世界高速铁路技术发展概况

1、1.世界高速铁路的现状按照国际铁路联盟(UIC规定的定义:“允许速度达到250公里/时的客运专线或允许速度达到200公里/时的既有线均可称之为高速铁路。”截止2002年底,世界拥有高速铁路的国家(地区及里程和2007年前将建成高速铁路的国家(地区及里程分列于表1。在世界高速铁路总里程中,日、法、德三国共占84%,是高速铁路技术最先进、运营经验最丰富的国家。就高速列车的旅行速度而言,法国TGV的317.5公里/时列首位,日本希望者号261.8公里/时列第二位,德国LCE列第三位。若就最高速度利用率而言,日本希望者号以87.2%领先,法国第二、德国第三,详见表2。世界高速铁路技术发展的动向郑州铁路

2、局科研所李世珷1 2.高速铁路的技术优势2.1行车速度高高速铁路的核心技术是速度高。1990年5月18日法国TGV列车创(轮/轨系统 515.3公里/时的世界纪录,一直保持至今。2001年5月26日, TGV 列车在加米马赛间创旅行速度317.5公里/时的世界记录,最高运行速度曾达366.6公里/时。目前,德国ICE3高速列车最高运行速度已达330公里/时。西班牙已订购Talgo350型及VELARO-E型列车,最高速度均为350公里/时。2.2运能大高速列车列车间隔时间按5分钟计(日本新干线在高峰时段,列车间隔时间仅为3分钟,单向每小时可开12列列车,全员按1200人计,每小时可运送1440

3、0人,双向为28800人。若全日行车时间按18小时计(夜间6小时“天窗”维修时间,每日可运送518400人,每年可运送1.89亿人。这是公路和航空所无法相比的。2.3安全性高高速铁路线路设施的质量和精度都很高,高速列车技术先进。列车运行控制系统是利用成熟的电子技术和智能化软件所集成的。自动化水平极高,能确保两列车间的安全距离。日本高速铁路已安全运送40亿旅客,每日到发800多列高速列车。40余年来,从未发生过一件人身伤亡事故,这在交通运输史上是值得骄傲的。2.4全天候运行除遇危及行车安全的自然灾害外,高速列车可以全天候运行,不受雨、雪、雾、风(航空公司则需停开航班或关闭机场的影响。日本东海道新

4、干线年均列车晚点不到0.3分钟(18秒。西班牙A VE高速列车晚点5分钟要向旅客退回票款全额。2.5 能耗低根据日本国内统计,每人公里能耗:高速铁路为136大卡(小汽车为765大卡,2飞机为714大卡,是小汽车的17%,飞机的19%。高速铁路用的是二次能源电(火、水、核,而汽车、飞机用的是石油。在当今石油价格飞涨之际,高速铁路的优势更为明显,不受石油价格的影响,但公路、航空业不得不随之提高票价。2.6节约用地双线高速铁路路基面宽9.6 11m,占地仅为4车道高速公路26m的42%,其运量却为高速公路的4倍以上。2.7 环境污染轻高速铁路用电力牵引,消除了煤烟、粉尘及有害气体的排放。据我国统计,

5、每人公里的治污染费用:高速铁路为1,高速公路为3.76,飞机为5.21。2.8 舒适度高高速铁路线路平顺、稳定,列车运行平稳,座位宽敞,设备完善,活动空间大,乘客在列车中行动自如,乘坐舒适。而长途汽车及飞机座位狭窄,乘客难以活动,极易疲劳。3.高速铁路的经济效益3.1高速铁路是推动经济起飞的动力日本在1964 1970年间, GDP由800亿美元增至2000亿美元,年均增长率达16%。人均GDP由824美元增至1887美元,提高了130%。第三产业所占GDP比例由43%增至47%。日本人称,高速铁路是经济起飞的脊梁。1975 1996年间新干线沿线的工商企业增加了49%。沿线城市的财政收入增加

6、150%。法国TGV每投资10亿法郎可创造3000个就业机会。3.2 投资回收快日本东海道新干线运营7年后即全部收回线路修建和机车车辆购置费。法国高速铁路东南线1981年投入运营,10年后即收回全部投资。3.3 创造新的就业机会兴建高速铁路不仅需要大批的修建人员,建成后将在沿线形成大批的中、小城市,促进了农村的城市化进程,带动了沿线吸引区与外界人员、物资交流,引进资本的投入,形成新的产业群,创造了新的就业机会。3.4 诱发相关产业的配套发展高速铁路大量修建后,高速列车制造业以及相关的零件、部件、组件产业的供应链必将迅速扩大。牵引供电、通信信号、列车运行控制等配套产业也随之兴旺。冶金、机械、电子

