高速动车组运行控制系统.docx
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高速动车组运行控制系统.docx
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高速动车组运行控制系统
2009届毕业设计任务书
一、课题名称
高速动车组运行控制系统
二、指导老师
罗伟
三、设计内容与要求
1、课题概述:
在列车运行控制技术方面,计算机、通信、控制技术与信号技术集成为一个自动化水平很高的列车运行自动控制系统(简称列控系统)。
列控系统不仅在行车安全方面提供了根本保障,而且在行车自动化控制、运营效率的提高及管理自动化等方面,提供了完善的功能,并向着运输综合自动化的方向发展,列控系统技术是现代化铁路的重要标志之一。
本课题是总结国内外动车组列控系统的发展和运用的课题,涉及范围较广。
国内外动车组新技术包括很多内容,在不同的国家,运用的型号也不相同,本课题要求学生在已学的电力机车、车辆专业知识基础上,对国内外各种动车组发展历程进行了解,通过比较得出国内外各种列控系统的优缺点以及我国CRH2型动车组所采用的技术创新点。
通过对此课题的进行,使学生更好的了解国内外动车组列控系统的发展,介绍了列控系统在我国200Km/h动车组、350Km/h动车组及将来的发展与应用,对培养学生运用所学的基础知识、专业知识,并利用其中的基本理论和技能来总结、研究本专业内的相应问题,培养学生工程技术人员必须具备的基础能力。
2、设计内容与要求:
(1)世界高速铁路的发展。
(2)我国高速动车组的发展概况。
(3)世界各国列车控制系统主要特点及应用(德国LZB系统、法国TVM系统、日本ATC系统)。
(4)我国高速动车组列控系统的发展、应用及主要特点(200Km/h动车组、350Km/h动车组及将来无线通信在高速动车组中的应用)。
(5)结论。
四、设计参考书
《动车组构造》西南交通大学出版社
《动车组牵引与控制系统》西南交通大学出版社
《动车组制动系统》西南交通大学出版社
《动车组操纵与安全》西南交通大学出版社
《动车组行车与规章》西南交通大学出版社
《动车组网络技术》西南交通大学出版社
《高速动车组概论》西南交通大学出版社
五、设计说明书内容
1、封面
2、目录
3、内容摘要(200-400字左右,中英文)
4、引言
5、正文(设计方案比较与选择,设计方案原理、分析、论证,设计结果的说明及特点)
6、结束语
7、附录(参考文献、图纸、材料清单等)
六、设计进程安排
第1周:
资料准备与借阅,了解课题思路。
第2-3周:
设计要求说明及课题内容辅导。
第4-7周:
进行毕业设计,完成初稿。
第7-10周:
第一次检查,了解设计完成情况。
第11周:
第二次检查设计完成情况,并作好毕业答辩准备。
第12周:
毕业答辩与综合成绩评定。
七、毕业设计答辩及论文要求
1、毕业设计答辩要求
答辩前三天,每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅,由指导教师写出审阅意见。
学生答辩时,自述部分内容包括课题的任务、目的和意义,所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。
答辩小组质询课题的关键问题,质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计方法、实验方法、测试方法,鉴别学生独立工作能力、创新能力。
2、毕业设计论文要求
文字要求:
说明书要求打印(除图纸外),不能手写。
文字通顺,语言流畅,排版合理,无错别字,不允许抄袭。
图纸要求:
按工程制图标准制图,图面整洁,布局合理,线条粗细均匀,圆弧连接光滑,尺寸标注规范,文字注释必须使用工程字书写。
曲线图表要求:
所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画,必须按国家规定的标准或工程要求绘制。
摘要
本毕业设计说明书针对高速动车组运行控制系统做了详细的介绍。
列车运行控制系统ATC(AutomaticTrainControl)是铁路运输的基础设施,是保证列车运行安全、提高运输效率和实现铁路调度统一指挥的关键技术设备,也是铁路信息化技术的重要技术领域。
在列车运行方面,计算机、通信、控制技术与信号技术集成为一个自动化水平很高的列车运行自动控制系统。
我国通过引进、消化、吸收国外列控系统技术,研发出具有自主知识产权的无绝缘执道电路、主体机车信号、列车运行记录监控装置和超速防护设备(LSK),为适应提速发展我国列控系统奠定了基础,并正在形成中国列车控制系统(CTCS)的各级模式。
