世界高速列车技术的最新进展

叙述日本、法国、德国、意大利、西班牙等国高速列车发展沿革,重点分析日本500系、700系、E2系1000型;法国TGV A型、TGV TMST型、TGV 2N型、AGV型;德国ICE350型;意大利ETR500型;西班牙AVE型、Talgo350型;韩国KTX型、KHST型等新型高速列车的技术特征及新技术应用情况。指出当前世界高速列车发展目标是最高运行速度300km·h-1～330km·h-1、试验速度350km·h-1及以上,基本采用动力分散方式,并更多采用智能化交流传动技术、轻量化技术、动力原性能优化技术,复合制动技术,更流线型的车头车身等新技术。     

高速列车基础制动系统的设计研究

结合270km·h-1高速列车基础制动系统的研制现状,在大量试验和仿真计算的基础上,计算和分折盘形制动的受载机理、材料性能及盘形制动功率极限。通过比选分配复合制动和纯空气制动等不同工况的制动力,计算动力车和拖车的制动缸压力。通过计算分析得出,270km·h-1高速列车采用动力制动和盘形制动时的制动距离为3514 7m,能够满足高速列车的制动初速为270km·h-1时紧急制动距离小于3700m的要求。但是,经分析认为当运行速度超过250km·h-1时,除采用动力制动和盘形制动外,还是应同时采用涡流制动、磁轨制动等多种制动方式,以减轻盘形制动的负荷,延长制动盘和闸片的使用寿命,降低运营成本。     

客运专线通过能力的分析计算

在准移动闭塞条件下,客运专线上的高速列车采用连续式一次速度曲线控制模式控制列车运行.列车追踪间隔时间取I追追,I通过,I发发和I到到4种间隔时间的最大值.分别给出4种追踪间隔时间的计算方法及相关参数的取值,采用牵引计算软件进行更准确的检算.将客运专线上运行的列车划分为200～250 km·h-1和300～350 km·h-1 2种速度类型,以不停站300～350 km·h-1高速列车为基础计算平行运行图通过能力,200～250 km·h-1和停站的300～350 km·h-1高速列车均产生扣除系数,得出扣除系数的取值表,进而得到客运专线通过能力计算方法.以300 km区段为例,计算不同条件下的区间通过能力,结果表明,我国客运专线能够实现3 min追踪间隔,通过能力基本在180对以上.     

350km/h高速动车组制动技术的最新进展

高速列车作为高速铁路新技术的核心,其技术进展日新月异。在350km/h速度级高速列车中,最难解决的核心技术之一是制动系统的研制。中国铁道科学研究院首席专家钱立新研究员,就350km/h高速动车组制动技术的最新进展这一专题接受了本刊编辑部的专访。钱立新研究员重点介绍了350km/h高速动车组在制动系统设计时,采用强化复合制动的方式,加大动车再生制动功率,提高制动盘的制动功率,用微处理器控制的制动控制器协调各种制动方式的作用。同时指出首次采用电阻制动作为安全制动方式确保安全制动距离,也为减轻制动系统簧下质量创造了条件。     

我国高速列车速度分级

高速列车最高速度的分级研究,可为我国高速列车的设计、引进、制造、运用以及维修等提供界定速度等级和型谱的基础性依据。在分析近代国际铁路高速列车技术发展态势的基础上,结合我国高速列车发展的现状和未来方向,通过对已有200~400 km.h-1列车相关数据分析和比功率计算,提出为满足最高速度要求,应选择较大保有加速度,并在计入回转质量系数的列车保有加速度为0.05~0.1 m.s-2的条件下,推荐中国高速列车最高速度的分级采用三级方案:T级(最高速度400 km.h-1)、Ⅰ级(最高速度330 km.h-1)和Ⅱ级(最高速度250 km.h-1)。这种速度分级是基于最高速度还有上浮空间,且可基本涵盖全高速区范围。当前研究重点是优化开发Ⅰ级和Ⅱ级高速列车,并为T级高速列车做准备。     

高速铁路对道岔侧向最高允许通过速度的要求

从满足高速铁路运营的角度,研究道岔侧向最高允许通过速度。分析认为影响因素有列车最小运行间隔时间、最高运行速度、列车制动性能和加速性能、沿线车站到发线长度。以列车最高运行速度300km·h-1和350km·h-1等条件为前提,对4种运行工况下道岔侧向最高允许通过速度要求进行计算。结果表明,高速铁路的区间道岔侧向最高允许通过速度选择应不低于160km·h-1,车站道岔和咽喉区渡线侧向最高允许通过速度选择应不低于100km·h-1。     

350 km·h-1高速列车噪声机理、声源识别及控制

为了考察350 km·h-1高速列车在运行状态下的车外噪声水平、主要声源及其源强分布特性,根据国内外高速列车噪声理论和试验研究经验,在列车和线路状况满足ISO3095-2005标准相关要求的前提下,在京津城际铁路选取现场测试工点,采用多通道阵列式噪声数据采集分析系统,对京津城际铁路高速列车噪声进行现场测试.测试数据分析结果表明:350 km·h-1高速列车车外辐射噪声的主要声源为轮轨接触部位、转向架、受电弓及其底座以及车辆连接处的气动噪声;对车辆上不同位置测得的声暴露级按大小排序,前4名的依次为头车轮轨接触位置、第2节车辆受电弓位置、第2节车辆的轮轨接触位置、头车和第2节车辆上部的气动噪声.由此提出350 km·h-1高速列车噪声的控制策略及措施.     

