高速列車及其分類

高速列車及其分類高速列車是高速鐵路的核心，如果說高速鐵路與傳統鐵路的主要區別在于它的系統性，高速列車與傳統鐵路列車的區別和主要特點也在于它自身的系統性，以及作為高速鐵路的一個子系統，與其他子系統的密切聯系、相互影響。如果說高速鐵路是現代高新技術的綜合集成，高速列車則是包括機械、電子、材料、計算機、控制及航空等現代技術的集中體現。由于速度的提高，高速列車的設計與開發中會遇到傳統列車不曾有過的技術問題：1.傳統的火車是依靠輪軌之間的粘著牽引力牽引列車運行，增加列車速度，需要提高牽引力，而輪軌牽引力是有一定限制的，超過這個限制值便可能因失去粘著而發生輪軌之間的滑動，并失去牽引力。另一方面，隨著速度提高，輪軌之間的粘著系數會下降，這與需要提高牽引力又存在矛盾。2.列車所承受的空氣阻力與速度的平方成正比，因此高速列車需要的功率將隨速度的三次方增加。3.如何在一定的重量和體積的條件下實現大功率的牽引動力又是高速列車面臨的另一個重要技術課題。4.列車速度提高了，還必須能在一定距離和時間之內停車，又面臨著大功率，安全的制動技術問題，依靠傳統的制動方法則是不能解決高速列車的制動問題。5.列車速度提高，輪軌之間的相互作用力增大；輪軌磨耗，列車對軌道、線路的破壞作用加大；噪聲、振動對環境造成的影響，列車乘客舒適度下降；列車運行穩定性和脫軌安全性問題突出。因此高速列車輪軌系統動力學便自然成為高速列車區別于常規列車的新課題。6.列車空氣動力學也是高速列車不可回避的重要課題，除列車運行阻力之外，高速列車周圍的空氣流場及其對周圍物體和環境產生的影響；列車會車和通過隧道時短時內的氣壓波動對車體及對車內人員的強力作用；空氣升力對列車運行的影響；車廂窗戶的強度及密封性能等都是必須注意并加以解決的空氣動力學問題。7.列車在高速運行條件下，靠人工操作不可能保證安全，必須具備一套安全運行自動控制系統，它不但能監測、控制列車在預定的狀態下安全運行，而且還具備智能性較強的診斷系統，保證操縱控制系統和操作人員能及時獲知和及時處理可能發生的故障。針對以上高速列車所面臨的新的技術問題，在設計高速列車中必須相應地解決一系列關鍵技術，如具有新結構和參數的高速轉向架；包括動力制動、空氣制動、電磁渦流制動、制動防滑器和控制系統綜合作用的復合制動系統；列車結構及材料的輕量化技術；以交—直—交變流技術為核心的大功率電力傳動與驅動技術；列車外形設計與車廂密封技術；車內環境控制及衛生排污技術以及列車信息傳輸、列車維修技術等。高速列車由于功率大，采用電力牽引，列車供電及受流是列車正常運行的重要保證。由于列車速度高，一般電力機車的受電裝置和供電接觸網不能滿足需要。弓—網關系或稱弓—網動力學和高速受流技術便成為高速列車的一項新課題和關鍵技術。它雖然是高速列車不可分割的部分，但作為高速鐵路系統的“接口”，它與牽引供電系統有更直接的聯系。高速列車的分類是根據國外已成功運用的高速列車的幾種不同特點進行的，這些特點主要表現在列車動力驅動軸的分布和動力設備的配置以及列車車輛之間的聯接方式和組成結構。因此一般可將它們劃分為不同的類型(圖)。

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商速列車分類示意圖

按列車動力輪對的分布和驅動設備的設置分為動力分散型和動力集中型；按列車車輛轉向架布置和車輛之間的聯接方式分為獨立(轉向架)式和鉸接(轉向架)式。動力分散型列車是將由電機驅動的動力輪對，分散布置在全部列車或列車的多組輪對上，同時將主要電器及機械設備吊掛在車輛下部，列車的全部車輛都可載客(如圖3c、d)；動力集中型列車是將電器和動力設備集中安裝在位于列車兩端的動力車上，僅有動力車的輪對是受電機驅動的動力輪對，動力車不載客，只有中間拖車(無動力輪對)可載客(圖3a、b)。獨立式列車的每節車輛的車體都置于兩臺轉向架上，車輛與車輛之間用密接式車鉤相聯接，每節車輛從列車上解掛后，可以獨立行走；鉸接式列車是將車輛的車體間以彈性鉸相聯接，在相鄰車體的連接處放置一個共用轉向架，因此每節車輛不能從列車中解開成為一個獨立可行的車輛。由列車動力輪對兩種分布類型和車輛聯接與轉向架布置的兩種方式相互組合就出現了如1所示的四種型式不同的高速列車。各種類型高速列車都具有自身的特點和發展過程，從其產生和發展歷史來看，某個國家或某條高速鐵路采用什么類型的高速列車，可能與它們的運用條件、運用經驗和傳統技術有關。因此在選擇、比較它們的優劣時不能一概而論，只有詳細分析它們的技術特性，結合具體的運用要求和使用條件才能得出比較明確的結論和選型方案。這里就動力集中與動力分散兩種不同的動力配置方式的高速列車的優、缺點試作一般意義下的歸納：動力集中型高速列車具有以下優點：(1)它與傳統的列車相似，便于我們按習慣進行運行管理和維修管理。(2)故障相對較高的電器、機械設備集中在頭車，運用中便于監測和進行技術保養。這些設備的工作環境也較清潔。(3)機械、電氣設備與載客車廂相隔離，車廂內噪聲、振動較小。(4)牽引頭車可以摘掛(雖然不是傳統列車的自動車鉤那樣的方便摘掛)使列車進入既有線，甚至可更換內燃機車使列車直接進入非電氣化鐵路運行。動力集中型高速列車的缺點在于：(1)動力頭車不能載客，相對減少了載客量。(2)動力頭車集中了全部動力設備，減輕設備重量比較困難，而高速列車要求列車的軸重盡量輕。(3)高速度的列車需要頭車產生足夠的大粘著牽引力，因而動力車輪的軸重不能太輕，這與(2)條提到的要求形成難以克服的矛盾。(4)速度越高，列車的功率越大，大功率動力設備的重量也相應增大，這與減輕重量的要求又是矛盾。(5)動力頭車的制動能力受到粘著的限制，需要拖車分擔部分制動功率，因此列車的制動性能欠佳。動力分散型高速列車的優點是：(1)可較充分利用車輛載客，增加列車載客量。(2)將牽引動力設備和牽引電機的功率和重量分散由列車的各個車輛負擔，較易實現高速列車減輕軸重的要求。(3)列車的牽引力分散在各個動力車輪上，可解決高速列車大牽引力與軸重限制之間的矛盾。(4)列車制動力由全列車各車輛分擔，可充分利用動力制動功率，因而列車具有較好的制動性能。動力分散型高速列車也存在一定的缺點：(1)車輛下部吊裝動力設備，其產生的振動和噪聲會影響車廂內的舒適度。為隔振降噪增加技術難度。(