CTCS0在既有线已经普及并在防“两冒一超”中发挥了重要的作用;CTCS1将填补我国既有线160km/h以下列控系统的空白;CTCS2已应用在200km/h客货混跑线路上;正在建设的客运专线将采用ETCS2+CTCS2双模式,形成具有中国特色的CTCS3系统应是值得探索的方案。
提高列车运行速度是铁路技术发展的重要目标,保证列车运行安全是实现我国提速战略的重要保证,而列车运行控制系统(简称列控系统)是实现这一重要保证的主要技术支持手段。
特别是在当前既有线提速、运行密度加大及客运专线建设中,提高既有列控系统的安全性,选择适应我国铁路要求的列控系统已成为重要的研究课题。
关键词:
铁路、动车、列控系统、运行、发展
ABSTRACT
Thegraduationprojectspecificationsforhigh-speedEMUsoperationcontrolsystemmadeadetailedintroduction.AutomaticTrainControlSystemATC(AutomaticTrainControl)isarailtransportinfrastructure,istoensurethesafeoperationoftrainstoimprovetransportationefficiencyandachieveunityofcommandofthekeyrailwayschedulingtechnologyandequipment,informationtechnologyisalsoanimportantrailwaytechnology.
Thetrainisrunning,thecomputer,communications,controltechnologyandsignaltechnologyintegrationasahighlevelofautomationoftrainoperationcontrolsystem.Chinathroughtheintroduction,digestionandabsorptionofforeignTrainControlSystemtechnology,developedwithindependentintellectualpropertyrightsenforcementRoadcircuitwithoutinsulation,themainlocomotivesignals,trainspeedrecordofmonitoringdevicesandprotectiveequipment(LSK),toadapttospeeddevelopmentofChina'sTrainControlMosetthefoundationforthesystem,andtheemergingChineseTrainControlSystem(CTCS)modeatalllevels.CTCS0theexistinglinehasbeenpopularinthedefenses,"takingasuper-two"playedanimportantrole;CTCS1willfillourexistinglineof160km/hinthefollowingcontrolsystemoftheblank;CTCS2hasbeenappliedinthe200km/hmixedpassengerandfreightlinesrunningon;passengerlineunderconstructionwillbeusedETCS2+CTCS2dualmode,formingCTCS3systemwithChinesecharacteristicsshouldbeworthexploringtheprogram.
IncreasetrainspeedisanimportantgoalthedevelopmentofrailwaytechnologytoensurethesafeoperationoftrainsistoachieveanimportantguaranteeforChina'sstrategyforincreasingspeeds,whilethetrainoperationcontrolsystem(referredtoasTrainControlSystem)isanimportantguaranteeforachievingthismajortechnicalmeansofsupport.Especiallyinthecurrentexistinglinespeed,runthedensityincreaseandthepassengerlineconstruction,toimproveboththesafetyofTrainControlSystems,choosetoadapttotherequirementsofRailwayTrainControlsystemshavebecomeanimportantresearchtopic.
