石家庄理工职业学院教案首页-学习管理系统

章节课题：第2章

本章节在课程教学中的地位作用及前后联系：

德育目标要求：、

1、了解中国轨道交通的发展的必要性。 2、掌握各类型轨道交通方式技术经济特征

知识、技能传授目标要求： 1、掌握城市轨道交通的类型 2、了解城市轨道交通的起源。 3、了解世界主要城市轨道交通发展情况 4、了解中国主要城市轨道交通发展情况

教学重点与难点及解决方法：

教学重点和突出方法：城市轨道交通是指服务于城市客运交通，通常以电能为动力，采用轮轨运行方式的快速大运量公共交通之总称。通过设疑、解答的方法来突出重点。

教学难点和化解方法：通过对别与展示了解及掌握各种类型的轨道交通方式类型与技术特征

教学方法手段实施设计：

查找资料通过对不同的交通方式技术特征进行讲解 作业与辅导设计：

通过案例讲解，选取几种案例进行解释分析。 课堂教学小结： 年 月 日 课后札记： 系领导审签： 学生在学习的过程中对 于知识的掌握有所增加，但是 单纯的理论知识不足以弥补 他们对于实物了解的缺失，还 需要更多的实践练习。 2014 5 月 16 日 年 月 日

教学程序及讲授提纲或讲稿 方法手段 时间 第二章城市轨道交通车辆 第一节 车辆 城市轨道交通车辆的类型 城市轨道交通车辆按有、无动力可分为两类： 1、动车（M）：带有牵引动力装置的车辆。 动车又可分为：有受电弓的动车（Mp）和无受电弓的动车（M）。 2、拖车（T）：无牵引动力装置的车辆。 拖车又可分为：有驾驶室的拖车（Tc）和无驾驶室的拖车（T）。 城市轨道交通车辆的机械组成部分 一、车体 讲授为主，结合实际案例，充分发挥学生自主学习的积极性，进行有效的课堂讨论 车体坐落在转向架上，除载客之外，几乎所有的机械、电子、电气等设备都安装在车体的上部、下部及内部，驾驶室也设置于车体中。 （1）车体的基本作用是： 1、用以容纳乘客。 2、用以安装与连接其他设备和部件。 3、对于有司机室的车辆，车体还是司机驾驶列车的场所。 （2）轨道交通车辆对车体材料的基本要求： 1、具有一定的强度和刚度 2、具有耐腐蚀性 3、轻量化

