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摆式列车[要略].doc

摆式列车[要略]

草原上的野马00
2017-09-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《摆式列车[要略]doc》,可适用于综合领域

摆式列车要略摆式列车简介中国首辆摆式客车下线仪式摆式列车(倾斜式列车摆锤式列车摇摆式列车振子列车)是一种车体转弯时可以侧向摆动的列车。摆式列车能够在普通路轨上的弯曲路段高速驶过而无需减速。原理当任何车辆以高速转弯车内的物件和乘客都会受到离心力的影响。这是因为车内的物件以本来惯性直线前进与转弯中车辆的前进方向不一致於是产生了相对的加速度和离心力。在铁路列车上这种"离心力"引致车上的物件和行李倾侧滑行座位上的乘客亦会被压向一旁而站著的乘客更可能失去重心跌倒。摆式列车原理图飞机和单车能够以较高速转弯因为它们在转弯的时候都会向侧面倾斜。但汽车或铁路列车的车轮必需著地本身并不能够倾斜。为了使到它们可以无需减速高速转弯高速公路及高速铁路的路轨在弯曲处都被建成向内倾斜的弧形。这样车内的乘客所受的向外离心力便可以被向内的重力抵销。对汽车使用的道路来说这种倾斜非常重要。如果汽车转弯时的速度过高轮胎会失去黏著力而引致汽车打滑。对铁路来说重心高的车辆以太过高的速度驶过急弯亦存在翻侧的可能。将路轨建成斜的弧形亦是避免这种可能的方法。但是一般来说当列车还未接近足以翻侧的速度和急弯乘客所感受到的不适已非常严重。故此大多数的铁路设计时所考虑到的并非避免车辆翻侧而是乘客所感的不适。弧形路轨所需要的倾斜角是根据预计车辆经过行驶时的速度来决定。若果车速高倾斜便要较多。部分在至年代所建成的高速线路却出现了一个问题适合高速客运列车行驶的倾斜角度并不适合普通速度的客车和货车。法国及日本的高速铁路结果都需要建造专线尽量减少弯曲的路线。至於其他因为多山或者没有空间或金钱投资建设新路线的国家唯有采用其他方法提高铁路的营运速度。例如英国多数的铁路都是早年车速甚低的时候建造。这些路线现在都变成了建筑密集的地区要重建比较困难。意大利则因为多山路线必然多弯。这些国家於是投资发展了摆式列车。摆式列车供乘客乘座的车体在转弯时可以侧向摆动。当车辆向左转时车体向左倾摆让重力抵销向右推的离心力。列车可以是靠惯性自行摆动的被动摆式亦可以是由电脑控制动力辅助的主动摆式。各国发展历程欧洲年首列摆式列车UnitedAircraftTurbo(UAC)在加拿大国家铁路投入服务一直在多伦多至蒙特娄之间行驶直至年。UAC属被动摆式行驶舒适程度一般亦有不少机械毛病。意大利的Pendolino摆式列车最初由飞雅特(FIAT)制造ETR型最先在年投入服务。年代Pendolino发展出非常成功的ETR型在欧洲其他国都有使用。英国在至年代曾硏究发展出名为AdvancedPassengerTrain(APT)的摆式列车但由于技术原因没有投产。最后英国将知识产权转移给意大利的Pendolino。加拿大之後亦发展出LRC(Light,Rapid,Comfortable)摆式列车由Bombardier制造。LRC的车辆是独立的由动力辅助摆动可以跟普通非摆式的车辆混合行走。年首先在美国Amtrak行驶之後在加拿大使用至今。德国的型摆式列车在年投入服务在法兰克福提供机场铁路服务。之後曾尝试在莱茵河谷使用後来因为乘客投诉在转弯时感到晕车不适而暂停摆动功能。瑞士的ICN摆式列车在年月开始提供服务行走日内瓦经苏黎世至圣嘉伦之间的路线。早期摆式列车使用传统的伺服马达。因为伺服马达未能对转弯时产生的转向力即时作出反应这些些微差别引起了非常轻度的摇晃。乘客虽然不会意识到这种轻微的晃动但仍然会感到有晕车的不适感。Pendolino的ETR於每辆车使用独立的陀螺仪这种构造亦是必然会产生少量的时间延缓。英国的APT试图将陀螺仪放在列车的两端由它们控制全车的摆动。但当时的控制技术似乎仍未成熟。