第二節(jié)　高鐵的前世與今生

人類自有了商品交換后，物料的運輸始終伴隨的人類社會前進的步伐。特別是進入工業(yè)社會后，隨著社會財富的急劇膨脹，追求更大的運輸量、更快的速度、更低廉的成本成為人類改進運輸工具的不竭動力。

一、機車的發(fā)明與發(fā)展

蒸汽機出現(xiàn)后，不少人努力將蒸汽機裝在車輛上，設(shè)計制造“一種無馬的車”(A.Horseless Carriage)。而早在17、18世紀，歐洲礦區(qū)就有在木制或鐵制的軌道上行走的馬拉貨車，裝載礦砂的車輛在鐵軌上滑行，既省時又省力。英國人特維地克在1801年圣誕節(jié)的前夕，設(shè)計制造的能在鐵軌上行駛的蒸汽機車，將許多礦工及時運回家中過節(jié)，這就是最早發(fā)明的火車頭了。特維地克的蒸汽機車，行使?fàn)顩r良好。然而由于機車和所拉的貨物過重，造成鐵軌斷裂，沒有被人們接受。英國人斯地芬森由此意識到，蒸汽機車要得到推廣必須在改進機車的同時注重鐵軌的改進。1829年自利物浦(Liverpool)至曼徹斯特(Manchester)的鐵路公司，舉行了一次火車頭優(yōu)劣的比賽，斯地芬森制造的“火箭”(Rocket)號火車頭(圖9-3)奪得錦標。斯地芬森制造火車頭的名聲掩蓋了特維地克，而被人誤認為是火車頭的發(fā)明者。蒸汽機車雖經(jīng)100多年的發(fā)展，但運用熱效率只有6%左右，加上保養(yǎng)維修量大、污染嚴重、日運行里程短，因此逐漸被熱效率高、運用率高的電力機車、柴油機和汽輪機車取代。

圖9-3　“火箭”(Rocket)號火車頭

圖9-4　中國現(xiàn)存最早的0號機車

1843年上海開埠后，隨著西方列強在上海設(shè)立租界，西方一些先進的器物也不斷引入上海。19世紀70年代后，外國人借口黃浦江泥沙淤積嚴重，運送貨物有所不便，要求修筑一條吳淞到市中心的鐵路。1874年英美兩國商人合資開設(shè)了“吳淞道路公司”，買下了今河南路橋堍到吳淞一帶的田地，在未獲清政府批準的情況下，偷偷修起了鐵路。兩年后，一條全長14公里的窄軌鐵路——淞滬鐵路建成了。1876年7月3日，淞滬鐵路的上海江灣段正式通車。由于中國從來沒有過鐵路，所以對此大家都感到很新鮮，都趕來觀看。那天，車站上盛況空前，像過節(jié)一樣熱鬧，擠滿了人，遠在十幾里上百里外的人們也遠道而來觀看開車典禮。火車共拖有6節(jié)車廂，車票分上、中、下三等。不久，車票就全部售完，車廂內(nèi)座無虛席。下午1時許，火車大吼了幾聲后，車輪就慢慢轉(zhuǎn)動了，并越轉(zhuǎn)越快，向前沖去。站在站臺上的人們看著這龐然大物吼叫著遠去，不禁大聲喝彩，更有甚者，不少年輕人還追著火車想往上跳。火車一路飛馳而去。車上的乘客，看著窗外向后快速退去的綠樹、莊稼，無不面帶笑容，喜不自禁。火車開過的地方，一路上引來了無數(shù)觀光的人群。臨近江灣時，隨著幾聲汽笛的尖叫，車速逐漸慢了下來。這時，鐵軌兩旁的觀眾“立如堵墻”。5個月后，淞滬鐵路全線通車(圖9-4)。

機車可按所采用的動力裝置、用途和走行部形式分類。按動力裝置，機車可分為熱力機車和電力機車兩大類;按用途，機車可分為客運機車、貨運機車、客貨通用機車、調(diào)車機車和工礦機車五類;按走行部形式，機車可分為車架式機車和轉(zhuǎn)向架式機車兩類。

二、機車的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.蒸汽機車的構(gòu)造和功用

蒸汽機車主要由鍋爐、蒸汽機、車架、走行部和煤水車幾部分組成，其他還有車鉤緩沖裝置、制動裝置、控制和監(jiān)測裝置、司機室、輔助裝置等部分。蒸汽機車構(gòu)造比較特殊，電力機車、柴油機車和燃氣輪機車除動力裝置、傳動裝置不同外，其他部分基本相同或相似。

