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(tǒng)鐵路的主要區(qū)別在于它的系統(tǒng)性，高速列車與傳統(tǒng)鐵路列車的區(qū)別和主要特點(diǎn)也在于它自身的系統(tǒng)性，以及作為高速鐵路的一個子系統(tǒng)，與其他子系統(tǒng)的密切聯(lián)系、相互影響。如果說高速鐵路是現(xiàn)代高新技術(shù)的綜合集成，高速列車則是包括機(jī)械、電子、材料、計(jì)算機(jī)、控制及航空等現(xiàn)代技術(shù)的集中體現(xiàn)。由于速度的提高，高速列車的設(shè)計(jì)與開發(fā)中會遇到傳統(tǒng)列車不曾有過的技術(shù)問題：1.傳統(tǒng)的火車是依靠輪軌之間的粘著牽引力牽引列車運(yùn)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(fā)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(shù)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(shí)現(xiàn)大功率的牽引動力又是高速列車面臨的另一個重要技術(shù)課題。4.列車速度提高了，還必須能在一定距離和時間之內(nèi)停車，又面臨著大功率，安全的制動技術(shù)問題，依靠傳統(tǒng)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(huán)境造成的影響，列車乘客舒適度下降；列車運(yùn)行穩(wěn)定性和脫軌安全性問題突出。因此高速列車輪軌系統(tǒng)動力學(xué)便自然成為高速列車區(qū)別于常規(guī)列車的新課題。6.列車空氣動力學(xué)也是高速列車不可回避的重要課題，除列車運(yùn)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(huán)境產(chǎn)生的影響；列車會車和通過隧道時短時內(nèi)的氣壓波動對車體及對車內(nèi)人員的強(qiáng)力作用；空氣升力對列車運(yùn)行的影響；車廂窗戶的強(qiáng)度及密封性能等都是必須注意并加以解決的空氣動力學(xué)問題。7.列車在高速運(yùn)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(yùn)行自動控制系統(tǒng)，它不但能監(jiān)測、控制列車在預(yù)定的狀態(tài)下安全運(yùn)行，而且還具備智能性較強(qiáng)的診斷系統(tǒng)，保證操縱控制系統(tǒng)和操作人員能及時獲知和及時處理可能發(fā)生的故障。針對以上高速列車所面臨的新的技術(shù)問題，在設(shè)計(jì)高速列車中必須相應(yīng)地解決一系列關(guān)鍵技術(shù)，如具有新結(jié)構(gòu)和參數(shù)的高速轉(zhuǎn)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(tǒng)綜合作用的復(fù)合制動系統(tǒng)；列車結(jié)構(gòu)及材料的輕量化技術(shù)；以交—直—交變流技術(shù)為核心的大功率電力傳動與驅(qū)動技術(shù)；列車外形設(shè)計(jì)與車廂密封技術(shù)；車內(nèi)環(huán)境控制及衛(wèi)生排污技術(shù)以及列車信息傳輸、列車維修技術(shù)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(yùn)行的重要保證。由于列車速度高，一般電力機(jī)車的受電裝置和供電接觸網(wǎng)不能滿足需要。弓—網(wǎng)關(guān)系或稱弓—網(wǎng)動力學(xué)和高速受流技術(shù)便成為高速列車的一項(xiàng)新課題和關(guān)鍵技術(shù)。它雖然是高速列車不可分割的部分，但作為高速鐵路系統(tǒng)的“接口”，它與牽引供電系統(tǒng)有更直接的聯(lián)系。高速列車的分類是根據(jù)國外已成功運(yùn)用的高速列車的幾種不同特點(diǎn)進(jìn)行的，這些特點(diǎn)主要表現(xiàn)在列車動力驅(qū)動軸的分布和動力設(shè)備的配置以及列車車輛之間的聯(lián)接方式和組成結(jié)構(gòu)。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(qū)動設(shè)備的設(shè)置分為動力分散型和動力集中型；按列車車輛轉(zhuǎn)向架布置和車輛之間的聯(lián)接方式分為獨(dú)立(轉(zhuǎn)向架)式和鉸接(轉(zhuǎn)向架)式。動力分散型列車是將由電機(jī)驅(qū)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(jī)械設(shè)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(shè)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(jī)驅(qū)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(dú)立式列車的每節(jié)車輛的車體都置于兩臺轉(zhuǎn)向架上，車輛與車輛之間用密接式車鉤相聯(lián)接，每節(jié)車輛從列車上解掛后，可以獨(dú)立行走；鉸接式列車是將車輛的車體間以彈性鉸相聯(lián)接，在相鄰車體的連接處放置一個共用轉(zhuǎn)向架，因此每節(jié)車輛不能從列車中解開成為一個獨(dú)立可行的車輛。由列車動力輪對兩種分布類型和車輛聯(lián)接與轉(zhuǎn)向架布置的兩種方式相互組合就出現(xiàn)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(diǎn)和發(fā)展過程，從其產(chǎn)生和發(fā)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(yùn)用條件、運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)技術(shù)有關(guān)。因此在選擇、比較它們的優(yōu)劣時不能一概而論，只有詳細(xì)分析它們的技術(shù)特性，結(jié)合具體的運(yùn)用要求和使用條件才能得出比較明確的結(jié)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(yōu)、缺點(diǎn)試作一般意義下的歸納：動力集中型高速列車具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)它與傳統(tǒng)的列車相似，便于我們按習(xí)慣進(jìn)行運(yùn)行管理和維修管理。(2)故障相對較高的電器、機(jī)械設(shè)備集中在頭車，運(yùn)用中便于監(jiān)測和進(jìn)行技術(shù)保養(yǎng)。這些設(shè)備的工作環(huán)境也較清潔。(3)機(jī)械、電氣設(shè)備與載客車廂相隔離，車廂內(nèi)噪聲、振動較小。(4)牽引頭車可以摘掛(雖然不是傳統(tǒng)列車的自動車鉤那樣的方便摘掛)使列車進(jìn)入既有線，甚至可更換內(nèi)燃機(jī)車使列車直接進(jìn)入非電氣化鐵路運(yùn)行。動力集中型高速列車的缺點(diǎn)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(shè)備，減輕設(shè)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(chǎn)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(shè)備的重量也相應(yīng)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(dān)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(yōu)點(diǎn)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(shè)備和牽引電機(jī)的功率和重量分散由列車的各個車輛負(fù)擔(dān)，較易實(shí)現(xiàn)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(dān)，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(diǎn)：(1)車輛下部吊裝動力設(shè)備，其產(chǎn)生的振動和噪聲會影響車廂內(nèi)的舒適度。為隔振降噪增加技術(shù)難度。(