高速列車(chē)及其分類(lèi)

高速列車(chē)及其分類(lèi)高速列車(chē)是高速鐵路的核心，如果說(shuō)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(chē)與傳統(tǒng)鐵路列車(chē)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(gè)子系統(tǒng)，與其他子系統(tǒng)的密切聯(lián)系、相互影響。如果說(shuō)高速鐵路是現(xiàn)代高新技術(shù)的綜合集成，高速列車(chē)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(chē)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)中會(huì)遇到傳統(tǒng)列車(chē)不曾有過(guò)的技術(shù)問(wèn)題：1.傳統(tǒng)的火車(chē)是依靠輪軌之間的粘著牽引力牽引列車(chē)運(yùn)行，增加列車(chē)速度，需要提高牽引力，而輪軌牽引力是有一定限制的，超過(guò)這個(gè)限制值便可能因失去粘著而發(fā)生輪軌之間的滑動(dòng)，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(huì)下降，這與需要提高牽引力又存在矛盾。2.列車(chē)所承受的空氣阻力與速度的平方成正比，因此高速列車(chē)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(dòng)力又是高速列車(chē)面臨的另一個(gè)重要技術(shù)課題。4.列車(chē)速度提高了，還必須能在一定距離和時(shí)間之內(nèi)停車(chē)，又面臨著大功率，安全的制動(dòng)技術(shù)問(wèn)題，依靠傳統(tǒng)的制動(dòng)方法則是不能解決高速列車(chē)的制動(dòng)問(wèn)題。5.列車(chē)速度提高，輪軌之間的相互作用力增大；輪軌磨耗，列車(chē)對(duì)軌道、線路的破壞作用加大；噪聲、振動(dòng)對(duì)環(huán)境造成的影響，列車(chē)乘客舒適度下降；列車(chē)運(yùn)行穩(wěn)定性和脫軌安全性問(wèn)題突出。因此高速列車(chē)輪軌系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)便自然成為高速列車(chē)區(qū)別于常規(guī)列車(chē)的新課題。6.列車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)也是高速列車(chē)不可回避的重要課題，除列車(chē)運(yùn)行阻力之外，高速列車(chē)周?chē)目諝饬鲌?chǎng)及其對(duì)周?chē)矬w和環(huán)境產(chǎn)生的影響；列車(chē)會(huì)車(chē)和通過(guò)隧道時(shí)短時(shí)內(nèi)的氣壓波動(dòng)對(duì)車(chē)體及對(duì)車(chē)內(nèi)人員的強(qiáng)力作用；空氣升力對(duì)列車(chē)運(yùn)行的影響；車(chē)廂窗戶(hù)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(dòng)力學(xué)問(wèn)題。7.列車(chē)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(dòng)控制系統(tǒng)，它不但能監(jiān)測(cè)、控制列車(chē)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(shí)獲知和及時(shí)處理可能發(fā)生的故障。針對(duì)以上高速列車(chē)所面臨的新的技術(shù)問(wèn)題，在設(shè)計(jì)高速列車(chē)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(dòng)力制動(dòng)、空氣制動(dòng)、電磁渦流制動(dòng)、制動(dòng)防滑器和控制系統(tǒng)綜合作用的復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)；列車(chē)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(dòng)與驅(qū)動(dòng)技術(shù)；列車(chē)外形設(shè)計(jì)與車(chē)廂密封技術(shù)；車(chē)內(nèi)環(huán)境控制及衛(wèi)生排污技術(shù)以及列車(chē)信息傳輸、列車(chē)維修技術(shù)等。高速列車(chē)由于功率大，采用電力牽引，列車(chē)供電及受流是列車(chē)正常運(yùn)行的重要保證。由于列車(chē)速度高，一般電力機(jī)車(chē)的受電裝置和供電接觸網(wǎng)不能滿(mǎn)足需要。弓—網(wǎng)關(guān)系或稱(chēng)弓—網(wǎng)動(dòng)力學(xué)和高速受流技術(shù)便成為高速列車(chē)的一項(xiàng)新課題和關(guān)鍵技術(shù)。它雖然是高速列車(chē)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(chē)的分類(lèi)是根據(jù)國(guó)外已成功運(yùn)用的高速列車(chē)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(chē)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)軸的分布和動(dòng)力設(shè)備的配置以及列車(chē)車(chē)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(lèi)型(圖)。

