鐵路工程

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軌道車輛
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軌道車輛的組成
 結構
 轉向架
○ 輪軸
○ 懸吊系統
○ 推進系統
○ 煞車系統
○ 電力系統
 車體
 集電設備
 功能
 舒適
○ 避震設施
○ 空調設備
 安全
○ 自動列車控制
○ 逃生、防災設備
 可靠
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http://www.trainweb.org/tgvpages/images/maintain/bogie.jpg
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Lightweight bolsterless design
Source: Japanese Railway Technology Today, 2001
4
Shinkansen lightweight bolsterless bogie with
air springs
Source: Japanese Railway Technology Today, 2001
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Source: http://villamos.zylon.hu/nza/kurz/combino-haj.jpg
6
Source: http://villamos.zylon.hu/nza/combino/supra-utasterk.jpg7
Source: http://www.g-st.ch/trambasel/spezial/combino_basel.html
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成功大學 郭振銘老師 攝
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成功大學 郭振銘老師 攝
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成功大學 郭振銘老師 攝
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成功大學 郭振銘老師 攝
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
列車性能
 速率:最高速率、營運速率
 加減速率:摩擦力、舒適、安全、維修
 過彎半徑:轉向架設計
 爬坡能力:摩擦力、馬達
○ pp79
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F
Adhesion limit
Resistance
牽引力 F=P/v
加速力
減速力
vmax
V
14
Source : http://www.rail.tudelft.nl/
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Source : http://www.rail.tudelft.nl/
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
列車設計之準則
 穩定性Stable within operating speed (adequate
 舒適性
○ 較軟之懸吊能提供較高舒適度、降低震動頻率
 對土木結構
○ 結構界限:不致碰撞沿線結構物或危及鄰線列車
○ 對軌道之影響:車重、懸吊、轉向架設計

滿足上述準則之方法常會相互牴觸
○ 軟懸吊  舒適度高、列車晃動厲害
○ 重車身  震動頻率低、對軌道衝擊力大
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動力配置型式

動力集中式
 一端(兩端)動力、軸重大
 TGV-PSE:2動車、8拖車(6動力轉向架、12根動軸)
 優點
○ 任意編組、鉸接 bogie
○ 列車長度調度容易
○ 維修較方便
○ 客車較舒適
○ 交流電牽引(功率大、故障低)
○ 製造維修費低
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 動力分散式
 完全分散、相對分散
 0系:16輛全動車;100系:12M4T;300系:10M6T
 義大利ETR450搖擺式:10M1T

優點





提高高速牽引功率
能源效率較高
軸重較輕(12T-16T)
牽引、制動分散、加減速性能高
(較不發生黏著力不足)
座位數較多
 缺點
○ 製造與維修費高
○ 車內噪音振動大
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 列車編組
 車組:車輛運行的最小單位
○ 單一車組(single-unit):本身有動力
○ 雙車組 (married pair):DM-T, DM-DM,
○ 三車組 (three-car unit):DM-T-DM
 考量因素
○ 運量
○ 購置成本
○ 營運維修
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型
式
EMU100 型
EMU200 型
EMU300型
單組配置
EP+EM+ET+ET+ED EMC+EP+EM (三輛)
(五輛)
EMC+EP+EM (三輛)
最高車速
120km/hr
120km/hr
130km/hr
製造年代
1977
1987
1989
出
1275 KW/1710HP
1000 KW/1340HP
928 KW/1243HP
單組全長
101.8 m
60 m
60 m
編組車型
EP:駕駛動力車
EM:馬達客車
ET:拖車 x2
ED:駕駛拖車
EMC:駕駛馬達車
EP:動力車
EM:駕駛馬達車
註:EMC附車長室
EMC:駕駛馬達車
EP:動力車
EM:駕駛馬達車
註:EMC附車長室
力
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http://peregrine.pixnet.net/blog/post
/25610581
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台灣高鐵700T型列車基本性能資料
1. 車型
台灣高鐵700T型
2. 列車動力
E.M.U 動力分散式電車組(9節動力車廂、3節無動
力車廂)
3. 車體材質
一體成型雙層鋁合金材質
4. 編成車廂數
12節車廂編成(1節商務車廂,11節標準車廂)
5. 最高營運速度 300km/hr
6. 列車長度
304m
7. 車體規格
長:25M(車頭:27M)
8. 車廂座椅配置 寬:3.38M
資料來源:台灣高鐵公司網站
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列車連結方式

