新干線高速化技術(shù)開(kāi)發(fā)的概要

1、107-11新干線高速化技術(shù)開(kāi)發(fā)的概要日本荒井 稔JR東日本于2002年4月制定新干線高速化計(jì)劃，將“提高運(yùn)行速度”、“確保安全性、可靠性”、“提高快捷、舒適性”、“適合環(huán)境”為題目將營(yíng)業(yè)最高速度360km/h為技術(shù)目標(biāo)，進(jìn)行新干線高速化技術(shù)開(kāi)發(fā)。制造新干線高速試驗(yàn)車(chē)“FASTECH360S（新干線專(zhuān)用型）”、“FASTECH360Z（新既有線直通型）”，同時(shí)改造地面設(shè)備，將實(shí)際環(huán)境、實(shí)際負(fù)荷狀態(tài)的車(chē)輛、地面設(shè)備的綜合驗(yàn)證為目的，以東北新干線的仙臺(tái)北上間為主體的高速運(yùn)行試驗(yàn)從2005年6月到2009年6月進(jìn)行。并在2009年進(jìn)行解體檢查，現(xiàn)在這些成果反映到下一期投產(chǎn)前車(chē)上。有關(guān)這種FASTEC

2、H360試驗(yàn)、調(diào)查已經(jīng)完成，取得一定的成果。所以在今年春季31期綜合反映開(kāi)始新干線高速化計(jì)劃、運(yùn)行試驗(yàn)、解體檢查、投產(chǎn)前車(chē)的內(nèi)容專(zhuān)輯做介紹。前言JR東日本的新干線以東京為中心向東北、上越、長(zhǎng)野、山形新莊、秋田5個(gè)方向延伸，連接本公司管內(nèi)的主要城市。東北新干線預(yù)計(jì)在2010年新青森開(kāi)業(yè)、2015年新涵管開(kāi)業(yè)、北陸新干線在2014年富山金澤開(kāi)業(yè)鐵路網(wǎng)的逐步擴(kuò)大進(jìn)行準(zhǔn)備。另外在歐洲2002年8月開(kāi)業(yè)的高速新線（科隆法蘭克福間）最高速度300km/h, 2007年6月開(kāi)通的TGV東線（巴黎斯特拉斯堡間）最高速度320km/h等，可以說(shuō)世界的高速鐵路已經(jīng)進(jìn)入超300km/h的范圍。圖1 新干線鐵路網(wǎng)的擴(kuò)

3、大在這種情況下，隨新干線鐵路網(wǎng)的擴(kuò)大，將提高服務(wù)質(zhì)量，強(qiáng)化與飛機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)，以世界最高水平的高速化技術(shù)為目標(biāo)，揭示將“提高運(yùn)行速度”、“確保安全性、可靠性”、“適合環(huán)境”、“提高快捷、舒適性”為大的題目，將營(yíng)業(yè)最高速度360km/h為技術(shù)目標(biāo)進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)。在以前由制造新干線高速試驗(yàn)車(chē)FASTECH360(以下稱(chēng)“FASTECH360”)和地面設(shè)備的改造，進(jìn)行環(huán)境、實(shí)際負(fù)荷狀態(tài)的車(chē)輛、地面設(shè)備綜合驗(yàn)證，解決向320km/h營(yíng)業(yè)運(yùn)行的技術(shù)課題，設(shè)計(jì)、制造新型高速新干線（E5系）投產(chǎn)前車(chē)。并為實(shí)現(xiàn)向320km/h運(yùn)行也進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造新既有線直通型新型高速新干線（E6系）投產(chǎn)前車(chē)，但技術(shù)開(kāi)發(fā)部門(mén)向著實(shí)現(xiàn)3

