图解7.24西班牙高铁列车颠覆事故 老鹤 ( 原创 ）

我是老鹤

图解7.24西班牙高铁列车颠覆事故  老鹤 ( 原创 ）

一、概要

   
    2013年7月24日西班牙当地时间20:41发生了高铁列车整列颠覆重大事故，死亡79人，伤180人，全列车259名乘客无一幸免。图1：正在清理中的现场

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   这是一列由西班牙首都马德里开往加利西亚自治区首府圣地亚哥.德孔波斯特拉市（以下简称德孔市）的Talgo系列高舒适型电动客车。事故发生在距德孔市车站3.5公里的弯道上，驾龄达十年的高铁列车司机加尔松正在打着手机穿越最后的直线段1500米长的架空路桥和630米长的隧道，他忽视了减速信号的数次警告。当牵引机车驶出隧道时才发现，限速为80公里/小时的弯道已在跟前，减速来不及了，之后就发生了欧洲高铁史上罕见的一幕惨剧。

    德孔市在西班牙的西北部，火车由首都马德里开往这里，地形较为复杂，这是由中部高原地区驶入起伏多变的西北丘陵地区。进入丘陵地区的高铁线路主要路段大多是由路桥和隧道组成，事故区段是设计时速在每小时200公里以上新建的电气化高速铁路，开通仅一年半。线路设计特别要求在驶入德孔市前四公里以外，列车必须减速到每小时80公里以下，以便安全通过在进站前无法避开的三个低小曲率半径弯道。（注：笔者在卫星图像上测得三个弯道的曲率半径R分别为：400米; 500米; 400米。）                                    图2

昨天 10:11 上传
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昨天 10:15 上传
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上图是发生脱线事故的高铁线路地理位置    下图是发生事故区域的卫星地图
该地区的卫星图片如下（2012-07-31成像）：图04


    图片 过大，无法插入，请查看高清晰图片：
        http://photo.blog.sina.com.cn/photo/51f9ce56tx6CTqLorR2f4

      提示：图片下部有“原图”选项，点击这个“原图”进入新画面，可以放大查看细部。

     估计在线路设计之初好像就预料到列车驶出直线段隧道后，进入限速弯道时，司机稍有疏忽可能就会发生脱线之类的灾害事故，因此，在这个容易出事的线路弯道外侧，事先就用重型工字钢栽桩，浇筑成了厚厚的混凝土防撞墙（2012年）。这次发生列车脱线颠覆事故时，除仅有一个车厢从防撞墙前的缺口地段瞬间飞出之外，包括反向牵引机车在内的数节列车高速冲向了防撞墙，发生强烈的堆积性撞击，后果惨不忍睹。

        图5    昨天 10:19 上传
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    这是一列由十三节车组合的高铁客车，是西班牙研制和生产的Talgo250系列Hybrid型2012年6月启用的最新式高速轻体电动客车，全列编组为：正向/反向牵引机车2节，柴油发电车2节，36座二等车六节，26座一等车1节，23座（包括助残轮椅车一席）一等车1节，以及酒吧车一节，全列车一共只有265席座位。整车组合排列如下图：

                                               图07

昨天 10:22 上传
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    独特设计的气密型摆式轻体客车，行驶在丘陵和多山地区乘坐舒适性极好。每节客车仅用一根从动轴的空气弹簧悬挂联接技术在世界高铁客车研发上独树一帜，见下图的示意：

                    图8 昨天 10:25 上传
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昨天 11:28 上传
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        两节安装有6.6吨重的1800KW柴油发电机与正反向牵引机车配套，使列车可以进入无电网地区继续行驶，转换驱动方式无需停车就可进行。列车具备Talgo RD自动变轨技术，以适应国际运行的过境需求，由西班牙的1668mm宽轨距直接驶入1524mm或1435mm的标准轨距，并且可以是无电力驱动网的国家和地区。特别需要注意的是它的列车制动系统，这对本文后面的事故分析讨论很重要，列车具备两套制动模式：a.对全列车都有效的气动防抱死制动; b.仅对牵引机车有效的电力再生/电阻制动。