Keywords:
railway,movingvehicles,thecolumncontrolsystem,operation,development
第1章世界高速铁路的发展
铁路是人类社会文明进步的重要产物,也是促进世界经济社会发展的重要基础设施。
这种发展高速铁路道路的特点就是:
立足高起点、高标准,瞄准世界先进水平,坚持以我为主,自主创新,把原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新结合起来,全面掌握先进的核心技术,形成具有中国自主知识产权的高速铁路技术体系。
具体来说,线路、桥梁、隧道、涵洞等工程技术,以原始创新为主,形成完全独立的技术标准和自主知识产权;通信、信号、牵引供电系统,坚持系统集成创新,形成满足我国客运专线系统集成的标准和要求;运营调度和旅客服务系统,坚持自主创新,适应我国客运专线运营要求;高速动车组,按照“引进先进技术,联合设计生产,打造中国品牌”的要求,通过引进消化吸收再创新,实现具有世界先进水平的客运动车组的国产化。
当今世界上,铁路速度的分档一般定为:
时速100~120公里称为常速;时速120~160公里称为中速;时速160~200公里称为准高速和快速;时速200~400公里称为高速,时速400公里以上称为特高速。
对于“高速”的水平,随着技术进步而逐步提高。
西欧把新建时速达到250~300公里、旧线改造时速达到200公里的称为高速铁路;1985年联合国欧洲经济委员会在日内瓦签署的国际铁路干线协议规定:
新建客运列车专用型高速铁路时速为300公里,新建客货运列车混用型高速铁路时速为250公里。
1964年10月1日,世界上第一条高速铁路--日本的东海道新干线正式投入运营,时速达到210公里,突破了保持多年的铁路运行速度的世界纪录,从东京至大阪只需运行3小时10分钟(后来又缩短到2小时56分)。
由于其运行速度比原有铁路提高一倍,票价较飞机便宜,从而吸引了大量旅客,使东京至名古屋间的飞机航班不得不因此而停运。
这是世界上铁路与航空竞争中首次取胜的实例。
继东海道新干线之后,又陆续建成山阳、东北、上越等新干线。
目前日本高速铁路的营业里程已达1831.5公里,并计划再修建5000公里高速铁路,成为日本陆地交通运输网的支柱。
高速铁路的运营成绩和取得的巨大经济、社会效益,扭转了过去虽然通过理论研究和试验证明铁路具有大幅度提高速度的潜力,但受到安全、造价等认识的困扰,长期给人们以可望不可及之感,纠正了人们对铁路已不适应经济快速发展、工作节奏快和高流动社会需要的错觉,给各国铁路带来了新的生机。
之后,法国在1981年建成了他的第一条高速铁路(TGV东南线),列车时速达到270公里;后来又建成了TGV大西洋线,时速达到300公里;1990年5月13日试验的最高速度已达515.3公里/小时,可使运营速度达到400公里/小时。
法国的高速铁路后来居上,在一些技术、经济指标上超过日本而居世界领先地位。
现在已有高速铁路多700公里,而且由于TGV列车可以延伸到既有线上运行,因此TGV的总通车里程已达2559公里。
1994年,新建高速铁路的总里程达1261公里,TGV将承担起法国铁路旅客周转量的50%。
在日本、法国修建高速铁路取得成效的基础上,世界上许多国家掀起了建设高速铁路的热潮,意大利、德国、英国、原苏联、西班牙等国也先后建成或修建了高速铁路,就连过去曾因铁路不景气拆掉一部分线路而被称为"汽车王国"的美国,也在重视并着手高速铁路的建设。
韩国和我国的台湾也都分别规划在本世纪末要建成时速达300~350公里的高速铁路。
目前,高速铁路技术在世界上已经成熟,高速化已经成为当今世界铁路发展的共同趋势。
现在,世界铁路总长度约130万公里,其中高速铁路共有5000多公里,约占总长度的0.4%;到本世纪末,全世界高速铁路,达到10000多公里,约有20%的国家建成高速和准高速铁路。
归纳起来,当今世界上建设高速铁路有以下几种模式:
一、日本新干线模式:
全部修建新线,旅客列车专用;
二、法国TGV模式:
部分修建新线,部分改造旧线,旅客列车专用;
三、德国ICE模式:
全部修建新线、旅客列车及货物列车混用;
四、英国APT模式:
既不修建新线,也不对旧线进行大量改造,主要靠采用由摆式车体的车辆组成的动车组;旅客列车及货物列车混用。
建国以来,中国铁路虽然取得了长足的进步,到2002年底,我国铁路运营里程已达7.2万公里,但按人均里程计算,仅为5.5厘米,不及一根香烟长,排名在世界百位以后。
