速度350km/h等级世界高速列车技术

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 20:49:10
  铁道科学研究院 钱立新

  高速铁路是世界铁路发展的亮点,是铁路现代高新技术的综合集成。而高速列车是高速铁路的技术核心,是机车车辆现代化的具体载体,是机械、电子、材料、计算机、控制等现代技术综合集成的集中体现。

  一般来说速度代表了高速列车的综合技术水平。2007 年4月3 日法国最新型的AGV V-150 试验型高速列车在巴黎~斯特拉斯堡高速线上创造了地面交通运输系统试验速度的世界最高记录——574.8km/h,不仅打破了1990 年5 月18 日法国自己创造的轮轨系TGV-A 型高速列车的最高试验速度515.3km/h的记录,而且已经超过了日本超导磁悬浮列车于1999 年4 月14 日创造的552km/h 最高试验速度记录。

  目前世界高速列车技术正处于日新月异发展之中,最具代表 性的350km/h 等级高速列车有法国AGV、日本Fastech360、德国ICE350E、西班牙Talgo-350 及韩国KHST 等五种各具有自主知识产权的类型。

  一、法国AGV 高速列车

  2007 年4 月3 日破记录的法国试验列车V-150 型( 图1)试验列车由5 辆动车( 两辆头车、三辆双层中间车) 编组而成,全长106m,重268t,该试验列车采用了法国最新研发的运行速度达360km/h 的AGV 高速列车一系列高新技术,并将车轮直径从920mm 增加到1092mm,牵引力也增加了一倍,牵引功率达19600kW。列车起动后行驶了73km 路程,速度就达到574.8km/h。

  

  AGV 高速列车是法国第4 代高速列车( 图2),设计时速360km/h,2008 年将在法国巴黎~斯特拉斯堡高速新线上正式投入运营,这将使从巴黎到斯特拉斯堡只需2h20min,巴黎到卢森堡只需2h15min。AGV 高速列车每三辆车组成一个不可分离的牵引单元,设计的编组方案有6 辆,9 辆,12 辆等多种,以列车编组9 辆为例,全长175m,定员359 人,共有14 根动轴,8 根非动轴,头车的两端为非动力转向架,一等车座席间距为1649mm,二等车座席间距为968mm。AGV 高速列车的技术特点为:

  

  1. 轴重小于16.5t,中间车辆采用铰接式带动力的转向架和铰接式拖车转向架两种。

  2. 动轴每轴牵引功率为600kW( 牵引电机额定功率为660kW),每台异步牵引电机重量为750kg,采用IGBT 变流装置。

  3. 由于采用带动力的铰接式转向架,牵引电机无法用强迫风冷,研制了带内置风扇的自冷却系统。

  4. 非动力转向架采用涡流制动方式,在350km/h ~ 200km/h 的制动过程中,每台转向架的涡流制动力为20kN,在列车运行3min间隔时分情况下,轨道发热及磁引力产生的垂向力问题得到解决。

  5. 增加二系主动横向悬挂系统。

  6. 与各种供电制式均能匹配,将电磁干扰降低到最低限度。

  7. 提高车厢内的隔音性能,提高舒适度。

  8. 采用贯通式地板。

  9. 采用倾摆车体技术。

  二、日本Fastech 360 试验型高速列车

  日本东日本旅客铁道公司于2005 年开始研制开发新一代高速列车,其目标运行速度为360km/h,因此取名为Fastech360 型( 图3)。该试验型高速列车由东日本铁路公司和川崎重工,日立等企业联合研制成功。Fastech360 试验型高速列车有两种类型,Fastech360S 型是适用于新干线准轨线路,8辆编组,车体宽度为3380mm,Fastech360Z 型是适用于既有线改造的小型新干线线路,6 辆编组,车体宽度为2904mm,其内部设备基本上相同。Fastech360S 试验型高速列车已在东北新干线的仙台至北上区间进行性能试验和运行考核长达18个月,总行驶里程6 万km,起动后10min 即达360km/h,最高试验速度已达398km/h。Fastech360 试验型高速列车最大技术难题 在制动和噪音防治方面,其技术特点为:

  

  1. 首次采用空气阻力板( 在车体顶部两侧,制动时自动弹出) 实现高速工况下的空气阻力制动,以期缩短在360km/h 速度下的紧急制动距离,使其与E2 系275km/h 紧急制动距离基本相同。

  2. 头车的流线形头部长达16m,具有最高的长细比值,同时车体横截面从11.2m2 降为10.8m2,降低进入隧道的微压力波。

  3. 三种试验型转向架上均安装了检测传感器以监控转向架的运行性能,并在司机屏上实时显示。

  4. 按两种方式安装了抗侧滚减振器,在准轨新干线上安装高阻尼系数的减振器以保证运行平稳性,而在小型新干线上安装低阻尼系数减振器,以顺利通过小半径曲线。

  5. 转向架上安装了电磁作动器主动悬挂系统。

  6. 采用体积小,重量轻的牵引变流机组,有3 个单独控制的模块,每个模块向相邻两辆动车供电。370kW 强迫冷却异步牵引电机及355kW 自然冷却同步永磁牵引电机进行了对比试验。采用了人字形齿轮传动装置,降低轴承载荷,保证60万km 运用寿命。