二、珍贵的十秒钟监控录像

图9

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    7.24事故发生后，西班牙铁路方面公布了一段有效长度只有十秒钟的线路监控摄像头拍到的录像，真实地展现出脱线事故发生瞬间的惊骇过程。这段录像可能是此次事故中唯一抓拍到的实况记录，虽然是低分辨率的连续画面，却传递出来极多的珍贵信息，为脱线事故调查研究和取证，提供出最为重要的依据。为使读者能够更好查看这段珍贵的影像，笔者已将其列在文后的附录中，可以下载后仔细观看。

    为便于研究这段事故发生过程中的诸多现象，笔者以尽可能一致的间隔连续截取成34幅画面，逐幅编辑和编号，做成了可以用幻灯形式观看的图片文件，也列在了本文后面的附录中。

    还有，本节开头的图09是这34幅一组图片的集成画面，在本文探讨中准备随时抽取调用。

探究这段只有十秒钟的录像，意义颇为重大和深远，下面本文分作了几个专题来进行研究和论述。

   
   1.事故初始状态的真实速度。

    违章超速驶入限速弯道，这当然是本次恶性事故发生的根本原因。事故发生后的头一两天中，各种媒体关于车速的报导很多，但都是估计或者是猜测的数字，甚至有媒体报道称受伤司机加尔松承认他开得很快，当时达到200公里/小时以上。之后西班牙事故调查部门检查了行车“黑匣子”，公布该列车进入弯道“前几分钟的时速”为192公里/小时。

    笔者在第一时间获得这段珍贵录像后，以《谷歌-地球》卫星图片为依据，及时进行验证测算，得出了驶进弯道前列车的瞬间平均速度，略高于西班牙官方公布的数值。这个判定测算过程如下：

    首先在《谷歌-地球》上选出事故弯道的大比例卫星图片（图10），标出线路供电接触网塔杆的准确位置，再用同比例卫星图片上的测距标尺测出塔杆的平均杆距。谷歌提供的这个地区最新卫星图片拍摄于一年前的7月31日，线路塔杆的锚点与今年7月24日事故发生时的位置不会有变化。测量确定：列车驶出最后一个隧道并且穿过干线公路桥后，从第一根塔杆起算，到机车撞倒监控摄像头所在的塔杆，一共是11根，塔杆的间距平均值为33米，总长330米，这是卫星图片上的实测值。顺便说一下，从西班牙西北部这个广袤的丘陵地区大范围检测中知道，西班牙高铁接触网塔杆间距的变化规律为：稳定的直线路段为60-62米，线路曲线段变化较大为45-60米，进入限速80公里/小时的弯道区域，最短间距甚至小到31米。下面图10是7.24事故路段的卫星图片以及锚定的供电塔杆准确位置：

图10

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    铁路方面提供的这段监控录像帧率为每秒十五幅，每帧平均间隔为0.067秒，比常用的电视视频50帧/秒或60帧/秒显得低一些，但画面播放的时间轴都是一致的，也就是说当画面火车出现的时候，火车的行进速度与现场实况完全一致，因此，我们只要观察播放画面上火车通过接触网塔杆的位置和数量，用秒表掐出时间，就能比较准确地计算出该车的真实速度。下面的图11就是我们设定的测试起始瞬间位置，图12是设定的（尚未出事路段的）截止瞬间位置，塔杆号1 – 5，有4个塔杆间隔，列车通过的线路长度为          33 × 4 = 132米

图11 昨天 10:39 上传
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把这段录像循环播放，用秒表反复掐测从第1塔杆行驶到第5塔杆的秒数，取数次测得的平均值。笔者经数十次的掐测取值，都很相近，平均数为2.40秒。

    这样，经简单计算，事故列车的速度就求出来了：

               4 × 33 /2.4s ×3600s = 198,000m/h  ≈ 198公里/小时

    198公里/小时这个速度确实不低，相当限速值的2.5倍。

   
    此外，我们仍从机车通过第1塔杆开始，延续到列车颠覆，到牵引机车躺倒滑行，到撞上监控摄像头所在的第10根塔杆（监控摄像头电源瞬间被切断，信号消失，这是该录像记录的实际情景）来掐测，测得的平均速度也是高得离谱。