铁路货运需求满足率不足35%,95%以上的运输能力只能用于运输煤炭、石油、粮食等关系国计民生的国家重点物资。
在客运方面,随着人民群众生活水平的进一步提高,乘坐火车旅游的需求不断增加,对运输服务质量要求不断提高,每逢春运暑运、“五一”、“十一”黄金周,全国各大车站人流如织,一票难求。
中国铁路人清醒地认识到,铁路还远远不能满足我国经济社会快速发展的需要,必须加快发展,为人民群众提供更加方便、快捷、优质、安全的公共服务产品。
“高速铁路”必须同时具备三个条件:
新建的专用线路、时速250公里动车组列车、专用的列车控制系统。
因此,我国的客运专线就是高速铁路。
高速铁路在客运市场有四大优势:
一是速度快。
在旅行距离1000公里范围内,具有明显的竞争优势。
二是安全可靠。
日本新干线自运营以来,几十年没有发生过列车颠覆和旅客伤亡事故,法国高速铁路10多年来始终保持安全运营的良好纪录。
三是经济实惠。
选择高速铁路旅行比乘坐飞机和汽车更经济划算。
四是运载量大。
一条四车道高速公路年运量最大不超过8000万人,一条双线高速铁路年运量可达1.5亿人。
特别是高速铁路在城际间开行高密度、公交化、编组灵活的动车组列车,其载客量是公路、民航无法比拟的。
我国铁路已经掌握高速铁路线型精测精调、客站功能完善、路基沉降控制、长大梁制运架、大跨高桥长隧、无砟有砟轨道等设计与施工成套关键技术,成功开展了工务工程、通信信号、牵引供电、调度指挥、旅客服务等各专业系统的集成创新,机车车辆制造具有比较好的基础,但是在高速列车的设计制造方面与发达国家还有不少差距。
基于这样一个实事求是的判断,中国要发展高速铁路,既不能妄自菲薄、全盘引进,也不能盲目排外、闭门造车,而要立足于经济和社会生活现代化的需要,综合考虑安全经济技术等各种因素,坚定不移地发展适合中国国情的高速铁路。
随着高速铁路技术的不断发展,高速列车的商业运行速度不断提高,从60年代时速210公里,80年代时速250-300公里,90年代末或下世纪初时速可望达350公里左右,既有线经改造符合高速要求的一般运行时速为200公里,个别线路可达到220-225公里。
旅行时间的节约,旅行条件的改善,旅行费用的降低,再加上国际社会对人们赖以生存的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,欧洲、美洲、亚洲诸国和地区,正在计划进一步加快高速铁路的建设。
第2章高速动车组在我国的发展
提速就是提升生命力,这是铁道部前五次大提速的经验总结,2007年是中国铁路的提速年,为确保铁路第六次大面积提速调图的顺利实施,自2006年11月上旬开始,铁道部党组书记、部长刘志军带领铁道部有关部门负责人和专业技术人员,对京沪、沪杭、浙赣线和京广线、陇海线等线路进行了一系列提速试验,特别是重点对国产时速200公里及以上动车组技术,也就是“子弹头”列车的运用操纵等情况进行全面检查,为进一步做好第六次大面积提速调图的准备工作提供了科学依据。
2.1动车组的涵义
动车组通常是指自代动力,固定编组的客运车辆。
适用于小编组大密度的区段。
在编组的两端均有驾驶室,减少机车掉头时间。
通常分为内燃动车组和电力动车组。
内燃动车组通常两端是动力车,部分带客室。
国内常见的动车组都是这一类的,如神州号,四方厂、唐山、戚厂、长客的动车。
电力动车组分为动力集中型和分散型,两年前的DDJ1和蓝箭就是动力集中型。
而春城号和中原之星是动力分散型。
通常的电力动车组都要由客车厂家、使用单位和株厂或株所联合研制。
动车组技术源于地铁,是一种动力分散技术。
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,不会“自己跑”,是一种动力集中技术。
而采用了“动车组”的列车,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。
一个动车组之内不一定是每个车辆都带有发动机。
动车组内没有动力的车辆称为拖车。
有些动车组内是完全没有拖车,或拖车只有很少,发动机分布在组内不同的车辆上,称为动力分散。
亦有把发动机集中在一两个车辆上的动车组,称为动力集中动车组。
跟用机车拖动普通车卡相比,动车组具有很多优点:
动车组在两端都有驾驶室,列车掉头时无需先把机车在一端脱钩后再移到另一端挂钩,大为加快运转的速度。
同时亦减少车务人员的工作及提高安全。
(机车亦可以用推拉操作达到一样的效果);动车组可以容易组合成长短不同的列车。
有些地方的动车组会先整成一列,到中途的车站分开成数截,分别开向不同的目的地。
