度和减少电分相数目，有利于列车高速运行。（2）大能力的盘形、再生、涡流列车制动系统
高速列车不但要能够跑得起来，还要能够停得下来，列车制动需要耗散的能量与运行速度的平方成正比（E=1/2MV2），制动系统承担着把列车高速运行的巨大的动能转变为热能（空气制动）和电能（再生制动）的任务。一般高速列车大都采用微机控制的电空直通制动，基础制动从踏面制动变为盘形制动，制动盘从铸钢发展到锻钢和铝合金制动盘，也在研究开发碳-碳纤维制动盘。对于高速列车巨大的制动能量，更有必要采用再生制动，以减少空气制动摩擦件的磨损，延长制动部件的使用周期，有些国家也在高速列车上增设涡流制动。由于希望尽量缩短制动距离，所以防滑器的使用是必不可少的。
（3）以车载信号为主的列控模式
列车运行速度超过200公里/小时以后，就无法依靠司机辨别地面信号来控制行车，只能以车载信号为主来控制列车运行。列控制动模式，有速度分级控制和连续速度控制（也叫一次制动曲线模式）两种方式，由于连续速度控制模式优于分级模式，所以连续速度控制模式是列控的发展方向。
三、高速动车组的主要技术类型与最新进展
目前世界上主要的高速动车组技术类型有5种，如图3所示。
a.为以德国ICE-1和ICE-2为代表的独立式动力集中型高速动车组；b.为以法国TGV为代表的铰接式动力集中型高速动车组；c.为以日本新干线和德国ICE-3为代表的独立式动力分散型高速动车组；d.法国正在开发的铰接式动力分散型高速动车组（AGV）；e.将用于西班牙马德里巴塞罗那高速铁路的单轮对铰接式动力集中型高速动车组（TALGO-350）。
a.独立式动力集中型（ICE-1，ICE-2）
b.铰接式动力集中型（TGV）c.独立式动力分散型（新干线，ICE-3）d.铰接式动力分散型（AGV）e.单轮对铰接式动力集中型（TALGO-350）---动力轮对---非动力轮对---动力设备---司机室图3动车组动力配置与连接方式示意图
以上5种高速动车组形式，从制造、运营、维护的角度具有各不相同的技术特点，明显的差异在于车体的长度不同，日本和德国的独立式动力集中和动力分散型（a.，c.）车体长度一般为25m（车钩中心距25.5m），法国的铰接式动力集中和动力分散型（b.，d.）车体长度一般为17.384m（转向架间18.7m），西班牙的单轮对铰接式动力集中型（e.）车体长度一般约为12m（转向
架间13.14m）。但仅从运行速度来说，都可以实现300公里/小时以上的高速运行。关于这些动车组的技术优缺点，这里不再叙述。目前，各国新投入运营或即将投入运营的高速动车组有：1.日本201*年12月在青森八户间投入运行的E2-1000系动车组；2.即将投入到西班牙马德里巴塞罗那高速线使用的AVES103（ICE-350）和AVES102（TALGOL-350）；3.法国ALSTOM公司正在开发的AGV。1.日本E2-1000系动车组
E2-1000系动车组是在北陆新干线使用的E2系动车组的基础上，编组从8辆增加到10辆，主要采用了三项新技术：一是开发了低噪音新型受电弓（如图4所示）；二是在高速动车组上采用了有源和半有源悬挂技术（如图5所示）；三是首次采用了数字式轨道电路列控系统（数字ATC，如图6所示）。E2-1000系动车组主要技术参数如表1所示。
图4日本E2-1000系高速动车组新型受电弓
图5有源和半有源悬挂原理示意图
图6日本高速列车ATC与数字ATC制动模式比较
表1E2-1000系动车组主要技术参数
运行速度供电制式
13275公里/小时AC25kV50Hz牵引控制方式制动方式轴重联结运行车体构造转向架方式轴距车轮直径牵引电机受电弓辅助电源列控装置VVVF再生制动和电气指令空气制动13t以下（满载时）可以和E3联结运行铝合金气密结构无摇枕2500mm860mm三相交流300kW，共32台低噪音绝缘子单臂型，2台/列AC440V（3相60Hz）AC100V双频组合ATC和数字ATC由于在E2-1000系高速动车组的两个头车和一个一等车上采用了有源悬挂装置（减小横向振动加速度幅值约40%），在其它车上采用了半有源悬挂装置（减小横向振动加速度幅值约25%），使得在不提高线路标准的情况下，大大提高了旅客乘坐的舒适度；该车的新型受电弓是以降低噪音为目标的，在不设导流罩时的噪音水平低于原设导流罩时的噪音；新型数字ATC列控系统，实现了一次制动曲线模式，减小了列车制动时的纵向冲动，提高了乘坐舒适度，同时，也可以减小列车的追踪间隔。
E2-1000系高速动车组于201*年4月初在上越新干线新泻至浦佐间（约100公里）进行了高速走行试验，目的是验证360公里/小时商业运行的可行性，以及如何降低噪音使其满足环保要求。本人有幸参观了该试验，在商业运行的E2-1000系高速动车组上不增加任何功率仅改变传动比的情况下，试验速度达到了362公里/小时，试验中对轮轨力、车厢振动加速度、车厢内噪音、受电弓离线率、轴承温度等进行了测试分析。
此外，在300系和700系高速列车上安装了列车导航装
置，它能显示前方线路的坡度、速度限制、到下一车站的距离和运行时分、以及与正常时刻表的偏离时分等，这些信息
可以帮助驾驶员及时调整列车速度，保证列车正点运行。
据日方介绍，日本环保法规要求高速动车组在离轨道中心25米距地面1.2米处的最大噪音不得超过75dB（A），这个苛刻的标准是限制高速动车组最高运行速度的主要因素。2.西班牙AVES103和AVES102