现在欧洲铁路上奔驰着一种快速列车从意大利的罗马到米兰多公里路程只需要个多小时就到了。这就是意大利研究开发的摆式列车(Pendolino)。亚洲现代的摆式列车能够透过讯号系统知道前面路轨的弧度准确改变每一车辆的倾侧。乘客已经很少会感到晕车不适。台湾铁路局业已向日本日立公司采购与日本JR九州「系」列车同型之倾斜式列车将於年底於台北,花莲间服务命名为太鲁阁号(TAROKO)。日本亦有不少的摆式列车称为振子列车而且都是在窄轨上行走。澳洲布理斯班至洛咸顿之间的窄轨摆式列车是目前最快的窄轨铁路世界第一辆年意大利国家铁路局和菲亚特轨道车辆集团合作测试了一套可以倾斜单一座位的特殊系统并安装在Aln车型上。随后建造了第一台摆式列车YO并赢得“小摆钟Pendolino”的雅号。到了年意大利国铁在经过多次路测后订购了四车一组的摆式原型列车ETR。这种全世界第一组摆式列车经过深入的研究与测试进一步改善加装了倾斜控制装置和悬承系统以及反偏驶阻尼器设计以求最高的安全性、舒适度和行车速度与年顺利交车。根据发展经验年开始为意大利国铁制造组车一组的ETR自动摆式电联车并于年开始行驶于米兰和罗马之间后来延伸到其他铁路网中大大缩短了行车时间。虽然现在已有改进的ETR和ETR但ETR目前仍在使用自年来已行驶了万公里载客量从年的每年万人次增加到目前的每年万人次。特点摆式列车可在极舒适和安全条件下行驶到每小时公里。顶级的旅途舒适度:大幅度削减乘客离心加速度复杂精密的多向悬乘系统以及高科技隔音、加压和空调系统使摆式列车具有环境概念设计的列车有着最高的舒适度。环境影响最小:摆式列车不但不需要另外与新建的轨道对现有的轨道损害也较小。因为没有额外的施工建设使摆式列车对环境的影响也最小。使用上灵活:摆式列车发展方案是采取模组式转向架动力和辅助系统设计和中空挤压式铝型材加工的概念。动力可以采用柴油引擎(电力或油压式)或多伏电力马达也可以安装各种冷暖气设备可以在任何气候条件下行驶。高效能和绝对安全的刹车系统:所有系统都配有电气、电子以及辅助系统符合严格的国际惯用安全标准。摆式列车有两种刹车系统:速度在每小时公里到公里时用的是电动及气压式系统速度在每小时公里以下用的是气压式圆盘刹车装置。未了避免不同的车轮与轨道作用力而产生不同的刹车距离摆式列车有一个装有感应点的止滑装置。构造以最常用的ETR为例她是有“块状组合”的概念建造。列车的头尾各具有一个流线型车头及驾驶室车厢是用轻合金属打造坚固耐用每节车厢有两个转向架及两组牵引马达纵向悬挂于车厢底部使动力均衡分布于整节车厢平均分配所有重量于车轴(平均每车轴承受吨)。垂直与水平悬承系统可以减少倾向加速度与车轮与轨道的作用力而增加行车舒适度。车体在弯道的倾斜是由回转仪及加速度计控制的车身倾斜是由装在第一节车中的主控制单元处理由装在最前方转向架的回转迅号电测转换器将所获得弯道的起始与形态以及由加速度感应器传来的迅号来决定车身的离心加速度。主控制单元由上而下控制随后各辆车中的子系统随后各车的子系统再以油压引动器(每车四台)即时控制各车的倾斜角度。因为高速行车列车控制的反应时间为秒。但是为了保持乘客的舒适度车身倾斜是采渐进式。另外子控制系统也可以依靠应到因车轮磨损或反偏阻尼器的偏差所造成的不稳定性而调整主动侧向悬承系统的气压装置。为了安全所有控制系统及伺服装置均备用系统。倾斜控制系统对列车中每辆车都可以因路线曲率半径和每辆的实际车速而做不同角度的倾斜。摆式列车的转向架:第三代摆式列车的设计可以减轻火车车轴的负荷(平均每轴吨)而使得火车的载重平均分配于整节火车。每辆车转向架的轮距相对较小(米)所以在急弯时减少轨道对车轮受力使得转向架受到离心力作用的质量减到最小。双轴转向架加上两垂直与水平悬承系统均安有反偏驶阻尼器以及一个创意的转向架安定性量测装置以维持最高的安全性。技术特点摆式列车可在转向架高程维持msec的倾向加速度并安全行驶与轨道上。如果车身容许倾斜到度则乘客所感觉到的倾向加速度只有msec完全在舒适范围(到msec)以内。