高速輪軌列車

高速輪軌列車日本技術(shù)

日本的高速鐵路“新干線”誕生于1964年。當(dāng)時(shí)的東京至大阪“東海道”線僅用8年時(shí)間就收回全部投資。近40年來，新干線技術(shù)不斷進(jìn)步，已經(jīng)構(gòu)成了日本國內(nèi)鐵路網(wǎng)的主干部分。

通過引進(jìn)消化吸收先進(jìn)技術(shù)和自主創(chuàng)新相結(jié)合，掌握時(shí)速200公里以上高速列車、新型地鐵車輛等裝備核心技術(shù)，使中國軌道交通裝備制造業(yè)在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到世界先進(jìn)水平的發(fā)展戰(zhàn)略又重新提上了日程，相比于磁懸浮技術(shù)，高速列車的輪軌技術(shù)已經(jīng)掌握，但大批量投入運(yùn)營還有待時(shí)日。

雖然新干線的速度優(yōu)勢不久之后就被法國的TGV超過，但是日本新干線擁有目前最為成熟的高速鐵路商業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)———近40年沒有出過任何事故。而且新干線修建之后對(duì)于日本經(jīng)濟(jì)的拉動(dòng)也是引起世界高速鐵路建設(shè)狂潮原因之一。

TGV可能是目前惟一沒有任何淫逸色彩而享譽(yù)世界的法國產(chǎn)品。所謂TGV是TrainaGrandeVitesse（法語“高速鐵路”的）簡稱。第一條TGV是1981年的開通的巴黎至里昂線。此后不過幾個(gè)月，TGV就打敗法國航空擁有了這條線路的最大客源。

1972年的試驗(yàn)運(yùn)行中，TGV創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的318公里的高速輪軌 時(shí)速。

從此TGV一直牢牢占據(jù)高速輪軌的速度桂冠，紀(jì)錄是1991年創(chuàng)下的515.3公里/小時(shí)。另外法國境內(nèi)的加來至馬賽線是目前世界上惟一一條超過1000公里的高速鐵路運(yùn)營線，在這條線路上TGV的平均時(shí)速超過300公里，表現(xiàn)也非常穩(wěn)定。

高速輪軌列車法國技術(shù)

法國TGV的最大優(yōu)勢在于傳統(tǒng)輪軌領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先。1996年，歐盟各國的國有鐵路公司經(jīng)聯(lián)合協(xié)商后確定采用法國技術(shù)作為全歐高速火車的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因此TGV技術(shù)被出口至韓國、西班牙和澳大利亞等國，是被運(yùn)用最廣泛的高速輪軌技術(shù)。

高速輪軌列車德國技術(shù)

德國的ICE則是高速鐵路中起步最晚的項(xiàng)目。ICE（InterCityExpress的簡稱）的研究開始于1979年，其內(nèi)部制造原理和制式與法國TGV有很大相似之處，最高時(shí)速是1988年創(chuàng)下的409公里。因此德國與法國政府正在設(shè)計(jì)進(jìn)行鐵路對(duì)接，用各自的技術(shù)完成歐洲大陸上最大的兩個(gè)國家鐵路網(wǎng)的貫通。

ICE起步較晚和進(jìn)展比較落后的一個(gè)重要原因是德國人在高速輪軌和磁懸浮的兩線作戰(zhàn)。由于磁懸浮在設(shè)計(jì)理念上的先天優(yōu)勢（沒有固態(tài)摩擦），德國的常導(dǎo)高速磁懸浮一直是其鐵路方面科研的重點(diǎn)。磁懸浮的設(shè)計(jì)理念與傳統(tǒng)意義上的輪軌完全不同，因此當(dāng)法國的TGV順利投入運(yùn)行，而且速度不亞于當(dāng)時(shí)的磁懸浮時(shí)，德國人才開始在高速輪軌方面奮起直追，與法國TGV技術(shù)有不小的差距。

在認(rèn)識(shí)建造高速鐵路的優(yōu)勢后，美國奮起直追，不僅保留了原計(jì)劃拆除的東北走廊電氣化設(shè)施，而且在引進(jìn)TGV技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了具有美國特色的高速列車ACELA，該列車連接了波士頓、紐約、費(fèi)城、華盛頓。是美國唯一一條高速鐵路。

1971年最早的TR1型磁懸浮面世之后，至今已經(jīng)有八個(gè)型號(hào)。上海磁懸浮采用的就是最新的TR8型。

日本磁懸浮研究成功是在新干線正式運(yùn)行10年之后的1972年，而且研究 方向是與德國完全不同的超導(dǎo)方式。日本磁懸浮已經(jīng)在試驗(yàn)中得到552公里/小時(shí)的最高速度。但是曾經(jīng)實(shí)地考察過兩國線路的朱"_blank" href="/item/日本">日本磁懸浮的噪音和晃動(dòng)都大于德國磁懸浮。日本方面也以技術(shù)尚未完全成熟為由，拒絕向中國提供磁懸浮技術(shù)。