連結器
 半固定式(半永久式):同車組之車相聯接
 自動式:車組之連結
http://en.wikipedia.org/wiki/File:TwoIceTrainConnections.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Train_coupling.jpg
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
關節式
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成功大學 郭振銘老師 攝
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傾斜式列車






運用的原理
適用的路線
傾斜的原理
需要的配合
使用的成效
造成的問題
http://www.hitachi-rail.com/products/rv/tilting/features/index_5.html
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http://www.railway-technology.com/projects/norway/norway6.html
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2004年10月23日上越新幹線
電車 (210km/hr)遭遇規模6.8
地震出軌
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成功大學 郭振銘老師 攝
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成功大學 郭振銘老師 攝
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3次出軌同一輛車 日設計師勘查 TVBS 記者:辜士陞
嘉義
報導
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阿里山小火車半個月內3次出軌,林管處遍查不著原因,由於3次意外,去年6月
才交車的48號機關車都有參與,今天特地找來日本設計師測試,詳查車輛到底有
沒有問題;另外,3次出軌都發生在S型轉彎處,為了安全起見,林管處已經決定
在阿里山鐵路沿線,全面加裝減緩離心率的副軌。
搭上第3度出軌的小火車,日本設計師親自測試,要看看去年6月才交車的48號機
關車,到底出了什麼問題,因為,小火車連續3次出軌他都有參與;其中,第一
次第四節車廂脫軌時,它在最後方,第二次出軌,48號機關車是在中間,第三次
出軌的正是他自己。
日籍機關車設計師鈴木:「這次試運轉是在觀察它打滑的情形,結果沒有異常,
就是打砂可以正常,讓輪子可以很輕鬆爬上坡。」
初步勘查,日本設計師排除機車頭有問題,林管處也發現,3次出軌還有一個共
通點,就是都發生在S型的彎道處。林管處長葉賢良:「雖然規定是10公尺以上,
就不要裝副軌,但我們這次發現,如果這一段我們也加裝副軌,可能會把危險因
子降到最低。」
位於鐵軌轉彎內側的副軌,是拿來減緩火車轉彎時產生的離心率,林管處決定只
要兩個轉彎間的直線長度在50公尺內,都要全面加裝副軌,並且互相銜接;也就
是說,阿里山鐵路全線有1百多處需要加裝副軌,林管處只希望能夠因此,提昇
小火車的安全性!
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會勘森林火車 日技師:加強駕駛訓練 【聯合報╱記者謝恩得2008.04.17】
嘉義林管處長葉賢良與日本製造株式會社、台灣車輛公司(新式機關車製造商)
的技師,昨天到森林火車脫軌現場會勘,目前還無法確定出軌原因,但同意林管
處後續改善方案。
參加人員先到第三度出軌現場會勘後返回林管處討論,結論包括,三次出軌皆在
上坡時的S曲線,機關車(火車頭)製造商和日本技師建議加強駕駛人員操作訓
練。對於介曲線(S型鐵軌和直線間的路段)較短者,建議將護軌延長形成二道
防護。
對於機關車推動4節或5節車廂是否容易發生問題,他們認為在列車氣軔貫通情況
下即無問題。由於新式機關車馬力較大,造成車輪與鋼軌間較大磨耗,林管處請
他們進一步探討改善。最後對於機關車打滑時,造成8節列車推擠是否會造成出
軌,也請日本技師和台灣製造商再詳細計算。
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供電方式
架空線
 第三軌

http://www.railway-technical.com/etracp.shtml
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
架空線(高架電線)
 供應高壓交流電(輸電流失率低,輸電距離遠)
 供電距離遠,可減少許多配電站
 電力使用效率高(少流失)
 於非都會區安全性較高(可減少安全設施)
 景觀效果較差
 使用於隧道內較浪費空間
 需變壓,升高車輛溫度
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成功大學 郭振銘老師 攝
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成功大學 郭振銘老師 攝
成功大學 郭振銘老師 攝
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
導電軌(第三軌,the third rail )
供應直流電(流失量高,需較大輸電斷面積)
但輸送距離較短,較適合都市捷運等短程系統。
供電較可靠(集電靴面接觸比架空電點接觸有效率)
景觀效果較佳
設備成本較低
僅適用於低壓輸電(600-1500 V)需靠較多之配電站
配合,以應付高運量與長距離之運輸需求。
 危險性高:因位於維修人員與一般人易於接近之位置,
極易造成觸電意外。
 易遭雜物覆蓋,影響輸電效率。