  7. 采用倾摆式车体系统,最大倾摆角2°。车体地板采用浮动式结构,以降低车内噪音。

  8. 车厢间连接处采用由三段金属材料组成的柔性车间风罩,在通过曲线时,中间的一段风罩在外面叠盖其他两段金属罩,保证列车的流线型外型光滑流畅、并降低噪音。

  9. 车体侧裙板采用吸音材料并一直延伸到轨面附近,控制轮轨噪音,地板下设有加温系统,防止结冰积雪。

  10. 采用1 台单臂受电弓,具有分段式的滑板,每段滑板均有弹性支承,受电弓两侧设置长7m 的垂直S 形状的导流隔声板,以降低受流噪声。

  11. 在紧急制动时向轮轨间喷射陶磁粒子以增加制动粘着。空气制动采用新材料新结构制动盘及闸片,具有良好的抗热衰退性。

  12. 接触导线张力达20kN,接触导线横截面为110mm2。

  13. 采用大型铝合金挤压型材车体,车轮轮径860mm,最大轴重12.5t。预计2011 年该新型高速列车将全面投入正式运营。

  三、德国ICE350E 型(VelaroE 型) 高速列车

  德国铁路和西门子公司为了西班牙马德里—巴塞罗那高速新线的高速列车进行投标,合作研究开发了ICE350E 型( 也称ValaroE) 高速列车,最高运营速度350km/h,这是德国在ICE3型高速列车研制开发成功基础上,进一步研究采用一系列高新技术,并在2006 年1 月在马德里—巴塞罗那高速新线上进行了运行试验,成功地实现了350km/h 运行速度目标( 图4)。

  

  ICE350E 高速列车为8 辆编组,其列车全长为200.2m,定员404 人,全列空车重量为425t。ICE350E 高速列车的技术特点为:

  1. 牵引功率在ICE3 型8000kW 基础上提高10%, 达到8800kW,起动牵引力达到283kN,在350km/h 时还有90kN的牵引力,足以克服列车总阻力75kN。

  2. 0 ~ 320km/h 的加速时间为380s,平均起动速度可达0.24m/s2。

  3. 复合制动系统中,取消了涡流轨道制动,动力车采用再生制动和电阻制动(7200kW),再加上每轴两套轮盘式盘型制动;拖车上采用每轴3 套轴盘式盘型制动。

  4. 采用新型的SE380 系列牵引齿轮传动装置,正齿轮传动,减轻齿轮箱重量,降低噪声 ( 低于VD12159 规范规定值)、提高了单位功率。

  5. 轴重由ICE3 型的15t 提高到16t。全列车共32 根轴,其中16 根为动轴。

  6. 采用新型受电弓和25kV 交流供电制式,满足欧盟已生效的高速列车可操作性技术条件TSI HGV。

  7. 采用了ETCS-2 型欧洲列车自动控制系统及GSM-R 无线通信系统,同时采用了LZB80 型感应式列车自动控制系统及西班牙ASFA型超速防护系统。

  8. 列车设备采用最高等级的防火标准,包括紧急情况下的运行方案。

  9. 安装了完善的旅客信息系统,包括车厢两端旅客信息显示屏,视频和音频系统。

  ICE350 型高速列车在2007 年西班牙马德里—巴塞罗那高速铁路正式开通时将投入正式运营。

  四、西班牙Talgo-350 型高速列车

  1998 年4 月西班牙铁路决定在引进法国AVE 高速列车(300km/h) 技术的基础上,自主创新研发新一代的350km/h 等级的高速列车,以便在马德里—巴塞罗那高速新线开通后投入运营。在与庞巴迪公司技术合作的基础上,由西班牙Talgo 公司负责总体设计及系统集成,经过3 年的攻关,于2001 年研发成功第一列样车,并于当年在马德里—塞维利亚高速铁路线上成功地进行各项性能试验,最高试验速度达到359km/h。之后, 经过多年的运行考核及改进,Talgo-350 型高速列车( 图5) 以其独特的构思,并采用高新技术成为350km/h 等级高速列车一种著名的品牌。

  

  Talgo-350 型高速列车的技术特点为:

  1.Talgo-350 型高速列车全长200m,定员318 人,由2 台动力车和12 辆摆式Talgo 铰接式车辆编组而成,其列车总车轴数量21 根,2 台动力车8 根,而12辆摆式Talgo 车辆( 长度为13140mm) 具有13 根车轴,有效地减少列车运行阻力。

  2. 拖车采用了Talgo 特有的独立旋转车轮单轴转向架,并采用铰接式连接方式,克服了普通2 轴转向架内4 点支承的弊端,由于2 个单轴转向架之间距缩短,提高了车体的刚性,有效降低地板面高度(756mm)。

  3. 列车总功率8000kW,启动牵引力200kN,牵引传动系统采用IGBT 组合功率IPM 模块的变流机组,体积小重量轻,三相异步牵引电机每台功率为1000kW,采用架悬方式。网络控制系统采用MVB 车辆总线和WTB 列车总线,符合TCN 标准。

  

  4. 轴重17t,动力车轮径1040mm,客车轮径880mm,全列空车重量仅330t。

  5. 动力车采用再生制动和电阻制动,最大持续电制动功率为4200×2kW。每轴两套轮盘式盘型制动及一套轴盘式盘型制动。拖车每轴采用4 套盘型制动( 轮盘与轴盘)。