摆式列车在弯道时主动向内倾斜的原理和轨道在弯道时必须设计超高的原理一样其目的就是要平衡消除至少一部分因曲线造成的离心加速度。摆式列车可以主动倾斜到度抵消大约msec的倾向加速度减少乘客对倾向加速的感觉。如此的设计可以在不重建或改建轨道及不影响乘客舒适度的情形下将列车行车速度提升。国际应用情况意大利摆式列车为瑞士装配了组最高时速公里的ICN摆式列车为西班牙装配了时速公里的Alaris摆式列车为英国装配了时速公里的Virgin摆式列车为葡萄牙装配了时速公里的CPA系列摆式列车。摆式列车一项适合中国国情的铁路提速新技术提速既是当前我国铁路科技工作首当其冲的重点也是提高我国铁路经营效益的重要科技手段。除了耗费巨资兴建高速铁路之外还是否有耗资较小的其他技术手段来解决我国当前面临的铁路提速任务呢,答案是肯定的这就是可以采用摆式列车这一新技术手段。那末使用摆式列车为什么能够提高车速呢,据有关专家介绍我国现有铁路之所以车速不快其重要原因之一是由于线路拐变时限速造成的。摆式列车采用了新型转向架可使列车经过曲线线路时提高车速以此补偿的离心力降低了钢轨、车轮的磨损在瑞典这种摆式列车投入运营之后运营有效率高达车速由原来的每小时公里提高到公里。由于摆式列车在现有铁路不需要作大规模设施改造的情况下就可以投入运营其设施更新费用在国外只相当于新建高速铁路的~。对摆式列车在我国铁路提速上的应用前景有关专家估计效率相当可观如果在北京到郑州的线路上开行摆式列车估计运载能力在时速提高公里的条件下可提高运行一年下来估计可比传统列车多创利万元。据了解摆式列车这一提速新技术今年下半年将先在广深线上投入应用取得经验后再逐步在国内一些主要铁路干线上扩大应用范围。可以企盼的是摆式列车这一新技术的应用将给我国铁路列车提速提供投资小、见效快、实施简便这样一条适合中国现时国情的新途径。一、什么是"摆式列车",铁路运输的复兴主要得益于火车速度的提高。即使如此现在火车的运营速度还远不能跟上当今世界的快节奏和人们的希望。为此许多国家试图摆脱传统火车运行的模式如何在各国已经建有的密如蛛网的铁路资源的基础上来安全而有效地提高列车运行速度是一条高效率、低成本之路。原有铁路线路由于受弯道限制火车无论在直线跑多快通过弯道时都需减速限速运行影响全程速度因而火车提速的瓶颈在于提高火车通过弯道时的速度。这种能快速通过弯道的新车型就是"摆式列车"。我们知道列车转弯时需要一个指向弯道内侧的向心力否则列车将会由于离心作用而脱轨。传统的轮轨铁道是采用将弯道外侧铁轨适当升高列车转弯时稍微内侧只要倾斜度与列车在弯道时的速度配合恰当路基对列车的斜上的支持力和列车重力的合力便刚好提供列车转弯时所需的向心力。但是外侧铁轨高度的提高有限而且是修建时就固定了的列车过弯道时速度也不可能太高并且运行速度也不可能与设计值完全吻合这样在弯道处就会增加铁轨的不均衡磨损。同时列车通过过渡弯道(由直道进入弯道的部分)和通过稳态弯道所需的向心力是逐渐变化的单考列车速度的调节也难以适应。随着车辆设计制造技术的不断提升以及电脑控制技术的成熟和应用列车转弯时的提速难题便较好地解决了。简单地说就是应用电脑控制液压机构与检测仪器配合根据转弯的半径和速度自动调节每节车厢的倾斜角度从而达到高速、安全、舒适转弯。第一列摆式列车于年在美国投入运行二十世纪九十年代摆式列车技术日趋成熟逐渐成为一种标准的铁路技术而其应用也扩大到了十几个国家包括个欧洲国家所有大型车辆制造商现在都供应行驶在地方铁路和高速铁路上的摆式列车。摆式列车与现有普通列车的最大区别在于第一当列车进入弯道运行时根据列车速度、弯道半径和轮轨作用力大小等情况由动力车上的微机网络系统向列车发出信号给出每节车厢应倾摆多少、什么时间开始倾摆等指令并通过安装在车辆上的特殊装置向内侧倾斜抵消离心作用使列车可以较快速度通过弯道有效提高列车的全线运行速度同时乘客也会由于列车在弯道上的自然适度倾斜而感到舒适驶离弯道后受控计算机按设定程序使各拖车伺服机构依次恢复原状第二采用新型径向转向架在弯道时可使轮对的轴线接近曲线半径方向可大大减缓轮轨间横向作用力和磨耗为列车在曲线上高速运行创造了条件。