AVES103是针对西班牙马德里巴塞罗那高速线，经过国际招标，最终德国获得合同订购16列的动力分散型高速动车组。它是以德国ICE-3为技术平台，增加10%的动力达到8800kW，2动2拖一个单元，8辆编组，运行速度达到350公里/小时的独立式动力分散型高速动车组，德国人将其称为ICE-350。
AVES102是在西班牙传统的TALGOL动车组基础上，由BOMBARDIER公司和TALGOL公司合作生产，其编组为2动12拖，运行速度达到330公里/小时的单轮对铰接式动力集中型动车组，该动车组也称为TALGOL-350。AVES103和AVES102主要技术参数如表2所示。在201*年10月于西班牙马德里举行的第四届世界高速铁路大会上，展览了AVES103和AVES102两个动车组的样车（Mockup），如图7、8所示。表2AVES103和AVES102高速动车组主要技术参数
AVES103（ICE-350）列车总长200米列车总重（空车）425吨总功率8800kW供电电压25kV-50Hz最大轴重16吨轨距1435mm变压器数2
15AVES102（TALGO-350）列车总长200米列车总重（空车）322吨总功率8000kW供电电压25kV-50Hz最大轴重17吨轨距1435mm变压器数牵引变流器数牵引电机数电机功率制动类型再生制动电机数制动电阻器数空气制动盘数总轴数转向架数车厢个数动车/非动车轴分配最大商业运营速度从0加速到100km/h的时间从0加速到320km/h的时间从320km/h到停止的制动距离马德里到巴塞罗那运行时间座位数轮椅位置供货列数交货时间4，GTO技术16（异步）550kW再生、电阻、空气1648032168P-U-P-U-U-P-U-PBoBo+22+BoBo+22350km/h50s380s3900m2h30m404216列201*年牵引变流器数牵引电机数最大启动牵引力最大制动力再生制动力总轴数转向架数车厢个数动车/非动车最大商业运营速度最大加速度4，IGBT技术8（异步）100kN100kN100kN211712P-12U-P330km/h1.2米/秒2座位数供货列数交货时间31616列201*年
图7S103（ICE-3的改进型）高速动车组
图8S102（TALGO-350）高速动车组
3．法国AGV
据介绍，目前，ALSTOM公司已经推出了第四代高速列车的样车AGV，该动车组的一个明显特点，是在牵引方式上放弃了多年使用的动力集中型，改用动力分散型，列车编组形式如图3（d）所示。表3为AGVTM-9的主要技术参数。
表3AGV
TM-9高速动车组的主要技术参数
主要指标铰接式转向架9辆330/350km/hUIC505180米330--400座席7200kw/IGBT电阻和再生10/（6）600kw/330吨项目车辆联接方式列车编组最高运行速度限界列车长度载客量功率/动力设备制动方式转向架/（动力转向架）轴功率列车自重
四、结束语
高速铁路最主要的基本的技术特征表现在：①持久高平顺性的轨道；②大张力的接触网；③车载信号为主的列控系统；④轻量化、流线形、密封的、大功率和大制动能力的交-直-交动车组。前三项是高速动车组对运行环境的要求，后一项是对高速动车组本身的要求。
高速铁路既是现代高新技术的集成又是正在不断发展
的高新技术的应用，高速铁路向着速度更高、更安全、更舒适、更经济、更环保的方向发展。从启动到300公里/小时，轮轨粘着系数大约下降一半[3]，而运行阻力大约增加15倍[7]，由于高速轮轨粘着的限制，高速动车组向动力分散方向发展，尤其是载客量大速度高的高速列车，动力分散型具有较明显的技术优势。通过采用有源或半有源悬挂技术，使得在轨道条件不变的情况下，提高乘客的乘坐舒适度也是高速动车组的发展方向之一，目前已经实现了商业化运行。世界各国的高速铁路均根据各自的国情采用不同的技术形式，我国也应该根据国情选择适合中国的技术规格，同时通过招标形式达到技术与经济的合理统一。
各国的高速列车均采用动车组形式，普通速度的客运列车也大都采用动车组形式，这是因为动车组具有运输效率高、系统性好等优点。从我国的人口多、石油短缺、国土大、经济不很发达的国情来看，发展大运输能力的高速客运铁路必将成为我国的基本国策，动车组也必将被广泛采用。不仅在高速线上要使用动车组，由于高速铁路的网络性，必定有相当部分的跨线列车（在高速线和既有线之间运行）也采用动车组形式，既有线上必要的动车组整备维护设施也是必不可少的。因此，应近早开发适合我国国情的动车组，并加快研究动车组的运用、维修管理模式和维修设施。
主要参考文献
[1]四委一部（国家科委、计委、经贸委、体改委、铁道部）课题组：京沪高速铁路重大技术经济问题前期研究，1994年12月。[2]孙永福：参加第四届世界高速铁路大会暨意大利、西班牙铁路考察报告，201*年12月。
[3]铁道部标准计量所：欧洲高速铁路联网高速列车技术条件，1994年5月。
[4]中华人民共和国铁道部：铁路线路维修规则（铁运
[201*]23号部令发布，自201*年7月1日起实施），中国铁道出版社，201*年北京。
[5]中华人民共和国铁道部：京沪高速铁路设计暂行规定
（201*年1月27日发布，201*年2月1日实施），中国铁道出版社，201*年。
[6]Adtranz：HighSpeedDevelopmentinEurope，HighSpeedSeminar，Beijing，15-June-1998。
[7]铁道部科技司、高速办：科技机函[1997]87号，关于印发“高速线上的高中速列车牵引特性”的通知，1997年。
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