擺式列車與鐵路既有線提速

1、擺式列車與鐵路既有線提速    摘要：從我國(guó)鐵路列車提速的現(xiàn)狀入手，通過擺式列車與普通列車的對(duì)比，分析了擺式列車提速的優(yōu)勢(shì)和存在的問題，對(duì)在鐵路既有線利用擺式列車提速提出了相應(yīng)對(duì)策。關(guān)鍵詞：擺式列車；鐵路既有線；提速；對(duì)策各種交通工具的速度競(jìng)爭(zhēng)伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越激烈。作為高度發(fā)達(dá)國(guó)家的美國(guó)已進(jìn)入航空時(shí)代，而日、英、德等國(guó)則在發(fā)展和完善高速鐵路。中國(guó)距離航空時(shí)代尚遙遠(yuǎn)，但航空對(duì)鐵路的沖擊日漸明顯。隨著高速公路的快速發(fā)展，公路在旅客運(yùn)輸市場(chǎng)中對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)臄D壓不斷加劇。我國(guó)鐵路企業(yè)清醒地認(rèn)識(shí)到提速是提高競(jìng)爭(zhēng)力的最直接手段，在近年內(nèi)連續(xù)進(jìn)行了4次鐵路列車大提速

2、，有效緩解了客運(yùn)市場(chǎng)份額下降的趨勢(shì)。但是，鐵路列車經(jīng)過這4次大提速后，線路和機(jī)車車輛可利用的提速空間已經(jīng)很小，繼續(xù)提速的效應(yīng)將非常微小。因此，如何策劃下一步的鐵路提速戰(zhàn)略是當(dāng)前面臨的一個(gè)主要問題。綜觀國(guó)外鐵路列車提速的發(fā)展過程和我國(guó)鐵路的現(xiàn)狀，發(fā)展擺式列車應(yīng)是鐵路列車大面積提速的主攻方向。雖然擺式列車技術(shù)有待進(jìn)一步完善，但只要認(rèn)真吸取國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，加大開發(fā)力度，以其所具有的優(yōu)越條件，一定能給鐵路運(yùn)輸帶來新的活力。1既有線提速所面臨的困擾我國(guó)現(xiàn)階段提速的主要手段是線路改造及提高機(jī)車車輛的構(gòu)造速度和運(yùn)輸組織水平，但這三者在下一步提速中都面臨著很大困難。11線路改造方面目前，既有線提速的制約因素主要來

3、自于道岔和曲線的速度限制，存在投入高、效果差的問題。從純線路改造提速的效果看，現(xiàn)階段投資3000萬元，普通列車可壓縮運(yùn)行時(shí)間46min。而對(duì)全國(guó)鐵路線進(jìn)行改造，不僅工程浩大，而且從經(jīng)濟(jì)上和時(shí)間上都是不現(xiàn)實(shí)的，難解燃眉之急，只能作為一個(gè)分步實(shí)施的輔助方案。12機(jī)車、車輛方面現(xiàn)在鐵路線上運(yùn)行的絕大部分機(jī)車車輛的構(gòu)造速度均大于或等于線路的最大允許速度。因此，制約列車提速的關(guān)鍵仍然是線路允許速度，也即機(jī)車、車輛的構(gòu)造速度應(yīng)與線路允許速度相匹配，否則無法發(fā)揮機(jī)車、車輛的提速作用。13運(yùn)輸組織方面鐵路的4次大提速除在主要干線上進(jìn)行線路改造和部分線路提高允許速度外，還主要通過減少停站和停站時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，以及使用

4、緊密會(huì)車等方法來壓縮旅行時(shí)間。但進(jìn)一步壓縮停站時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)和提高運(yùn)輸組織水平，其提速空間是很小的，同時(shí)也受目前設(shè)備水平和人員素質(zhì)的限制。2擺式列車提速的原理常規(guī)鐵路車輛通過曲線時(shí)，速度有一定限制，以避免出現(xiàn)過大的欠超高(或過大的未平衡離心力)，使乘客產(chǎn)生不舒適感。擺式列車的特點(diǎn)是當(dāng)車輛通過曲線時(shí)，車體向曲線內(nèi)側(cè)傾斜，使得車體和旅客自重的橫向分量加大，可抵消一部分車輛離心加速度造成的橫向分力，從而使列車能以較高速度安全地通過曲線，旅客不會(huì)產(chǎn)生不舒適感(見圖1)。圖1擺式列車提速原理示意圖圖1中G為車體質(zhì)量；S為車體重心；F為離心力；為傾擺角；為軌道超高角。3擺式列車與普通列車運(yùn)行速度計(jì)算的區(qū)別由圖1

5、可見，車體傾角的作用和超高的作用是相當(dāng)?shù)模伎梢缘窒糠蛛x心力。但擺式列車的最大傾擺角度和提高速度的幅度并不是沒有限制的，世界各國(guó)30多年擺式列車的開發(fā)與試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)證明，傾擺角度過大勢(shì)必使車體的旋轉(zhuǎn)速度過大，使乘客不舒適、暈車，而且提高列車在曲線上的運(yùn)行速度也受到輪軌安全性的限制。經(jīng)驗(yàn)證明，車體傾擺8°，曲線速度提高30左右能夠保證乘客的舒適度和輪軌作用的安全性。因此，隨著擺式列車技術(shù)的成熟，世界各國(guó)的主動(dòng)傾擺擺式列車的傾擺角度大都定為8°。列車通過曲線的速度公式推導(dǎo)如下：設(shè)h為軌道超高(mm)；hf為允許的欠超高(未平衡離心加速度等效超高)(mm)；2、為車體相對(duì)軌道傾擺角

