高速列车及其分类

高速列车及其分类高速列车是高速铁路的核心，如果说高速铁路与传统铁路的主要区别在于它的系统性，高速列车与传统铁路列车的区别和主要特点也在于它自身的系统性，以及作为高速铁路的一个子系统，与其他子系统的密切联系、相互影响。如果说高速铁路是现代高新技术的综合集成，高速列车则是包括机械、电子、材料、计算机、控制及航空等现代技术的集中体现。由于速度的提高，高速列车的设计与开发中会遇到传统列车不曾有过的技术问题：1.传统的火车是依靠轮轨之间的粘着牵引力牵引列车运行，增加列车速度，需要提高牵引力，而轮轨牵引力是有一定限制的，超过这个限制值便可能因失去粘着而发生轮轨之间的滑动，并失去牵引力。另一方面，随着速度提高，轮轨之间的粘着系数会下降，这与需要提高牵引力又存在矛盾。2.列车所承受的空气阻力与速度的平方成正比，因此高速列车需要的功率将随速度的三次方增加。3.如何在一定的重量和体积的条件下实现大功率的牵引动力又是高速列车面临的另一个重要技术课题。4.列车速度提高了，还必须能在一定距离和时间之内停车，又面临着大功率，安全的制动技术问题，依靠传统的制动方法则是不能解决高速列车的制动问题。5.列车速度提高，轮轨之间的相互作用力增大；轮轨磨耗，列车对轨道、线路的破坏作用加大；噪声、振动对环境造成的影响，列车乘客舒适度下降；列车运行稳定性和脱轨安全性问题突出。因此高速列车轮轨系统动力学便自然成为高速列车区别于常规列车的新课题。6.列车空气动力学也是高速列车不可回避的重要课题，除列车运行阻力之外，高速列车周围的空气流场及其对周围物体和环境产生的影响；列车会车和通过隧道时短时内的气压波动对车体及对车内人员的强力作用；空气升力对列车运行的影响；车厢窗户的强度及密封性能等都是必须注意并加以解决的空气动力学问题。7.列车在高速运行条件下，靠人工操作不可能保证安全，必须具备一套安全运行自动控制系统，它不但能监测、控制列车在预定的状态下安全运行，而且还具备智能性较强的诊断系统，保证操纵控制系统和操作人员能及时获知和及时处理可能发生的故障。针对以上高速列车所面临的新的技术问题，在设计高速列车中必须相应地解决一系列关键技术，如具有新结构和参数的高速转向架；包括动力制动、空气制动、电磁涡流制动、制动防滑器和控制系统综合作用的复合制动系统；列车结构及材料的轻量化技术；以交—直—交变流技术为核心的大功率电力传动与驱动技术；列车外形设计与车厢密封技术；车内环境控制及卫生排污技术以及列车信息传输、列车维修技术等。高速列车由于功率大，采用电力牵引，列车供电及受流是列车正常运行的重要保证。由于列车速度高，一般电力机车的受电装置和供电接触网不能满足需要。弓—网关系或称弓—网动力学和高速受流技术便成为高速列车的一项新课题和关键技术。它虽然是高速列车不可分割的部分，但作为高速铁路系统的“接口”，它与牵引供电系统有更直接的联系。高速列车的分类是根据国外已成功运用的高速列车的几种不同特点进行的，这些特点主要表现在列车动力驱动轴的分布和动力设备的配置以及列车车辆之间的联接方式和组成结构。因此一般可将它们划分为不同的类型(图)。

图

商速列车分类示意图

按列车动力轮对的分布和驱动设备的设置分为动力分散型和动力集中型；按列车车辆转向架布置和车辆之间的联接方式分为独立(转向架)式和铰接(转向架)式。动力分散型列车是将由电机驱动的动力轮对，分散布置在全部列车或列车的多组轮对上，同时将主要电器及机械设备吊挂在车辆下部，列车的全部车辆都可载客(如图3c、d)；动力集中型列车是将电器和动力设备集中安装在位于列车两端的动力车上，仅有动力车的轮对是受电机驱动的动力轮对，动力车不载客，只有中间拖车(无动力轮对)可载客(图3a、b)。独立式列车的每节车辆的车体都置于两台转向架上，车辆与车辆之间用密接式车钩相联接，每节车辆从列车上解挂后，可以独立行走；铰接式列车是将车辆的车体间以弹性铰相联接，在相邻车体的连接处放置一个共用转向架，因此每节车辆不能从列车中解开成为一个独立可行的车辆。由列车动力轮对两种分布类型和车辆联接与转向架布置的两种方式相互组合就出现了如1所示的四种型式不同的高速列车。各种类型高速列车都具有自身的特点和发展过程，从其产生和发展历史来看，某个国家或某条高速铁路采用什么类型的高速列车，可能与它们的运用条件、运用经验和传统技术有关。因此在选择、比较它们的优劣时不能一概而论，只有详细分析它们的技术特性，结合具体的运用要求和使用条件才能得出比较明确的结论和选型方案。这里就动力集中与动力分散两种不同的动力配置方式的高速列车的优、缺点试作一般意义下的归纳：动力集中型高速列车具有以下优点：(1)它与传统的列车相似，便于我们按习惯进行运行管理和维修管理。(2)故障相对较高的电器、机械设备集中在头车，运用中便于监测和进行技术保养。这些设备的工作环境也较清洁。(3)机械、电气设备与载客车厢相隔离，车厢内噪声、振动较小。(4)牵引头车可以摘挂(虽然不是传统列车的自动车钩那样的方便摘挂)使列车进入既有线，甚至可更换内燃机车使列车直接进入非电气化铁路运行。动力集中型高速列车的缺点在于：(1)动力头车不能载客，相对减少了载客量。(2)动力头车集中了全部动力设备，减轻设备重量比较困难，而高速列车要求列车的轴重尽量轻。(3)高速度的列车需要头车产生足够的大粘着牵引力，因而动力车轮的轴重不能太轻，这与(2)条提到的要求形成难以克服的矛盾。(4)速度越高，列车的功率越大，大功率动力设备的重量也相应增大，这与减轻重量的要求又是矛盾。(5)动力头车的制动能力受到粘着的限制，需要拖车分担部分制动功率，因此列车的制动性能欠佳。动力分散型高速列车的优点是：(1)可较充分利用车辆载客，增加列车载客量。(2)将牵引动力设备和牵引电机的功率和重量分散由列车的各个车辆负担，较易实现高速列车减轻轴重的要求。(3)列车的牵引力分散在各个动力车轮上，可解决高速列车大牵引力与轴重限制之间的矛盾。(4)列车制动力由全列车各车辆分担，可充分利用动力制动功率，因而列车具有较好的制动性能。动力分散型高速列车也存在一定的缺点：(1)车辆下部吊装动力设备，其产生的振动和噪声会影响车厢内的舒适度。为隔振降噪增加技术难度。(