轮轨专家的心路历程

Howitzer

以下为路内轮轨专家在94年底的一次研讨会上的论文摘选。作者的认识与观点在这么七八年间已有不少变化，因为即便是被看作夕阳产业的轨道交通技术也在飞速发展，并已有不少新进步。而其他控制技术、信息产业等所谓朝阳产业的进步更有翻天覆地的变化。

Howitzer

自1990年以来，我们对国外高速铁路作了大量的介绍，基本情况是了解的。但是还存在两方面问题，一个是看法上逐渐形成的固定程式，如对某些技术上的不同处理方式上升到先进与落后的高度加以评述等；另一方面是对其发展动向估计不足，往往出现意料不及的情况。因此，在考虑我国高速列车研制模式时，对日、法、德等高速铁路先进国家的经验客观剖析，以利吸收，是非常重要的。
高速铁路的发展模式有两种：以改进既有线路出发，采取逐步改进线路与机车车辆达到200km/h以上可称为渐进式。....但这种模式，只能用于铁路运量有富裕而且以客运为主的情况。如果在运量已达到饱和而又客货混运的情况下，增开高速列车将严重削减客货总运量，达不到提高运能的目的。跃进式指修筑高速客运专线。
根据运行情况，现代化高速铁路又有三种运行模式。一种以日本新干线为代表，专车专线，专线专车。法国则不同，为了给TGV争取运量，缩短旅客换乘辅助时间，常常延长其运行区间。但高速线路上则禁止一般列车或货车通行，以保持高速轨道线路经常处于良好技术状态。德国ICE的模式则更为开放，ICE列车可以在普通已改造好或未经改造好的旧线上运行，只是将速度降到相应许可范围即可。而特快客车和快速货车也可以在新修好的高速线路上行驶，但根据轴重大小而将速度限制在允许范围之内。所以尽管德国高速新线只修了四百多公里，但是ICE高速列车已经遍布全德，成了一种比特快列车更高一个档次的列车。这样既方便了旅客又大大增加了铁路的效益。当然，昂贵的ICE高速列车经常只能降速运行，高成本的高速线路经常被普通列车所损坏，这在权衡利弊时，也是不可忽视的因素。德国新修的两段高速线，钢轨磨损、疲劳等缺陷较严重，不少人已由此对高速线路的“混路”提出非议。
TGV发展正在研究第三代，下表几个参数可见一般发展趋势：
采用交直交传动单轴功率提高到1120kW，轴重17吨以下，再提高轴功率已无实际效果。
铰接式转向架具有许多优点，如有利于降低自重和减少转向架带的空气阻力；有利于采用双层车体降低重心高度；有利于在两车联接处安装减振装备等，缺点是维修运用不方便，列车不能分解。因此采用铰接式只是一种技术方案，可权衡其优缺点考虑采用与否，并不能将是否铰接式作为衡量是否高一档次的高速技术标准。
日本新干线发展值得重视。发展到500型，所开行的WIN350号列车已能以350km/h高速运行。只是因为弓网噪声水平超标，才限速到320km/h运营。WIN350列车的经验说明：动力相对分散（动车仍多于拖车）的模式并非一定落后。普通转向架同样可达到350km/h，所以并不是在300km/h以上非要采用铰接式转向架不可。东海道新干线的最小曲线半径为2500米，提高速度主要靠改进转向架的动力性能来实现。