高速輪軌和磁懸浮雖然在設(shè)計(jì)方法上有天壤之別，卻還有一點(diǎn)是共通的，那就是關(guān)注于改變列車和軌道的接觸狀況以提高速度。磁懸浮能夠達(dá)到的設(shè)計(jì)運(yùn)行最高時(shí)速為450公里（德國），試驗(yàn)最高時(shí)速552公里（日本）。與最高時(shí)速的高速輪軌TGV相比，磁懸浮的純速度領(lǐng)先還并不明顯，但它有明顯的速度潛力和能耗比、噪音等。與此大相徑庭的是近年在興起的，關(guān)注于改進(jìn)機(jī)車牽引系統(tǒng)的擺式列車，很有可能是此后地面交通工具提高速度的另一個(gè)有益嘗試。

德國、意大利和瑞典是最早進(jìn)行擺式列車試驗(yàn)的國家，1997年以來擺式列車因?yàn)閮r(jià)格便宜和制造工藝相對(duì)簡單，尤其是能夠充分利用現(xiàn)有線路，不必鋪設(shè)全新的鐵路網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，而逐漸能夠在高速列車的競爭上與高速輪軌和磁懸浮分庭抗禮。

從國際趨勢來看，擺式列車很有可能是一種在大規(guī)模成熟鐵路網(wǎng)基礎(chǔ)上完成提速，而且性價(jià)比較高的高速鐵路技術(shù)。

基于鐵道車輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)理論及仿真分析系統(tǒng)，分析了機(jī)車車輛懸掛參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)及軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)輪軌橫向相互作用的影響，在此基礎(chǔ)上提出了降低輪軌橫向動(dòng)力作用的技術(shù)措施；

(1)一系水平定位剛度(縱向和橫向剛度)對(duì)輪軌橫向動(dòng)力作用影響較大,剛度值選取的基本設(shè)計(jì)原則是,在充分滿足運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的前提下，盡可能降低剛度值；

(2)二系水平(包括縱向和橫向)剛度對(duì)輪軌橫向動(dòng)力作用影響不明顯，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)更多地考慮機(jī)車車輛的平穩(wěn)性；

(3)簧下質(zhì)量對(duì)輪軌橫向動(dòng)力作用影響較大，較小簧下質(zhì)量，將使輪軌橫向動(dòng)力作用得到顯著的降低；

(4)較低的扣件橫向剛度、扣件垂向剛度及道床橫向剛度等參數(shù)值將有利于降低輪軌橫向動(dòng)力作用。

TGV技術(shù)

法國：TGV

法國、英國、比利時(shí)：歐洲之星

法國、比利時(shí)、荷蘭、德國：Thalys 西班牙：AVE

韓國：KTX

美國：ACELA

ICE技術(shù)

德國：ICE(IntercityExpress)

德國、比利時(shí)、荷蘭、瑞士、奧地利：ICE(IntercityExpress)

中國：CRH(ChinaRailwayHigh-speed)

新干線技術(shù)

日本：新干線

臺(tái)灣：臺(tái)灣高鐵

Talgo技術(shù)

西班牙：Talgo350

擺式列車

意大利、芬蘭、葡萄牙、捷克、斯洛文尼亞、英國：Pendolino

瑞典：X2000

瑞士：ICN

意大利、瑞士：EurostarItalia

美國：Acela

加拿大：LRC

磁懸浮

中國上海：上海磁浮示范運(yùn)營線（中國第一輛磁懸浮列車）

高速輪軌列車中國技術(shù)

2019年9月24日，國家鐵路局發(fā)布：到2050年技術(shù)儲(chǔ)備研發(fā)時(shí)速400公里級(jí)高速輪軌客運(yùn)列車系統(tǒng)。

高速輪軌列車時(shí)速紀(jì)錄

試驗(yàn)在法國剛開通的東部高鐵線路的蘭斯和梅茲之間進(jìn)行,“V150”試驗(yàn)機(jī)車的目標(biāo)是時(shí)速540公里，相當(dāng)于短程螺旋槳飛機(jī)的速度。1990年5月法國曾創(chuàng)下515.3公里的紀(jì)錄。本次試驗(yàn)列車長106米，重268噸，由2個(gè)牽引機(jī)車

和3節(jié)雙層車廂組成，增大了車輪尺寸，增加了2臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，總牽引力達(dá)2.5萬馬力，線路電壓由2.5萬伏增大到3.1萬伏。沿途線路懸掛系統(tǒng)進(jìn)行了特別檢查和維護(hù)。