空气动力制动研究初探

分析了速度350 km/h及以上高速列车制动系统的特点;对装有风阻制动板的列车进行了数值仿真计算,得到了所设计的风阻制动板产生的制动力值,验证了风阻制动板产生制动力的效果以及前后制动板相互干扰的影响;对空气动力制动产生的附加问题进行了分析,指出了空气动力制动需要进一步研究与探讨的相关内容.     

横向振幅超限桥梁上的列车运行安全性分析

采用车桥系统空间振动计算模型,基于列车脱轨能量随机分析理论,对京沪线南京长江大桥128 m简支钢桁梁桥、京通线烟囱沟桥及东沟桥、京广线颖河桥等4座横向振幅超限桥梁的列车运行安全性、舒适性及平稳性进行计算和分析。结果表明:南京长江大桥128 m简支钢桁梁桥允许货物列车以80 km.h-1及以下车速通过;在烟囱沟桥,货物列车宜限速50 km.h-1运行;在东沟桥,货物列车宜限速60 km.h-1运行;在颖河桥,货物列车可以按设计车速(80 km.h-1)及以下速度运行。研究结果已分别被上海、沈阳及郑州铁路局采纳。     

高速列车新型制动系统

从最初在原苏联到后来在俄罗斯,高速列车制动系统的研制工作已历经40余年。在此期间开发、研制并通过试验的列车有:РТ2000型、ЭР200型、Сокол型、涅夫斯基高速列车、反向牵引机车。所列这些机车车辆均具有保证安全运行所必需的设备:统一型“牵引—制动”控制器、快速作用式电空制动机、再生电阻制动机、磁轨和盘形制动机、防滑行装置、空气弹簧等。Сокол型高速列车的电空制动系统已通过了250km/h速度的试验。制动机微机控制和仪器工况诊断系统已在地铁列车和РА1型内燃动车上应用了10多年。本文介绍了由制动设备设计院为速度达300km/h、节数较少的高速列车和地铁列车开发的新型制动系统的结构、功能及主要技术参数。     

时速350km高速动车组的技术创新点

CRH2型时速350km高速动车组由南车四方股份公司自主研发和设计制造。在该型动车组的设计过程中,技术人员以大量理论研究、仿真计算、工程化设计和试验数据为支撑,进行多层面的创新研究,在转向架、车体、牵引系统、制动系统、减振降噪、旅客界面等方面实现技术升级,其综合技术达到了世界先进水平。CRH2型时速350km高速动车组的主要技术创新点包括：     

客运专线运输组织若干问题的研究

我国铁路客运专线分为高速客运专线、城际客运专线(或城际铁路)和以客运为主兼顾货运的快速通道3种类型。客运专线旅客列车全部采用高速动车组。高速客运专线和城际客运专线旅客列车采用1个速度等级,最高运行速度为300~350 km.h-1,追踪间隔时间可以实现3 min;以客运为主兼顾货运的快速通道的旅客列车采用1个速度等级,最高运行速度为250 km.h-1,追踪间隔时间可以实现4 min。跨线客流以采用开行跨线列车方式输送为主,跨线列车包括客运专线之间的、客运专线与既有线之间的跨线列车,跨线列车运行速度与所跨客运专线速度相适应,跨线列车运行距离满足1次运用检修周期和整备的要求。客运专线应进一步扩大"夕发朝至"列车的开行范围。设置的4个客运专线调度所负责所管辖范围内客运专线的调度指挥工作,调度所的管辖范围宜按区域划分,以确保客运专线安全、高效的运营。     

高速列车风对附近人体的气动作用影响

采用计算流体力学的数值方法和移动网格模拟计算方法,研究3种车头形状、从200 km.h-1到350 km.h-1的4种车速、从1.0 m到3.5 m的5种人车距离条件下列车风对人体气动作用力和人体附近列车风速度大小的影响,提出列车风对人体最大水平作用力计算关系式和人体附近最大列车风速计算关系式、以及高速列车附近人体安全距离的建议值。计算结果表明:列车风对附近人体产生的作用力因车头(尾)形状不同而差别很大,车头形状越钝,列车风对附近人体产生的作用力越大,完全钝型与充分流线型车头相比,在车速350km.h-1、人车距离1 m时列车风产生的作用力可相差7倍以上;不同车头形状产生的列车风对附近人体的作用力,其差别随人车距离的增大而减小,大致呈二次方函数规律变化;不同条件下车头(尾)通过时列车风对附近人体的水平作用力方向的变化趋势基本相同,作用力方向角变化约300°。     