(1)鍋爐產(chǎn)生和儲存蒸汽的裝置，是蒸汽機車的心臟。鍋爐由火箱、鍋筒和煙箱，火箱是燃燒燃料的地方，火箱的底部是燃燒煤炭的爐床和存灰的灰箱，鍋筒在鍋爐的中部，筒內(nèi)排列有大煙管和小煙管，大煙管內(nèi)有使蒸汽干燥和加熱的過熱管?；鹣洚a(chǎn)生的熱量經(jīng)內(nèi)火箱和小煙管傳給鍋水，鍋筒的頂部設(shè)有聚集蒸汽的蒸汽包。煙箱位于鍋爐的前部，內(nèi)有煙筒、乏氣噴口、反射板和火星網(wǎng)等通風(fēng)和排煙裝置。燃料投入爐床后，在火箱內(nèi)與從灰箱風(fēng)門進入的空氣混合后燃燒。熱能通過內(nèi)火箱板和大小煙管傳遞給鍋水和過熱管。燃燒后的煙氣經(jīng)煙箱由煙筒排出。高壓飽和蒸汽由蒸汽包經(jīng)干燥管和過熱蒸汽集汽箱的一側(cè)進入過熱管。加熱后的過熱蒸汽，再返回集汽箱裝的調(diào)整閥的一側(cè)。過熱蒸汽經(jīng)調(diào)整閥和蒸汽管進入蒸汽機。

(2)蒸汽機:它將蒸汽的內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功以推動機車運行。蒸汽機車一般裝有兩套蒸汽機，裝于機車的兩側(cè)。蒸汽機主要由汽室、汽缸、傳動機構(gòu)、閥動裝置(配氣機構(gòu))等組成。汽室在汽缸的上面，過熱蒸汽經(jīng)煙箱中的主蒸汽管，從汽室中部進入汽室。汽室與汽缸的兩端都有汽口相通。與活塞協(xié)調(diào)動作的閥動裝置帶動汽室中的汽閥作縱向往復(fù)運動，同時向汽缸配氣。過熱蒸汽在汽缸內(nèi)膨脹做功，推動活塞與活塞桿運動，經(jīng)傳動機構(gòu)(十字頭、搖桿、連桿、曲拐銷)將活塞的往復(fù)運動變成機車動輪的旋轉(zhuǎn)運動。通過輪、軌接觸產(chǎn)生的牽引力基本符合機車牽引特性，又能逆轉(zhuǎn)，所以蒸汽機車不需要像內(nèi)燃機車那樣的傳動裝置。

(3)車架和走行部:車架是由兩片棒式或板式側(cè)梁和若干橫梁組成的結(jié)構(gòu)，它是安裝鍋爐和汽油機的基礎(chǔ)。走行部是機車承重和在軌道上走行的部分。車架和走行部主要由車架、彈簧懸掛裝置、動輪、從輪、導(dǎo)輪、各輪的轉(zhuǎn)向架、軸箱、牽引裝置、基礎(chǔ)制動裝置等構(gòu)成。

(4)煤水車:機車上裝載煤、水、油脂和存放工具的部分，用牽引桿掛在車架后面。煤水車由煤槽和水柜組成。煤水車車架由兩臺轉(zhuǎn)向架支承，車架后端裝有車鉤緩沖器以牽引列車。大功率蒸汽機車的煤水車上還裝有推煤機和輸煤機，能將煤從爐口均勻地噴到爐床各處。

(5)司機室:即司機、副司機、司爐工作的處所，裝于鍋爐后端車架上，有操縱控制和監(jiān)視儀及座位。司機室與煤水車相連，便于司爐燒火。

2.內(nèi)燃機車簡述

內(nèi)燃機車是以內(nèi)燃機作為原動力，通過傳動裝置驅(qū)動車輪的機車。根據(jù)機車所用內(nèi)燃機的種類，可分為柴油機車和燃氣輪機車。在中國，內(nèi)燃機車由于使用柴油機，所以在介紹內(nèi)燃機車時一般都是指柴油機車。