目前，轨道交通车辆的车体材料已由碳素钢，发展到不锈钢和铝合金

（3）车体的制造工艺

一般采用焊接和铆接，两种工艺交替使用。

大部分之间组装以铆接为主。

（4）车体的承载方式

一般有底架承载和整体承载两种方式。

地铁车辆的车体是有底架、侧墙、车顶和端墙等部件组成桶形结构共同承载，即采用整体承载方式。

5）车体的外形特点

车体断面形状为类型鼓形，可提高车辆在圆隧道内的最大空间截面积，提高经济效益；同时提高车辆在圆隧道内的“活塞”效应，加强隧道的自然通风能力。

（6）车体的防撞设计

带司机室的拖车底架的前端设有撞击能量耗散区。

带司机室的拖车前端安装防爬器。

二、转向架

（1）转向架的作用

增加车辆载重、长度和容积，提高列车运行速度。

通过转向架的轴承装置使车轮沿着钢轨的滚动转化为车辆沿线路运动的平动。

支承车体，承受并传递各种载荷及作用力，并使轴重均匀分配。

保证车辆安全运行，能灵活地沿直线线路运行及顺利地通过曲线。

缓和车辆和线路之间的相互作用，减小振动和冲击，减小动应力，提高车辆运行的平稳性和安全性。

充分利用轮轨之间的黏着，传递牵引力和制动力。

（2）转向架的种类

动车转向架：有驱动系统

拖车转向架：无驱动系统

3）转向架的组成

构架

弹性悬挂装置

一系悬挂（轴箱悬挂）

二系悬挂（构架悬挂）

轮对、轴箱装置

单元制动装置

中央牵引装置

驱动系统

三、车钩及缓冲连接装置（俗称车钩）

（1）车钩及缓冲连接装置的作用

连接

车辆之间的机械连接

车辆之间电气和空气管路的连接

缓冲

（2）车钩及缓冲连接装置的组成

车钩——连接车辆使其编组成列车，并传递纵向力的一套装置。

缓冲器——通常在车钩的后部装设缓冲装置，在车钩传递纵向力时缓和车辆之间的纵向冲击。

电路连接器

气路连接器

贯通道——贯通道是车辆与车辆之间的客室连接通道。

（3）车钩及缓冲连接装置的分类

刚性车钩和非刚性车钩

密接式车钩

全自动车钩、半自动车钩和半永久车钩（半永久拉杆）

全自动车钩：可实现机械、电路、气路的完全自动连挂、解钩或人工解钩。

半自动车钩：可实现机械、气路的自动连挂、解钩，但是电路必须靠人工连挂和解钩。

半永久车钩：机械、气路、电路的连挂和解钩都需要人工操作。

四、制动装置

制动的含义：使列车减速或在规定的距离停车。

制动装置的含义：为了施行制动，在车辆上装设的由一整套零部件组成的装置。

在动车和拖车上都设置有制动装置。

（1）城市轨道交通车辆制动系统的特点

要具有足够的制动力

操作灵活、制动可靠、减速块，停车平稳准确。

采用电制动和空气制动的联合制动能力。

在长下坡道上运行时，制动力不衰减。

根据乘客量的变化，制动力具有空重车调整能力，使制动率基本恒定。

具有紧急制动能力，在运行中发生列车分离或制动系统故障等危及行车安全的事故时，应能自动实施紧急制动。

（2）城市轨道交通车辆的制动方式：电制动、机械制动和磁轨制动。

1、电制动——动能通过牵引电机转化为电能，然后将电能从车上转移出去。

可分为再生制动和电阻制动。

再生制动是将列车的动能经牵引电机及控制转换为电能，反馈到供电线路上。

电阻制动是将列车的动能经牵引电机及控制转换为电能，消耗在电阻上。

电制动须与机械制动配合使用，以保证具有足够的制动力。

2、机械制动（摩擦制动）——动能通过摩擦转变为热能，然后消散于大气。

按照制动力的来源可分为：空气制动和弹簧压力制动。

空气制动主要以压缩空气为动力，压缩空气由车辆的供气系统供给。

空气制动方式

闸瓦制动：又称踏面制动，是最常用的一种制动方式。制动时，用某种材料

制成的瓦状制动块（闸瓦）紧压滚动着的车轮踏面，通过闸瓦与车轮踏面的机械摩擦将列车的动能转变为热能消散于大气，并产生制动力，实现制动。

盘形制动：制动时，制动缸通过制动夹钳使闸片夹紧制动盘，使闸片和制动盘之间产生摩擦，把列车的动能转化为热能消散于大气，并产生制动力，实现制动。

3、磁轨制动

利用电磁铁与钢轨间的作用力实施制动。

（3）制动程序

再生制动和电阻制动由动车提供，空气制动由动车和拖车共同作用。

五、空调通风系统

车辆的通风方式有：自然通风、强迫通风、空气调节三种。

城市轨道交通列车空气调节参数要求：

（1）制冷

（2）制热

城市轨道交通车辆的电气组成部分

一、车辆电气牵引系统（主电路）

车辆电气牵引系统包括车辆上的受流器和各种电气牵引设备及其控制电路，它是电传动车辆上高电压、大电流、大功率的动力电路。

车辆电气牵引系统的作用是：

在牵引工况，将变电所传递的电能，转变为车辆牵引所需的牵引力。

在电制动工况，将车辆的动能，转变为电制动力，实现功率的转换和传递。

1、受流器

受流设备是列车将外部电源引入车辆电源系统的重要设备。

根据线路供电方式的不同，列车受流设备分为集电靴和受电弓两种形式。

一般城市轨道交通车辆采用直流1500V和直流750V电压供电。直流1500V供电采用架空线接触网式，车辆采用受电弓受流；直流750V一般采用第三轨供电，车辆采用集电靴受流。