    牵引机车通过这10根塔杆掐得的时间为6.2秒，计算结果如下：

              （9 × 33）/6.2s ×3600s = 172,451m/h  ≈ 172公里/小时

    测算数值已经超出限定80公里时速的1.15倍，这实在是个不可原谅的违章速度。

2.解析监控摄像头拍到的事故录像

    经过上百次反复播放这段10秒钟的录像和用幻灯形式逐片检查列车在每个瞬间的画面变化，如果用三个阶段来划分这个脱线事故演变的过程，就可以比较清晰地描述出来。

    a.初始阶段：这一阶段由第一幅画面开始，到第12幅。列车从第2幅开始进入画面，直到第六幅，列车还看不出异常，见下图情景：

图13 昨天 10:41 上传
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  此时车头刚刚驶过供电网编号为2的塔杆位置，全列车13节基本上处在直线段的线路上。进到第七幅，画面显示列车出现了异常，2号柴油发电车与3号二等车发生了挤撞现象：

图14

昨天 10:42 上传
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图15 昨天 10:43 上传
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这是第11幅情景，从第12幅画面起，2号车突然升的更高……。

     b. 恶性发展：由第13幅画面到第18幅。13幅之后，2号车在继续升高。到第16幅画面，2号车升高的同时，把后面数个挠性连接的单一悬挂轴客车一连串带了起来，这些客车的车轮已经高出铁轨轨面，脱线事故将瞬间发生。
    第17到第18幅，包括2、3、4、5号已经腾空的一串车体横向爆发，冲向弯道的外侧。

    很显然，从第7幅开始，2号车被一股巨大上升力抬起，并且逐步增大，直到带起了后面一连串车体上升。升力呈现波形传递，一直传递到末尾把12号车抬起，拽开了与13号反向牵引车的连接。从下面组合图可以看出强大升力呈波形传递的过程:

图16 昨天 10:47 上传
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   第20幅画面显示供电接触网产生巨大火花，这现象说明冲向外侧的车体撞倒了供电塔杆，接触网电缆瞬间被拽断，机车与接触网脱开了（回送电或受电）关系。

    这里，请留意第21幅画面，牵引机车受后车推撞此时刚刚脱轨。

  c. 毁灭性的撞击：从18幅到34幅。
    如果仔细观察，应该说是从第17幅开始的，2号车及后面连接的车体冲向弯道外侧，判读的标志是：原本清晰的车窗突然呈现动态模糊，这个极易被忽视的现象在说明，这些车体发生突然快速移动并且车身在向弯道外侧转动。

    脱线继续，直到整列火车倾覆。

    后来的惨景表明，1号牵引机车被2号和3号等几个车厢撞倒，滑出大约八九个车体的距离；有一个车体从防撞墙前的缺口飞出（可能是4号，二等车），甩到铁路圈外约带百分之十坡度的上坡公路上；由于速度太高和防撞墙的导向阻拦作用，大部分列车发生了严重的堆积性撞击。

    在这里，笔者从尽可能搜集到的平面媒体图片中进行判读和分析，用卫星图片绘制成了事故发生后的列车解体分布图，列在下面供读者们参考：

图17 昨天 10:49 上传
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    另外，为让读者们有点亲临实地的感觉，特介绍给读者们一幅《谷歌-地球》提供的2011年9月拍摄的这段桥隧-弯道地形实景照片，拍摄位置恰好处于脱线事故甩出去的4号车体现在的位置上：

图18 昨天 10:55 上传
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    照片清晰展现出隧道--干线公路桥--高铁弯道的关系，照片还显示公路路面2011年正在改造施工中。

    下面的图19是上图的局部放大画面:
昨天 10:56 上传
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    画面里供电塔杆上还没有安装接触网的电缆支撑架，说明2011年9月线路建设尚未完工，高铁的试运转还不能进行，线路的正式营运可能是在2012年之后开始的。

    （画面上的铁路轨道有一些褶皱，这是原全景图像拼接产生的缺陷。—笔者注）

3.动态分析事故的三个阶段

    a.首先，我们来研究这个第一阶段，从第7幅画面开始，先是紧跟在牵引机车后面的2号车与3号车发生了挤撞，接着2号车被抬升起来了，直到第18幅画面列车开始脱线。2号车是辅助设备车，安装有6.6吨重1800千瓦的柴油发电机组等，有三根标称轴重为18吨的从动型承重轴。3号车是一个2等客车，只有一根标称轴重18吨的从动型承重轴。若简单地看，两车挤撞之后，像是3号车把相当自身三倍重的2号车给抬升起来了，这样的理解显然不够合理。那么，在高速移动中总轴重为54吨的2号车所受到的升力是怎么产生的呢？