當(dāng)柴油機的燃料在汽缸內(nèi)燃燒時，所產(chǎn)生的高壓高溫氣體在汽缸內(nèi)膨脹，推動活塞往復(fù)運動，并通過曲軸將往復(fù)運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，這樣燃料的熱能就轉(zhuǎn)化為機械功。柴油機發(fā)出的動力傳輸給傳動裝置，通過對柴油機、傳動裝置的控制和調(diào)節(jié)，將適應(yīng)機車運行工況的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩再送到每個車軸齒輪箱驅(qū)動機車動輪，使機車運行，動輪產(chǎn)生的輪周牽引力傳送到車架，由車架端部的車鉤變?yōu)橥煦^牽引力來拖動或推送車輛。

從內(nèi)燃機車工作原理可以看出，內(nèi)燃機車的基本構(gòu)造是由柴油機、傳動裝置、車體走行部、輔助裝置、制動設(shè)備、控制設(shè)備等部分組成的。

柴油機(圖9-5)是內(nèi)燃機車的動力裝置，現(xiàn)代內(nèi)燃機車一般采用四沖程高速或中速柴油機。為滿足各種功率的需要，在制造柴油機時，便生產(chǎn)了相同汽缸直徑和活塞沖程，不同汽缸數(shù)的系列產(chǎn)品。小功率的多為直列型，大功率的一般都是V形等。所謂直列型是指柴油機的汽缸垂直排列，而V形的汽缸成V形排列。各種柴油機都用一定的型號來表示，如16V240ZL型柴油機，表示16個汽缸V形排列，缸徑240mm，設(shè)有渦輪增壓器和中間冷卻器。

圖9-5　柴油機

內(nèi)燃機車的傳動裝置有電力傳動(圖9-6)和液力傳動兩種，二者在結(jié)構(gòu)原理和運用維修上都有較大的區(qū)別。

1—電阻制動裝置2—硅整流柜3—牽引裝置4—走行部5—啟動變速箱6—勵磁機7—主發(fā)電機8—柴油機9—燃油箱10—預(yù)熱鍋爐11—靜液壓變速箱12—電機懸掛系統(tǒng)13—冷卻風(fēng)扇14—牽引電動機15—基礎(chǔ)制動裝置16—車構(gòu)緩沖裝置

圖9-6　電傳動內(nèi)燃機車結(jié)構(gòu)示意圖

(1)內(nèi)燃機的電力傳動內(nèi)燃機車雖然裝有功率強大的柴油機，但柴油機并不直接驅(qū)動機車。電力傳動內(nèi)燃機車采用電動機來驅(qū)動機械。有一種所謂串激式電動機，它的特性和蒸汽機相似，即轉(zhuǎn)速低時扭矩大，啟動時扭矩最大。如果用這種電動機驅(qū)動車輪，柴油機只需用來驅(qū)動一臺發(fā)電機，把產(chǎn)生的電力送給電動機，電動機再帶動牽引齒輪的傳動使機車車輪轉(zhuǎn)動，這就是所謂電傳動方式。這種傳動方式和電力機車的驅(qū)動方式實質(zhì)上是一樣的，所不同的是電力機車和城市電車一樣，電流從架在上空的電網(wǎng)上來;而電傳動內(nèi)燃機車則自己備有“電站”，不依賴外界動力。和電力機車相比，電傳動內(nèi)燃機車的缺點是獨立“電站”要占去機車很大一部分重量，而機車的重量是有一定限制的，因此機車功率比電力機車要小一些。它比電力機車優(yōu)越的地方是不需要長距離供電、輸電損失小、熱效率高、自備“電站”的電壓可以調(diào)節(jié)、能比較充分地發(fā)揮電動機的功率，即所謂恒功率特性比電力機車好。因此盡管機車的名義功率一般比電力機車小，但在某些運用條件下，它的牽引能力和運輸能力倒不一定次于功率較大的電力機車。

電力傳動根據(jù)電機型式的不同，可分為直流-直流電力傳動、交流-直流電力傳動、交流-直流-交流電力傳動等類型。

與傳統(tǒng)的直流牽引電動機車調(diào)速系統(tǒng)相比，交流傳動機車具有以下優(yōu)良性能:軸功率大，粘著利用率高;異步電動機可靠性高;機車動力學(xué)性能好;利用率高，節(jié)能效果好;主要零部件可以少維修和無維修。

內(nèi)燃機車有較明顯的優(yōu)點，如機車效率較高、機車準備時間短，持續(xù)工作時間長，用水量少，適用于缺水地區(qū)。初期投資比電力機車少，機車乘務(wù)員勞動條件好，還便于多機牽引。但內(nèi)燃機車機車最大的缺點是對大氣和環(huán)境有污染。

