中国铁路的发展趋势_中国铁路未来发展趋势

2020-02-28 其他范文 下载本文

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中国铁路机车车辆工业发展之路的思考

一、铁路机车车辆工业发展业绩斐然

中国铁路机车车辆工业经过几十年的努力,从无到有,从小到大,以不断升级换代的“中华牌”产品支持了铁路运输业的大发展,为推进中国铁路的现代化作出了重大贡献。

1.1 发展历程的回顾

我国铁路机车车辆工业的发展,大体经历了3个阶段。

1.2通过仿制起步,培育开发能力,闯过产业发展的幼稚期

解放前,我国没有一辆自己制造的机车,少数工厂只能担当维修任务。新中国成立后,从仿造国外机车着手,1952年制造出第1台蒸汽机车,1958年开始制造内燃机车和电力机车。通过仿制,培养了中国自己的技术力量,建立了自己的机车车辆制造业。60年代末,国产内燃、电力机车已经批量生产并投入运营,机车车辆工业成功地渡过了产业发展的幼稚期。

1.3引进吸收,自主创新,渡过产业发展的成长期

伴随着我国改革开放,铁路机车车辆工业进入了成长期。70年代,在引进、消化国外产品的基础上加强自主开发,研制了东风4型、韶山3型等第2代内燃、电力机车。进入80年代,铁路抓住扩大开放的机遇,利用技贸结合的方式引进国外机车产品,通过消化吸收,自主创新,在内燃机车的柴油机、电力机车的控制技术、半导体技术等核心技术领域取得了突破,大幅度提高了国产电力、内燃机车的技术水平和工艺水平。我国自行研制的东风

5、东风

6、东风

7、东风8型大功率内燃机车和韶山

4、韶山

6、韶山7型电力机车,以及应用新型转向架、制动机、车钩、缓冲器的客车和货车,技术含量不断提高,制造工艺日趋成熟,为铁路扩能、重载,提供了急需的技术装备。90年代初,为了支持铁路运输业应对日趋激烈的竞争形势,机车车辆工业着手研制提速机车车辆,取得了重大突破。与此同时,铁路机车车辆工厂通过密集投资,引进和自行研制了先进的工艺装备及生产线,进行了大规模的技术改造,制造工艺和开发能力上了一个新台阶。

1.4适应铁路发展需要,全面提升产业技术水平,进入产业发展的成熟期进入90年代中期,我国已经形成了具有很强开发制造能力的机车车辆工业体系。机车车辆工业在研制生产满足重载需要的机车车辆后,又相继开发成功东风4D、东风

11、韶山

8、韶山9等准高速机车和25型提速客车,适应了提速的需要。1994年底,广深准高速铁路开行了时速160km旅客列车;此后不久,全路进行了4次大规模提速,旅客列车最高时速达到200km。以批量生产重载、提速机车车辆为标志,我国机车车辆工业开始进入产业发展的成熟期。2000年以来,具有我国自主知识产权的交流传动高速电力机车“奥星”号落成出厂;我国生产的“先锋”号交流传动电动车组在广深线创造了250km/h的试验速度。这标志着我国在铁路牵引动力技术的前沿领域开始融入国际发展大趋势。机车车辆的发展趋势