ICE这种将高速列车“溶化”在既有铁路网的做法，对于德国是合适的，可以较快发挥效益。这种方式虽不适合我国铁路客货运全面紧张的情况，但的确能改变人们关于高速列车的固有观念，使耳目一新。
但ICE在两年多的运营中，确也发现不少问题。主要是自重大，定员过大，有时载客率不高。ICE技术上存在的问题主要表现在拖车，尤其是转向架的设计。第一代用MD52-350转向架，双拉板定位，动力性能不够理想，且车轮椭圆化磨损，椭圆度可达4mm，影响车轮寿命和降低运行品质。原拟采用的新型高性能转向架，因研制工作赶不上，第一代只好仍用明登型转向架。故在第二代ICE的研制计划中列入研制新型拖车转向架的计划。动力车性能尚好，但存在轴重转移和轴重偏大的问题，现正在研究解决。
综观日法德三种有代表性高速列车的发展，我们可以得出这样的结论：三种模式各有特色，各自适合其本国的情况，都在向更加先进的方向发展。日本客流大，单列定员要达到1300人以上，且停站多，起动制动频繁，所以采用动力分散模式。法国地处欧洲，客流靠列车的高速、舒适、灵活等优点去争取，所以单列定员不能太高，500人左右。必要时连挂运行。所以可以把牵引力集中到动力车来，更好地发挥动力集中的优点。对于轴重，日本有可能将其降至最低（新世纪列车计划降至8吨）。因此，结论只通通是：博采各国所长，严格从我国情况出发，自主开发中国式的高速列车。
我国客运既有日本运量大的特点，又有欧洲大站直达为主的情况。因此要求大容量（1200-1500之间）大运距（站间距和总运程均大于日本）和较高的旅行速度。我们认为降低轮轨之间，弓网之间，列车纵向冲动和列车与周围气流之间的动力作用，形成低动力作用的特色，不仅可以在技术上延长零部件的使用寿命，降低噪声和提高乘座舒适度，而且可以在经济上减少损耗，便于维修，降低运营成本。如果我们研制的高速列车，除了能保证同样的安全、舒适之外，还具有这种由低动力作用带来的经济实用的特色，那末在满足我国需要的同时，还有可能在世界高速之林中占有一定地位。
需要攻克的技术难关很多，可列举一部份如下：
1高速低动力作用的转向架研究
2轻型车体结构的研究
3铰接式转向架车辆的研究
4车内设备轻量化的研究
5受电弓结构的研究
6降低空气阻力，减少气动噪声的研究。国外最新研究表明头车外形主要取决于隧道内的会车及隧道“活塞”作用的控制，而不是由开敞线路上的降阻要求所决定的。另外转向架、受电弓、车辆联接处、车门、车窗、车辆/轨道的空隙等，都是产生风阻的主要部位。
7高速列车轮轨关系的研究
8列车传动及控制的研究
9列车制动的研究
10列车运用及维修系统的研究
11高速机车车辆计算机动态仿真及运行模拟试验的研究。
以上摘自《我国首列高速列车组成模式的探讨》沈志云
...其他专家待续