(2)內(nèi)燃機車的液力傳動能用作驅(qū)動機車車輪的機械，電動機不是獨一無二的。水力機械中的渦輪機也有和電動機相類似的驅(qū)動特性。只要用柴油機帶動一個泵，向渦輪提供具有某些壓力的液流，而且能夠把在渦輪中工作完畢后的液流引回到泵的進口處，使液流循環(huán)工作，這套系統(tǒng)就可用作內(nèi)燃機車的動力驅(qū)動系統(tǒng)。根據(jù)這一原理，德國工程師費廷格創(chuàng)造了液力變扭器和液力耦合器，把渦輪和泵輪組合在一起，二者之間沒有機械連接而只是通過液流循環(huán)來相互作用。內(nèi)燃機車采用這種“軟”連接方式而設(shè)計的傳動系統(tǒng)稱作液力傳動(圖9-7)。

圖9-7

與電力傳動相比，液力傳動不過是后起之秀。但它在與電傳動的競爭中，異軍突起，很快贏得了重要位置。液力傳動裝置的優(yōu)點是不用電機，可以節(jié)省大量昂貴的銅，同時它的重量也輕一些。這使得機車降低了造價也減輕了重量，即在同樣的機車重量下，它的機車功率一般都比電傳動機車大。另外，液力傳動裝置的可靠性高，維護工作簡單，修理費也少。還有一個優(yōu)點是，它的部件是密閉式的，無論風(fēng)沙雨雪對它的工作都不產(chǎn)生什么壞的影響。

液力傳動裝置的主要組成部分是液力傳動箱、車軸齒輪箱、換向機構(gòu)和相互連接的萬向軸等。它的核心元件是液力傳動箱中的液力變扭器(圖9-8)，主要由泵輪、渦輪和導(dǎo)向輪組成。泵輪通過軸和齒輪與柴油機的曲軸相連，渦輪通過軸和齒輪與機車的動輪相連，導(dǎo)向輪固定在變扭器的外殼上，并不轉(zhuǎn)動。當(dāng)柴油機啟動時，泵輪被帶動高速旋轉(zhuǎn)，泵輪葉片則帶動工作油以很高的壓力和流速沖擊渦輪葉片，使渦輪與泵輪以相同的方向轉(zhuǎn)動，再通過齒輪把柴油機的輸出功率傳遞到機車的動輪上，從而使機車運行。

變扭器關(guān)鍵在“變”。當(dāng)機車啟動和低速運行時，變扭器中的渦輪轉(zhuǎn)速很低，工作油對渦輪葉片的壓力就很大，從而滿足機車啟動時牽引力大的需求;當(dāng)渦輪的轉(zhuǎn)速隨著機車運行速度的提高而加快時，工作油對渦輪葉片的壓力也逐漸減小，正好滿足機車高速運行時對牽引力要小的需求。由此可見，柴油機發(fā)出的大小不變的扭矩，經(jīng)過變扭器就能變成滿足列車牽引要求的機車牽引力。當(dāng)機車需要惰力運行或進行制動時，只要將變扭器中的工作油排到油箱，使泵輪和渦輪之間失去聯(lián)系，柴油機的功率就不會傳給機車的動輪了。

內(nèi)燃機車的走行部采用構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架的形式。轉(zhuǎn)向架主要承受機車的上部重量，傳遞牽引力和制動力，以及緩和、吸收來自線路的各種沖擊和振動，保證機車安全平穩(wěn)地運行。

輔助裝置的作用是保證柴油機、傳動裝置和走行部的正常工作和可靠運行。主要包括:

燃油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、機油管路系統(tǒng)、空氣濾清器、壓縮空氣系統(tǒng)、輔助電氣設(shè)備等。

液力變扭器結(jié)構(gòu)示意圖—泵輪2—渦輪3—導(dǎo)向輪4—泵輪軸5—渦輪軸

圖9-8　液力變扭器機構(gòu)

制動設(shè)備包括一套空氣制動機和手制動機。電傳動機車增設(shè)電阻制動裝置，液力傳動機車裝有液力制動裝置。

控制設(shè)備主要有機車速度控制器、換向控制器、自動控制閥和輔助制動閥。為了保證安全，還裝有機車信號和自動停車裝置。

圖9-9　電力機車

3.電力機車簡述

電力機車(圖9-9)本身不帶原動機，靠接受接觸網(wǎng)送來的電流作為能源，由牽引電動機驅(qū)動機車的車輪。電力機車具有功率大、熱效率高、速度快、過載能力強和運行可靠等主要優(yōu)點，而且不污染環(huán)境，特別適用于運輸繁忙的鐵路干線和隧道多、坡度大的山區(qū)鐵路。