  6. 车体采用Talgo 被动式倾摆系统,铝合金挤压型材结构。车体具有压力密封特性。

  7. 辅助供电系统由主变压器中间直流电压处直接抽头进行逆变,不再采用主变压器抽头。

  五、韩国HSR-350X 型高速列车

  1996 年韩国决定在引进法国KTX 高速列车(300km/h) 技术的同时,自主创新研发新一代的350km/h 等级高速列车。1998 年韩国专门创建了韩国铁道科学研究院,并联合韩国工业技术研究院和韩国各大企业( 大宇、三星、韩进等公司) 实施350km/h 高速列车的试制,经过6 年努力,在2002 年原型车试制成功,取名为HSR-350X 型( 图6)。HSR-350X 试验型高速列车由7 辆车编组而成,两端为具有流线型头部的动力车,紧靠动力车是一辆带一个动力转向架的拖车,中间为三辆拖车,总共有12 根动轴。HSR-350X 试验型高速列车经过全面的型式试验,试运行考核及改进,成功地实现了350km/h 运行速度的目标。韩国铁路公司(Korail)2006 年已决定向韩国机车车辆制造商ROTEM 购买十列HSR-350X 型高速列车,于2009 年及2010 年分别在Honam 高速线及Cholla 高速线上运营。

  

  HSR-350X 型高速车辆每辆价格仅300 万美元,比法国阿尔斯通公司制造的KTX高速车辆每辆320 万美元低20 万美元。正式运营的HSR-350X 型高速列车将由10 辆车编组而成。

  韩国HSR-350X 型高速列车主要技术特点为:

  1. 列车两端采用动力车及带动力转向架的客车作为牵引动力,中间编组拖车。牵引传动系统采用IGCT 模块变流机组及1100kW 大功率同步牵引电机。

  2. 客车之间全部采用TGV 式的铰接式转向架,包括带有动力的铰接式转向架。

  3. 动力转向架采用再生制动,电阻制动,盘型制动。拖车转向架采用涡流轨道制动及盘型制动。

  4. 车体采用大型挤压铝合金型材焊接式结构,并采用压力密封。

  5. 列车自动控制系统采用网络控制及硬线控制相结合的模式,提高控制系统的可靠性。

  6. 司机室带有3 个显示屏,中间显示屏是ATC 数据命令显示,两边显示屏显示监控系统的数据。

  7. 列车内部服务设施先进,包括备有家庭包间、旋转座椅、无线通讯电话及卫星电视等。

  2006 年7 月27 日韩国建设交通部宣布,计划与科技部联合开发400km/h 高速列车,该项目预计耗时6 年,投入资金766 亿韩元。

  世界各国350km/h 等级高速列车性能指标汇总见表。

  六、世界高速列车技术发展展望

  法国AGV V-150 试验型列车于2007 年4 月3 日创造了574.8km/h 地面运输系统的最新世界记录,表明了轮轨系高速列车在技术、经济、安全各方面性能指标已达到新的高度与水平。展望世界高速列车的发展前景是一片光明。

  1. 世界各国近期建成或正在新建的高速铁路的速度目标值基本上都定位在350km/h 或以上,如已建成的韩国首尔——釜山高速铁路( 大邱——釜山段第2 期工程正在建设),我国台湾省台北——高雄高速铁路,2007 年即将建成的法国巴黎——斯特拉斯堡东部高速线,西班牙马德里——巴塞罗那——法国边境高速线等均是以350km/h 为速度目标值,也可以说当今世界高速列车的最高运行速度目标已突破350km/h,并正在向400km/h 速度目标挺进。

  2.350km/h 等级高速列车更多的是采用动力分散形式,因为其在牵引、制动粘着的利用方面具有较大的优势,因此世界各国新研制的350km/h 等级高速列车,如日本、德国、法国、韩国基本上都采用动力分散式。但这也不是绝对的,西班牙自主创新研制的Talgo-350 型高速列车却独树一帜。由于其采用了独特的Talgo 单轴可旋转车轮铰接式转向架( 走行部),使14 辆编组的列车车轴总数只有21 根,同样也是200m 长的8辆编组ICE350E 型高速列车,其车轴总数达32 根,两者相比,Talgo350 高速列车拖车的运行阻力有明显的降低,自重也减轻了100t,使动力集中式的Talgo350 高速列车也取得了成功。

  3.350km/h 等级高速列车牵引传动技术向功率大、体积小、重量轻、高可靠性、低成本方向发展。随着大功率、高频率、模块化、智能化的新型电力电子器件不断发展,IPM、IGBT、IGCT 等模块组成的变流机组已经能控制1000kW 以上的交流牵引电机正常运转,自冷却的同步永磁交流牵引电机也已开发成功,正在试验考核,空冷主变压器也得到应用。

  4.350km/h 等级高速列车进行了转向架动力学性能的优化设计,改进一系,二系悬挂系统结构参数,不论是2 轴无摇枕转向架还是铰接式转向架,甚至单轴铰接式转向架,采用了有源( 主动控制) 或半有源( 半主动控制) 悬挂装置,空压、液压、电磁作动器都得到应用,有效地解决了横向振动问题,灵活适应了随机多变的线路状态,在高速运行条件下提高了旅客乘座的舒适性。

