1、高速列车的发展历史
0系高速列车从1964年10月1日投入东海道新干线高速铁路营业运行以来，日本新干线高速列车已有30多年的发展历史了，相继研制开发了100系、100N系、200系、El(Max)系、400系、300系、500系等高速列车，并为21世纪最高运行营业速度30Okm/h~35Okm/h，开发了WIN350、300X、STAR2l等3种高速试验列车。
日本高速列车是在既有线旅客列车技术基础上逐步发展起来的。
1872年，日本修建的第一条1067mm轨距的铁路，也是采用动力集中的蒸汽机车牵引;后来在京都地区出现了城市地面有轨电车;1910年出现了电动车组，主要在高速铁路线上运行;到1930年一1940年，电动车组也仅仅在有限的铁路线上运行。这种电动车组主要在40km~5Okm范围的短途运输中采用，而长途的铁路运输主要还是采用蒸汽机车牵引。
战后，日本东海道铁路运输量急剧增长，旅客列车严重超员，运输压力增大。到1951年，东京一滨松间已开通电动车组运行，但东京一大扳间仍采用机车牵引。随着车辆的轻量化、电机技术的发展和转向架悬挂技术的发展等，均促使电动车组技术的发展。
到1958年，东京一大扳已是日本的经济发展中心。东京一大贩间，要求当天能往返，并要求在6h30min之内。但是，当时东京一大扳间有4对旅客列车，其申2对为特快，另2对为普通直达快车，特快运行时间需7h3Omin。当时日本国铁提出，不管采用机车牵引还是采用电动车组，东京一大扳间必须达到6h3Omin之内旅行时间的要求。若采用机车牵引，受轨道结构的影响，填方路基质量不高，机车改造费用高;若采用电动车组，技术上也需要改造，但改造费用较低。争论的结果是在1067mm轨距的既有线上，决定开行4对特快旅客列车，其中2对采用机车牵引，另2对采用电动车组运行，开始了动力集中与动力分散的竞争。经过剧烈的竞争和旅客的评价，东京一大扳间4对特快旅客列车全部采用了电动车组，为日本动力分散电动车组高速列车的发展奠定了基础。到了1964年，日本东海道新干线高速铁路的建成，比较顺利地采用了动力分散的屯动车组高速列车。
2、高速列车动力分散的特点
一个国家高速列车采用动力集中方式还是动力分散方式，是由各自国家的国情、工业及铁路发展的历史所决定的。日本高速列车采用动力分散的方式，主要取决于其国土狭小;城市密集、铁路线路各站间距短、起动和制动加、减速度要求高等要求，并且起源于日本原来较发达的城市轨道交通，同时机电工业发达，容易做到轴重小的要求。高速列车采用动力分散方式的特点如下。
(1)牵引动力大，起动加速快
由于采用了动力分散的牵引方式，驱动动轴多，粘着性能比较稳定，容易实现高速运转。其粘着系数小，情行下的300系粘着系数仅为7.7%，而TGV-A为l5.9%、ICE为26.6%，不容易发生空转。以10M6T的16辆编组的300系为例，额定功率为120OOkW(30OkW X 40)、最大功率可达到14000kW ，起动加速牵引力可达到360kN，每吨起动加速牵引力可达到0.5OkN ，由起动加速到25Okm/h速度的时间仅需215s、走行仅需9.6km ;300系若由起动加速到27Okm/h速度的时间为265s，需走行12.44km。而法国2M8T的10辆编组的营业运行速度300.km/h的TGV-A，其额定功率为880OkW，起动加速牵引力仅为212.5kN，每吨起动加速牵引力仅为0.44kN，由起动加速到250km/h的时间需274s、需走行11.8km ;TGV-A若由起动加速到300km/h速度的时间需392s，需走行20.35km。德国的2M12T的14辆编组的营业运行速度25Okm/h的ICE，其额定功率为960OkW，最大功率为10300kW，起动加速牵引力为385kN，每吨起动加速牵引力为0.46kN，由起动加速到250km/h的时间却需400s，需走行20km;ICE若由起动加速到280km/h速度的时间需609s，需走行34.66km。可见，日本300系高速列车采用动力分散的牵引方式，其牵引动力大，起动加速快。图 1一10为300系与TGV-A、ICE等高速列车起动加速牵引特性曲线比较;而图1一11为300系、TGV-A、ICE等高速列车起动加速运行营业速度与所需运行时间的比较;图1一12为300系、TGV-A、ICE高速列车起动加速到运行营业速度与所需运行距离的比较。
(2)轴重小
由于日本高速列车采用动力分散的牵引方式，其轴重不仅小，而且比较均匀。以300系高速列车为例，其轴重仅11.3t，而TGV-A轴重为17t，ICE轴重为19.5t。由于轴重小，可以带来一系列好处，如同样编组的高速列车重量轻、阻力小、节约能源，由于轴重小，簧下重量轻，减轻了对线路的动力作用，可以降低基本建设的投资，还能减小线、桥维修保养费;由于轴重小，轮轨之间的磨耗就减少，并减少了列车各机械之间的磨耗和维修保养费。
(3)列车定员多，技术经济指标高