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商速列車(chē)分類(lèi)示意圖

按列車(chē)動(dòng)力輪對(duì)的分布和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的設(shè)置分為動(dòng)力分散型和動(dòng)力集中型；按列車(chē)車(chē)輛轉(zhuǎn)向架布置和車(chē)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(dòng)力分散型列車(chē)是將由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力輪對(duì)，分散布置在全部列車(chē)或列車(chē)的多組輪對(duì)上，同時(shí)將主要電器及機(jī)械設(shè)備吊掛在車(chē)輛下部，列車(chē)的全部車(chē)輛都可載客(如圖3c、d)；動(dòng)力集中型列車(chē)是將電器和動(dòng)力設(shè)備集中安裝在位于列車(chē)兩端的動(dòng)力車(chē)上，僅有動(dòng)力車(chē)的輪對(duì)是受電機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力輪對(duì)，動(dòng)力車(chē)不載客，只有中間拖車(chē)(無(wú)動(dòng)力輪對(duì))可載客(圖3a、b)。獨(dú)立式列車(chē)的每節(jié)車(chē)輛的車(chē)體都置于兩臺(tái)轉(zhuǎn)向架上，車(chē)輛與車(chē)輛之間用密接式車(chē)鉤相聯(lián)接，每節(jié)車(chē)輛從列車(chē)上解掛后，可以獨(dú)立行走；鉸接式列車(chē)是將車(chē)輛的車(chē)體間以彈性鉸相聯(lián)接，在相鄰車(chē)體的連接處放置一個(gè)共用轉(zhuǎn)向架，因此每節(jié)車(chē)輛不能從列車(chē)中解開(kāi)成為一個(gè)獨(dú)立可行的車(chē)輛。由列車(chē)動(dòng)力輪對(duì)兩種分布類(lèi)型和車(chē)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(chē)。各種類(lèi)型高速列車(chē)都具有自身的特點(diǎn)和發(fā)展過(guò)程，從其產(chǎn)生和發(fā)展歷史來(lái)看，某個(gè)國(guó)家或某條高速鐵路采用什么類(lèi)型的高速列車(chē)，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(shí)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(dòng)力集中與動(dòng)力分散兩種不同的動(dòng)力配置方式的高速列車(chē)的優(yōu)、缺點(diǎn)試作一般意義下的歸納：動(dòng)力集中型高速列車(chē)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)它與傳統(tǒng)的列車(chē)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(duì)較高的電器、機(jī)械設(shè)備集中在頭車(chē)，運(yùn)用中便于監(jiān)測(cè)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(chē)廂相隔離，車(chē)廂內(nèi)噪聲、振動(dòng)較小。(4)牽引頭車(chē)可以摘掛(雖然不是傳統(tǒng)列車(chē)的自動(dòng)車(chē)鉤那樣的方便摘掛)使列車(chē)進(jìn)入既有線，甚至可更換內(nèi)燃機(jī)車(chē)使列車(chē)直接進(jìn)入非電氣化鐵路運(yùn)行。動(dòng)力集中型高速列車(chē)的缺點(diǎn)在于：(1)動(dòng)力頭車(chē)不能載客，相對(duì)減少了載客量。(2)動(dòng)力頭車(chē)集中了全部動(dòng)力設(shè)備，減輕設(shè)備重量比較困難，而高速列車(chē)要求列車(chē)的軸重盡量輕。(3)高速度的列車(chē)需要頭車(chē)產(chǎn)生足夠的大粘著牽引力，因而動(dòng)力車(chē)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(chē)的功率越大，大功率動(dòng)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(dòng)力頭車(chē)的制動(dòng)能力受到粘著的限制，需要拖車(chē)分擔(dān)部分制動(dòng)功率，因此列車(chē)的制動(dòng)性能欠佳。動(dòng)力分散型高速列車(chē)的優(yōu)點(diǎn)是：(1)可較充分利用車(chē)輛載客，增加列車(chē)載客量。(2)將牽引動(dòng)力設(shè)備和牽引電機(jī)的功率和重量分散由列車(chē)的各個(gè)車(chē)輛負(fù)擔(dān)，較易實(shí)現(xiàn)高速列車(chē)減輕軸重的要求。(3)列車(chē)的牽引力分散在各個(gè)動(dòng)力車(chē)輪上，可解決高速列車(chē)大牽引力與軸重限制之間的矛盾。(4)列車(chē)制動(dòng)力由全列車(chē)各車(chē)輛分擔(dān)，可充分利用動(dòng)力制動(dòng)功率，因而列車(chē)具有較好的制動(dòng)性能。動(dòng)力分散型高速列車(chē)也存在一定的缺點(diǎn)：(1)車(chē)輛下部吊裝動(dòng)力設(shè)備，其產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲會(huì)影響車(chē)廂內(nèi)的舒適度。為隔振降噪增加技術(shù)難度。(