yyoyo

现在高铁的路子必然是新线，300及以上只能建新线。法国和日本都已经积累了300运营的经验（1994年时还未开通），ICE的300也出来了，目前看清350也不是不可达到的。我认为轮轨的极限是350，虽然试验可以很高，但运营安全和经济不允许。但是350已经非常具有竞争性了，与飞机相比1500左右已经具有相当的竞争力。而磁浮1000以下比不上高铁，2000以上比不过飞机，其点对点运输经济性高不到哪去，充其量只是公路、铁路、飞机的补充。
中国既有线路多，逐步提速是大方向，但建几条新线技术上完全有能力和有必要（不排除借鉴引进一些国外成熟的技术）。我也赞成加大投入研究磁浮，但不是大把大把的砸钱，看看铁科院里哪个当时轰动一时的破旧磁浮车和英国伯明翰停运的磁浮线吧，头脑发热的大跃进谁也不会能干了。

木已成舟

    yyoyo：而磁浮1000以下比不上高铁，2000以上比不过飞机，其点对点运输经济性高不到哪去，
           充其量只是公路、铁路、飞机的补充。
磁浮1000km以下比不过轮轨？什么依据？1000km，轮轨是3小时（以旅行速度330km/h计）磁浮是2.3小时（以旅行速度430km/h计），节时40多分钟，节时23％，已经非常敏感了。（短途旅行节时15％或半小时就非常敏感了。）
而事实上，实现旅行速度330km/h的高速轮轨系统目前国际上还没有真正实用的系统，而且我国京沪线江南段多河城连城，山东段多山，出于造价和平衡地方利益的考虑，许多路段并不能按照350km/h设计（我已查过不少京沪高速的资料，保证有出处）；京广线南段是山岭区；京哈线在关内段地形也不甚理想。要按350km/h标准建设高速轮轨网，困难是非常大的。
而磁浮可以轻松实现旅行速度430km/h。
磁浮是“点对点运输”？我不知道你如何得出此结论？难道上海线30km只有两个站就说明京沪之间不能设中间站？实际上，磁浮的理想设站间距是100-300km。另外，轮轨高速要实现高的旅行速度，中间只能不停站（但技术停车还是不可避免），那这是不是“点对点运输”呢？

Howitzer

兴建高速铁路的根本目的是缩短旅行时间，同时还必须满足：节省开支，乘座舒适，安全可靠，换乘少而方便的要求。因此各国高速铁路均成为一个全新的运输系统，发展中严格贯彻了系统工程的观点，可以归纳为以下三个方面：1技术更新；2先进的运营管理系统；3完善的车站设施。
日本在缺少完善的理论及经验的情况下，一次将旅客列车的运行速度大幅度提高。当时借鉴德国城市及市郊快速成铁路（S-Bahn）的模式，发展了动力分散的动车组式高速列车。其特点是：
1由于地质松软，为了降低建设投资，尽可能保证轮轨间的低动力作用，并为减轻轮轨磨耗，而采用了较轻的轴重。
2由于东海道新干线站间距小，加减速频繁，在对高速条件下粘着性能无充分认识及良好的防空转—防滑装置的条件下，要求充分发挥牵引能力及电阻制动能力，必须使列车的全部重量均成为粘着重量，即每一根轴都做成动轴。
3由于受脉流牵引电机功率及体积的限制，不可能将每轴功率做得很大，必须将小功率电机分布到每根轴上。
4由于对列车高速运行条件下确保蛇行稳定性把握不大，车轮踏面采用了小的斜度（1：40）等一系列措施，导致了镟轮次数增多及维修费用的增加。
5由于对弓网关系及受流技术认识不足，受电弓同样采用了分散布置的方式。
经多年实践，日本改进了高速列车技术，但基本模式仍未转变，属动力分散式，其轮轨相互作用轻，粘着利用好，技术难度低，但购置维修费用高。
80年代初通车的法国TGV和90年代初通车的德国ICE均采用了动力集中式的高速列车。这种列车的购置费及维修费均较动力分散式高速列车大为降低。然而，同为动力集中式，TGV和ICE仍有很大区别：