4、60km/h運(yùn)行做繼續(xù)技術(shù)開(kāi)發(fā)的挑戰(zhàn)。圖2 新干線高速化的開(kāi)發(fā)課題到FASTCH360開(kāi)發(fā)的過(guò)程2002年4月向著新干線的高速化制定“新干線高速化推進(jìn)計(jì)劃“（以下稱(chēng)”計(jì)劃“）。這個(gè)計(jì)劃首先開(kāi)始將STAR21（19921997年運(yùn)行試驗(yàn)電動(dòng)車(chē)最高速度達(dá)到425km/h），以前開(kāi)始做的公司內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)成果和現(xiàn)在營(yíng)業(yè)運(yùn)行各種數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，為經(jīng)驗(yàn)的整理及達(dá)到目標(biāo)進(jìn)行課題的明確化。圖3 STAR21試驗(yàn)電動(dòng)車(chē)這些技術(shù)開(kāi)發(fā)為防止重復(fù)和遺漏，同時(shí)在技術(shù)領(lǐng)域多分支的高速鐵路，不僅車(chē)輛、軌道、電力、信號(hào)、土木等各領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識(shí)之一為進(jìn)行短時(shí)間高效率進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)是特別重要的。最終設(shè)定70余個(gè)課題，策劃各個(gè)開(kāi)發(fā)一

5、覽表。找出的高速化課題如圖4所示。對(duì)設(shè)定的課題做要素開(kāi)發(fā)，根據(jù)各自的內(nèi)容，計(jì)算機(jī)模擬、機(jī)械、部件的試制、試驗(yàn)，應(yīng)用JR東日本研究開(kāi)發(fā)中心保有的轉(zhuǎn)向架試驗(yàn)裝置實(shí)施轉(zhuǎn)向架、主電路的各種性能試驗(yàn)，應(yīng)用鐵道綜合技術(shù)研究所（以下稱(chēng)“鐵道總研”）保有的車(chē)輛試驗(yàn)臺(tái)、大型風(fēng)洞試驗(yàn)裝置實(shí)施性能試驗(yàn)、氣動(dòng)噪聲試驗(yàn)等。并在2003年使用E2系1000型車(chē)輛、E3系車(chē)輛實(shí)施高速運(yùn)行試驗(yàn)，盡可能的獲得現(xiàn)車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)在這時(shí)進(jìn)行各種要素開(kāi)發(fā)的驗(yàn)證試驗(yàn)。將這些結(jié)果到2003年秋一起集中進(jìn)行探討，結(jié)果獲得以下的結(jié)論。由環(huán)境方面和乘坐舒適度、車(chē)內(nèi)寧?kù)o性等方面有應(yīng)解決的課題，向著360km/h等級(jí)的高速運(yùn)行能夠有一定的技術(shù)積累

6、。向著高速運(yùn)行為獲得精度比較高的技術(shù)前景，制造專(zhuān)用高速試驗(yàn)車(chē)實(shí)施運(yùn)行試驗(yàn)，各種項(xiàng)目以實(shí)際環(huán)境、實(shí)際負(fù)荷為基礎(chǔ)，需要綜合評(píng)價(jià)、驗(yàn)證。圖4 新干線高速化的課題這種計(jì)劃體制初期階段是推進(jìn)基礎(chǔ)研究開(kāi)發(fā)的計(jì)劃，但此后隨著使用E2系1000型車(chē)輛、E3系車(chē)輛和FASTECH360開(kāi)始的高速運(yùn)行試驗(yàn)，為確實(shí)的推進(jìn)將此做追加任務(wù)。并由高速試驗(yàn)電動(dòng)車(chē)運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果做某種程度的歸納，從所謂的研究開(kāi)發(fā)階段變成高速化措施探討階段體制實(shí)態(tài)不相稱(chēng)，所以改編部分分科會(huì)和關(guān)鍵研究組，同時(shí)也進(jìn)行重新估計(jì)任務(wù)。這個(gè)計(jì)劃除公司內(nèi)有關(guān)系者外，作為有關(guān)新干線高速化技術(shù)開(kāi)發(fā)的綜合指導(dǎo)鐵道總研參加策劃。鐵道總研有新干線高速化需要的有關(guān)各種專(zhuān)