列车方案选择的原则是:电力牵引功率大、经济性好、利于环境保护,;符合额定功率、空气动力学、粘着力和加速力方面要求。

2.1 机车电气设备的发展趋势

随着微机技术发展,机车车辆已开始发展总线网络技术,机车电气设备将面临着能与总线对话的要求,智能电器发展已成当务之急。发展智能电器的关键技术

是采用大规模专用集成电路和单片机、高精度传感器、脱扣器功能电路设计、系统合成等。智能电器能记录显示电路参数(电压、电流、功率因数),存储故障工况,便于查询、分析研究。智能电器能扩展保护功能,如主断路器实现di/dt,it保护,能与电机热特性曲线密合的电子式热保护器。智能电器还能进行自我诊断,例如测量剩余电寿命。智能电器将大大提高电器产品技术性能。智能电器要求产品的电磁兼容性能大大提高。电磁兼容性应包含两个含义:一个是不干扰别的设备,另一个不受别的设备干扰。对于主断路器等大型电器其控制电路同样要进行电磁兼容试验;同时主断路器开断时引起的过电压要小,要求真空断路器的截流值要小。各种电磁线圈开断时均应释放能量,以减少干扰信号。随着微机控制的发展,有接点电路越来越简单,要求接点可靠性越来越高。环境污染对产品可靠性影响很大,发展真空电器和密封充氮电器对提高产品耐环境污染能力有很大好处。为了适应环境条件要求,发展系列机车车辆专用密封电器成当务之急,如变流机组由风冷向液冷、热管冷却发展,无空气污染硅元件绝缘技术提高了其耐环境能力。密封电器的电气安全可靠性高、维护工作量很少,甚至能设计成免维护;制造成本虽然提高,但逐年的维修保养费用却大大降低。实现直流接触器以及继电器的全密封式设计具有相当重要意义。设计真空型交流电器也是发展方向。

机车电器发展的关键技术问题是如何提高可靠性和使用寿命,该问题已在行业中得到共识,在国内外也都得到重视。发展智能电器、耐环境电器,研发高性能、多功能、模块化结构电器对提高可靠性是有益的;但实践运用80%是由于设计不完善引起的。要证明,电气产品故障的想提高电器产品的可靠性,首先要开展产品的可靠性设计,要进行各种极限条件下的设计,要进行稳态、瞬态、过渡状态、故障状态的分析与设计,电子、电器产品要进行降额设计、容差设计、潜通路分析、热设计热分析、电磁兼容设计、耐环境设计、冗余设计等;要建立以质量为核心的保证体系,要把质量控制从设计、生产、工艺、试验、质量管理的全方位、全系统发展的基础上向全过程、全寿命(售后服务、报废处理)方向延伸。

2.2车体控制

瑞典高速动车组X 2同意大利的ETR~50一样,高速通过曲线线路时产生的问题通过车辆侧向倾斜予以解决。X 2列车的特点是采用径向轮对作为导向并根据曲线半径进行车体倾斜控制,这样可以在曲线比例高达30 的线路上运行,即使不改造既有线也能将运行时间缩短25。这在高速列车中具有特珠的地位。瑞典X 2列车车体向两侧的倾斜度为6.5。,意大利ETR 450列车为8~ 1O。

2.3 舒适度和服务设施

高速歹哺;除了牵 f,走行和制动技术的巨大进步外,还有信息处理技术。主要内容包括:各车厢的空调设备,高质量的座席,车内装璜、烹调设备和现代化的信息显示系统。TGV 大西洋列车比TGV 巴黎~东南具有较高的舒适度,为旅客提供了小型会议室、洒吧间、影视室、儿童包厢以及宽敞的家庭包最小曲线半径为4000 m,最大坡度15‰ 时,运行速度设计为260km/h。但是,以26O~270km/h 速度运行的试验列车,在隧道里出现了阻力急剧增加的现象,而且服务人员也感到侧面通道的气流速度在提高。夸后拟把行车速度提高到280~300km/h 时,要求制造出厢。经改善的隔音设备和空气弹簧以及无声响的空调设备,使得速度在300km/h 时,车内噪声只有65dBA(ICE73dBA)。还有按照人类工程学要求新研制的座席、液晶灯光信息显示牌、无线广播和录音

