世界高速鐵路技術發(fā)展概況

1、1.世界高速鐵路的現(xiàn)狀按照國際鐵路聯(lián)盟(UIC規(guī)定的定義:“允許速度達到250公里/時的客運專線或允許速度達到200公里/時的既有線均可稱之為高速鐵路?！苯刂?002年底,世界擁有高速鐵路的國家(地區(qū)及里程和2007年前將建成高速鐵路的國家(地區(qū)及里程分列于表1。在世界高速鐵路總里程中,日、法、德三國共占84%,是高速鐵路技術最先進、運營經(jīng)驗最豐富的國家。就高速列車的旅行速度而言,法國TGV的317.5公里/時列首位,日本希望者號261.8公里/時列第二位,德國LCE列第三位。若就最高速度利用率而言,日本希望者號以87.2%領先,法國第二、德國第三,詳見表2。世界高速鐵路技術發(fā)展的動向鄭州鐵路

2、局科研所李世珷1 2.高速鐵路的技術優(yōu)勢2.1行車速度高高速鐵路的核心技術是速度高。1990年5月18日法國TGV列車創(chuàng)(輪/軌系統(tǒng) 515.3公里/時的世界紀錄,一直保持至今。2001年5月26日, TGV 列車在加米馬賽間創(chuàng)旅行速度317.5公里/時的世界記錄,最高運行速度曾達366.6公里/時。目前,德國ICE3高速列車最高運行速度已達330公里/時。西班牙已訂購Talgo350型及VELARO-E型列車,最高速度均為350公里/時。2.2運能大高速列車列車間隔時間按5分鐘計(日本新干線在高峰時段,列車間隔時間僅為3分鐘,單向每小時可開12列列車,全員按1200人計,每小時可運送1440

3、0人,雙向為28800人。若全日行車時間按18小時計(夜間6小時“天窗”維修時間,每日可運送518400人,每年可運送1.89億人。這是公路和航空所無法相比的。2.3安全性高高速鐵路線路設施的質量和精度都很高,高速列車技術先進。列車運行控制系統(tǒng)是利用成熟的電子技術和智能化軟件所集成的。自動化水平極高,能確保兩列車間的安全距離。日本高速鐵路已安全運送40億旅客,每日到發(fā)800多列高速列車。40余年來,從未發(fā)生過一件人身傷亡事故,這在交通運輸史上是值得驕傲的。2.4全天候運行除遇危及行車安全的自然災害外,高速列車可以全天候運行,不受雨、雪、霧、風(航空公司則需停開航班或關閉機場的影響。日本東海道新

4、干線年均列車晚點不到0.3分鐘(18秒。西班牙A VE高速列車晚點5分鐘要向旅客退回票款全額。2.5 能耗低根據(jù)日本國內統(tǒng)計,每人公里能耗:高速鐵路為136大卡(小汽車為765大卡,2飛機為714大卡,是小汽車的17%,飛機的19%。高速鐵路用的是二次能源電(火、水、核,而汽車、飛機用的是石油。在當今石油價格飛漲之際,高速鐵路的優(yōu)勢更為明顯,不受石油價格的影響,但公路、航空業(yè)不得不隨之提高票價。2.6節(jié)約用地雙線高速鐵路路基面寬9.6 11m,占地僅為4車道高速公路26m的42%,其運量卻為高速公路的4倍以上。2.7 環(huán)境污染輕高速鐵路用電力牽引,消除了煤煙、粉塵及有害氣體的排放。據(jù)我國統(tǒng)計,