由于日本高速列车采用了动力分散的牵引方式，机电设备的小型化、轻量化，全部动力设备均可以装于车地板底下，使所有车辆(包括头车和中间车)均可以成为客车使用，可以大幅度地提高列车定员。表1一9列出了日本300系、El系和法国TGV-A、TGV.R、TGV.2n及德国ICE等典型高速列车的主要技术经济指标的比较。从表1一9可以看出，日本300系定员为1323人，法国TGV.A定员仅为485人，德国ICE定员仅为759人，日本的高速列车定员为世界之最。从表1一9还不难看出，日本动力分散的高速列车的主要技术经济指标也均优于法国、德国的动力集中的高速列车的主要技术经济指标。如300系的每米定员为3.29人、TGV-A仅为2.04人、ICE仅为1.85人;而日本高速列车每定员输出功率最低，300系仅为9.lkW/人、TGV-A却为 18.lkW/人、ICE则为12.7kW/人;每定员运行消耗的能量低，300系为16.4kW.h/人、而TGV-A却需25.gkW.h/人等等。图1一13为日本、法国、德国高速列车每定员相当的空车重量比较。由图1一13可知，日本的高速列车每定员相当的空车重量比法国和德国的轻50%，图1一14为日本、法国、德国高速列车每定员相当的额定输出功率的比较。由图1一14可知，法国和德国的高速列车每定员相当的额定输出功率为日本的2倍。
(4)电动力制动的分担率高
由于日本高速列车采用动力分散的牵引方式，能够充分利用电力再生制动，使再生电力回送电网，节约能源。如300系每定员消耗能源仅为408，gkW.h/人，而TGV却为758.8kW.h/人。日本300系和法国TGV-A列车制动方式不同，承担制动率的分配比例也不同。日本300系的电力再生制动和拖车盘形涡流制动占整个列车制动力的97%，机械制动(盘形摩擦制动)仅占3%，而法国的TGV-A的动车发电电阻制动仅占20%~30%，拖车机械制动(盘形制动)却占了70%~80%。在不考虑列车运行阻力条件下，从初速度7Okm/h制动到停车，300系需消耗能量约540kW.h，而TGV.A却需消耗730kW.h能量。表1一10列出了日本300系、法国TGV.A及德国ICE制动系统的比较表。由表1一10可知，由于300系所需承担的机械制动力低，机械制动盘及制动闸片数量少、机械磨耗低、检修维护工作量少、维修费也少。
(5)列车编组自由、灵活，运用方便
由于日本高速列车采用动力分散的牵引方式，列车编组能以车组的单元倍数编组，编组性能不变。一般都为6辆、8辆、12辆、16辆编组，但其编组自由、灵活，如高峰期的12辆或16辆一组的运输，可适应高峰期的上、下班和学生上学、放学的需要。而平时仅以6辆或8辆编组即可，也可适应平时上座率70%~80%的运输需要，既合理，又经济，既提高运输效率，又降低运输成本。
由于采用动力分散的牵引方式，列车途中一旦发生故障，既容易分解，又容易合并，便于迅速排除故障车辆，继续运行;还由于采用动力分散的牵引方式，列车便于整备、清扫，返回原地后，再发车所需时间短;还能够共同使用直达列车、区间列车，停站频率高，可以大大提高列车的运用效率。
(6)降低车辆的成本
由于日本高速列车采用了动力分散的牵引方式，使用车辆的车体、转向架、电动机等都变得小型化、轻量化，而使得电力设备变得大容量化。以300系为例，其铝合金车体结构重量仅为6t、转向架重量也仅为6.6t/台、感应电动机重量仅为390kg/台;300系的电器动力设备的重量仅为58.5t(12000kW时)，而TGV的动力设备重量可达1OOt(8800kW时);300系的逆变器单机容量可达1OINV(l20OOkW)，而TGV仅为8INV (110OOkW)。由于车体、转向架、感应电动机的小型化、轻量化 ，电器动力设备的大容量化 ，必然可以 降低制造成本。据日方介绍，1964年投入运营的0系高速列车(16辆编组)，每列约32亿日元;1982年投入运营的交直流传动的200系高速列车(16辆编组)，每列为48亿日元;1992年投入运营的交直交传动的300系高速列车(16辆编组)，每列为40亿日元;1994年投入运营的El系(Max)双层高速列车(12辆编组)，每列也为40亿日元。从60年代到90年代，日本高速列车运营速度从2lOkm/h提高到27Okm/h，采用了交直交传动的一系列新结构、新技术，日本高速列车的价格，从绝对值看有一定的提高，但与30多年前的价格比，相对地下降了。
3、气密性好
日本高速列车车辆宽度为3.34m~3.38m，新干线高速铁路的线间距为4.3m，隧道截面仅为64平方米，而法国的线间距也为4.3平方米，但TGV的车辆宽度仅为2.9m，隧道截面却达到70平方米以上;德国的线间距达到4.5m，而ICE的车辆宽度也仅为3.1m，隧道截面却达到80平方米。同时，日本山阳新干线高速铁路的隧道里程达到50%，且在隧道里仍以27Okm/h速度运行，不减速。这样，日本高速列车的气密性的要求就非常高，才能满足高速运行下的舒适性，不致导致乘客的耳痛感。日本高速列车的气密性达到士7500pa的要求。 |
发表于 2006-11-8 21:27:06