7、門(mén)領(lǐng)域的技術(shù)積累，為研究開(kāi)發(fā)的高效進(jìn)行要緊密協(xié)作是重要的。于是設(shè)置“高速化研究開(kāi)發(fā)討論會(huì)”，有關(guān)新干線高速化全部研究開(kāi)發(fā)在“有關(guān)高速化信息交換”、“高速化研究開(kāi)發(fā)課題的共享化”、“鐵道總研與本公司分擔(dān)研究開(kāi)發(fā)”等能夠進(jìn)行探討。并在“環(huán)境研究組”、“接觸網(wǎng)、受電弓研究組”、“快捷、舒適性研究組”、“黏著研究會(huì)”等研究組鐵道總研也參加，各種技術(shù)課題共同進(jìn)行探討。而有關(guān)工廠在各個(gè)個(gè)別開(kāi)發(fā)課題以彼此合同的立場(chǎng)參與開(kāi)發(fā)。FASTCH360開(kāi)發(fā)概要這個(gè)計(jì)劃的基礎(chǔ)將“360km/h運(yùn)行車(chē)輛的原型”、“解明高速運(yùn)行時(shí)現(xiàn)象的試驗(yàn)平臺(tái)”、“不久將來(lái)快捷、舒適移動(dòng)空間的提案階段”為概念而開(kāi)發(fā)試驗(yàn)專(zhuān)用車(chē)FASTECH

8、360。這種FSTECH360有兩種編組，2005年6月制造新干線專(zhuān)用型是E954型式新干線高速試驗(yàn)電動(dòng)車(chē)FASTECH360S（以下稱(chēng)“FASTECH360S”），2006年4月制造新既有線直通型E955型式新干線高速試驗(yàn)車(chē)FASTECH360Z（以下稱(chēng)“FASTECH360Z”）。制造這些車(chē)輛同時(shí)改造地面設(shè)備，以實(shí)際環(huán)境、實(shí)際負(fù)荷狀態(tài)將車(chē)輛、地面設(shè)備綜合驗(yàn)證為目的從2005年6月進(jìn)行高速運(yùn)行試驗(yàn)。圖5 到FASTECH360的開(kāi)發(fā)過(guò)程及試驗(yàn)FASTCH360SFASTECH360S以8輛編組的新干線專(zhuān)用型試驗(yàn)車(chē)，兩頭車(chē)為拖車(chē)，中間6輛為動(dòng)車(chē)的6M2T構(gòu)成。車(chē)頭為隧道微氣壓波措施有16m長(zhǎng)的

9、鼻子，為微氣壓波性能比較兩邊的車(chē)頭有不同的車(chē)頭形狀。其他外觀上的特征有空氣阻力增加裝置、車(chē)輛間全周風(fēng)擋、車(chē)體下部安裝吸聲板、懸臂式單臂受電弓等。主電路以兩輛一單元為3單元，為比較評(píng)價(jià)分別安裝不同的系統(tǒng)。為提高曲線通過(guò)的乘坐舒適度，而裝備最大側(cè)傾2空氣彈簧行程式車(chē)體側(cè)傾控制裝置。圖6 FASTECH360S（上：1號(hào)車(chē)，下：8號(hào)車(chē)）FASTCH360ZFASTECH360Z以6輛編組新既有線直通型試驗(yàn)車(chē)，僅兩頭車(chē)前轉(zhuǎn)向架為拖車(chē)轉(zhuǎn)向架（頭車(chē)后轉(zhuǎn)向架及中間車(chē)全部轉(zhuǎn)向架都是動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向架），整個(gè)編組的MT比相當(dāng)5M1T。為新既有線直通運(yùn)行車(chē)體小，如除裝備直通運(yùn)行需要的機(jī)械外，為高速運(yùn)行和環(huán)境措施的主要裝備