节目以及新设计的有通讯设备的餐车。

2.4计算机诊断系统

高速列车具有由计算机控制的诊断系统,它的工作与列车的控制功能无关。在列车启动前,它负责静止检验,列车运行中负责功能诊断,而在工厂作为维修诊断。

2.5未来10年内我国内燃机车发展方向的建议

40多年来,我国内燃机车经过了早期试制阶段、第1代和第2代,现已发展到第3代,并开始了第4代内燃机车的研制。2000年6月首批2台DF4DJ型机车在大连机车车辆厂落成,它是我国第1种交流电传动干线内燃机车。其传动装置采用西门子公司的IGBT功率元件的变流器、ITB2630型交流异步牵引电动机。另外,戚墅堰机车车辆厂正在研制4260kW交流传动内燃机车,该个装有与奥地利令斯特研究所(AVL)合作改进的电喷式16V280/300ZJB型柴油机,并采用交直交传动、三轴径向转向架、柴油机交流变速起动、交流辅机电传动等新技术。

根据当前世界内燃机车技术发展的趋势和可能性,我国应当在把第3代机车迅速投入批量生产的同时,立即着手开发以交流传动技术为主要特征的第4代内燃机车。

国产第4代内燃机车应当具有的特征

据初步研究,适应重载、提速要求的我国第4代内燃机车的基本特征如表1所示。归纳起来,其基本特征有:采用成熟的微机控制技术;采用交流传动技术:货运机车采用径向转向架,客运机车采用高速、准高速转向架和径向转向架;采用电子喷射的新型柴油机。

国产第4代内燃机车的传动方式选择

第4代内燃机车的传动方式应采用交流传动。交流传动中,最重要的器件是逆变器,主要包括GTO和IGBT。

国产第4代内燃机车柴油机的发展方向

我国1、2、3代内燃机车柴油机喷油控制方式都是采用机控方式、机械式调速器,国外大功率内燃机车柴油机均采用电子喷射和电子调速器。如德国MTU4000型机车柴油机采用共轨式(common rail)电子燃油喷射系统,与传统的中凸轮轴驱动的柱塞式喷油泵和喷油器系统完全不同,“共轨系统”是由高压油泵、储压器、喷油器和电子控制装置组成。

鉴于我们国家的技术及工艺水平,走技术引进、消化吸收之路可以说是一条尽快赶上世界先进水平的捷径。在这方面,美国GM公司和德国西门子公司可以说是一个成功合作的范例。GM公司最初的微机控制系统是山西门子公司提供,后来GM公司自行开发出EM2000微机控制系统,用于机车控制。国产第4代内燃机车的最高速度

对于第4代内燃机车的最高速度,根据我国的线路情况,货运为90—100km/h;客运应提高到140—160km/h,考虑到技术发展的可能性和国际市场的需要,还可以考虑速度到180—200km/h。事实上美国、英国、加拿大等国的客运内燃机车的速度早已达到200km/h。因此,如果市场需要,第4代内燃机车的最高速度为200km/h应当是可能的。国产第4代内燃机车的可靠性与可维修性设计

内燃机车可靠性与可维修性设计也是国外大功率内燃机车的一个发展方向。经验表明,大功率交流传动内燃机车无故障运行能力要比传统的直流传动内燃机

车大40%左右。可靠性提高除通过结构方面的改进外,一个显著的特点是叫可靠性技术的应用。提高内燃机车可靠性问题不只是通过对薄弱零件改进来解决,而且要将可靠性技术贯穿于内燃机车设计、试验、制造、使用维修和管理等各个环节中,形成一个系统工程。在设计中除采用概率统计方法,把影响应力和强度的各因素视为随机变量运用可靠性理论保证所设计的零部件具有规定的可靠度外,还要进行可靠性规划与设计,主要包括“建立可靠性模型”;将系统可靠性指标分配给各级组成部分,进行“可靠性分配”;根据设计方案进行“可靠性预测”;按照设计方案进行“故障模式、影响及危害性分析(FMECA)”及“故障树分析(FTA)”等,找出影响可靠性、安全性的关键部件及薄弱环节。国产第4代内燃机车,应具有可靠性、维修性及模块化设计。

09级交运茅班

张要(20092880)

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