  5. 复合制动系统更进一步强化,关键是强化安全制动手段。目前运行速度300km/h 等级的高速列车实施安全制动的唯一手段是纯空气盘型制动,要求在紧急情况下( 包括受流失效时)保证安全的紧急制动距离。但速度提高到350km/h 及以上时,制动盘承担的制动功率已超出极限,难于满足安全制动距离要求。为此研究了四种强化安全制动的方法,其一是开发新材料与新结构的制动盘与闸片,提高耐热裂性能和耐热衰退性,其二是增加安全电阻制动新方式。一旦受流失效时采用蓄电池的电能通过逆变器为牵引电机励磁,使制动能量在电阻带上消耗,是一种可靠的安全制动方式。其三是增加空气阻力制动新方式,在紧急制动时,利用从车顶上弹出的“阻力扳”使高速列车有效地减速。其四是采用喷射陶瓷粒子增加紧急制动时的粘着。由于采用安全电阻制动及空气阻力制动方式,为降低制动系统的簧下质量创造了条件,可以不必采用笨重的涡流轨道制动( 每辆车增加簧下质量约2.4t) 或涡流盘形制动( 每组簧下质量1t)。

  6. 增加车体气密性,降低列车噪音是350km/h 等级高速列车关键性的技术措施,也是高速列车技术水平的集中体现。增加车体气密性主要在车体大断面挤压铝合金型材连续焊接工艺,车窗高性能密封材料,塞拉车门的气压密封及锁紧机构、排水水封装置的气密性能,高压鼓风机连续供排气性能等方面实现新的突破,提高气密性指标。降低列车噪音是采用各项高新技术综合集成,包括低噪音新结构受电弓及隔声扳的研制,车体侧墙裙扳及地扳安装新型吸声材料,车厢间采用叠层式金属档罩,列车头形采用高长细比的优化流线型以抑制隧道微压力波,减少车厢横截面尺寸,采用浮动地扳结构,采用低噪声牵引电机等措施。

  7. 采用先进的列车自动控制系统及故障监测系统,对于欧洲的350km/h 高速列车普遍都安装了欧洲列车自动控制系统ETCS2 级装置及GSM-R 无线通讯系统。将来逐步发展成ETCS3 级实现移动闭塞控制目标。日本及韩国的350km/h 等级高速列车也同样采用先进的数字式ATC 列车自动控制系统及GSM-R 无线通讯系统。

  8. 倾摆式车体技术将在350km/h 等级高速列车上得到普遍的应用。一方面,已建成的高速线曲线半径不够大的区段( 如日本新干线有半径2500m 的曲线) 采用倾摆式车体技术可以将速度提高到330 ~ 350km/h。另一方面,当高速列车下既有线运营时,在小曲线半径区段可以显著地提高运行速度,发挥高速列车的潜力。倾摆式车体技术已越来越受到各国高速铁路设计者和运营者的青睐。

  参考文献

  [1]钱立新. 世界高速铁路技术[M]. 北京中国铁道出版社,2003.

  [2]钱立新. 世界高速列车技术的最新进展[J]. 中国铁道科学,2003,24[4]:1-11.

  [3]Murray Hughes. Fastech 360 twins herald speed-up to the north[J].Railway Gazette,2006[5]:262-264.

  [4]Takashi Endo. Fastech 360 列车试探超高速行驶[J]. 国际铁道工程,2006[5]60—20.

  [5]Barry Cross. Spain launches massve investmcnt programe[J].International Railway Journal,2006[9]69—74.

  [6]乔英忍. 世界铁路动车组的技术进步、水平和展望[J]. 国外铁道车辆,2007[2]1—7.

  [7]HSR-350X TO LAUNCH SERVICE IN 2009.Kortan RailTechnology[R].KRRI newsletter,2006.5[9],1—5.

  [8]SNCR.574.8km/h:le nouveau record du monde de vitesse sur rail.Temps Reel,2007.4.3,No40107.铁道科学研究院 钱立新

  高速铁路是世界铁路发展的亮点,是铁路现代高新技术的综合集成。而高速列车是高速铁路的技术核心,是机车车辆现代化的具体载体,是机械、电子、材料、计算机、控制等现代技术综合集成的集中体现。

  一般来说速度代表了高速列车的综合技术水平。2007 年4月3 日法国最新型的AGV V-150 试验型高速列车在巴黎~斯特拉斯堡高速线上创造了地面交通运输系统试验速度的世界最高记录——574.8km/h,不仅打破了1990 年5 月18 日法国自己创造的轮轨系TGV-A 型高速列车的最高试验速度515.3km/h的记录,而且已经超过了日本超导磁悬浮列车于1999 年4 月14 日创造的552km/h 最高试验速度记录。

  目前世界高速列车技术正处于日新月异发展之中,最具代表 性的350km/h 等级高速列车有法国AGV、日本Fastech360、德国ICE350E、西班牙Talgo-350 及韩国KHST 等五种各具有自主知识产权的类型。

  一、法国AGV 高速列车

  2007 年4 月3 日破记录的法国试验列车V-150 型( 图1)试验列车由5 辆动车( 两辆头车、三辆双层中间车) 编组而成,全长106m,重268t,该试验列车采用了法国最新研发的运行速度达360km/h 的AGV 高速列车一系列高新技术,并将车轮直径从920mm 增加到1092mm,牵引力也增加了一倍,牵引功率达19600kW。列车起动后行驶了73km 路程,速度就达到574.8km/h。

  

  AGV 高速列车是法国第4 代高速列车( 图2),设计时速360km/h,2008 年将在法国巴黎~斯特拉斯堡高速新线上正式投入运营,这将使从巴黎到斯特拉斯堡只需2h20min,巴黎到卢森堡只需2h15min。AGV 高速列车每三辆车组成一个不可分离的牵引单元,设计的编组方案有6 辆,9 辆,12 辆等多种,以列车编组9 辆为例,全长175m,定员359 人,共有14 根动轴,8 根非动轴,头车的两端为非动力转向架,一等车座席间距为1649mm,二等车座席间距为968mm。AGV 高速列车的技术特点为:

  

  1. 轴重小于16.5t,中间车辆采用铰接式带动力的转向架和铰接式拖车转向架两种。

  2. 动轴每轴牵引功率为600kW( 牵引电机额定功率为660kW),每台异步牵引电机重量为750kg,采用IGBT 变流装置。

  3. 由于采用带动力的铰接式转向架,牵引电机无法用强迫风冷,研制了带内置风扇的自冷却系统。

  4. 非动力转向架采用涡流制动方式,在350km/h ~ 200km/h 的制动过程中,每台转向架的涡流制动力为20kN,在列车运行3min间隔时分情况下,轨道发热及磁引力产生的垂向力问题得到解决。

  5. 增加二系主动横向悬挂系统。

  6. 与各种供电制式均能匹配,将电磁干扰降低到最低限度。

  7. 提高车厢内的隔音性能,提高舒适度。

  8. 采用贯通式地板。

  9. 采用倾摆车体技术。

  二、日本Fastech 360 试验型高速列车

  日本东日本旅客铁道公司于2005 年开始研制开发新一代高速列车,其目标运行速度为360km/h,因此取名为Fastech360 型( 图3)。该试验型高速列车由东日本铁路公司和川崎重工,日立等企业联合研制成功。Fastech360 试验型高速列车有两种类型,Fastech360S 型是适用于新干线准轨线路,8辆编组,车体宽度为3380mm,Fastech360Z 型是适用于既有线改造的小型新干线线路,6 辆编组,车体宽度为2904mm,其内部设备基本上相同。Fastech360S 试验型高速列车已在东北新干线的仙台至北上区间进行性能试验和运行考核长达18个月,总行驶里程6 万km,起动后10min 即达360km/h,最高试验速度已达398km/h。Fastech360 试验型高速列车最大技术难题 在制动和噪音防治方面,其技术特点为:

  

  1. 首次采用空气阻力板( 在车体顶部两侧,制动时自动弹出) 实现高速工况下的空气阻力制动,以期缩短在360km/h 速度下的紧急制动距离,使其与E2 系275km/h 紧急制动距离基本相同。

  2. 头车的流线形头部长达16m,具有最高的长细比值,同时车体横截面从11.2m2 降为10.8m2,降低进入隧道的微压力波。

  3. 三种试验型转向架上均安装了检测传感器以监控转向架的运行性能,并在司机屏上实时显示。

  4. 按两种方式安装了抗侧滚减振器,在准轨新干线上安装高阻尼系数的减振器以保证运行平稳性,而在小型新干线上安装低阻尼系数减振器,以顺利通过小半径曲线。

  5. 转向架上安装了电磁作动器主动悬挂系统。

  6. 采用体积小,重量轻的牵引变流机组,有3 个单独控制的模块,每个模块向相邻两辆动车供电。370kW 强迫冷却异步牵引电机及355kW 自然冷却同步永磁牵引电机进行了对比试验。采用了人字形齿轮传动装置,降低轴承载荷,保证60万km 运用寿命。

  7. 采用倾摆式车体系统,最大倾摆角2°。车体地板采用浮动式结构,以降低车内噪音。

  8. 车厢间连接处采用由三段金属材料组成的柔性车间风罩,在通过曲线时,中间的一段风罩在外面叠盖其他两段金属罩,保证列车的流线型外型光滑流畅、并降低噪音。

  9. 车体侧裙板采用吸音材料并一直延伸到轨面附近,控制轮轨噪音,地板下设有加温系统,防止结冰积雪。

  10. 采用1 台单臂受电弓,具有分段式的滑板,每段滑板均有弹性支承,受电弓两侧设置长7m 的垂直S 形状的导流隔声板,以降低受流噪声。

  11. 在紧急制动时向轮轨间喷射陶磁粒子以增加制动粘着。空气制动采用新材料新结构制动盘及闸片,具有良好的抗热衰退性。

  12. 接触导线张力达20kN,接触导线横截面为110mm2。

  13. 采用大型铝合金挤压型材车体,车轮轮径860mm,最大轴重12.5t。预计2011 年该新型高速列车将全面投入正式运营。

  三、德国ICE350E 型(VelaroE 型) 高速列车

  德国铁路和西门子公司为了西班牙马德里—巴塞罗那高速新线的高速列车进行投标,合作研究开发了ICE350E 型( 也称ValaroE) 高速列车,最高运营速度350km/h,这是德国在ICE3型高速列车研制开发成功基础上,进一步研究采用一系列高新技术,并在2006 年1 月在马德里—巴塞罗那高速新线上进行了运行试验,成功地实现了350km/h 运行速度目标( 图4)。

  

  ICE350E 高速列车为8 辆编组,其列车全长为200.2m,定员404 人,全列空车重量为425t。ICE350E 高速列车的技术特点为:

  1. 牵引功率在ICE3 型8000kW 基础上提高10%, 达到8800kW,起动牵引力达到283kN,在350km/h 时还有90kN的牵引力,足以克服列车总阻力75kN。