   
     是1号牵引机车司机拨动了紧急减速制动手柄的作用结果！

    从运动力学上看，2号车被抬升起来至少需要两个作用力：总轴重为72吨的牵引机车在运行中突然产生了反向牵引力--也就是通常所说的机车制动力，和2号车及以其后的11节轴重总数为306吨车体向前运动的惯性力。这两个作用力的对峙点恰好发生在2号车上，惯性力远大于牵引机车的制动力，一小部分不太稳定的分力将3号车抬升起来，其余的巨大惯性力推着牵引机车继续向前高速移动。简单地说，这种状态就是列车高速运行中，牵引机车突然启动了“紧急减速制动”（笔者提示：不是最高级别的“非常制动”），并且是“非全列车的”机车单独制动。

    本文前面提到过Talgo250系列客车具备两种制动模式，此刻列车制动呈现的就是其中的电力再生/电阻制动模式。这种模式只对受电弓升起成运行状态的牵引机车有效，列车尾部的反向牵引机车受电弓是睡下状态，没有制动功效，还加大了列车的总惯性力。

    所谓电力再生/电阻制动模式，就是把高速运行的牵引电动机转换运行状态，变为发电机方式运行，利用列车的运动惯性力带动发电，经逆序变换向供电网回送电力，或直接将电力送入大功率电阻器变为热能消耗掉。这种制动模式只在列车高速运行时有较好效果，随着列车速度下降制动力会成倍地衰减，因此，各国高铁一般都由计算机智能控制，甚至只在运行速度200km/h以上才可启动这个制动程序。查阅7.24事故的新闻报导中，司机加尔松承认在当时使用了紧急制动，这与我们上述分析是吻合的，而且，基本上可以肯定第6幅画面恰恰是加尔松拉动制动手柄的瞬间，他启动的正是电力再生/电阻制动模式。

    b.再来说第13幅画面之后。2号车不稳定的上升动作，除了使列车运行产生不良影响以外，最主要的是它会拽断贯穿全列车的“气压储能-气动控制”挠性连接管路。

    一般来说，列车正常运行都有两条贯穿全列车的气压管路，一条是全车压缩空气储能输送管路和一条是气动控制管路。列车正常运行时，压缩空气输送管路要保持最高的额定气压，才可以保证全车车轮轻快滚动，如果这个管路突然失压，全列车所有车轮会全部抱死，使列车进入“意外非常制动”状态。

    我们现在顺序看到的第16幅，发现2号车升到了最高，能看出该车升起超过了一个车轮的高度，这个高度把气压管路拽断或严重破坏是毫无疑问的，管路破坏瞬间导致了全列车气动系统失压，车轮全部抱死。不过，由于长长的车顶管路存在阻力，尾部反向牵引机车的八个车轮抱死要比管路最短的前部牵引机车滞后。前部牵引机车管路最短，反映最快，车轮立即抱死，瞬间加大了刹车力度。由于2号车是离轨状态，并且已经带起了后面数节列车升高，车轮不接触轨面，刹车已经无效，巨大的惯性力进一步挤撞1号牵引机车，而处于弯道状态所产生的横向分力促使链状连接的列车“环节崩开”，全列车倾覆事故至此形成。

    那么，第16幅之后存在这个“意外非常制动”吗？这个判读有什么凭据不？有的，这不是笔者的闭门杜撰。请看下面第24、25、26和27幅的局部组合图：

        图20 昨天 10:57 上传
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         2号车和3号车形成的波形升力传递到尾部，带动12号车升起离轨，但是并没有联带起总轴重为72吨的第13号反向牵引机车，而是脱开了连接关系。“意外非常制动”确实在13号反向牵引机车的车轮上发生了制动作用，它的有效滞阻使它不能跟着12号车“飞脱”，两车脆弱的连接被拽开了，在此之前，这个13号车一直是个被牵引无滞阻的巨大惯性力。当然，12号车的“飞脱”对13号车也有一定的作用，那就是促使13号车脱线，向前滑出。在堆积性撞击的最后，13号反向牵引机车挤靠在了12号车的车体上。

    作用力的这一连串变化直到受力最强并且“牵手腾空的”前部分列车“环节崩开”，都是在全列车快速移动中演变的，我们可以用下列几幅图来解释这个只有一两秒钟的惊险过程：图21--图25