電力機車(圖9-10)是從接觸網(wǎng)上獲取電能的，接觸網(wǎng)供給電力機車的電流有直流和交流兩種。由于電流制式不同，所用的電力機車也不一樣，基本上可以分為直-直流電力機車、交-直流電力機車、交-直-交流電力機車三類。

直-直流電力機車采用直流制供電，牽引變電所內(nèi)設(shè)有整流裝置，它將三相交流電變成直流電后，再送到接觸網(wǎng)上。因此，電力機車可直接從接觸網(wǎng)上取得直流電供給直流串勵牽引電動機使用，簡化了機車上的設(shè)備。直流制的缺點是接觸網(wǎng)的電壓低，一般為l500V或3000V，接觸導(dǎo)線要求很粗，要消耗大量的有色金屬，加大了建設(shè)投資。

交-直流電力機車采用交流制供電，目前世界上大多數(shù)國家都采用工頻(50Hz)交流制或25Hz低頻交流制。在這種供電制下，牽引變電所將三相交流電改變成25kV工業(yè)頻率單相交流電后送到接觸網(wǎng)上。但是在電力機車上采用的仍然是直流串勵電動機(這種電動機最大優(yōu)點是調(diào)速簡單，只要改變電動機的端電壓，就能很方便地在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)對機車的調(diào)速。但是這種電機由于帶有整流子，使制造和維修都很復(fù)雜，體積也較大)，把交流電變?yōu)橹绷麟姷娜蝿?wù)在機車上完成。由于接觸網(wǎng)電壓比直流制時提高了很多，接觸導(dǎo)線的直徑可以相對減小，減少了有色金屬的消耗和建設(shè)投資。因此，工頻交流制得到了廣泛采用，世界上絕大多數(shù)電力機車也是交-直流電力機車。

1—受電弓2—主斷路器3—主變壓器4—轉(zhuǎn)換硅機組5—調(diào)壓開關(guān)6—硅機組7—主回路柜8—平波電抗器9—牽引電動機10—劈相機11—通風(fēng)機12—牽引進風(fēng)機13—油泵14—空氣壓縮機15—制動電阻柜

圖9-10　電力機車供電及電器回路示意圖

交-直-交流電力機車采用交流無整流子牽引電動機(即三相異步電動機)，這種電動機在制造、性能、功能、體積、重量、成本、維護及可靠性等方面遠比整流子電機優(yōu)越得多。它之所以遲遲不能在電力機車上應(yīng)用，主要原因是調(diào)速比較困難。這種機車具有優(yōu)良的牽引能力，很有發(fā)展前途。德國制造的E120型電力機車就是這種機車。

電力機車的工作原理:接觸導(dǎo)線上的電流，經(jīng)受電弓進入機車后經(jīng)過主斷路器再進入主變壓器，交流電從主變壓器的牽引繞組經(jīng)過硅機組整流后，向六臺分兩組并聯(lián)的牽引電動機集中供應(yīng)直流電，使?fàn)恳妱訖C產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，經(jīng)過齒輪的傳遞驅(qū)動機車動輪轉(zhuǎn)動。

4.前景光明的動車組

動車組(圖9-11)是城際和市郊鐵路實現(xiàn)小編組、大密度的高效運輸工具，以其編組靈活、方便、快捷、安全、可靠、舒適為特點備受世界各國鐵路運輸和城市軌道交通運輸?shù)那嗖A。

使用動車的比重以日本為最大，占87%;荷蘭、英國次之，分別占83%和61%;法國、德國又次之，分別占22%和12%。動車組稱得上是鐵路旅客運輸?shù)纳姟?/p>

我們通?？吹降碾娏C車和內(nèi)燃機車，其動力裝置都集中安裝在機車上，在機車后面掛著許多沒有動力裝置的客車車廂。如果把動力裝置分散安裝在每節(jié)車廂上，使其既具有牽引動力，又可以載客，這樣的客車車輛便叫做動車。而動車組就是幾節(jié)自帶動力的車輛加幾節(jié)不帶動力的車輛編成一組，就是動車組。帶動力的車輛叫動車，不帶動力的車輛叫拖車。

