高速列车概论论文

高速列车技术发展趋势论文

学院：交通运输工程学院

专业班级：交通设备嘻嘻嘻班

姓名：手动阀

学号：232142432

高速列车技术的发展趋势

啥方法都

摘要：高速铁路是一个集各项先进铁路技术、先进运营管理方式、市场营销和资金筹措在内的十分复杂的系统工程,具有高效率的运营体系,它包含了基础设施建设、机车车辆配置及站车运营规则等多方面的技术与管理. 随着高速铁路的发展，高速铁路渐渐成为交通运输的主流。我国近年来在高速铁路的建设上取得了巨大的成绩，而相伴而来的便是如何保持先进技术的问题。这需要把握高铁技术的发展趋势并介入研究。本文从世界与中国高速列车技术现状与发展出发,分析中国高速铁路建设发展现状与趋势,总结主要类型以及世界各国高速列车发展趋势。

高速列车是指最高行车速度每小时达到或超过200公里的铁路列车。世界上最早的高速列车为日本的新干线列车，1964年10月1日开通，最高时速每小时443公里，运营速度可达每小时270公里或300公里。此后，许多国家相继修建高速铁路，列车运行速度也一再提高。

1.世界各国目前高速列车发展概况

到目前为止，开通高速列车的国家有日，中，法、德，意，英，俄，瑞典等国。其中法国的TGV系列创下钢轮式实验速度之最，2007年其速度曾达到每小时574.8公里。高速列车一般指时速在200公里以上的列车。20世纪50年代初，法兰西共和国首先提出了高速列车的设想，并最早开始试验工作。1976年，用柴油电动机车牵引的高速列车在英国投入服务，这是当时英国最快的载客列车，最高时速达250公里。法兰西共和国则以电力机车为研究对象，其高速电力引列车在1978年曾创下时速260公里的纪录。1981年10月，新的高速列车“T.G.V”在巴黎─里昂干线正式投入使用。采用流线形造型的“T.G.V”和和常规列车相比，空气阻力减小了三分之一。它装有大功率动力装置，具有较强的爬坡能力，可以高速爬上35%的陡坡，也可在坡路上起动，使用的仍是普通铁轨线路，曾创下时速380公里的纪录。

高速列车是在现有的柴油机车、电力机车和铁路的基础上，对动力系统、行走系统、车厢外形和路轨系统等加以改进，并没有改变传统火车和铁路和基本面貌。

除了在牵引机车方面的改进以外，虽然人们还在轨道方面进行了一些新的尝试，如西德、日本、美国等国家修建了一些短程单轨铁路，但由于建造费用庞大，比普通铁路复杂，不能适应长途重载铁路运输的需要，所以没有普遍采用。由于传统牵引机车和路轨系统等方面的问题，如轮、轨的摩擦难以克服，所以进一步提高车速困难很大。若想使铁路运输有一个大的飞跃，而需在牵引机车和路轨系统等方面采用全新的设计，如某些国家正在研制之中的磁悬浮列车。法国阿尔斯通公司制造的V150型高速电气机车(TGV)在巴黎东南部的一段经特殊加固的铁路线上，达到了时速574.8公里，创下新的有轨铁路行驶速度世界纪录。在测试中，列车经过14分钟的不断加速，达到了574.8公里的时速，打破了17年前同样由TGV机车创造的515.3公里/小时的纪录。

时速200公里以上的和谐号动车组（简称CRH，意为中国高速列车）首次出现在国人面前，平均每天有近20万旅客乘坐。然而，由于外型与欧洲、日本高速列车相近，CRH自从开行以来也受到质疑。有人认为，“CRH并非自主知识产权，是照搬的外国产品”，“咱们国家现成的…中华之星?列车为何放着不

用？”CRH到底是不是铁路部门所称的“引进消化吸收再创新后，中国自主生产的中国品牌”？会不会走上中国汽车产业的老路——市场失去了，技术却没有换到？中国铁路可能在短短3年中走完发达国家20年的路吗？

