高速輪軌列車歷史概述

高速輪軌列車簡(jiǎn)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(guó)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(guó)，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(yíng)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(yíng)運(yùn)速度超過(guò)每小時(shí)200公里。

日本、法國(guó)及美國(guó)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(guó)的巴黎至里昂；美國(guó)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(guó)高速鐵路為例，它連接了海岸的度假區(qū)，并且在長(zhǎng)程路線上減價(jià)以跟飛機(jī)競(jìng)爭(zhēng)。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(lái)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(wú)論是高速公路或機(jī)場(chǎng)都面對(duì)擠塞的問(wèn)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(wú)需到一般是頗為遙遠(yuǎn)的機(jī)場(chǎng)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(guó)及美國(guó)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(guó)的巴黎至里昂；美國(guó)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(guò)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(guó)家就非常合乎邏輯。

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(lái)，新干線技術(shù)不斷進(jìn)步，已經(jīng)構(gòu)成了日本國(guó)內(nèi)鐵路網(wǎng)的主干部分。

通過(guò)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(guó)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(yíng)還有待時(shí)日。

雖然新干線的速度優(yōu)勢(shì)不久之后就被法國(guó)的TGV超過(guò)，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(méi)有出過(guò)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(méi)有任何淫逸色彩而享譽(yù)世界的法國(guó)產(chǎn)品。所謂TGV是TrainaGrandeVitesse（法語(yǔ)“高速鐵路”的）簡(jiǎn)稱。第一條TGV是1981年的開通的巴黎至里昂線。此后不過(guò)幾個(gè)月，TGV就打敗法國(guó)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(guó)境內(nèi)的加來(lái)至馬賽線是目前世界上惟一一條超過(guò)1000公里的高速鐵路運(yùn)營(yíng)線，在這條線路上TGV的平均時(shí)速超過(guò)300公里，表現(xiàn)也非常穩(wěn)定。

高速輪軌列車法國(guó)技術(shù)

法國(guó)TGV的最大優(yōu)勢(shì)在于傳統(tǒng)輪軌領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先。1996年，歐盟各國(guó)的國(guó)有鐵路公司經(jīng)聯(lián)合協(xié)商后確定采用法國(guó)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(guó)、西班牙和澳大利亞等國(guó)，是被運(yùn)用最廣泛的高速輪軌技術(shù)。

高速輪軌列車德國(guó)技術(shù)

德國(guó)的ICE則是高速鐵路中起步最晚的項(xiàng)目。ICE（InterCityExpress的簡(jiǎn)稱）的研究開始于1979年，其內(nèi)部制造原理和制式與法國(guó)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(guó)與法國(guó)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(guó)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(guó)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(shì)（沒(méi)有固態(tài)摩擦），德國(guó)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(guó)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(guó)人才開始在高速輪軌方面奮起直追，與法國(guó)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(shì)后，美國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guò)兩國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)），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(guó)、意大利和瑞典是最早進(jìn)行擺式列車試驗(yàn)的國(guó)家，1997年以來(lái)擺式列車因?yàn)閮r(jià)格便宜和制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)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(shì)，而逐漸能夠在高速列車的競(jìng)爭(zhēng)上與高速輪軌和磁懸浮分庭抗禮。

從國(guó)際趨勢(shì)來(lái)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(guó)：TGV

法國(guó)、英國(guó)、比利時(shí)：歐洲之星

法國(guó)、比利時(shí)、荷蘭、德國(guó)：Thalys 西班牙：AVE

韓國(guó)：KTX

美國(guó)：ACELA

ICE技術(shù)

德國(guó)：ICE(IntercityExpress)

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

中國(guó)：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(guó)：Pendolino

瑞典：X2000

瑞士：ICN

意大利、瑞士：EurostarItalia

美國(guó)：Acela

加拿大：LRC

磁懸浮

中國(guó)上海：上海磁浮示范運(yùn)營(yíng)線（中國(guó)第一輛磁懸浮列車）

高速輪軌列車中國(guó)技術(shù)

2019年9月24日，國(guó)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(guó)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(guó)曾創(chuàng)下515.3公里的紀(jì)錄。本次試驗(yàn)列車長(zhǎng)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(wàn)馬力，線路電壓由2.5萬(wàn)伏增大到3.1萬(wàn)伏。沿途線路懸掛系統(tǒng)進(jìn)行了特別檢查和維護(hù)。

法國(guó)國(guó)營(yíng)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(guó)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(yíng)，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(guó)高鐵的技術(shù)實(shí)力，開發(fā)國(guó)際市場(chǎng)，以贏得包括中國(guó)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(guò)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(zhǎng)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(guó)高速鐵路實(shí)際運(yùn)營(yíng)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(guò)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(guò)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(guò)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(cè)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)列車高速過(guò)岔時(shí)的輪軌橫移測(cè)試、道岔區(qū)輪軌接觸幾何狀態(tài)可視化測(cè)試、共同承載鋼軌的動(dòng)載分配測(cè)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(guó)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(guò)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(cè)試、道岔區(qū)輪軌接觸幾何狀態(tài)可視化測(cè)試、共同承載鋼軌的動(dòng)載分配測(cè)試、高速道岔實(shí)車動(dòng)力測(cè)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(guò)岔速度的提高，為了減緩列車側(cè)向過(guò)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(guò)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(guò)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(guó)高速道岔轍叉應(yīng)按水平藏尖9mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。