5、每人公里的治污染費用:高速鐵路為1,高速公路為3.76,飛機為5.21。2.8 舒適度高高速鐵路線路平順、穩(wěn)定,列車運行平穩(wěn),座位寬敞,設備完善,活動空間大,乘客在列車中行動自如,乘坐舒適。而長途汽車及飛機座位狹窄,乘客難以活動,極易疲勞。3.高速鐵路的經(jīng)濟效益3.1高速鐵路是推動經(jīng)濟起飛的動力日本在1964 1970年間, GDP由800億美元增至2000億美元,年均增長率達16%。人均GDP由824美元增至1887美元,提高了130%。第三產業(yè)所占GDP比例由43%增至47%。日本人稱,高速鐵路是經(jīng)濟起飛的脊梁。1975 1996年間新干線沿線的工商企業(yè)增加了49%。沿線城市的財政收入增加

6、150%。法國TGV每投資10億法郎可創(chuàng)造3000個就業(yè)機會。3.2 投資回收快日本東海道新干線運營7年后即全部收回線路修建和機車車輛購置費。法國高速鐵路東南線1981年投入運營,10年后即收回全部投資。3.3 創(chuàng)造新的就業(yè)機會興建高速鐵路不僅需要大批的修建人員,建成后將在沿線形成大批的中、小城市,促進了農村的城市化進程,帶動了沿線吸引區(qū)與外界人員、物資交流,引進資本的投入,形成新的產業(yè)群,創(chuàng)造了新的就業(yè)機會。3.4 誘發(fā)相關產業(yè)的配套發(fā)展高速鐵路大量修建后,高速列車制造業(yè)以及相關的零件、部件、組件產業(yè)的供應鏈必將迅速擴大。牽引供電、通信信號、列車運行控制等配套產業(yè)也隨之興旺。冶金、機械、電子

7、、自動控制等高新技術由于高速鐵路的需求必將迅速發(fā)展,為國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供源動力。4.高速鐵路技術發(fā)展的動向4.1站間距離日本高速鐵路是按照客流量和運輸組織特點來設計車站站型。大中型站在咽喉區(qū)正線間設渡線;小型站在兩端咽喉區(qū)正線間不設渡線,在正線區(qū)間也不設渡線參見表3。法國高速鐵路采用高速列車下線運行的運輸組織方式。線路上均設有反方向運行信號設備,可達到每站區(qū)、每區(qū)間的反方向運行目的。在區(qū)間內每隔2025公里均鋪設雙向渡線,采用1/65號道岔,側向通過速度達220公里/時,因之其站間距離較長,最大站間距離達274公里參見表4。4.2道岔日本、法國、德國所選用的道岔是根據(jù)本國的運營特征來進行設

8、計的。日本新干線于0 -6點間全部停運,留出6小時的固定“天窗”進行維修。因此不設區(qū)間渡線,站間區(qū)間較短。法國站間距離較長,最長者達274公里。因之,在區(qū)間每隔20 25公里設一雙向渡線,采用高標號道岔以利行車調度。德國高速鐵路因系客貨列車混跑,則根據(jù)高速列車經(jīng)行的速度而選擇不同標號的道岔。三國高速道岔的特性參見表5。3 4 4.3 無碴軌道日本、法國、德國在修建高速鐵路的早期均采用傳統(tǒng)的有碴軌道。經(jīng)運營多年后,發(fā)現(xiàn)道碴粉化嚴重,路基沉降量大,多處發(fā)生翻漿冒泥,軌道幾何尺寸難以維持,經(jīng)常需要維修,不到10年即需大修,維修費用大幅度增加,對運營造成巨大的影響。日本新干線自1975年后,大力推廣板

9、式軌道,取得了良好的經(jīng)濟效益。據(jù)1997年統(tǒng)計,有碴軌道每年維修工作量是正線長度的2.4倍,而板式軌道的維修量僅為正線長度的3%,二者之比是801。維修費:有碴軌道年均547萬日元/公里,而板式軌道年均僅為18.6萬日元/公里,二者之比為29.41?，F(xiàn)將日本新干線應用板式軌道情況列入表6中。德國自20世紀70年代起即進行無碴軌道的研究,曾試驗過10余種型號。目前正式批準的有6種,即:BOGL型、RHEDA 型、ZUBLIN型、ATD型、GETRAC型及BERLIN型。我國臺灣省及韓國的高速鐵路全部采用無碴軌道。4.4高速列車4.4.1日本日本研制高速列車已有40余年的經(jīng)驗,技術已十分成熟。先后