    图21

昨天 10:59 上传
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    环节崩开，2号车受到的总惯性力立时被释放，这个总轴重达54吨已经悬空的发电车就自然回落下来了，作用力的这个演化过程，在录像中记录得清清楚楚。

（ 注：9号是个窗子较少并且位置较高的酒吧车，是判读该监控录像的重要标志。）

    c.上面把两个阶段的动态分析过之后，现在剩下第三阶段的动态分析就比较简单了，但又不太容易说清楚，因为之后的堆积性撞击已被车头及后面的烟雾遮挡住，难以辨别，不过，也有几点值得探讨。

    其一，从录像开头到第20幅画面，1号牵引机车一直是在轨运行，直到第21幅画面才被后面的2号3号车体推离轨道，然后向弯道外侧躺倒，滑行中撞倒了第8、9、10号供电塔杆，穿过第11号塔杆外侧，奇迹般地站立在了12号塔杆之前。

    第21幅画面中，机车已经越过7号塔杆约半个车体，这个弯道位置恰好是线路曲率中心附近，如果不是被先脱线的2号3号车体推撞，牵引机车还不至于脱轨，直至驶出限速弯道。这个现象说出了一个值得商榷的重要现实：尽管列车以2.5倍于限速80公里/小时的速度驶入了这个曲率半径为400米的弯道，如果无任何人为的加速或减速动作，列车完全可以自由滑行安全通过整个弯道区段。

曲率半径400米是笔者用卫星图片导出的测定结果，测定的方法如下：

    图26

昨天 11:11 上传
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    其二，上一节曾提到有一个车体从防撞墙前的缺口飞出（可能是4号，二等车），甩到铁路圈外约带百分之十坡度的上坡公路上。这节车体在飞出过程中似乎是撞掉了前部的悬挂承重轴，亦或许是被拽掉了这个东西，但是车体好像没有发生翻滚，平平地坐到了路面上，并且向偏右的前方滑出十几米，如果不是上坡，可能会滑出更远的距离。这个滑出过程在地面上留下了明显的平移擦痕。为什么这个车体没有翻滚，笔者对此感到惊讶。见下图：

    图27

昨天 11:12 上传
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   其三，在列车“环节崩开”之前，2号车一直处于不稳定的升浮中，与3号车体的挠性连接以及车顶电缆等都会遭到严重破坏，但是在事故的末尾，两车一同侧靠在11号塔杆的路边上，排列整齐得连车顶电缆都好像完好无损，为什么在这些凹凸不平的边墙和排水沟上划过一百多米距离，两车却没有脱开，笔者再感惊讶。

    图28： 昨天 11:13 上传
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请接看后面的第 22  车

windowsky

楼主辛苦了！
很好的文章！

福建火车好慢

技术强帖，必须顶！

cheehg

全程应该是先走马德里-Valladolid的高速铁路。然后再转到既有线（非电化）。然后再到奥伦塞进入事故地段的高速段。既有线部分不到一半。所以这种可以自动换轨距双动力的Taglo车系列很适合。

king_du

西班牙真能凑和，一列高速列车竟然要在电化、非电化区段穿行，这在我国除非是无火回送，否则是不可想像的。要么改造，要么不开行动车。

我是老鹤

cheehg 发表于 2013-9-19 00:52
全程应该是先走马德里-Valladolid的高速铁路。然后再转到既有线（非电化）。然后再到奥伦塞进入事故地段的高 ...

说的不错。
估计这趟高铁列车终点还不是圣地亚哥.德孔波斯特拉，终点应该是海港城市拉科鲁尼亚。
下行方向电气化的起点是奥伦塞，一出城区就是个峡谷大桥，930多米，桥墩最高八十米，是爬坡，千分之三十三坡度，接着是四公里长的弯曲大隧道，坡度近千分之三十。

techsuppor

一直认为高铁和其他客车一样，仍然需要双驾驶，减少人为错误，增加安全备份，增加的那点成本与安全比起来算不了什么

自由狼-台风

Talgo 的拖车本身……

cheehg

我是老鹤 发表于 2013-9-19 08:41
说的不错。
估计这趟高铁列车终点还不是圣地亚哥.德孔波斯特拉，终点应该是海港城市拉科鲁尼亚。
下行方 ...