1动轮驱协方式。TGV全体悬，ICE半体悬。异曲同工，完全是出于不同的技术传统。
2车辆转向架。铰接式与传统式，目前，很难武断地评价两种方案的优劣。
3踏面的形状。IGV采用小踏面斜度锥型踏面，以确保高速时的走行稳定性；德国ICE则有意识地采用了磨耗型踏面，通过其他方面的强化措施保证走行性能，但同时达到了延长镟轮公里、减少维修的经济目的。
4传动方式。TGV根据传统采用了交流同步牵引电机；ICE根据常规机车运用经验采用了交流异步牵引电机，轴功率最高。
5速度目标值及功率。法国高速铁路的站间距大，提高最高运行速度对缩短旅行时间明显有利，其速度目标值最高，目前已达300km/h，并将达到330km/h；由于巴黎—里昂地形为中部高，两头低，为了减少建设投资，少修隧道及桥梁，采用了千分之35的大坡道。因此，该列车的单位牵引功率最高达15.43kW/t(TGV—PSE)及18.42kW/t(TGV—A)。德国中等城市多，站间距小，起动加速及停滞不前车减速的距离长，速度提得过高对缩短旅行时间效果不明显，因此速度目标值较低（最高运行速度200km/h）；考虑到客货混跑，线路最大坡度仅为千分之12.5。列车的单位牵引功率仅为9.72kW/t。虽然法国也已考虑采用交流传动技术；德国准备在第二代ICE用于西部跨国高速线时，提高运行速度，但各自的基本技术特征仍然保持，也难以评价其优劣。
由于各国高速铁路技术特点的不同，我们在消化吸收的时候，首先必须结合其国情，分析各国采用技术的背景条件，切不可简单从事，生硬套搬。
中国的国情与西方国家有很大不同，中国是一个大国，京沪高速铁路将是世界上一次贯通的最长一条高速铁路。
中国发展高速铁路的特点简单分析如下：
1中国发展高速铁路主要是为了实现客货分流，解决我国东部沿海地区的客运紧张问题，同时必须考虑到旅客的经济承受能力。因此，列车速度不宜一步提得过高。但在线路建设时应留有充分余地，以便今后发展时提速。
2我国高速铁路必须在相当长时期内实现高速列车与普通旅客列车的混跑，且为实现大城市间的直达运输，高速列车又可能离开客运专线到标准较低的的普通路线上运行。对于列车的空气动力学性能，对于到普通线路的较小半径曲线上运行时的走行性能及高速线路曲线的欠超高运行（由于与普通列车的速度差值较大，必须合理设置超高，普通列车按过超高运行）。
3我国高速铁路的运量大，高速列车的负荷率高，要求有良好的维修性能及寿命。
4我国的工业基础比西方国家差，应力求以比较易行的技术材料及制造工艺实现列车的高速运行。
5我国发展高速铁路缺少较长时间的技术准备，没有相应的传统技术方式，但却可少受约束，选择高的技术起点，选用高新的可行技术。
就中国的整体经济实力来讲，已完全超过了发展东海道新干线时的日本。
在我国的自主攻关中，也应采取认真消化、循序渐进，逐步搞出中国特色的方式。仍以高速动力车转向架为例：
第一步，以仿制一种国外较成熟的产品为主，研制“原型”转向架。以确保成功为目标，通过全过程的研究，大大加深我们对高速转向架的认识，提高技术人员的技术层次。
第二步，深入研究及消化其他国家动力车转向架中的一些关键技术，与“原型”转向架中的通用性技术结合，并给以合理匹配，制造出一种“混合型”高速动力车转向架。
第三步，将“混合型”转向架与“原型”转向架一起，在滚动振动试验台及线路上进行全面的性能对比试验，并调整参数，提高性能，从中找出一些规律性。
第四步，通过认真比照，分析，在技术水平已提高的基础上，通过开拓性的工作，提出一些具有中国特色的关键技术及部件，进而研制出具有中国特色的“发展型”动力车转向架。
以上摘自《发展具有中国特色的高速铁路》孙翔