我国大连机车车辆厂自主研制的摆式列车牵引动力车设计方案年月通过评审设计最高时速为公里车头为流线型车上装有WTB机车网络系统实现对全列车的全面监控。这种列车的全称是"动力分散内燃液传摆式列车",特点是内燃式液压传动采用新型径向转向架当列车通过曲线时列车前端的传感器检测到的有关线路和列车运行参数将通过电脑计算出每节车厢的倾摆角度然后通过每节车厢的机电动作器实现车辆主动倾摆,可有效地减少机车车轮与钢轨间的磨擦降低轮缘磨耗其磨耗量仅为普通转向架的十分之一左右可以延长机车车轮和钢轨的使用寿命同时有效地提高了弯道通过能力速度至少可以提高。图是我国自主研制的首列摆式列车。二、"摆式列车"和"高速列车"摆式列车可以有效地提高列车弯道速度其实就是对列车采用了"倾摆技术"现代的高速列车也可以引进"倾摆技术"以提高列车在弯道处的速度从而全面提高高速列车的速度。我国具有国际先进水平的完全自主知识产权的"中华之星"高速列车将于月前后投入北京至沈阳北的试运营其运行时速将达公里而最高设计运行速度为每小时公里测试时的最高时速达到公里。即使达到了这样高的速度西南交大牵引动力中心目前仍在对"中华之星"采用"摆式技术"进行可行性研究一旦高速列车"中华之星"采用摆式技术后意味着其不但在高速路轨上运行速度还可进一步提高而且可以在普通铁路线上营运。交大牵引动力中心负责人李芾教授说:"从技术上讲中华之星采用摆式技术已完全具备"。三、"摆式列车"、"高速列车"和"磁悬浮列车""摆式列车"、"高速列车"和"磁悬浮列车"都是为了提高列车运行速度而打造它们之间各有强弱。与现在的普通铁路系统相比磁悬浮列车虽然具有显著的高速度但也具有同样显著的高成本(修建和运营)。它的机车、轨道和信号控制系统与现在铁路系统完全不同因此不能对现有的铁路系统进行改造利用而且目前磁悬浮技术的供应商只有德国一家无从选择当然磁悬浮代表未来的新新技术和发展方向。但是许多国家目前已建成了自己的铁路网要摆脱这些铁路网建造全新的磁悬浮列车系统不但是一种浪费也是很多国家无力承担的。因此与建设磁悬浮列车线路相比怎样利用现有的铁路网是许多国家面临的更现实的问题。摆式列车是一种可以在原来轨道上运营的新型列车它通过采用新的悬挂体系、转向仪和加速仪使列车运行速度提高了。十多年来摆式列车技术发展很快现已运营于欧洲大陆菲亚特公司的摆式列车穿梭于意大利、德国、芬兰、西班牙、捷克等国英国、瑞典也开始把自己的摆式列车投入运营美国准备在华盛顿到波士顿线路上使用摆式列车就连高速列车技术上的强国法国也准备开发在传统线路和磁悬浮线路上都适用的摆式列车技术。摆式列车虽然在知名度上没有磁悬浮列车高但它却有前者无可比拟的成本优势。把传统列车线路改成摆式列车线路成本只是建造磁悬浮车线路的其设施更新费用在国外只相当于新建高速铁路的,。而摆式列车本身的价格只比传统列车多左右。"摆式列车"和"高速列车"都是基于轮轨技术特别是摆式技术与高速列车相结合将会大大提高列车的运行速度和运营效益并且目前国际上基于高速轮轨技术的供应商有德、日、法等国选择余地较大。摆式列车:发展高速铁路的技术法宝()现状透视高速铁路发展和列车速度不断提高的过程实际上就是世界各国对铁路线路和列车机车车辆技术的不断革新的过程上世纪六十年代人们就开始对摆式列车产生兴趣并做了大量的研究、试验和实践半个世纪过去了摆式列车不管在技术成果还是实际应用上都取得了巨大进步对世界各国高速铁路的发展取到了举足轻重的作用。国外研究现状目前许多国家将修建高速铁路做为获利手段。国际铁路联盟(UIC)负责高速铁路的官员就此趋势提出了有关高速铁路发展的一些新思路。高速铁路是具有竞争力的运输方式。国际铁盟经论证发现目前修建公里高速新线的单位成本已低于年但由于地形复杂和环保方面的要求使总成本趋于增长况且许多国家都遇到资金短缺的问题因此需要从新考虑高速铁路发展的模式依靠线路改造和使用摆式列车提高列车速度也许是更为现实的选择。