圖9-11　動車組

德國是最早制造和運用動車的國家，制造技術(shù)一直領(lǐng)先。1903年7月8日，首先運行了由鋼軌供電的動車組，由4節(jié)動車和2節(jié)拖車編成。同年8月14日，又運行了由接觸網(wǎng)供電的動車組，這是世界上第一列由接觸網(wǎng)供電的單相交流電動車組。同年10月28日，西門子公司制造的三相交流電動車進行了高速試驗，首創(chuàng)時速210.2km的歷史性紀錄。

(1)動車組的牽引方式動車組有兩種牽引動力的分布方式，一種叫動力分散，一種叫動力集中(圖9-12)。

圖9-12

動力分散電動車組的優(yōu)點是，動力裝置分布在列車不同的位置上，能夠?qū)崿F(xiàn)較大的牽引力，編組靈活。由于采用動力制動的輪對多，制動效率高，且調(diào)速性能好，制動減速度大，適合用于限速區(qū)段較多的線路。另外，列車中一節(jié)動車的牽引動力發(fā)生故障對全列車的牽引指標影響不大。動力分散的電動車組的缺點是:牽引力設(shè)備的數(shù)量多，總重量大。動力集中的電動車組也有其優(yōu)點，動力裝置集中安裝在2～3節(jié)車上，檢查維修比較方便，電氣設(shè)備的總重量小于動力分散的電動車組。動力集中布置的缺點是動車的軸重較大，對線路不利。

動車的技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)在功率、速度和舒適性的提高、單位功率重量的降低以及電子技術(shù)的應(yīng)用等方面。動車組今后還將不斷發(fā)展，特別是世界各國正在發(fā)展市郊鐵路與地下鐵道過軌互通，構(gòu)成城市高速鐵路網(wǎng)，動車組在其中將會起到主力軍的作用。

(2)動車組的種類動車組按動力裝置一般可分為內(nèi)燃動車組和電動車組。內(nèi)燃動車組按傳動方式分為電力傳動和液力傳動兩種;電動車組按電流制分為直流和交流兩種。用內(nèi)燃機作動力通過電傳動裝置或者液力傳動裝置的動車組，叫內(nèi)燃動車組;由電氣化鐵路接觸網(wǎng)供電，驅(qū)動牽引電動機的動車組，叫電動車組。這和內(nèi)燃機車、電力機車的情況大致相同。

市郊鐵路站間距離短、行車密度高、客運量大，要求動車加減速快、車廂容量大、旅客上下車方便。因此各國大城市近郊客運基本上都用電動車組，地面鐵路還與地下鐵道相結(jié)合，互相過軌，向統(tǒng)一的高速鐵路發(fā)展。如日本8000系斬波器控制的電動車組，由4節(jié)動車和2節(jié)控制車編成，每節(jié)車有4個寬1.3m的側(cè)門供旅客上下，能和地下鐵道互相過軌。日本使用的雙層電動車組，能有效地利用空間，增加載客數(shù)量。

各種長途高速電動車組具有代表性的有:日本的200系電動車組，由2節(jié)控制車和12節(jié)動車編成，總功率12880kW，最高速度260km/h。俄羅斯的ЭР200型電動車組，由2節(jié)控制車和14節(jié)動車編成，總功率11520kW，試驗速度200km/h。法國的TGV電動車組，由2節(jié)動車和8節(jié)拖車編成，最高速度可達260km/h。英國的APT高速電動車組，采用擺式車體，由2節(jié)動力集中式動車和12拖車編成，總功率6000kW。

高速內(nèi)燃動車組，有日本的181系特快內(nèi)燃動車組，由8節(jié)動車和1節(jié)拖車編成，共有8臺500柴油機，總功率3650kW，最高速度120km/h。還有英國投入運用的高速內(nèi)燃動車組，兩端各有1節(jié)內(nèi)燃動車，中間有7～8節(jié)拖車，速度最高達229km/h。

(3)中國動車組的發(fā)展與未來從20世紀下半葉開始，歐美、日本等開始大規(guī)模研制并運用動車組。我國也于20世紀90年代開始研制動車組。中國首列DMU型雙層內(nèi)燃動車組是一種理想的中、短途軌道運輸工具，唐山機車車輛廠于1998年自行開發(fā)研制成功，并于當(dāng)年6月在南昌至九江間投入運行。設(shè)計速度120km/h，總定員540人。

在短短的十幾年里，中國的動車組制造技術(shù)通過引進消化吸收有了長足的進步，動車的整體技術(shù)性能達到國外同類產(chǎn)品的先進水平，一躍成為技術(shù)的領(lǐng)先者!