Howitzer

另外若是京沪1300km全程上350km/h的新干线，仍有很多问题未解决。超千公里的300km/h试验法国人也就刚做完，还未见相关文献数据如何。轮轨向动力分散的发展也反证了高强度冲击与磨耗是轮轨无法回避和不能彻底解决的问题。

Howitzer

高速低动力转向架，磁浮的悬浮架具有天然的优势，并且有很大的发展空间。
通过近期在论坛内的讨论学习。俺了解到现有德国TR07走行部的悬浮架全车仅重5900kg，不足现有最轻轮轨转向架的一半。估计沿车体纵向布置有二至三台悬浮架，磁浮车体转子线圈与线路长定子线圈之间的动力作用是均布在定转子铁芯截面上的电磁力，属于面状应力，应比轮轨的点状应力低若干数量级。定转子之间在高速运行时保持8~10mm间隙，相当于轮轨间车轮与转向架之间的一系悬挂。直接面对来自线路变化所带来的动力冲击，通过快速精确地控制定转子线圈电流保持悬浮并缓冲动力冲击。悬浮架越轻惯性越小，则响应速度越快。轮轨专家仍需致力于悬浮架的轻量化研究。

yyoyo

一、500列车停站还能达到430？最佳站间距100-300，没搞错吗。假设停4个站，站间距260KM，停三分，每个起动停车扣除时分6分钟，那么总扣除时分=4X3+5X6=42分钟，平均旅速多少？只有394。轮轨列车由于速度相对低一些，扣除时间短些，总时间长一些，那么平均旅速降低就低一些，以330最高运行大约为260。（因为500-0-500 比330-0-330要长一些 要详细计算吗 我有电算软件，将各种列车阻力及功率输入立即出来）上述未考虑预留的时分，如考虑前者降得更厉害些。
二、运量大吗？绝对不可能，磁悬浮由于同一供电区只能一列，理论上必须至少间隔一个分区30KM，实际为安全起见应长一些，45-60（隔一个分区最安全）。而轮轨列车最小间距按间隔3分半计算大约为20公里。可见轮轨的高速客流能力大于磁浮，此外，夜间还能开行8-10小时的几十对过境旅客列车和夜车，运量大老了，别再争了，绝对比不上轮轨。
三、投资及经济上呢？别再说吧
四、轮轨车可以停在两端站及中间站的车辆段内（甚至线外距离不远的站，如杭州），因此整个线路上可以容纳更多的轮轨列车，而且要下高速套跑沪-杭或京-秦也是轻松。磁浮在两端能停多少车（每个车为安全起见每天必须进检修道检查一次）
你能够反驳吗。别为国分忧、赶英超美了，当时大跃进的盲目你门没赶上，想再赶一次吧？

ss8

而轮轨列车最小间距按间隔3分半计算大约为20公里。可见轮轨的高速客流能力大于磁浮
你胆子也太大了!现在的T14,T22还要间隔10分钟呢!阁下既具如此胆识又要反对磁浮,岂不自相矛盾?

木已成舟

下面引用由yyoyo在 2003/02/09 10:15pm 发表的内容：
一、500列车停站还能达到430？最佳站间距100-300，没搞错吗。假设停4个站，站间距260KM，停三分，每个起动停车扣除时分6分钟，那么总扣除时分=4X3+5X6=42分钟，平均旅速多少？只有394。轮轨列车由于速度相对低一 ...

拜托，你先看一下以前的贴子，先看一下 www.transrapid.com.cn 再来参加讨论，好不好。
很多问题都是已经讨论过的了，有些数据是公认的，你先了解一下好不好。
比如“每个起动停车扣除时分6分钟”。先说上海线，30km共行驶7'32", 其中以最高速430km/h行驶32"，起动停车扣除时分是多少。
再如www.transrapid.com.cn 官方数据：
“问：在列车起动、制动或者行驶期间，必须要扎安全带或者坐在座位上吗？
答：　　出于舒适性的原因，磁悬浮高速列车的加速度和减速度（<1.0m/qs）大约相当于短程交通系统的加速度和减速度（1.3m/qs 以下）。不过，对舒适感影响最大的还是震动（加速度突然改变时），就像在传统铁路上驶过道岔区时感觉到的那样。磁悬浮高速列车实际上不会出现这种震动。因此，乘坐磁悬浮高速列车旅行是一种毫无不适感的享受，在车厢里任何时候都可以随意走动。”
以1.0m/s2的加速度加速，从0－500只需花时139秒！这就是磁浮列车加速性能好的优点。
“轮轨车可以停在两端站及中间站的车辆段内（甚至线外距离不远的站，如杭州），因此整个线路上可以容纳更多的轮轨列车，而且要下高速套跑沪-杭或京-秦也是轻松。磁浮在两端能停多少车（每个车为安全起见每天必须进检修道检查一次）”
这个问题已经讨论过，再说一遍吧：一、磁浮车没有机械部件，所以检修量很小，每天只要例检一次。二、磁浮速度快，周转快，因而所需的车就比轮轨少得多，比如京沪每隔1小时对开一列，则只需8例，而轮轨至少需要12列。
关于兼容问题，请你先看我以前的贴子，再争论。