中国铁路争议中面临选择

截至2009年，我国铁路运营里程达到8.6万公里，位居世界第二。按照国际通行的定义，其中投入运营的高速铁路已经达到6552营业公里，时速200至350公里的高速铁路有3676营业公里。

2.高速列车技术特点

高速列车的优点在于速度高，燃料省，安全可靠，服务优良。因此，高速列车从一开始就显示出了巨大的优越性。同普通列车相比，高速列车的性能大大提高。

（1）空气阻力是影响高速列车运行的最主要因素，因此高速列车车头一般都采用流线型的车头形状（如TGV），外表面光滑并使玻璃窗与外部齐平，以达最优的空气动力型式。

（2）在高速行驶时，要保证列车运行有足够的加速力。但高速运转时粘着系数降，为此需要提高轴重（动力集中）或增加轴数（动力分散）。前者虽成本低，但是轴重过大会增加对线路的破坏作用，因此各国都采用不同程度的动力分散方式。日本新干线全部为动力分散，动轴设置数量见表12-3。采用功率较小的混流电机。0系列每轴功率185千瓦，100系列每轴功率230千瓦。TGV，ICE 则是采用介于集中与分散之间的一种方式，各设2节动力车，TGV采用较大功率的交流同步电机，每轴功充1.1千瓦；ICE采用交流异步电机。

（3）为实现较大的减速，各国的高速列车不仅对所有的动轴实施制动，而且对从轴也安装了制动装置。如新干线列车对所有的车轴都装有电力制动与盘形制动的双重制动系统；TGV列车对动轴采用电力制动与车轮踏面制动相结合，从轴仅采用盘形制动；ICE对轴采用电力制动与盘形制动相结合，从轴采用涡流钢轨制动加电力制动。

3.中国高速列车的发展方向和趋势

从时速160公里提高到时速200公里以上，是一次质的飞跃——列车控制系统、牵引制动系统、车体外型、系统集成等都要因为这40公里时速的提升而做出质的改变。早在上世纪90年代，中国就已经开始摸索制造高速列车，但始终没有从根本上解决问题。与汽车等其他行业相比，世界上的高速列车制造厂商算是比较少的，只有德国的西门子、法国的阿尔斯通、加拿大的庞巴迪和日本的川崎四家。谁也不愿失去中国这个庞大的高速列车市场。但中国自身的发展更为重要。

我国高速铁路和高速列车技术研究和建设经过了近20 年的发展历程。第一阶段从1990 年至2007 年，经历了全国铁路五次大提速和德、日、法高速动车组的引进消化吸收；第二阶段从2008 年至今，是以自主创新为主的阶段。

我国高速铁路网具有区别于欧洲和日本高速铁路的若干重要特征，主要表现为：路网规模大，覆盖地域辽阔；地理、地质、气候条件复杂多变；不同区域社会经济发展极不平衡，导致客运需求层次丰富；既有线提速和跨区域高速、区域快速和城际快速铁路等不同速度级客运专线具有完全不同的运营、需求条件，需要不同的运营模式和列车装备配套。

2010 年12 月3 日，具有自主知识产权的CRH380AL 新一代高速列车在京沪线先导段创造了486.1km/h 的世界高速铁路最高运营试验速度，列车各项性能指标完全满足设计要求，标志着我国高速列车技术已跻身世界高速列车技术先进行列。实现不同速度、不同运营条件、不同运营模式下的高速列车谱系化，不仅是世界高速铁路技术的发展方向，更是我国高速铁路和高速列车装备的重大需求。我国已拥有规模居世界前列的高速铁路网，从整体上确保高速铁路的系统安全性和可持续性是我国高速铁路面临的重大挑战。

高速列车的安全平稳运行，取决于施于列车上的各种力的产生、相互作用与控制，因而高速运行条件下的列车力学行为、特性及其作用规律等构成了高速列车最重要的基础科学问题。研究并形成相应的理论和方法体系，对构造合理安全的流固、轮轨和弓网关系，以及在高速条件下使上述关系得以稳定保持的牵引、制动、材料、结构和控制技术，具有重要的基础性和全局性意义，是我国高速列车技术得以持续发展并保持领先地位的根本保障。