2010年12月3日上午11時左右，中國新一代高速動車組在京滬高鐵先導(dǎo)段(棗莊至蚌埠)展開綜合試驗?！昂椭C號”CRH380A11:06從棗莊起點駛出，11:17到徐州，棗莊距離徐州82.5km，整個路段僅僅用了11min。11:28最高時速達到486.1km，是噴氣飛機低速巡航的速度。這是繼9月28日滬杭高鐵試運行創(chuàng)下時速416.6km之后，中國高鐵再次刷新世界鐵路運營試驗最高速(圖9-13)。

2011年6月13日，鐵道部舉行京滬高鐵開通運營新聞發(fā)布會宣布，京滬高鐵工程已通過初步驗收和安全評估，將于6月底正式開通運營。

毋庸置疑，正如19世紀，鐵路幫助英國和美國相繼成為世界第一強國，中國的高速鐵路建設(shè)，必將對中國的經(jīng)濟、社會發(fā)展帶來難以估量的廣泛而深遠的影響。到2012年，中國鐵路營運里程將達到11萬公里以上，其中新建高速鐵路將達到1.3萬公里。屆時，中國鄰近省會城市將形成1～2小時交通圈、省會與周邊城市形成半小時至1小時交通圈。速度的提升意味著經(jīng)濟運行成本的節(jié)約，也意味著時間成本的大量減少?？梢哉f，發(fā)展高鐵，減少成本，實行客貨分離，是中國在高速發(fā)展經(jīng)濟時的一種必然選擇。

5.磁懸浮列車

磁浮列車(圖9-14)從嚴格意義上說，是介乎于火車和飛機之間的一種特別的運輸工具。說它是火車，它不靠車輪在地上跑;說它是飛機，它不靠翅膀在空中飛。它是一種采用無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動系統(tǒng)的磁懸浮高速列車系統(tǒng)。它的時速可達到500公里以上，是當(dāng)今世界最快的地面客運交通工具，有速度快、爬坡能力強、能耗低、運行時噪音小、安全舒適、不燃油、污染少等優(yōu)點。并且它采用高架方式，占用的耕地很少。磁懸浮列車意味著這些火車利用磁的基本原理懸浮在導(dǎo)軌上來代替舊的鋼輪和軌道列車。磁懸浮技術(shù)利用電磁力將整個列車車廂托起，擺脫了討厭的摩擦力和令人不快的鏘鏘聲，實現(xiàn)與地面無接觸、無燃料的快速“飛行”。

圖9-13　中國高鐵運營試驗速度

圖9-14　磁懸浮列車

磁浮列車的研究和試驗已經(jīng)有四十多年的歷史，但是復(fù)雜的技術(shù)和高額的投資以及一系列相關(guān)問題的懸而未決，使它至今難以推廣普及。不過，可以肯定，隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟的發(fā)展，磁懸浮列車將會成為未來交通的新寵。

目前世界上的磁浮列車有兩個發(fā)展方向(圖9-15):一個是以德國為代表的常規(guī)磁鐵吸引式懸浮系統(tǒng)——EMS系統(tǒng)，利用常規(guī)的電磁鐵與一般鐵性物質(zhì)相吸引的基本原理，把列車吸引上來，懸空運行，懸浮的氣隙較小，一般為10毫米左右。常導(dǎo)型高速磁懸浮列車的速度可達每小時400～500km，適合于城市間的長距離快速運輸;另一個是以日本為代表的排斥式懸浮系統(tǒng)——EDS系統(tǒng)，它使用超導(dǎo)的磁懸浮原理，使車輪和鋼軌之間產(chǎn)生排斥力，使列車懸空運行，這種磁懸浮列車的懸浮氣隙較大，一般為100mm左右，速度可達每小時500km以上。這兩個國家都堅定地認為自己國家的系統(tǒng)是最好的，都在把各自的技術(shù)推向?qū)嵱没A段。估計在21世紀，這兩種技術(shù)路線將依然并存。

圖9-15　磁懸浮列車原理圖

作為目前最快速的地面交通工具，磁懸浮列車技術(shù)的確有著其他地面交通技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。