  2. 0 ~ 320km/h 的加速时间为380s,平均起动速度可达0.24m/s2。

  3. 复合制动系统中,取消了涡流轨道制动,动力车采用再生制动和电阻制动(7200kW),再加上每轴两套轮盘式盘型制动;拖车上采用每轴3 套轴盘式盘型制动。

  4. 采用新型的SE380 系列牵引齿轮传动装置,正齿轮传动,减轻齿轮箱重量,降低噪声 ( 低于VD12159 规范规定值)、提高了单位功率。

  5. 轴重由ICE3 型的15t 提高到16t。全列车共32 根轴,其中16 根为动轴。

  6. 采用新型受电弓和25kV 交流供电制式,满足欧盟已生效的高速列车可操作性技术条件TSI HGV。

  7. 采用了ETCS-2 型欧洲列车自动控制系统及GSM-R 无线通信系统,同时采用了LZB80 型感应式列车自动控制系统及西班牙ASFA型超速防护系统。

  8. 列车设备采用最高等级的防火标准,包括紧急情况下的运行方案。

  9. 安装了完善的旅客信息系统,包括车厢两端旅客信息显示屏,视频和音频系统。

  ICE350 型高速列车在2007 年西班牙马德里—巴塞罗那高速铁路正式开通时将投入正式运营。

  四、西班牙Talgo-350 型高速列车

  1998 年4 月西班牙铁路决定在引进法国AVE 高速列车(300km/h) 技术的基础上,自主创新研发新一代的350km/h 等级的高速列车,以便在马德里—巴塞罗那高速新线开通后投入运营。在与庞巴迪公司技术合作的基础上,由西班牙Talgo 公司负责总体设计及系统集成,经过3 年的攻关,于2001 年研发成功第一列样车,并于当年在马德里—塞维利亚高速铁路线上成功地进行各项性能试验,最高试验速度达到359km/h。之后, 经过多年的运行考核及改进,Talgo-350 型高速列车( 图5) 以其独特的构思,并采用高新技术成为350km/h 等级高速列车一种著名的品牌。

  

  Talgo-350 型高速列车的技术特点为:

  1.Talgo-350 型高速列车全长200m,定员318 人,由2 台动力车和12 辆摆式Talgo 铰接式车辆编组而成,其列车总车轴数量21 根,2 台动力车8 根,而12辆摆式Talgo 车辆( 长度为13140mm) 具有13 根车轴,有效地减少列车运行阻力。

  2. 拖车采用了Talgo 特有的独立旋转车轮单轴转向架,并采用铰接式连接方式,克服了普通2 轴转向架内4 点支承的弊端,由于2 个单轴转向架之间距缩短,提高了车体的刚性,有效降低地板面高度(756mm)。

  3. 列车总功率8000kW,启动牵引力200kN,牵引传动系统采用IGBT 组合功率IPM 模块的变流机组,体积小重量轻,三相异步牵引电机每台功率为1000kW,采用架悬方式。网络控制系统采用MVB 车辆总线和WTB 列车总线,符合TCN 标准。

  

  4. 轴重17t,动力车轮径1040mm,客车轮径880mm,全列空车重量仅330t。

  5. 动力车采用再生制动和电阻制动,最大持续电制动功率为4200×2kW。每轴两套轮盘式盘型制动及一套轴盘式盘型制动。拖车每轴采用4 套盘型制动( 轮盘与轴盘)。

  6. 车体采用Talgo 被动式倾摆系统,铝合金挤压型材结构。车体具有压力密封特性。

  7. 辅助供电系统由主变压器中间直流电压处直接抽头进行逆变,不再采用主变压器抽头。

  五、韩国HSR-350X 型高速列车

  1996 年韩国决定在引进法国KTX 高速列车(300km/h) 技术的同时,自主创新研发新一代的350km/h 等级高速列车。1998 年韩国专门创建了韩国铁道科学研究院,并联合韩国工业技术研究院和韩国各大企业( 大宇、三星、韩进等公司) 实施350km/h 高速列车的试制,经过6 年努力,在2002 年原型车试制成功,取名为HSR-350X 型( 图6)。HSR-350X 试验型高速列车由7 辆车编组而成,两端为具有流线型头部的动力车,紧靠动力车是一辆带一个动力转向架的拖车,中间为三辆拖车,总共有12 根动轴。HSR-350X 试验型高速列车经过全面的型式试验,试运行考核及改进,成功地实现了350km/h 运行速度的目标。韩国铁路公司(Korail)2006 年已决定向韩国机车车辆制造商ROTEM 购买十列HSR-350X 型高速列车,于2009 年及2010 年分别在Honam 高速线及Cholla 高速线上运营。

  

  HSR-350X 型高速车辆每辆价格仅300 万美元,比法国阿尔斯通公司制造的KTX高速车辆每辆320 万美元低20 万美元。正式运营的HSR-350X 型高速列车将由10 辆车编组而成。

  韩国HSR-350X 型高速列车主要技术特点为:

  1. 列车两端采用动力车及带动力转向架的客车作为牵引动力,中间编组拖车。牵引传动系统采用IGCT 模块变流机组及1100kW 大功率同步牵引电机。

  2. 客车之间全部采用TGV 式的铰接式转向架,包括带有动力的铰接式转向架。

  3. 动力转向架采用再生制动,电阻制动,盘型制动。拖车转向架采用涡流轨道制动及盘型制动。

  4. 车体采用大型挤压铝合金型材焊接式结构,并采用压力密封。

  5. 列车自动控制系统采用网络控制及硬线控制相结合的模式,提高控制系统的可靠性。

  6. 司机室带有3 个显示屏,中间显示屏是ATC 数据命令显示,两边显示屏显示监控系统的数据。

  7. 列车内部服务设施先进,包括备有家庭包间、旋转座椅、无线通讯电话及卫星电视等。

  2006 年7 月27 日韩国建设交通部宣布,计划与科技部联合开发400km/h 高速列车,该项目预计耗时6 年,投入资金766 亿韩元。

  世界各国350km/h 等级高速列车性能指标汇总见表。

  六、世界高速列车技术发展展望

  法国AGV V-150 试验型列车于2007 年4 月3 日创造了574.8km/h 地面运输系统的最新世界记录,表明了轮轨系高速列车在技术、经济、安全各方面性能指标已达到新的高度与水平。展望世界高速列车的发展前景是一片光明。