终点的确不是圣地亚哥。是Ferrol. 用的是Alvia系列车。不过这个弯头的确变态。应该在进隧道之前路段就限速。还是司机的责任。他应该很熟悉线路。是他不按规定操作。
西班牙因为二套轨距系统。又加上电化，非电化区段。搞得铁路系统非常复杂。他们计划慢慢标准化。都改为标准轨。反正他们本来铁路不是很发达。所以新建了很多高铁。现在基本成网。老的宽轨系统也在慢慢改造。

自由狼-台风

先尝试上一批图片附件，再整理说明。

自由狼-台风

左：传统式转向架示意图。红色区块为与车体连接的弹簧；绿点为转向架对车体支持力的合力发力中心。
中：列车车体示意图。红点为典型的重心位置。
右：门式转向架示意图。红色区块为与车体连接的弹簧；绿点为转向架对车体支持力的合力发力中心。

为方便描述，以下以列车为参照系，而不以地面为参照系。列车受到“加速度贯性力”影响。

自由狼-台风

左：
大部分列车使用传统转向架；与车体的地板 (或地板附近的加强结构) 相连。
Talgo 250 的动车和发电车使用变轨距 Bo-Bo+2 转向架可以视为传统转向架的变轨距版。

右：
Talgo 250 的客车使用单轴门式转向架；与靠近车顶处的车体端墙相连。

不考虑蛇行运动。
在平直线路上，无论速度多快、多慢或者停车，列车不受“离心力”影响，不需要向心力维持平衡。
列车与轨道的受力关系仅发生在车轮踏面与轨道顶面之间。
轨道由顶面通过车轮踏面向列车提供向上的支持力。

注：“离心力”是为描述列车向心运动的离心趋势而使用的特殊名词；
以地面为参照系时“离心力”是不存在的，只是以列车为参照系才会出现的“加速度贯性力”。

此时，乘客感觉列车不偏不倚。

自由狼-台风

列车通过弯道时受到“离心力”，需要足够的向心力将“离心力”平衡掉，保证列车不驶出轨道。
向弯道内侧倾斜的轨道为的列车提供倾斜的支撑力，支撑力中水平指向弯道内侧的分量就是倾斜度提供的向心力。
特定的轨道倾斜度，为特定的列车提供固定大小的向心力。

列车以特定速度驶过弯道时，所学的向心力与轨道倾斜度提供的向心力完美匹配。
此时轨道顶面完全支撑列车车轮踏面，轨道侧面不与列车轮缘发生作用。
这个特定速度即为弯道的平衡速度。

列车以弯道的平衡速度过弯时，乘客感觉到列车不偏不倚。

自由狼-台风

当列车的速度低于弯道的平衡速度时，受到的“离心力”低于轨道的倾斜度提供的向心力。
当列车的停止时，不受“离心力”，不需要向心力。
这部分过多的向心力由内侧轨道对列车轮缘的侧向支撑力抵消。

由于内轨轨侧面侧向支撑力横向作用于车轮轮缘，在低于列车重心的位置阻止列车横滑向轨道内侧，令列车产生向内侧翻的趋势；
内侧车轮和内轨顶面产生更强的压力，平衡掉向内侧翻的趋势，也令内侧轨道顶面承担更多的重量。

一般设计的铁路不会过度倾斜，以免列车停止时因重心偏出轨道而向内侧翻倒，但列车长期低速通过弯道会导致更多的力作用在内轨顶面和侧面，加剧内轨磨损。

虽然转向架仍然稳定地运行或停留在轨道上，但转向架的弹簧是有活动裕度的，车体可以以转向架支撑点为轴心左右摆动。
低速或停车时，受重力影响，列车车体歪向轨道内侧。

左：
对于使用传统转向架的列车，由于支撑点低于车体重心，重心向弯道内侧移动导致车体倾斜度加剧。
乘客感觉到列车倾斜得非常厉害，甚至可能在微博上发各种“惊呆体”。

右：
对于使用门式转向架的列车，由于支撑点高于车体重心，重心向弯道内侧移动导致车体倾斜度减缓。
车体较缓的倾斜度乘客也令乘客较容易接受。

自由狼-台风

当列车的速度高于于弯道的平衡速度时，受到的“离心力”高于轨道的倾斜度提供的向心力。
此为“欠超高”。

“欠超高”发生时，这部分不足的向心力由外轨内侧对列车轮缘的侧向支撑力抵消。

由于外轨内侧侧向支撑力横向作用于车轮轮缘，在低于列车重心的位置阻止列车横滑向轨道外侧，令列车产生向外侧翻的趋势；
外侧车轮和外轨顶面产生更强的压力，平衡掉向外侧翻的趋势，也令外侧轨道顶面承担更多的重量。