7、、自动控制等高新技术由于高速铁路的需求必将迅速发展,为国民经济可持续发展提供源动力。4.高速铁路技术发展的动向4.1站间距离日本高速铁路是按照客流量和运输组织特点来设计车站站型。大中型站在咽喉区正线间设渡线;小型站在两端咽喉区正线间不设渡线,在正线区间也不设渡线参见表3。法国高速铁路采用高速列车下线运行的运输组织方式。线路上均设有反方向运行信号设备,可达到每站区、每区间的反方向运行目的。在区间内每隔2025公里均铺设双向渡线,采用1/65号道岔,侧向通过速度达220公里/时,因之其站间距离较长,最大站间距离达274公里参见表4。4.2道岔日本、法国、德国所选用的道岔是根据本国的运营特征来进行设

8、计的。日本新干线于0 -6点间全部停运,留出6小时的固定“天窗”进行维修。因此不设区间渡线,站间区间较短。法国站间距离较长,最长者达274公里。因之,在区间每隔20 25公里设一双向渡线,采用高标号道岔以利行车调度。德国高速铁路因系客货列车混跑,则根据高速列车经行的速度而选择不同标号的道岔。三国高速道岔的特性参见表5。3 4 4.3 无碴轨道日本、法国、德国在修建高速铁路的早期均采用传统的有碴轨道。经运营多年后,发现道碴粉化严重,路基沉降量大,多处发生翻浆冒泥,轨道几何尺寸难以维持,经常需要维修,不到10年即需大修,维修费用大幅度增加,对运营造成巨大的影响。日本新干线自1975年后,大力推广板

9、式轨道,取得了良好的经济效益。据1997年统计,有碴轨道每年维修工作量是正线长度的2.4倍,而板式轨道的维修量仅为正线长度的3%,二者之比是801。维修费:有碴轨道年均547万日元/公里,而板式轨道年均仅为18.6万日元/公里,二者之比为29.41。现将日本新干线应用板式轨道情况列入表6中。德国自20世纪70年代起即进行无碴轨道的研究,曾试验过10余种型号。目前正式批准的有6种,即:BOGL型、RHEDA 型、ZUBLIN型、ATD型、GETRAC型及BERLIN型。我国台湾省及韩国的高速铁路全部采用无碴轨道。4.4高速列车4.4.1日本日本研制高速列车已有40余年的经验,技术已十分成熟。先后

10、开发出两大系列,一为0系高速列车,发展出100系、200系、300系1996年7月创日本高速铁路(轮/轨最高运行速度443km/h、 400系、500系和700系;二为E系,有E1、E2、E3、E4等型号,均采用小编组或双层客车以扩大载客量。最新型的700系,编组为12动4拖,1999年投入运营(我国台湾省高速列车即采用此机型,列车全长404.7m,自重634t,轴荷重11.2t,定员1323席,最高运行速度285300km/h。最近又准备试制新一代的N700系摆式高速列车,能以270km/h 的速度通过半径为2500m的曲线,编组为12动2拖,总重700吨,总功率达17160kw。日本新干线

11、轨距为1435mm,既有线为窄轨,为便于二者列车的互通,于1998年研制出轨距可变的转向架,并于1999年在美国科罗拉多州运输技术中心的高速试验线上以最高速度230km/h进行了试验,现正在继续研制中。2005年3月9日在日本铁道株式会社宣布,该公司研发的最高运行速度为360km/h的高速列车已于2005年6月25日在仙台北上线进行了试验。夜间以405km/h的速度试车,计划于2011年在东北新干线的东京新青森段正式投入运营。日本高速列车均采用动力分散型,其5郑铁科技通讯 2 / 2006 特点是: (a轴荷重,簧下重量较轻500 系高速列车轴荷重仅为 10.8t, 700 系为 11.2t,

12、在世界居领先地位.因此,可降低 列车对线路的动力作用,减少线路维修费. (b列车定员多列车的每节车厢 均可载客(动力装置均装于车辆下部 ,并 采 用 宽 型 车 体 , 如 E4 系 , 车 厢 宽 度 为 3380m,700 系定员达 1323 席. (c动轴数量多牵引粘着利用率 高,加速快,经常用电力制动,减速快, 制动距离短,机械制动设备磨损量小. (d 编组可灵活调整随市场运营的 变化趋势,可及时调整编组,降低空闲率. 4.4.2 法国 法国 TGV 高速列车已开发了 4 代.第 一代 TGV-PSE 最高运行速度为 270 km/h. 第二代 TGV-A,编组为 1 动+10 拖+1