Howitzer

yoyyo小哥，看看国外高速铁路的运营，有哪个是没黑没白的跑？ICE能在全德高速运行的区段并不多。运行速度高旅行速度自然就高，这不用多聊了吧？轮轨专家也认可速度相差50km/h就已不在同一研究档次上了，不过当然可以参照咯。俺这里也有和你一模一样的列车牵引电算软件。如果设定轮轨和磁浮的加速度一样，当然可以得出与“因为500-0-500 比330-0-330要长一些”相关结论。即磁浮的加减速时间因为速度高所以会比轮轨长（暂不谈全速的巡航运行时间）。但值得注意的是磁浮的列车质量比轮轨轻了20%~30%（这是有依据的），俺要求合理地修正参数不过份吧？
你提出的行车间隔时间的确是磁浮的一个矛盾，同样设计时速下，要缩短行车间隔，分段供电区间就不能长了；否则就要以增加供电站数量。如果时速400km/h，分段供电30km，按间隔一个供电区即60km的话，简单计算出行车间隔至少为9分，500km/h时为7.2分。但上海磁浮现在采用的已是单供电区间内的分段供电，并不需要间隔一个供电区间，此时400km/h的行车间隔计算为4.5分钟。当前磁浮的供电及控制技术条件限制其在同一供电区间内只能有一列车运行。出现后车冒进入前车的供电区间时，后车将失去动力滑行或以涡流制动减速，待前车驶出该区间后才能牵引后车。高速轮轨的行车间隔至少要保证一个紧急制动距离，这点不用强调了。范先生提及的移动闭塞技术在现有轮轨330km/h的条件下也不能压缩到2分钟以下吧？而根据资料分析，上海磁浮实现的就相当于移动闭塞。
我们同样要明白，高速铁路作为一个系统工程，前期设计和后期提高运力有多种方式，并不是列车越多越好（作为机车车辆供应商，你我当然都希望越多越好）。如果要在长大干线上实现像城市地铁轻轨那样的发车频次，技术上可行，经济如何呢？高速轮轨线路开过境列车的问题，上述轮轨专家也有不少观点，俺就不用学舌了。
现有电气化的供电长度也是25~30km，单相供电设备及接触网的技术成本都会比磁浮（线路线圈计入线路成本）的供电系统高，而且此时的磁浮供电装置还计入了相当于轮轨车辆驱动装置的成本（即变压器变流器和牵引电机）。磁浮采用三相供电，设备采购和回送再生能量都占优势。单相供电的问题有哪些，俺后面再来聊聊。
俺不会也不用反驳你，只想把问题谈个清楚，让大家都有正确的认识。现在因为上海磁浮的速度压力，俺倒是担心高速轮轨想来大跃进。yoyyo在株厂，贵厂协同株所刚实现的交流传动技术二十年跨跃不是凭空的。从上世纪八十代的800kVA交流传动地面试验机组到今天的DJ2。中间走过的路程你没有亲历但也不会没有耳闻吧。
领导人以前曾和专家有冲突，不管怎样这次有了正确的决策但还是和专家有冲突。

Nozomi500

下面引用由ss8在 2003/02/10 09:05am 发表的内容：
而轮轨列车最小间距按间隔3分半计算大约为20公里。可见轮轨的高速客流能力大于磁浮
你胆子也太大了!现在的T14,T22还要间隔10分钟呢!阁下既具如此胆识又要反对磁浮,岂不自相矛盾?

新干线的间隔时间早就达到这个水准了！！！

Howitzer

顶出大家再看看！

hakutaka

下面引用由Howitzer在 2003/02/10 01:15pm 发表的内容：
我们同样要明白，高速铁路作为一个系统工程，前期设计和后期提高运力有多种方式，并不是列车越多越好（作为机车车辆供应商，你我当然都希望越多越好）。如果要在长大干线上实现像城市地铁轻轨那样的发车频次，技术上可行，经济如何呢？高速轮轨线路开过境列车的问题，上述轮轨专家也有不少观点，俺就不用学舌了。

日本就是这个水准,陪钱了么?!就知道看西方就好象只认准火车加速肯定慢一样