摆式列车技术更新前景广阔。铁盟最近完成了一项有关欧洲条高速铁路分类成本的研究包括桥梁、隧道、信号和土木工程还有来自德、法、意等国的种高速车辆的成本报告按每吨公里和每人公里成本比较最高和最低相差O。结论表明摆式列车的成本并不比其他列车高。德国、瑞典、意大利是最早开行摆式列车的国家由于需求扩大摆式列车的技术发展迅速其性能更加优越。现已由第代发展到第三代摆斜结构向主动式和微机控制发展。德国西门子公司新研制的辆SF型摆式列车时速可达公里自年投人运行以来效果良好。德国和西班牙联合研制的TalgoXX型摆式车体每列编组辆时速为公里,既可用内燃机车牵引,也能用交流千伏和直流伏两种电制的电力机车牵引样机巳于年l月在西班牙铁路毫米宽轨上试运成功。该车的最大特点是保留了Talgo转向架,轮对的内测距离可随轨距不同而自动调整,在准轨和宽轨的线路上都能通行。每辆客车在专用轨道上调整轨距的时间为分钟。地处北欧山区的挪威年就开行了摆式列车使通过曲线的速度提高了。年在提高了线路技术标准改造了信号设施减少了平交道口后相继在首都奥斯陆至克列斯拉沙和首都至机场间分别开行了瑞典新研制的时速公里和公里的摆式列车提高了列车的安全性能和行车舒适度。英国一方面积极筹建伦敦至海峡隧道口的高速客运专线另一方面准备在伦敦市郊和一些二级线路上开行摆式列车以提高运行速度。日本是最早修建高速铁路的国家此后日本除继续新建高速线外从年起在l毫米的既有线上及北海道、九州、四国等地开行摆式列车并形成了适应性不同的系列产品使行车时速分别提高了至公里。北海道地区冬季多雪气温在零下摄氏度由札幌到旭川、函馆、钏路的摆式列车时速都能达到公里缩短了人们的旅行时间从而使客运量增加了lO,迫使飞机减少了班次。年在四国的窄轨上开行OO型摆式列车时速达到O公里。西日本公司年在新大阪至新宫间运行的型电动摆式车组全程旅行肘间仅为小时分钟。目前日本共拥有摆式客车多辆居世界之首。澳大利亚年在悉尼至首都堪培拉准轨上试运瑞典的X型摆式列车。l年月又在北部昆士兰州的窄轨线采用日本日立公司设计的摆式列车运行由昆州首府布里斯班至罗克汉普顿共公里时速可达l公里创窄轨摆式列车运行的最高记录全程旅行时间仅为小时。该线曲线多达处累计长度为公里而且是客货车混跑使用摆式客车时速为O公里货车公里两者制动距离相同这样地面信号和平交道口的防护设施不必更换可节省大量投资。国内研究现状我国的高速铁路发展较为缓慢所以对摆式列车的研究较国外慢了很多但是改革开放以来铁道部不断从国外引进先进技术加快了摆式列车的发展。我国自主设计研制的首台摆式列车牵引动力车日在大连机车车辆厂问世近日将与唐山机车车辆厂制造的摆式车厢组成摆式列车从而填补了我国这一产品领域的空白。大连机车车辆厂摆式列车牵引动力车设计方案年月通过评审设计最高时速为公里车头为流线型车上装有WTB机车网络系统实现对全列车的全面监控。动力车的走行部分采用先进的准高速径向转向架其突出特点是在机车通过半径较小的弯道时通过其关键技术部位特殊装置的动作使车轴产生一定的转角使其随着弯道的曲线改变轴距有效地减少机车车轮与钢轨间的磨擦降低轮缘磨耗其磨耗量仅为普通转向架的十分之一左右可以延长机车车轮和钢轨的使用寿命同时有效地提高了弯道通过能力速度至少可以提高。我国摆式列车研究成功给我国铁路顺利实现六次大提速提供了坚实的技术保障为我国正式进入铁路跨越式发展和高速铁路时代打下了良好的基础。最新动态年法国能源和交通运输巨头阿尔斯通公司推出了造型新奇的第四代摆式高速列车。第四代摆式高速列车设计最高时速为,,,公里。与前几代相比它采用欧洲铁路运输治理系统的先进技术在更大程度上确保列车在高速行驶情况下的安全和稳定。这种列车呈流线型列车总长,,,(,米宽,(,,米设计载客,,,人。列车车厢内部设计宽敞舒适旅客可利用列车提供的无线上网电脑任意浏览网页。另外列车还开辟了残疾人专用车厢。

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