2、电气牵引设备及其控制电路

车辆电气牵引有直流电气牵引系统和交流电气牵引系统两种

直流电气牵引系统

采用直流牵引电机

牵引控制方式

凸轮变阻调速

斩波调阻变速

微机控制的斩波调压变速

斩波调压变速的方式由于具有：体积和重量均有减少，可实现无极调整，使车辆平稳起动和制动；只有在列车电制动电网不能吸收再生电能时，才由电阻消耗电能，节约能量；结构简单，便于检修等优点，目前，欧洲、加拿大、日本、上海（DC01型）直流电机电动列车均采用此传动控制方式。

交流电气牵引系统

采用异步电动机和直线电机两种。

异步电动机控制方式，采用微机控制的交流调频调压技术（VVVF技术），具有：运行可靠，过载能力强，粘着性能好，结构简单，重量轻，几乎无须

保养和维修等特点，被公认为调速系统中性能最优越的传动控制方式，目前城市轨道交通车辆大都采用这种传动控制方式。

直线电机（线性电机），将传动的旋转电机的定子和转子展开成直线状，改变了传动电动机旋转运动方式为直线运动方式，从而具有降低噪声、减轻重量，爬坡能力强，安全过急弯能力强，可实现地铁隧道截面小型化，降低建设成本等优点。直线电机地铁成为理想的新型城市交通系统，目前直线电机车辆在加拿大的温哥华、多伦多，美国的底特律，日本的大坂，中国的广州等轨道交通获得应用。

二、辅助供电系统（辅助电路）

辅助供电系统的作用是：为列车辅助设备提供电源。

为了保证车辆正常运行和使客室具有一定的舒适性，车辆上需要许多辅助设备。如：为了给斩波器箱、逆变器箱和制动电阻箱通风冷却而设置的通风机；为了列车制动、受电弓升降和开闭客室门等气动机械而设置的空气压缩机；为了调节客室内空气参数而设置的空调压缩机与各类风机；客室照明、蓄电池充电、控制电气、司机室取暖设备等。这些辅助设备和供应辅助用电的系统就构成了车辆的辅助电路系统。

三、列车控制系统（控制电路）

城市轨道交通车辆及其主要系统，都采用微机进行自动控制。

微机控制系统有自我监控和诊断功能，能够对列车主要设备的运行和故障状态，自动进行信息采集、记录和显示，以满足维修和故障分析的需要。

城市轨道交通车辆的控制电路，是低电压、小功率电路。作用是控制牵引系统和辅助系统各电器的动作，通过司机操纵主控制器各手柄和操纵按钮，使车辆按司机意图或按列车自动运行控制系统的控制来运行。

车辆电气系统中的三个电路系统（主电路、辅助电路、控制电路），一般在电气设备方面互相隔离，分别装设在控制操纵台、电气箱和各种设备箱中，再通过电磁或机械方式相互联系协调动作，形成完整的车辆电气系统，控制

操纵列车的正常运行。

各种设备箱、电气箱安装在司机室、客室或悬挂在车体下部。

车体长度：不包含牵引缓冲装置的车体结构的长度。

城市轨道交通车辆的选用要素

客流特点

客流量

旅行速度

线路条件

四、城市轨道交通车辆的编组

按照预期的目的，将各独立的车辆连接起来，成为一个运行体，就称为车辆编组。

车辆编组一般应考虑：线路坡度、运营密度、站间距离、舒适性、安全可靠性、工程投资、客流大小等因素。

一组能独立运行的列车编组，至少应该包含：满足客流的运载空间、足够的运行动力、驾驶控制室、列车受流器、制动系统等单元。

根据列车编组中动车数量，车辆编组有：全动车编组和动拖结合两类。以地铁列车为例，地铁车辆在运营时一般采用“动拖结合、固定编组“，形成电动列车组。

国内已运营的地铁列车编组情况如下：

当采用6辆编组时：Tc-Mp-M-Mp-M-Tc （A-B-C-C-B-A）

其中，上海地铁一号线、二号线，广州地铁一号线，深圳地铁一号线均采用此种编组方式。

当采用8辆编组时：Tc-Mp-M-Mp-M-Mp-M-Tc （A-B-C-B-C-B-C-A）

上海地铁8辆编组时，采用此种方式。

多节编组时，无论采用8节、6节和4节编组，带驾驶室的Tc车，始终编在列车的两端，其他车型在列车中的位置可以互换。

可分为跨座式和悬挂式两种，前者跨在一根走行轨道上行走，其重心位于走行轨道上方；后者车辆悬挂于可在轨道梁上行走的走行装置的下面，其重心处于轨道梁的下方。轨道梁比较窄，仅为85cm，对城市的景观及日照影响较小。独轨交通有噪声低、振动小、对城市的景观及日照等影响小、通过小半径曲线能力和爬坡能力强等优点。但独轨车有运能小、速度低、能耗大、粉尘污染等缺点。