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成功大學 郭振銘老師 攝
成功大學 郭振銘老師 攝
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http://www.railway-technical.com/3rd002.gif
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台北捷運報導地199期
http://dkkawachi.blog58.fc2.com/blog-date-20080112.html
Coenraad Esveld, Modern Railway Track, 2nd Edition, MRT-Productions, 2001
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
輸電系統
 發電廠 → 輸電線 → 配電站 (TSS) → 供電線或導電軌
 捷運供電系統
○ 主變電站(BSS):紅橘線共三個主變電站,將161KV交流電源降
壓成22KV交流電源,供應牽引動力變電站及車站變電站電源。
並設緊急發電機組以備停電時捷運系統維生負載。
○ 牽引動力變電站(TSS):位於每站車站內,TSS內有二組整流器
單元,將交流22KV整流為750V直流電後,經由直流電纜將直流
750V傳輸至第三軌。
○ 車站變電站(SSS):位於各車站上下行端處,將主變電站的22KV
電源降壓成380V交流電源,供車站內水電、環控等相關負載。
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http://en.wikipedia.org/wiki/File:Europe_rail_electrification_en.svg
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
車輛尺寸
 長度:車站月台空間需求
 高度:隧道空間、月台高度(車輪磨損)
 走道高度:民眾身高
 走道寬度:車廂寬、逃生動線、乘客量
Drive Motor
36.5-40 ton
Trailer
30-35 ton
軸重
16-17 ton
三車空重
103-115 ton
三車酬載
65-66 ton
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
推進系統

控制系統
 簡化組件
 主控制系統
 可用度、可靠度
 推進控制系統
 維修容易
 環境衝擊
 節能

推進馬達與齒輪
 交流馬達 vs. 直流馬達
 包括
○ 線開關
○ 線濾波器
○ 推進換流器 (截波器)
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
車門
 效率方面:
○ 車門多,上下客快,座位少
 車門比較:捷運車廂 vs. 台鐵車廂
○ 氣動門、電動門
 安全方面:
○ 行進間安全
○ 關門力道
○ 夾到異物
標準怎麼訂?
成效怎麼認定?
觀察、比較、抓關鍵
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
煞車系統
 磁軌制動 (magnetic brake)
http://railgallery.wongm.com/transadelaide-bits/E112_2653.jpg.html
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 渦電流制動 (Eddy current brake)
http://control.ee.ethz.ch/~cpes/ev/motor_eddy_brake_small.JPG
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 再生電流制動 (regenerative brake)
 機械制動
http://www.therailengineer.com/wp-content/uploads/Bogies-02-copy.jpg
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
營運煞車
 電動馬達  發電機 (減速  再生電力)
○ 再利用
○ 回傳
○ 電阻消耗 (電阻煞車)
 減速度不足才啟動摩擦煞車系統
 防滑裝置
 打滑危害:煞車力、輪軌損傷
 一般駐車要求:W4載重停在3%坡度不下滑
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高速列車
TGV-A
ICE
初速(km/h) 300 270 220 160 300
新幹線
270 220 160 250 210
制動距離(m) 3500 2700 1700 900 3190 2500 1550 320 2950 1950
根據各列車上黑盒子紀錄下的當時情形,地震後最快停下來的一班車,當時時速每小
時92公里,總共花了19秒、繼續開了300公尺才停住。
花最長時間才停止的列車,總共花了82秒,走了3.6公里才停下。至於在台南新市附
近出軌的110次列車,當時時速298 公里,總共花了76秒、走了3.3公里列車才停住。
機械制動
優點
塊式煞車 便宜、易安裝、易維修
缺點
產生輪面磨損、噪音
大、散熱差
碟式煞車 煞車效果佳、散熱佳
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
車體
 安全方面
○ 強度要求:不同載重、不同外力、不同壽齡 動
靜力
○ 意外事故應變:防火、耐撞、人為破壞
 性能方面:
○ 營運:低維護、高可靠
○ 舒適:寬敞、明亮、美觀、防滑、、
 不銹鋼車體 vs. 鋁合金車體
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車輛發展趨勢





降低自重(鋁合金車身、
減少轉向架、改進結構、
單軸轉向架)
減輕簧下質量:減少輪
軌動力衝擊力
隔音隔振
能源效率(流線型車身、
裙鈑、密閉車窗)
舒適性






編組彈性
多重系統適用性 (電力、
號誌、軌距)
先進行車控制系統
減少過彎限制 (傾斜式)
更高速化技術 (集電設備、
空氣動力、動力配置)
智慧化(常時、多樣檢測)
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Source: Japanese Railway Technology Today, 2001
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Source: Japanese Railway Technology Today, 2001
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