首先，它克服了傳統(tǒng)輪軌鐵路提高速度的主要障礙，發(fā)展前景廣闊。第一條輪軌鐵路出現(xiàn)在1825年，經(jīng)過140年努力，其運營速度才突破200km/h，由200km/h到300km/h又花了近30年，雖然技術(shù)還在完善與發(fā)展，繼續(xù)提高速度的余地已不大，而困難卻很大。還應(yīng)注意到，輪軌鐵路提高速度的代價是很高的，300km/h高速鐵路的造價比200km/h的準高速鐵路高近兩倍，比120km/h的普通鐵路高3～8倍，繼續(xù)提高速度，其造價還將急劇上升。與之相比世界上第一個磁懸浮列車的小型模型是1969年在德國出現(xiàn)的，日本是1972年造出的。可僅僅十年后的1979年，磁懸浮列車技術(shù)就創(chuàng)造了517km/h的速度紀錄。目前技術(shù)已經(jīng)成熟，可進入500km/h實用運營的建造階段。

第二，磁懸浮列車速度高，常導(dǎo)磁懸浮可達400～500km/h，超導(dǎo)磁懸浮可達500～600km/h。對于客運來說，提高速度的主要目的在于縮短乘客的旅行時間，因此，運行速度的要求與旅行距離的長短緊密相關(guān)。各種交通工具根據(jù)其自身速度、安全、舒適與經(jīng)濟的特點，分別在不同的旅行距離中起骨干作用。專家們對各種運輸工具的總旅行時間和旅行距離的分析表明，按總旅行時間考慮，300km/h的高速輪軌與飛機相比在旅行距離小于700km時才優(yōu)越。而500km/h的高速磁懸浮，則比飛機優(yōu)越的旅行距離將達1500km以上。

第三，磁懸浮列車能耗低，據(jù)日本研究與實際試驗的結(jié)果，在同為500km/h時，磁懸浮列車每座位公里的能耗僅為飛機的1/3。據(jù)德國試驗，當(dāng)TR磁懸浮列車時速達到400km時，其每座位公里能耗與時速300km的高速輪軌列車持平;而當(dāng)磁懸浮列車時速也降到300km時，它的每座位公里能耗可比輪軌鐵路低33%。

第四，維修少，磁懸浮列車無需處理因輪、軌摩擦和磨損所帶來的頻繁的維修和零部件更換問題，便于全自動控制，且使日常管理費用大大降低。日常維修主要集中在電子技術(shù)方面，不需大量體力勞動。

第五，磁懸浮列車無污染，采用電力驅(qū)動，無需燃油，無有害氣體排放。

第六，穩(wěn)定性好，磁懸浮列車沒有輪、軌摩擦和與受電弓的機械接觸，穩(wěn)定，舒適性好。

第七，安全性好，它在半封閉的廂體中運行，不會出現(xiàn)通?；疖?、汽車的碰撞、傾覆事故。德國專家評價，TR系列磁浮列車的安全性是飛機的20倍、輪軌列車的250倍、公路系統(tǒng)的700倍。

第八，啟動停車快，爬坡能力強，選擇自由度較大是高速磁懸浮列車的又一優(yōu)勢。德國TR磁浮列車啟動50秒后(行程2公里)，時速可達200km/h，100秒后(4.8公里)達300km/h，150秒后(9.6公里)達400km/h;ICE輪軌高速在150秒后(行程5公里)達200km/h。已經(jīng)證明，磁浮列車爬坡能力可達100%，而輪軌高速為40%，在同等速度下，磁懸浮列車轉(zhuǎn)彎半徑小，從而其選擇自由度較大，這意味鐵路可較短、少占地面、耕地，降低總投資。

三、機車的發(fā)展趨勢

更安全、更低價、更快速、低污染是人類快節(jié)奏生活永遠追求的目標，高速磁懸浮列車成為21世紀火車技術(shù)發(fā)展的主方向。磁懸浮列車具有顯著的高速度，但也具有顯著的高成本，它的機車、軌道和信號控制系統(tǒng)與現(xiàn)在鐵路系統(tǒng)完全不同。與建設(shè)磁懸浮列車線路相比，怎樣利用現(xiàn)有的鐵路網(wǎng)是許多國家面臨的更現(xiàn)實的問題。擺式列車的再現(xiàn)則為這個問題提供了一個很好的答案。擺式列車是一種可以在原來軌道上運營的新型列車，它通過采用新的懸掛體系、轉(zhuǎn)向儀和加速儀，使列車運行速度提高了1/3，是發(fā)展中國家重點發(fā)展的機車技術(shù)之一。