（一）特点

地铁和轻轨同属于城市快速轨道交通的一部分，是具有快速、安全、舒适、能耗低、污染小等优点的绿色交通方式。主要优点如下：

（1）运量大 （2）速度快（3）污染少 （4）能耗少

（5）占地省 （6）安全与环保

（一）地铁与轻轨的比较

二者分属于大容量和中容量轨道交通体系，故二者的设计标准如钢轨类型、线路坡度、曲线半径、车辆编组、牵引动力等带来差异。

地铁：市区大都修建在地下，部分可修建在地面或高架桥上。正线最大坡度一般为30‰，困难地段35‰,最小曲线半径一般为300～600m。

轻轨：以高架线和地面线为主，平曲线半径最小100m，特殊地段可采用50m，最大坡度60‰，正线运行速度一般不大于35km/h。

D、自动导向交通系统

自动导向交通系统是指系统中利用导轨导向、自动控制运行的新型轨道交通系统。

E、市郊铁路

市郊铁路是连接城市市区与郊区，以及连接城市周围几十公里甚至更大范围的卫星城镇或城市圈的铁路，但它往往又是连接大中城市干线铁路的一部分，因此它具有干线铁路的技术特征，与城市轨道交通系统中的地铁等其它类型不同，在市郊铁路上通常是市郊旅客列车与干线旅客列车和货物列车混跑。市郊铁路虽然是国家铁路的一种运输方式，但它是现代化城市轨道交通不可分割的一部分。

市郊铁路主要为通勤者提供运输服务，有时也称为通勤铁路（Commuter Rail）或地区铁路（Regional Rail）。它起源于第二次世界大战前城市间的铁路运输。在一些大城市比较重要。在经过相当长一段时间的萧条后，市郊铁路在美国的10来个城市又活跃过来。伦敦、巴黎也都有较大规模的市郊铁路运输网络。在加拿大、亚洲、澳大利亚和其他一些欧洲国家也都有一些市郊运输。

市郊铁路的特点是装备重型化，最高速度较大，加、减速度较低，通常

由机车牵引一列列车。线路长度一般在40～80km。列车最高速度可达100km/h以上。由于市郊铁路具有运量大（单向最大运能可达8万人次／h）、投资省、见效快、速度比较高、效率高、技术上容易实现、服务范围广等特点