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。
动力分散式电动车组的优点是,动力装置分布在列车不同的位置上,能够实现较大的牵引力,编组灵活。
由于采用动力制动的轮对多,制动效率高,且调速性能好,制动减速度大,适合用于限速区段较多的线路。
另外,列车中一节动车的牵引动力发生故障对全列车的牵引指标影响不大。
其缺点是:
牵引力设备的数量多,总重量大。
动力集中式电动车组的优点是,动力装置集中安装在2~3节车上,检查维修比较方便,电气设备的总重量小于动力分散的电动车组。
其缺点是动车的轴重较大,对线路不利。
此外,动力分散式动车组还具有动力效率较高的优点,特别是在斜坡上。
动车组车卡的重量放置在各个带动力的车轮上,而不会成为拖在机车后面无用的负重。
因为同样的原因,动车组上的动力轴对路轨黏著力的要求较低,每轴的载重亦较少。
因此选用动车组的高速铁路路线,对路线的土木工程及路轨的要求都较低。
电力动车组因为有较多的电动机,所以再生制动能力良好。
对于停站较多的近郊通勤铁路、地下铁路,这优点特别明显。
因为动车组运转快、占地小,行走市郊的通勤铁路很多都是动车组。
轻便铁路、地下铁路使用的亦几乎全是动车组。
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以及具有安全性能好、运量大、往返不需掉转车头、污染小、节能、自带动力等优点,受到国内外市场的青睐,被誉为21世纪交通运输的“新宠儿”。
动车组是城际和市郊铁路实现小编组、大密度的高效运输工具,以其编组灵活、方便、快捷、安全,可靠、舒适为特点,备受世界各国铁路运输和城市轨道交通运输的称道。
动车的技术发展主要表现在功率、速度和舒适性的提高、单位功率重量的降低以及电子技术的应用等方面。
动车组今后还将不断发展,特别是世界各国正在发展市郊铁路与地下铁道过轨互通,构成城市高速铁路网,动车组在其中将会起到主力军的作用。
常见的动车组有日本新干线,德国ICE,法国TGV,欧洲之星,瑞典X2000,美国ACELA,中国的蓝箭,中原之星,中华之星,新曙光,香港KTT……
2.2CRH介绍
CRH(ChinaRailwayHigh-speed),中文“中国铁路高速”,用来指时速200km/h以上的高速列车。
截止到2006年9月,有四种编号为CRH的高速列车,分别是:
CRH1,庞巴迪-四方-鲍尔(BSP)生产,原型是庞巴迪为瑞典AB提供的Regina。
编组形式:
2(2M+1T)+(1M+1T),2M1T为一个单元,其中一个单元减少动车一节,Mc+Tp+M+M+T+M+Tp+Mc。
CRH1总功率5300kW,轴功率265kW,共20轴,每个动车4个动轴。
CRH2,南车四方(联合日本财团)生产,原型日本新干线E2-1000。
编组形式为,4M+4T,8节编组,基本上是Mc+T+Mc+Tp+M+Tp+M+Tc。
CRH3,北车唐山机车厂(联合西门子)生产,原型ICE3。
编组形式为,8M0T。
轴功率550kW,全车共16根动轴,平均分布于8辆车上,每车两台转向架,每台转向架均有一根动轴。
CRH5,北车长春客车厂(联合阿尔斯通)生产,原型阿尔斯通为芬兰国铁提供的SM3型。
编组形式为,(3M+1T)+(2M+2T),8节编组,基本可以确定分两个单元。
铁道部指定了4家企业生产CRH系列高速列车,订单数目分别是:
青岛庞巴迪20列型号CRH1;青岛川崎重工120列型号CRH2;唐山西门子60列型号CRH3;长春阿尔斯通60列型号CRH5。
CRH1、CRH5为200km/h,CRH3为300km/h,CRH2则两种都有。
其中,CRH1、2、5均为200公里级别(营运速度200KM/h,最高速度250KM/h)。
CRH3为300公里级别(营运速度330KM/h,最高速度380KM/h)。
还有就是CRH2具有提升至300KM级别的能力。
图2.1CRH1动车组
CRH2型电动车组,是铁道部为铁路进行第六次提速,向日本川崎重工订购的高速列车车款之一。
本车以日本新干线的E2-1000系电动车组为基础,是继台湾高铁的700T之后,第二款出口国外的新干线列车。
供中国使用的CRH2虽使用与E2-1000相同的电动机,由于其编组方式是4M4T(4辆动车4辆拖车),动力比日本6M2T(6辆动车2辆拖车)编组的E2系小,因此在营运速度方面
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