10、與FASTECH360S一樣。新既有線直通用轉(zhuǎn)向架，為確保在新干線區(qū)間高速運(yùn)行性能及既有線區(qū)間小曲線通過(guò)性能，現(xiàn)在進(jìn)行營(yíng)業(yè)運(yùn)行的E3系車(chē)輛轉(zhuǎn)向架軸距2250mm，但新干線區(qū)間高速運(yùn)行為目標(biāo)新既有線直通試驗(yàn)車(chē)FASTECH360Z重視高速運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，將轉(zhuǎn)向架軸距與新干線專(zhuān)用試驗(yàn)車(chē)相同的2500mm。但是，在既有線區(qū)間小曲線通過(guò)時(shí)為降低橫向力，將轉(zhuǎn)向架搖頭減振器為轉(zhuǎn)換式而減少既有線運(yùn)行中的阻尼力。圖7 FASTECH360Z圖8 TASTECH360的主要開(kāi)發(fā)項(xiàng)目FASTCH360運(yùn)行試驗(yàn)概要高速運(yùn)行試驗(yàn)除在東北新干線的仙臺(tái)北上間為主體外，也包括新干線專(zhuān)用試驗(yàn)車(chē)FASTECH360S在盛岡八戶

11、間、新既有線直通試驗(yàn)車(chē)FASTECH360Z在盛岡秋田間（秋田新干線區(qū)間）的線路區(qū)間實(shí)施運(yùn)行性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)、環(huán)境評(píng)價(jià)試驗(yàn)、會(huì)車(chē)試驗(yàn)、連掛試驗(yàn)、耐久性評(píng)價(jià)試驗(yàn)，2009年5月從當(dāng)初的目標(biāo)長(zhǎng)期耐久運(yùn)行試驗(yàn)（約60萬(wàn)km運(yùn)行）結(jié)束。最后在北陸新干線的輕井澤高崎間下行小曲線區(qū)間（限速210km/h區(qū)間）也追加制動(dòng)性能試驗(yàn)（提速到260km/h），由FASTECH360的運(yùn)行試驗(yàn)完成。運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)束后，為反映到今后的新干線車(chē)輛設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)而進(jìn)行解體檢查。由高速運(yùn)行劣化評(píng)價(jià)和新技術(shù)制造的機(jī)械及部件的評(píng)價(jià)等，F(xiàn)ASTECH360S從2009年10到2010年3月進(jìn)行調(diào)查（FASTECH360Z在2008年10實(shí)施

12、）。圖9 高速運(yùn)行試驗(yàn)的業(yè)績(jī)FASTCH開(kāi)發(fā)成果向投產(chǎn)車(chē)的應(yīng)用 本公司2007年末發(fā)表“從2010年?yáng)|北新干線進(jìn)行階段高速化，預(yù)計(jì)2012年末進(jìn)行320km/h營(yíng)業(yè)運(yùn)行”。這從FASTECH360試驗(yàn)結(jié)果等，考慮高速化需要的環(huán)境措施和對(duì)費(fèi)用的效果，作為當(dāng)前高速化判斷320km/h是妥當(dāng)?shù)?。這也設(shè)計(jì)、制造新型高速新干線車(chē)輛（E5系）投產(chǎn)前車(chē)320km/h的車(chē)輛性能，從2009年進(jìn)行性能試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)，預(yù)計(jì)2011年春在東北新干線開(kāi)始營(yíng)業(yè)。而2010年7月落成的新型高速新干線（E6系）投產(chǎn)前車(chē)也同樣反映FASTECH360的成果，2013年末預(yù)計(jì)開(kāi)始最高速度320km/h的營(yíng)業(yè)運(yùn)行。向更高速化的研究 新干線高速化的目標(biāo)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)最高速度360Km/h的運(yùn)行，但接著向以后的提速做技術(shù)開(kāi)發(fā)的挑戰(zhàn)。通過(guò)FASTECH360的研究開(kāi)發(fā)，為36