F、磁悬浮交通系统

磁悬浮交通系统是指一种非粘着、用直线电机驱动列车运行的新型轨道交通系统。

世界城市轨道交通的产生与发展

1）城市轨道交通产生与发展的原因

城市轨道交通的地位和作用越来越重要；

城市交通的运力与运量之间的矛盾日益突出；

城市出现了交通堵塞、交通事故、环境污染等各种交通问题，严重地影响和制约了城市的发展。

世界城市轨道交通的产生与发展

世界各国经过长期的探索后形成一种共识，即解决城市交通问题的根本途径是：建立一个以城市轨道交通为骨干，以公共交通为主体，多种交通方式相互协调的综合交通系统。

2）城市轨道交通产生与发展的条件

城市需求是城市轨道交通产生的前提条件；

资金投入是城市轨道交通产生发展的必要条件；

科学技术的发展是城市轨道交通产生与发展的有力保障。

第一次工业革命——蒸汽机车的诞生

第二次工业革命——内燃机、电动机的出现

（3）世界城市轨道交通发展历史

1.诞生前阶段（1804~1863）

1804年2月29日，英国人理查德·特雷维塞克设计制造了第一辆蒸汽机车“新城堡号”。

1832年，约翰·史蒂芬森在美国纽约的上曼哈莱姆之间建立了第一条市区有轨马车线路。

2.诞生起步阶段（1863~1890）

1863年1月10日，世界公认的第一条地铁——“伦敦大都会铁路”开通，标志着世界城市轨道交通的诞生。

1870年，美国第一条在曼哈顿格林威治大街及第九达到的高架快速轨道交通线开始运营。

1881年，德国西门子公司在柏林近郊铺设了第一条电车轨道。

3.初步发展阶段（1890~1924）

1890年，在英国伦敦，第一条使用电力机车牵引的地下铁道建成。

1896年，匈牙利布达佩斯修建了欧洲最早的电气化地铁。欧洲大陆上的第一条地铁，在整个欧洲则居英国之后。

1904年，美国纽约地铁巴尔蒙线开通，被誉为“纽约地铁之父”。美国纽约成为美洲最早建立地铁系统的城市。

1913年，阿根廷的布宜诺斯艾利斯建成地铁系统，成为拉丁美洲最早建立地铁系统的城市。

4.停滞萎缩阶段（1924~1949）

1926年，澳大利亚悉尼开通了隧道电车。

1907年，日本东京开通了浅草至涩谷的地下铁道线，成为亚洲最早的地下铁道。

1935年，莫斯科第一条地铁通车运营。

5.再发展阶段（1949~1969）

有轨电车-汽车-地铁-轻轨

6.高速发展阶段（1969~现在）

伴随着世界城市化进程的加快，人们生活节奏的加快，对城市交通的要求越来越高，各国政府投入大量的人力、物力和财力来建设城市轨道交通设施。

世界城市轨道交通的产生与发展

世界地铁客运量和建设规模较大的城市有：

俄罗斯的莫斯科地铁

日本的东京地铁

墨西哥的墨西哥城地铁

美国的纽约地铁

法国的巴黎地铁

英国的伦敦地铁

韩国的首尔地铁

德国的柏林地铁

我国城市轨道交通的产生与发展

1）我国有轨电车的历史

1899年，我国最早的有轨电车出现于北京。

伴随着近代帝国主义瓜分中国的狂潮，受国外侵略势力的影响，从1904年开始，香港、天津、上海、大连等城市相继开通有轨电车。

从20世纪50年代末开始，各城市陆续拆除其有轨电车线路。至今仍有有轨电车运营的城市只剩下香港、大连、长春、鞍山。

2）我国地下铁道的产生与发展

起步阶段：①起步阶段（20世纪60年代~80年代初）

我国先后于1969年和1976年在天津开通了两条地铁。

文化大革命中的几年，地铁建设基本停顿。

这一时期兴建地铁的主要目的是用于备战。

1979年10月，香港第一条地铁线路开始运营。

平稳发展阶段：②平稳发展阶段（20世纪80年代中期~2000年）

这一时期，中国开始了改革开放的进程，地铁的建设也由服务于战备转为服务于经济发展和城市客运。

继北京、天津继续修建地铁外，上海、广州也修建了地铁。

香港地铁完成了现有7条线路的建设，挤进世界城市地铁系统的前列。

1996年台北市修建了第一条城市轨道交通线路。

快速发展阶段：③快速发展阶段（21世纪初~现在）

进入21世纪，中国经济的迅猛发展为地铁建设带来了重大机遇，各大城市地铁项目竞相立项开工。

全国20多个城市在建或筹建中的城市轨道交通线路总长已超过5000km。

（3）我国各城市轨道交通发展的现状与特色

北京：北京地铁标志的外形采取圆形，以字母“G”构成，表示地铁隧道，中间是字母“D”，为“地铁”拼音的首字母，D的内心是字母“B”，表示“北京”。三个字母字母构成“北京高速电车”(现“北京地铁”)的缩写。 天津：天津地铁标识颜色由红与白组成。红色的圆形外形象征地铁隧道圆形洞体。整体图形以“TIANJIN”的“T”为核心元素，白色部分构成“T”形，与顶部红色部分交相辉映，整体图形外观似一“天”字，三重定义充分体现天津地铁的特点。

上海：上海市1995年开通地铁一号线，成为我国第三座拥有地铁的城市，其圆形的标徽由英文字母S和M组成，其中S代表上海(即SHANGHAI)，M表示地铁，而圆弧状形似地铁的圆形区门隧道；M又像在隧道内相向行驶的两辆地铁列车。

广州：

香港：（1） 表示香港本岛与九龙半岛之间有地铁贯通； （2） 表示轨道交通的两个车站与一个区间； （3） 字型类似中国“寿”字的古体，喻平安吉祥之意

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