10、開發(fā)出兩大系列,一為0系高速列車,發(fā)展出100系、200系、300系1996年7月創(chuàng)日本高速鐵路(輪/軌最高運行速度443km/h、 400系、500系和700系;二為E系,有E1、E2、E3、E4等型號,均采用小編組或雙層客車以擴大載客量。最新型的700系,編組為12動4拖,1999年投入運營(我國臺灣省高速列車即采用此機型,列車全長404.7m,自重634t,軸荷重11.2t,定員1323席,最高運行速度285300km/h。最近又準備試制新一代的N700系擺式高速列車,能以270km/h 的速度通過半徑為2500m的曲線,編組為12動2拖,總重700噸,總功率達17160kw。日本新干線

11、軌距為1435mm,既有線為窄軌,為便于二者列車的互通,于1998年研制出軌距可變的轉向架,并于1999年在美國科羅拉多州運輸技術中心的高速試驗線上以最高速度230km/h進行了試驗,現(xiàn)正在繼續(xù)研制中。2005年3月9日在日本鐵道株式會社宣布,該公司研發(fā)的最高運行速度為360km/h的高速列車已于2005年6月25日在仙臺北上線進行了試驗。夜間以405km/h的速度試車,計劃于2011年在東北新干線的東京新青森段正式投入運營。日本高速列車均采用動力分散型,其5鄭鐵科技通訊 2 / 2006 特點是: (a軸荷重,簧下重量較輕500 系高速列車軸荷重僅為 10.8t, 700 系為 11.2t,

12、在世界居領先地位.因此,可降低 列車對線路的動力作用,減少線路維修費. (b列車定員多列車的每節(jié)車廂 均可載客(動力裝置均裝于車輛下部 ,并 采 用 寬 型 車 體 , 如 E4 系 , 車 廂 寬 度 為 3380m,700 系定員達 1323 席. (c動軸數(shù)量多牽引粘著利用率 高,加速快,經(jīng)常用電力制動,減速快, 制動距離短,機械制動設備磨損量小. (d 編組可靈活調整隨市場運營的 變化趨勢,可及時調整編組,降低空閑率. 4.4.2 法國 法國 TGV 高速列車已開發(fā)了 4 代.第 一代 TGV-PSE 最高運行速度為 270 km/h. 第二代 TGV-A,編組為 1 動+10 拖+1

13、 動, 總功率 8800kw, 長度 237.6m, 定員 522 席, 軸荷重 17t, 最高運行速度 300km/h, 1990 于 年 5 月 18 日創(chuàng)造鐵路(輪/軌最高速度 515.3km/h 的世界紀錄,一直保持至今.第 三代 TGV-2N(雙層客車1996 年 12 月投入 運營,總功率 8800kw,列車長 200m,車體 寬 2900mm,自重 380t,軸荷重 16.3t,定 員 545 席,最高運行速度 300km/h.前三代 TGV 高速列車均為動力集中型車組,兩端為 動車,中間車輛采用鉸接式聯(lián)結,兩車廂 的端部共置于一個轉向架上,車廂間無車 鉤,因之無沖動力發(fā)生,列車

14、具有優(yōu)良的 整體性.第四代 TGV 型高速列車改用動力 分散型車組,每三輛車為一牽引單元,編 組有 6,9,12 三種.編組為 9 輛的 TGV-9 列 車長度為 180m, 定員 359 席, 軸荷重<16.5t. 6 臺鉸接式動力轉向架有 12 根動軸,每軸功 率為 600kw,配有 4 臺非動力轉向架,兩 端車為非動力轉向架,最高速度可達 350km/h,已于 2002 年底投入試運行. 6 4.4.3 德國 ICE 型高速列車于 1991 年投入運營, 比法國晚 10 年,系動力集中型車組,編組 為 1M+14T+1M,列車長 328m,重 782t, 總功率 9600kw,定員