  1. 世界各国近期建成或正在新建的高速铁路的速度目标值基本上都定位在350km/h 或以上,如已建成的韩国首尔——釜山高速铁路( 大邱——釜山段第2 期工程正在建设),我国台湾省台北——高雄高速铁路,2007 年即将建成的法国巴黎——斯特拉斯堡东部高速线,西班牙马德里——巴塞罗那——法国边境高速线等均是以350km/h 为速度目标值,也可以说当今世界高速列车的最高运行速度目标已突破350km/h,并正在向400km/h 速度目标挺进。

  2.350km/h 等级高速列车更多的是采用动力分散形式,因为其在牵引、制动粘着的利用方面具有较大的优势,因此世界各国新研制的350km/h 等级高速列车,如日本、德国、法国、韩国基本上都采用动力分散式。但这也不是绝对的,西班牙自主创新研制的Talgo-350 型高速列车却独树一帜。由于其采用了独特的Talgo 单轴可旋转车轮铰接式转向架( 走行部),使14 辆编组的列车车轴总数只有21 根,同样也是200m 长的8辆编组ICE350E 型高速列车,其车轴总数达32 根,两者相比,Talgo350 高速列车拖车的运行阻力有明显的降低,自重也减轻了100t,使动力集中式的Talgo350 高速列车也取得了成功。

  3.350km/h 等级高速列车牵引传动技术向功率大、体积小、重量轻、高可靠性、低成本方向发展。随着大功率、高频率、模块化、智能化的新型电力电子器件不断发展,IPM、IGBT、IGCT 等模块组成的变流机组已经能控制1000kW 以上的交流牵引电机正常运转,自冷却的同步永磁交流牵引电机也已开发成功,正在试验考核,空冷主变压器也得到应用。

  4.350km/h 等级高速列车进行了转向架动力学性能的优化设计,改进一系,二系悬挂系统结构参数,不论是2 轴无摇枕转向架还是铰接式转向架,甚至单轴铰接式转向架,采用了有源( 主动控制) 或半有源( 半主动控制) 悬挂装置,空压、液压、电磁作动器都得到应用,有效地解决了横向振动问题,灵活适应了随机多变的线路状态,在高速运行条件下提高了旅客乘座的舒适性。

  5. 复合制动系统更进一步强化,关键是强化安全制动手段。目前运行速度300km/h 等级的高速列车实施安全制动的唯一手段是纯空气盘型制动,要求在紧急情况下( 包括受流失效时)保证安全的紧急制动距离。但速度提高到350km/h 及以上时,制动盘承担的制动功率已超出极限,难于满足安全制动距离要求。为此研究了四种强化安全制动的方法,其一是开发新材料与新结构的制动盘与闸片,提高耐热裂性能和耐热衰退性,其二是增加安全电阻制动新方式。一旦受流失效时采用蓄电池的电能通过逆变器为牵引电机励磁,使制动能量在电阻带上消耗,是一种可靠的安全制动方式。其三是增加空气阻力制动新方式,在紧急制动时,利用从车顶上弹出的“阻力扳”使高速列车有效地减速。其四是采用喷射陶瓷粒子增加紧急制动时的粘着。由于采用安全电阻制动及空气阻力制动方式,为降低制动系统的簧下质量创造了条件,可以不必采用笨重的涡流轨道制动( 每辆车增加簧下质量约2.4t) 或涡流盘形制动( 每组簧下质量1t)。

  6. 增加车体气密性,降低列车噪音是350km/h 等级高速列车关键性的技术措施,也是高速列车技术水平的集中体现。增加车体气密性主要在车体大断面挤压铝合金型材连续焊接工艺,车窗高性能密封材料,塞拉车门的气压密封及锁紧机构、排水水封装置的气密性能,高压鼓风机连续供排气性能等方面实现新的突破,提高气密性指标。降低列车噪音是采用各项高新技术综合集成,包括低噪音新结构受电弓及隔声扳的研制,车体侧墙裙扳及地扳安装新型吸声材料,车厢间采用叠层式金属档罩,列车头形采用高长细比的优化流线型以抑制隧道微压力波,减少车厢横截面尺寸,采用浮动地扳结构,采用低噪声牵引电机等措施。

  7. 采用先进的列车自动控制系统及故障监测系统,对于欧洲的350km/h 高速列车普遍都安装了欧洲列车自动控制系统ETCS2 级装置及GSM-R 无线通讯系统。将来逐步发展成ETCS3 级实现移动闭塞控制目标。日本及韩国的350km/h 等级高速列车也同样采用先进的数字式ATC 列车自动控制系统及GSM-R 无线通讯系统。

  8. 倾摆式车体技术将在350km/h 等级高速列车上得到普遍的应用。一方面,已建成的高速线曲线半径不够大的区段( 如日本新干线有半径2500m 的曲线) 采用倾摆式车体技术可以将速度提高到330 ~ 350km/h。另一方面,当高速列车下既有线运营时,在小曲线半径区段可以显著地提高运行速度,发挥高速列车的潜力。倾摆式车体技术已越来越受到各国高速铁路设计者和运营者的青睐。

  参考文献

  [1]钱立新. 世界高速铁路技术[M]. 北京中国铁道出版社,2003.