法國國營鐵路部門和阿爾斯通公司曾在1月份多次進(jìn)行類似試驗(yàn)，時(shí)速達(dá)560公里。這次試驗(yàn)除挑戰(zhàn)高鐵輪軌技術(shù)極限，還試驗(yàn)列車行駛的穩(wěn)定性和舒適度。法國高速鐵路總里程為1547公里，每天有650輛高速列車在線運(yùn)營，平均行車時(shí)速為300公里。

這次試驗(yàn)的商業(yè)目的在于向世界展示法國高鐵的技術(shù)實(shí)力，開發(fā)國際市場，以贏得包括中國在內(nèi)的潛在客戶。

進(jìn)行試驗(yàn)的高速電氣列車TGV的最新型款V150列車在剛剛竣工的巴黎－斯特拉斯堡東線鐵路264公里處啟動(dòng)。當(dāng)列車超過515.3公里/小時(shí)的前世界紀(jì)錄時(shí)，最終列車在13點(diǎn)14分達(dá)到最高的574.8公里/小時(shí)。這一速度比17年前的世界紀(jì)錄高出了59.5公里，相當(dāng)于短程螺旋槳貨運(yùn)飛機(jī)的飛行速度。

“V150”列車是為此次試驗(yàn)專門研制的，全長106米，重268噸，由2個(gè)牽引機(jī)車和3節(jié)雙層車廂組成。與法國高速鐵路實(shí)際運(yùn)營的列車相比，這一列車車輪的直徑從920毫米增加到了1092毫米，牽引力也增加了一倍。2100433B

高速輪軌列車簡述

鐵路是人類發(fā)明的首項(xiàng)公共交通工具，在十九世紀(jì)初期便在英國出現(xiàn)。

直至二十世紀(jì)初發(fā)明汽車，鐵路一向是陸上運(yùn)輸?shù)闹髁?。二次大?zhàn)以后，汽車技術(shù)得到改進(jìn)、高速公路亦大量建成，加上民航的普及，使鐵路運(yùn)輸慢慢走向下坡。特別在美國，政府的投資主要放在公路的建設(shè)上，不少城市內(nèi)的公共交通曾一度被遺棄。

世界上首條出現(xiàn)的高速鐵路是日本的新干線，于1964年正式營運(yùn)。日系新干線列車由川崎重工建造，行駛在東京－名古屋－京都－大阪的東海道新干線，營運(yùn)速度超過每小時(shí)200公里。

日本、法國及美國的高速鐵路發(fā)展都是首先連接人口密集的大城市：日本的東京至京都；法國的巴黎至里昂；美國的波士頓至紐約、華盛頓。這樣可以減少投資，需要時(shí)亦可以將原有的路軌改良后使用

高速輪軌列車乘客

高速鐵路的顧客對(duì)象多數(shù)以商務(wù)旅客為主。旅游游客是第二主要客戶。以法國高速鐵路為例，它連接了海岸的度假區(qū)，并且在長程路線上減價(jià)以跟飛機(jī)競爭。因?yàn)楦咚勹F路的出現(xiàn)，不少以離巴黎低于一小時(shí)車程的地區(qū)開始成為通勤的進(jìn)宅區(qū)。不少本來是偏遠(yuǎn)的地區(qū)亦得到較快的發(fā)展。西班牙及荷蘭的高速鐵路亦是希望得到這種效果。

無論是高速公路或機(jī)場都面對(duì)擠塞的問題。高速鐵路的優(yōu)點(diǎn)是載客量非常高。 倘若旅程非以大城市中心為出發(fā)及目的地，使用高速鐵路加上轉(zhuǎn)乘的時(shí)間可能只跟駕駛汽車相若。但高速鐵路毋須自行駕車會(huì)較為舒適。另一方面，雖然高速鐵路的速度比不上飛機(jī)，但在距離稍短的旅程(650公里以下），高速鐵路因?yàn)闊o需到一般是頗為遙遠(yuǎn)的機(jī)場登機(jī)，因而仍會(huì)較為省時(shí)。而且高速鐵路的班次可以較為頻密，總載客量亦遠(yuǎn)高于民航。

高速輪軌列車目的

日本、法國及美國的高速鐵路發(fā)展都是首先連接人口密集的大城市：日本的東京至京都；法國的巴黎至里昂；美國的波士頓至紐約、華盛頓。這樣可以減少投資，需要時(shí)亦可以將原有的路軌改良后使用。

適合高速鐵路的生存環(huán)境其實(shí)只有兩條基本原則：第一是人口稠密和城市密集，而且生活水準(zhǔn)較高，能夠承受高速輪軌比較昂貴的票價(jià)和多點(diǎn)?？?，第二是較高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和