15、 630 席,最高運行速 度 280km/h. ICE2 型于 1998 年投入商業(yè)運 行,有兩種編組:大編組為 1M+12T+1M; 小 編 組 為 1M+5T+1Tc 短 編 組 總 功 率 為 4800kw,長 205.4m,重 443t,定員 294 席, 最高運行速度為 280km/h. ICE3 型于 2000 年投入運營, 采用動力 分散型車組,每一牽引單元為 2 動+2 拖.全 列共 8 節(jié)車,16 個轉向架,有 16 根動軸. ICE3 (403 型 列 車 長 200m , 牽 引 功 率 8000kw,載客時重量 444t,定員 440 席, 軸荷重 16t,最高運行速度

16、 330km/h (交流 或 220km/h (直流. 4.4.4 高速列車的制動技術 高速列車的最高運行速度已由 300km/h 邁向 350km/h,最關鍵的技術之一 是制動系統(tǒng)的研究.列車速度越高,對制 動技術的要求就越高,否則安全就難以保 證,其發(fā)展方向是要強化復合制動方式. 在高速區(qū)域,要以動力(再生,電阻制動為 主,輔以磨擦式制動以避免摩擦高溫對輪, 軸的損壞. 拖車每車安裝 3-4 組具有高制動 功率的盤形制動裝置,必要時還可采用非 黏著制動(渦流軌道制動,磁軌制動.為保 證在高速制動時不滑行,動車組均采用高 性能的微機控制的防滑器,以提高制動黏 著系數(shù).日,法,德三國高速動車組

17、的制 動系統(tǒng)比較參見表 7. 5.結語 世界高速鐵路的發(fā)展方興未艾.在歐 洲根據(jù)規(guī)劃,2020 年將形成一個新建高速 鐵路 10000 公里和改建既有線 15000 公里 的遍及全歐的高速鐵路網(wǎng).美國加利福尼 亞州和佛羅里達州均將建造高速鐵路.技 鄭鐵科技通訊 2 / 2006 術發(fā)展的主要方向為: 一是提高線路質 量,采用無碴軌道,長期保持線路的穩(wěn)定 性和幾何尺寸的持久性,降低維修成本; 二是高速列車正向 360 400km/h 邁進,擺 式列車,雙層客車也有所發(fā)展;三是高速 列車(時速在 250 公里以上者采用動力 分散型是大勢所趨;四是降低軸荷重已引 起許多國家的重視,日本 500 系,

18、700 系的 軸荷重分別為 10.8t 和 11.2t, ICE3 為 12.5t; 五是復合制動系統(tǒng)也在發(fā)展.此外,與高 速鐵路配套的安全保障措施列車運行 控制系統(tǒng)正在積極研發(fā)中,主要是基于無 線通信,衛(wèi)星定位和智能化的自動控制技 術相整合的綜合系統(tǒng)是今后的發(fā)展主流, 歐洲已制訂了 ETCS 標準.我國已開始修 建客運專線,向早期建設高速鐵路的國家 汲取先進經(jīng)驗和失敗教訓,將大大有助于 我國高速鐵路的穩(wěn)步發(fā)展. 參考文獻: 1.錢立新: 世界高速列車技術的最新進展 "中國鐵道科學"2003 年第 3 期. 2.李群仁: 鐵路運輸?shù)纳鐣杀炯皩?經(jīng)濟的貢獻 "世界軌道交通"2004 年第 8 期. 3.何邦模:高速鐵路的技術經(jīng)濟優(yōu)勢"世 界軌道交通"2004 年第 8 期. 高速鐵路: 成功與挑戰(zhàn)記第四 4.孫永福: 屆世界高速鐵路大會 "中國鐵路"2003 年第 8 期. 5.趙映蓮 年第 8 期. 6. Colin Taylor : Promises , Promises! "Railway Gazette I