13、 动, 总功率 8800kw, 长度 237.6m, 定员 522 席, 轴荷重 17t, 最高运行速度 300km/h, 1990 于 年 5 月 18 日创造铁路(轮/轨最高速度 515.3km/h 的世界纪录,一直保持至今.第 三代 TGV-2N(双层客车1996 年 12 月投入 运营,总功率 8800kw,列车长 200m,车体 宽 2900mm,自重 380t,轴荷重 16.3t,定 员 545 席,最高运行速度 300km/h.前三代 TGV 高速列车均为动力集中型车组,两端为 动车,中间车辆采用铰接式联结,两车厢 的端部共置于一个转向架上,车厢间无车 钩,因之无冲动力发生,列车

14、具有优良的 整体性.第四代 TGV 型高速列车改用动力 分散型车组,每三辆车为一牵引单元,编 组有 6,9,12 三种.编组为 9 辆的 TGV-9 列 车长度为 180m, 定员 359 席, 轴荷重<16.5t. 6 台铰接式动力转向架有 12 根动轴,每轴功 率为 600kw,配有 4 台非动力转向架,两 端车为非动力转向架,最高速度可达 350km/h,已于 2002 年底投入试运行. 6 4.4.3 德国 ICE 型高速列车于 1991 年投入运营, 比法国晚 10 年,系动力集中型车组,编组 为 1M+14T+1M,列车长 328m,重 782t, 总功率 9600kw,定员

15、 630 席,最高运行速 度 280km/h. ICE2 型于 1998 年投入商业运 行,有两种编组:大编组为 1M+12T+1M; 小 编 组 为 1M+5T+1Tc 短 编 组 总 功 率 为 4800kw,长 205.4m,重 443t,定员 294 席, 最高运行速度为 280km/h. ICE3 型于 2000 年投入运营, 采用动力 分散型车组,每一牵引单元为 2 动+2 拖.全 列共 8 节车,16 个转向架,有 16 根动轴. ICE3 (403 型 列 车 长 200m , 牵 引 功 率 8000kw,载客时重量 444t,定员 440 席, 轴荷重 16t,最高运行速度

16、 330km/h (交流 或 220km/h (直流. 4.4.4 高速列车的制动技术 高速列车的最高运行速度已由 300km/h 迈向 350km/h,最关键的技术之一 是制动系统的研究.列车速度越高,对制 动技术的要求就越高,否则安全就难以保 证,其发展方向是要强化复合制动方式. 在高速区域,要以动力(再生,电阻制动为 主,辅以磨擦式制动以避免摩擦高温对轮, 轴的损坏. 拖车每车安装 3-4 组具有高制动 功率的盘形制动装置,必要时还可采用非 黏着制动(涡流轨道制动,磁轨制动.为保 证在高速制动时不滑行,动车组均采用高 性能的微机控制的防滑器,以提高制动黏 着系数.日,法,德三国高速动车组

17、的制 动系统比较参见表 7. 5.结语 世界高速铁路的发展方兴未艾.在欧 洲根据规划,2020 年将形成一个新建高速 铁路 10000 公里和改建既有线 15000 公里 的遍及全欧的高速铁路网.美国加利福尼 亚州和佛罗里达州均将建造高速铁路.技 郑铁科技通讯 2 / 2006 术发展的主要方向为: 一是提高线路质 量,采用无碴轨道,长期保持线路的稳定 性和几何尺寸的持久性,降低维修成本; 二是高速列车正向 360 400km/h 迈进,摆 式列车,双层客车也有所发展;三是高速 列车(时速在 250 公里以上者采用动力 分散型是大势所趋;四是降低轴荷重已引 起许多国家的重视,日本 500 系,

18、700 系的 轴荷重分别为 10.8t 和 11.2t, ICE3 为 12.5t; 五是复合制动系统也在发展.此外,与高 速铁路配套的安全保障措施列车运行 控制系统正在积极研发中,主要是基于无 线通信,卫星定位和智能化的自动控制技 术相整合的综合系统是今后的发展主流, 欧洲已制订了 ETCS 标准.我国已开始修 建客运专线,向早期建设高速铁路的国家 汲取先进经验和失败教训,将大大有助于 我国高速铁路的稳步发展. 参考文献: 1.钱立新: 世界高速列车技术的最新进展 "中国铁道科学"2003 年第 3 期. 2.李群仁: 铁路运输的社会成本及对国民 经济的贡献 "世界轨道交通"2004 年第 8 期. 3.何邦模:高速铁路的技术经济优势"世 界轨道交通"2004 年第 8 期. 高速铁路: 成功与挑战记第四 4.孙永福: 届世界高速铁路大会 "中国铁路"2003 年第 8 期. 5.赵映莲 年第 8 期. 6. Colin Taylor : Promises , Promises! "Railway Gazette I