高速铁路作为一个由复杂技术装备组成、在复杂环境中运行、完成具有复杂时空分布特征的位移服务的整体，是一个复杂的网络化巨系统，其在不同尺度下安全行为的决定要素众多、耦合复杂、涌现丰富。因此，高速铁路安全相关要素辨识、要素间关联影响机理、涌现规律、异常行为预测及基于预警的主动安全控制，已成为高速铁路整体安全行为理解、系统安全保障和各尺度下安全保障策略形成的重大科学问题。研究并形成我国高速铁路系统安全理论和安全保障方法体系，对我国高速铁路体系化安全保障技术的形成，以及高速铁路整体安全水平保持与提高具有重要的基础性和战略性意义，也是我国高速铁路在保障安全前提下可持续发展的根本保障。

研究并形成符合我国国情的高速铁路减振降噪技术是高速列车环境友好性的保障，是我国高速铁路和谐健康和可持续发展的战略需求，是在我国大规模高速铁路网建设和运营条件下构建和谐社会的重要技术保障。

由上可大致分析得高速列车未来的发展趋势会涵盖以下几点：

1.运行安全与运行性能

（1）吸能

随着高铁在速度方面越来越稳定的性能，安全问题便开始成为关注的重点了，而研究列车在受到冲击之后如何大量吸能控制列车的变形成为重中之重。多孔固体结构作为一种兼具功能和结构双重属性的材料结构，近年来得到迅速发展。铝蜂窝作为多孔固体结构的一种，因其具有密度小、刚度低、压缩变形大及变形可控以及可缓冲吸能、制造工艺成熟等优点得以广泛应用。铝蜂窝缓冲器在航天着陆器中可吸收着陆冲击能量。其典型应用实例即成功登陆月球的阿波罗11号着陆器。铝蜂窝缓冲器的缓冲特性与其箔材的材料、厚度、芯格尺寸、相对密度及拓扑结构有关，这些参数受环境影响较小，缓冲性能稳定（2）阻燃

列车的高速化，轻量化催生了复合材料在车体上的应用。高速列车作为一种交通工具。长期暴露在户外环境，因此列车材料结构必须能够应对温差变化，阻燃，受压性能等问题

2.节能环保

目前我国已经成为世界上高速铁路运营里程最长、在建规模最大、运行速度最高的国家。与其他交通运输方式相比，铁路运输单位能耗相对较低，但随着列车运行速度的提高，列车消耗的能量也明显增大，因此高速列车的节能降耗问题已经成为一个亟待解决的问题，高速列车节能运行问题是一个最优控制问题，在保证列车安全、正点、舒适、准确停车的基础上，研究如何操纵列车，使得列车的运行能耗最少。如何降低列车行驶过程中的噪音，减少对环境的影响是以后高速列车发展的一重要趋势。

3.列车轻量化

列车轻量化主要从轴重、能耗和制动三个方面考虑，列车速度越高，对轨道的冲击大。因此，速度大于120 km/h 的车辆的轴重要随速度级的增加而减少。轴重过重，轻则使钢轨过度磨耗和损伤，增加线路维修工作量；重者则损坏线路，酿成重大事故。高速列车的运行速度大于250 km/h 时，对轨道的冲击力比普通列车冲击要大得多。高速列车运行靠消耗电能来实现，列车运行除具备一定的动

力外，还必须克服包括机械摩擦力和空气阻力在内的运行阻力。高速列车的运行速度大于250 km/h 时，需要的动能是现有列车的4 倍多，要克服的阻力是现有列车的10～30 倍。高速列车的巨大动能在制动停车的短时间消散，也是一个困难的技术问题，一般高速列车采用再生制动和盘型制动结合的方式，对盘型制动的制动盘和闸片的能力要求十分苛刻。列车轻量化对减轻高速列车自重，减少线路损害、减少动力消耗、节约能源，减少制动系统的负担具有重大意义。