6、的等效超高(mm)；hb為左右車輪滾動(dòng)圓間距(1500mm)；R為曲線半徑(m)。由V2/R=g×h/S推出列車平衡速度：則普通列車允許的運(yùn)行速度：擺式列車允許的運(yùn)行速度：4擺式列車提速的優(yōu)勢(shì)和不足41擺式列車提速的優(yōu)勢(shì)411擺式列車與普通列車速度對(duì)比擺式列車車體傾擺8°，扣除彈簧懸掛裝置受車體離心力距造成的負(fù)傾角，則實(shí)際傾擺角度約為65°7°，等效超高約為170mm。我國(guó)開發(fā)擺式列車的設(shè)計(jì)任務(wù)書確定未平衡離心加速度不大于0077g，相當(dāng)于欠超高115mm。按標(biāo)準(zhǔn)軌距計(jì)算得出的我國(guó)普通列車和擺式列車通過曲線的速度對(duì)比見表1(軌道超高按150mm計(jì)算)。表

7、1容許的最大曲線通過速度  曲線半徑（m）300400500600800100012001400普通列車（km/h）758797107123138151163擺式列車（km/h）105121135148171192210227由表1可見，我國(guó)既有線若采用擺式列車，通過曲線的運(yùn)行速度可提高30以上。412擺式列車與普通列車提速對(duì)比在三茂線三水茂名東間312km既有線上相同列車編組的條件下，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬牽引計(jì)算，擺式列車的純運(yùn)行時(shí)間比普通列車壓縮3035min。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，曲線越多的線路，提速效果越明顯。擺式列車主要是以較高運(yùn)行速度通過曲線來提速，因而在曲線較多的線路上具有很高的提

8、速優(yōu)越性。42擺式列車提速存在的問題(1)擺式列車成本高?，F(xiàn)國(guó)產(chǎn)擺式動(dòng)車的平均價(jià)格近1000萬元輛，一般是采用國(guó)外及國(guó)內(nèi)設(shè)備進(jìn)行組裝，如不采用規(guī)模經(jīng)濟(jì)及其他壓縮成本的方法使單位價(jià)格降低，將影響其推廣應(yīng)用。(2)擺式列車車型單一。擺式列車現(xiàn)有的主要車型是座席車，開行距離定位在中短途。如在中長(zhǎng)距離范圍應(yīng)用開行，將需要更多的車型。(3)對(duì)設(shè)備檢修和人員要求高。擺式列車要求專門的檢修設(shè)備和人員，需對(duì)現(xiàn)有客車檢修設(shè)備進(jìn)行改造，同時(shí)要培養(yǎng)專門的檢修人員。(4)對(duì)線路的要求及影響。開行擺式列車仍需要對(duì)線路調(diào)整曲線超高和加固，由于與普通客、貨車速度差較大，加大了線路養(yǎng)護(hù)的難度，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致線路整體通過能力的下

9、降。(5)完善運(yùn)輸組織規(guī)章。鐵路技術(shù)管理規(guī)程等現(xiàn)行規(guī)章對(duì)各種線路曲線、道岔型號(hào)的行車速度限制應(yīng)增加適用于擺式列車的條款，以使擺式列車的運(yùn)行有章可循。5擺式列車提速的主要對(duì)策開行擺式列車可在不對(duì)既有鐵路線進(jìn)行大的改造，投入相對(duì)較少的情況下，較快實(shí)現(xiàn)鐵路列車的大面積提速，從而提高鐵路的整體競(jìng)爭(zhēng)能力。因此，應(yīng)針對(duì)存在的問題盡快采取相應(yīng)的對(duì)策措施。(1)加強(qiáng)擺式列車研制工作。我國(guó)應(yīng)增加技術(shù)力量的投入，加快擺式列車的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，特別是核心技術(shù)的掌握。根據(jù)國(guó)內(nèi)鐵路特點(diǎn)，進(jìn)行多種車型的研制，一旦條件成熟，加大生產(chǎn)規(guī)模，減少成本，以利于推廣應(yīng)用。(2)完善相關(guān)規(guī)章。及時(shí)組織有關(guān)專家進(jìn)行討論，通過測(cè)試或模擬等手段確定擺式列車行車速度的限制數(shù)據(jù)，修改和補(bǔ)充規(guī)章有關(guān)內(nèi)容。(3)進(jìn)行線路整治和改造。山區(qū)鐵路線路條件較差，應(yīng)適當(dāng)加固路基，以防止高速運(yùn)行時(shí)軌道側(cè)移。適當(dāng)調(diào)整曲線超高和延長(zhǎng)緩和曲線長(zhǎng)度，特別是S形曲線處的緩和曲線長(zhǎng)度，要求外軌超高與緩和曲線長(zhǎng)度之比小于或等于1mmm，以提高旅客舒適度。同時(shí)，逐步對(duì)既有線進(jìn)行改造，畢竟線路改造才是提速的治本之舉。(4)擺式列車應(yīng)用方案設(shè)想。目前我國(guó)尚不具備大規(guī)模生產(chǎn)擺式列車的條件，可先期考慮在客流較