近代高速列车技术进展

论述了近代高速列车的发展趋势是运行速度不断提高，RAMS不断增长，降低LCC，动力装置配置采用动力分散式；介绍了近代高速列车采用的新技术、新结构，其中包括大功率交流传动系统、高速转向架、高速制动技术、高速车体技术、车内环境及排污技术、列车监控与诊断技术等；最后阐明了近代高速列车维修现状及发展趋势。     

200～250km·h-1客货共线铁路列车速度匹配研究

以250 km·h-1和200 km·h-1旅客列车作为基本列车,计算停站基本列车、普通旅客列车(160km·h-1)和货物列车(120和80 km· h-1)的扣除系数.采用扣除系数法,计算不同速度列车共线运行时的通过能力.计算结果表明,以通过能力不低于110对作为标准,在200 km·h-1速度等级的铁路上,200km·h-1旅客列车可以与80 km· h-1或120 km· h-1货物列车共线运行,在250km· h-1速度等级的铁路上,250km·h-1旅客列车可以与120 km· h-1货物列车共线运行,但不宜与80 km· h-1货物列车共线运行.     

270km·h-1高速动车动强度分析

为使机车车辆在复杂的动态受力情况下,既有足够的强度和刚度,又达到轻量化的目的,将车体、转向架构架及轮对轴箱均作为弹性体考虑。在合理模拟270km·h-1高速动车悬挂元件、设备质量及各种载荷的基础上,利用ANSYS软件瞬态动力学分析功能计算该车在270km·h-1,300km·h-1等速度下运行时的动应力,得到应力—时间历程曲线。对车体主要部件的动强度进行研究,并与试验数据进行比较,结果比较吻合。进一步分析表明:270km·h-1高速动车除车体前、后两端变压器梁与牵引支座交接处最大应力达到了110MPa,其它各点最大应力基本上都在100MPa以内;运行条件相同的情况下,受低激扰谱轨道随机不平顺激扰时车体的应力低于受高激扰谱轨道随机不平顺激扰时的应力;列车运行于300km·h-1时,车体总体应力大于列车运行于270km·h-1时车体对应点的应力,且应力波动频率更高。     

长客股份研制成功 70%低地板轻轨车

2006年12月18日，高档次的国产70％低地板轻轨列车在长春轨道客车股份有限公司下线。它采用了铝合金车体、液压制动等多项新技术。列车两动一拖3辆编组，全长28．32m，宽2．65m，设计速度80km／h。该车的车体结构、内部装饰和转向架系统均为长客股份公司自主设计研发，制动系统、牵引系统、网络控制系统、铰接系统均采用国内外先进技术。     

270 km·h-1高速列车气动力性能研究

根据风洞试验结果,分析即将投入运营的我国270 km*h-1高速列车气动力性能,研究各种外形对其的空气阻力、升力和横向力的影响.研究结果表明,减小气动阻力方面单拱头形稍优于双拱头形;车体底部采用底罩结构其阻力、升力绝对值远小于采用裙板结构;在气动横向力方面,双拱头形稍微优于单拱头形,双拱头形列车横向力作用位置低于单拱头形列车,其横向稳定性较好.根据研究结果,确定出与列车运行速度相匹配满足列车空气动力学性能要求的列车外形.     

国外高速铁路机车车辆关键技术的研究

国外高速列车采用交流牵引电机控制技术,其转向架要与总体模式相兼容,使列车的牵引和制动、导向及曲线通过性能和运行平稳性能达到良好的统一。高速列车的控制与诊断系统可确定故障的位置,提出应急处理方案或通知地面维护部门。此外,国外高速列车还采用了复合制动技术,车体结构设计及其轻量化技术,车厢密封、环境控制及卫生排污技术,轻量化材料、减振材料、密封及制动材料等。通过对这些关键技术的分析研究,为我国客运专线试验、运行和维护以及配套技术系统提供参考和借鉴。     

高速动车组粉末冶金闸片研制及试验研究

时速350km/h高速列车在紧急制动过程中将产生巨大的热负荷,制动过程中闸片的瞬时温度将达到900℃以上,在此极端工况下普通的闸片材料将难以胜任。根据UIC标准相关要求,结合中国高速列车的运用特点,研制出一种性能优良的高速列车铜基粉末冶金闸片,经大量试验研究分析最终证明所研制高速动车组粉末冶金闸片摩擦性能优良、导热性、耐磨性好,对制动盘无损伤,满足350km/h高速列车制动系统相关需求。