列车长期过道速度过弯道，会导致更多的力在外轨顶面和内侧，加剧外轨磨损。

左：
“欠超高”发生时，车乘客有滑向外侧的趋势，靠座椅、车内地板的摩擦力和车体侧壁阻止滑动令乘客不舒适；
普通客车车体向外侧歪斜加剧了这种不舒适；
这种不舒适可以通过改进列车的悬挂系统而得到一定程度的改善，提升乘客对“欠超高”的容忍度。

中：
一些列车加装了倾摆机构，在“欠超高”发生的路段主动将车体歪向弯道内侧，用车体的额外倾斜为乘客补足向心力，让乘客舒适；
但车轮与轨道的受力关系没有明显改变。
而一般情况下，投入摆式列车是为了在更高的速度下乘客不因为不舒适而造反，这让外侧轨道的受力与损耗进一步增加。

右：
在“欠超高”发生时，由于车体重心低于门式转向架支的撑点，车体移向弯道外侧，但倾斜度却增加了。
于是，使用门式转向架的 Talgo 250 也就成了无需专用倾摆机构的“自然摆”列车。

上局合段DF11

LZ对于事故的分析相当专业，运用了物理和数学的相关模型来解释，学习了。

自由狼-台风

当“欠超高”进一步加剧时，只要轨道的结构没被破坏，轨道侧面就还能进一步提供更大的向心力。
但由于轨道只能对列车底部的轮缘施加水平向心力，而“离心力”作用中心却是列车的重心；
而列车的重心高于轮缘，两者的高度差产生了侧翻力矩。

于是，问题来了。

列车车体的重心在地板附近。

传统式转向架的支撑点也在车体地板附近，靠近重心；
车体以转向架支撑点为轴心左右摆动，即使摆到极限，重心也不会大范围移动，基本还在轨道中心附近；
车体摆动对轮轨受力关系影响没那么显著，一个较大的侧翻力矩才能使列车翻出轨道。

门式转向架，尤其是 Talgo 250 藉以实现“自然摆”的转向架，支撑点几乎在车顶，远离重心。
车体以转向架支撑点为轴心左右摆动，不用摆到极限，重心已经远远偏离轨道中心，移向轨道外侧；
重心远离轨道中心、偏向外侧，进一步恶化了轮轨关系，一个不太大的侧翻力矩已足够让列车翻出轨道。

于是，当 Talgo 250 以 200km/h 的速度冲入限速 80km/h 的弯道时：
使用传统转向架的 #1 车因重心稳定而尚未达到侧翻极限，仍然在轨运行；
第一个门式转向架及其承载的 #2 车后段和 #2 车前段却已因重心外移而越过侧翻极限。

于是，第一个门式转向架带着 #2 车和 #3 车一起侧翻和脱轨。
反映在视频上，就是车头后方的车厢的车厢跳起，并向前、向后带整列车脱轨。

我是老鹤

自由狼-台风 发表于 2013-9-20 13:27
当“欠超高”进一步加剧时，只要轨道的结构没被破坏，轨道侧面就还能进一步提供更大的向心力。
但由于轨道 ...

1.  TAGLO摆式客车没有转向架，近似的意义是车体本身就是个转向架，这是个独特的火车车厢设计思路。

2.   关于摆式客车车厢，TAGLO公司的解释贴在这里，供大家参考。

我是老鹤

我是老鹤 发表于 2013-9-20 18:06
1.  TAGLO摆式客车没有转向架，近似的意义是车体本身就是个转向架，这是个独特的火车车厢设计思路。

2 ...

我的英语水平太潮，希望在行的网友们协助准确翻成中文，谢谢了。

自由狼-台风

我是老鹤 发表于 2013-9-20 18:06
1.  TAGLO摆式客车没有转向架，近似的意义是车体本身就是个转向架，这是个独特的火车车厢设计思路。

2 ...

Talgo 250 客车车轮并未直接安装在车体上。
车轮上方有立柱。
立柱顶端有空气弹簧。
空气弹簧连接在一节车厢的端墙上，但同时承担两节车厢各自一半的重量。
这种结构不管是不被生产商称作转向架，但从结构和作用上看算得上是一种单轴转向架。