科技基礎(chǔ)，能夠保證高速輪軌的施工、運(yùn)行與維修需要。

就這兩點(diǎn)而言，以巴黎和柏林為核心的歐洲大陸和日本密集的城市帶是最適合不過的。因此世界最先進(jìn)的高速輪軌技術(shù)誕生在德、法、日這3個(gè)國家就非常合乎邏輯。

高速道岔是高速鐵路建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，要求具有高安全性、高平穩(wěn)性。本項(xiàng)目重點(diǎn)開展道岔區(qū)輪軌動(dòng)靜態(tài)接觸理論研究；通過分析道岔區(qū)輪軌關(guān)系設(shè)計(jì)對(duì)等效錐度、輪對(duì)傾角、單輪對(duì)蛇行運(yùn)動(dòng)的影響規(guī)律，提出道岔動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)方法；通過所建立的列車/道岔耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，對(duì)道岔動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)法進(jìn)行校核，對(duì)高速列車過岔安全性與平穩(wěn)性進(jìn)行仿真分析和評(píng)估；基于課題組前期研究的輪對(duì)橫移測試系統(tǒng)、輪軌接觸幾何狀態(tài)可視化裝置，開展試驗(yàn)技術(shù)研究，通過現(xiàn)場列車高速過岔時(shí)的輪軌橫移測試、道岔區(qū)輪軌接觸幾何狀態(tài)可視化測試、共同承載鋼軌的動(dòng)載分配測試等試驗(yàn)研究，對(duì)所建立的道岔區(qū)輪軌接觸理論、動(dòng)力設(shè)計(jì)方法、仿真評(píng)估體系進(jìn)行驗(yàn)證；最后開展高速道岔尖軌及心軌頂面降低值、基本軌彎折、水平藏尖、鋼軌刨切輪廓、軌底坡等輪軌關(guān)系的設(shè)計(jì)優(yōu)化研究，為進(jìn)一步提高我國高速道岔行車平穩(wěn)性和380km/h及以上超高速道岔的研制提供理論與技術(shù)支撐。

高速道岔是高速鐵路建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，要求具有高安全性、高平穩(wěn)性。本項(xiàng)目重點(diǎn)開展道岔區(qū)輪軌靜態(tài)接觸理論研究，主要分析了道岔區(qū)輪軌關(guān)系設(shè)計(jì)對(duì)等效錐度、輪對(duì)傾角、單輪對(duì)蛇行運(yùn)動(dòng)的影響規(guī)律，提出了道岔動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)方法；建立了列車/道岔耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)道岔動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)法進(jìn)行了校核，并對(duì)高速列車的過岔安全性與平穩(wěn)性進(jìn)行了仿真分析與評(píng)估；本項(xiàng)目基于前期研究的輪對(duì)橫移測試、道岔區(qū)輪軌接觸幾何狀態(tài)可視化測試、共同承載鋼軌的動(dòng)載分配測試、高速道岔實(shí)車動(dòng)力測試等試驗(yàn)研究，對(duì)所建立的道岔區(qū)輪軌接觸理論、動(dòng)力設(shè)計(jì)方法、仿真評(píng)估體系進(jìn)行了驗(yàn)證；最后基于所建立的理論，開展高速道岔尖軌及心軌頂面降低值、水平藏尖、轉(zhuǎn)轍器部分軌距加寬、轍叉部分翼軌加高設(shè)計(jì)等輪軌關(guān)系的設(shè)計(jì)優(yōu)化研究，得到如下結(jié)論： （1）轉(zhuǎn)轍器及轍叉部分尖軌頂面寬度及高度的變化，會(huì)導(dǎo)致輪軌接觸點(diǎn)位置隨沿線路方向變化，從而形成豎向及橫向的結(jié)構(gòu)不平順，這是列車與道岔系統(tǒng)振動(dòng)的激振源之一；（2）道岔各種結(jié)構(gòu)不平順均限制了側(cè)向過岔速度的提高，為了減緩列車側(cè)向過岔時(shí)的輪軌動(dòng)力作用，可采用雙肢彈性心軌及整體叉心式結(jié)構(gòu)；（3）輪對(duì)在轉(zhuǎn)轍器部分的橫向平穩(wěn)性較轍叉部分差得多，車輪輪緣必將與鋼軌貼靠，輪對(duì)橫向位移越大，對(duì)鋼軌的橫向沖擊作用越厲害，因此在道岔輪軌關(guān)系的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能降低輪對(duì)過岔時(shí)的蛇行運(yùn)動(dòng)幅值；（4）降低尖軌頂面降低值和減小尖軌開始承載的斷面對(duì)提高車體的橫向穩(wěn)定性是有利的。（5）通過對(duì)等效錐度、輪對(duì)傾角、動(dòng)力附加力、蛇行運(yùn)動(dòng)振幅四項(xiàng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的比較認(rèn)為我國高速道岔轍叉應(yīng)按水平藏尖9mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。