  [2]钱立新. 世界高速列车技术的最新进展[J]. 中国铁道科学,2003,24[4]:1-11.

  [3]Murray Hughes. Fastech 360 twins herald speed-up to the north[J].Railway Gazette,2006[5]:262-264.

  [4]Takashi Endo. Fastech 360 列车试探超高速行驶[J]. 国际铁道工程,2006[5]60—20.

  [5]Barry Cross. Spain launches massve investmcnt programe[J].International Railway Journal,2006[9]69—74.

  [6]乔英忍. 世界铁路动车组的技术进步、水平和展望[J]. 国外铁道车辆,2007[2]1—7.

  [7]HSR-350X TO LAUNCH SERVICE IN 2009.Kortan RailTechnology[R].KRRI newsletter,2006.5[9],1—5.

  [8]SNCR.574.8km/h:le nouveau record du monde de vitesse sur rail.Temps Reel,2007.4.3,No40107.
我觉得妖刀兄在这对我国的CRH系列做个全面的介绍大家会更有兴趣的:lol
钱立新,这个月初我到铁道部培训中心听的第一堂课就是他讲的高速铁路,有点意思。

说法国人坚持用铰接式车厢是因为他们发现这种车脱轨后安全性好,因为编组不便,中国没要。

法国阿尔斯通的CRH5实际是意大利的技术(阿尔斯通收购了意大利的公司)。
CRH系列貌似有人做过介绍了·

CRH5还是很先进的 大量的先进技术反而使稳定性不高  最近倒是好多了;
原帖由 T62 于 2008-5-30 13:51 发表
钱立新,这个月初我到铁道部培训中心听的第一堂课就是他讲的高速铁路,有点意思。

说法国人坚持用铰接式车厢是因为他们发现这种车脱轨后安全性好,因为编组不便,中国没要。

法国阿尔斯通的CRH5实际是意大利的技 ...

  法国的铰接式,简单的理解就是类似梁桥的形式,一个转向架连接着两端的车厢.对于动车来说,不方便编组的影响基本可以忽略不技.现在动车需要重联的时候都是采取整组重联的大遍组,也不是增加个别车厢.
  我们之所以不要这个技术,估计另有其他原因.
这种技术有图吗?想象不出来.另外从目前看,300公里以上高速技术比拼的已经不是车而是路了,比如国内300以上车已经有一批,路只有两条还马虎
原帖由 guy 于 2008-6-1 23:08 发表
这种技术有图吗?想象不出来.另外从目前看,300公里以上高速技术比拼的已经不是车而是路了,比如国内300以上车已经有一批,路只有两条还马虎


TG花大力气引进吸收的的无道渣技术被华丽的无视了·
]]
高速铁路可以概括为三大技术。即:轮轨关系;弓网关系 和行车控制。
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看了不少帖子

单纯从技术和环境来说

好像分析到最后
日本的新干线是最优的

是不是这样

PS
排砖不要打脸阿
原帖由 蟑螂炖豆腐 于 2008-6-18 21:37 发表
看了不少帖子

单纯从技术和环境来说

好像分析到最后
日本的新干线是最优的

是不是这样

PS
排砖不要打脸阿



未必如此,法国和德国的技术也很优秀。

新干线占优势的一点是原始设计车体较宽,运量较大,适合我们国家京沪,京广这样的长距离大运量运输干线。
CRH3相比ICE3也加宽了车体,以后谁更优秀,等京津城际,京沪线运行以后慢慢就会看出来。
日本新干线车组重量轻,能耗较低;而且动轴多,再生制动充分,更加降低了能耗。同样换算到16节车体,CRH3重量近900吨,总功率17600千瓦,而日本的500系和N700系重量仅700吨,总功率17600/17080千瓦,同样功率,德国车重了200吨,再加上德国车起动阶段牵引力不能恒定而是逐渐下降……从0加速到300km/h,CRH3需要375秒、21公里多,而500系和N700系仅需222~226秒,11~12公里多,这差距可是不小了
把这种情况推广到动力集中与动力分散的对比:在我国的铁路上,机车牵引的客车尽管最终速度挺高,比如特快和直特分别能开到140和160km/h,但是加速时间和距离都很长。假如一列起动加速度接近地铁列车但是最高速度仅120km/h的动力分散车组与机辆列车同时起动,前者一溜烟就跑了,后者虽然最终速度快,但是肯定得花很长的时间和距离才能追上前者,可能都到下一站了。因此,记得几年前HAKUTAKA说过:只要动力分散车组的起动加速性能达到机辆客车的7倍,就能插进像京山线那样的“特别繁忙干线”里开行站站停的列车,估计就是这个道理。

以前有支持动力集中的车迷说,虽然动力分散起动加速快,但是,加速能力主要看高速区也就是200~300km/h的能力,因此,动力集中的车只需在最高速度时把手柄稍微提高些,速度高出分散车1~2km/h就可以追上了——现在经过计算,俺认为前半句绝对正确,但是“因此”后面的话纯属屁话,实际上速度高一点点根本就追不上,除非超过很多才有可能。
高速列车的次生噪声问题也很严重。现在上动车的部分站开始上隔音屏障了。。。。:lol
高速列车
欧洲
和日本
理想化的新线
小曲线半径一般是多少