4.高速列车制动技术改进

世界各国高速列车主要采用的制动方式有：踏面制动、盘形制动、再生制动、电阻制动、盘形涡流制动、磁轨制动和轨道涡流制动等7种。其中，踏面制动和盘形制动多靠压缩空气作用实施制动，因此一般又称为空气制动。这7种制动方式中，踏面制动、盘形制动、磁轨制动属于机械制动，存在机械磨损；再生制动、电阻制动、盘形涡流制动和轨道涡流制动都是电制动，制动时没有机械磨损。1．踏面制动踏面制动通过制动闸瓦与车轮上同钢轨接触的踏面相互摩擦从而获得制动力。法国第一代高速列车TGV—PSE就使用踏面制动。由于这种制动方式给踏面带来磨损，并需要频繁更换闸瓦，所以如今在高速列车上，踏面制动已基本被盘形制动所取代，即便使用，也仅是作为踏面清扫装置使用。2．盘行制动用金属材料制造的制动盘，其外形就像一个盘子，盘形制动也因此得名。盘形制动根据制动盘安装位置的不同分为两类：一种是制动盘“贴”在车轮侧面的轮盘式；另一种是制动盘独立安装在车轴上的轴盘式。轮盘式制动时，通过液压制动缸及制动杠杆的作用，让安装在杠杆另一端的两块闸片夹紧制动盘而产生摩擦力矩，该摩擦力矩再由车轮传给钢轨并引起钢轨作用于车轮的反作用力，该反作用力即列车的制动力。3．电阻制动和再生制动这两种制动在制动时让牵引电动机转变为发电机工作，也就是说，牵引电机在列车上“一人扮演两个角色”：牵引时作为电动机牵引列车前进，制动时作为发电机让列车减速制动。要说明的是，牵引电机的这种角色转变在控制上是很容易实现的。要让牵引电机作为发电机发电就得从外部给它输入能量才行，电阻制动和再生制动便巧妙地利用制动时的列车动能来让牵引电机发电的。那么，牵引电机发出的电能由谁来吸收呢?电阻制动让电能消耗在列车上的制动电阻上变成热能消耗掉，而再生制动让电返回到电网加

以利用。显然，电阻制动把制动所得的电能白白地浪费掉了而再生制动却带来节能的效果，加之再生制动无需在车上设置制动电阻，还可以减轻车体重量，二者的优劣是不言自明的。4．盘行涡轮制动盘形涡流制动的基本原理是这样的：钢材料的涡流制动圆盘安装在拖车车轴上，涡流制动线圈安装在制动盘的两侧。制动时涡流制动线圈通以电流，涡流线圈成为电磁铁，制动圆盘随车轴转动时，根据电磁感应的原理，制动圆盘上就有涡流产生；产生的涡流在电磁铁磁场的作用下，就会产生一个和车轴转动方向相反的电磁制动力矩。5．磁轨制动和轨道涡流制动磁轨制动和轨道涡流制动可以作为紧急制动情况下的辅助制动方式，其制动力的获得不依赖于轮轨间的黏着，故又称这两种制动方法为非黏着制动。采用非黏着制动，主要是在高速紧急制动时附加一个比较稳定的非黏着制动力，从而缩短制动距离。磁轨制动的原理是在紧急制动时，升降气缸充气，电磁铁部分下降，同时给励磁线圈提供励磁电流，电磁铁磁力使铸铁极靴吸附在钢轨表面，以产生摩擦制动力。由于这种制动方式对钢轨表面有一定的损伤，故一般不轻易使用。轨道涡流制动的原理是依靠列车上涡流线圈与钢轨之间的磁力来产生制动力，属非接触式制动，故对钢轨没有直接的磨损和破坏作用。但这种制动方式的缺点是涡流会导致钢轨温升．耗电量大，对轨道电路也有干扰作用，故未推广使用。现阶段，我国高速列车普遍采用空气制动等黏着制动方式，但随着运行速度的提高黏着制动力急剧下降，需非粘着制动方式提供辅助制动力，以满足列车制动要求。

5.总结

通过对国内高铁发展现状的了解，大致了解现在高铁的技术短板，分析高速列车发展的总体技术趋势，归纳来讲，中国高速列车的研究趋势由以往的追求在速度方面的提升渐渐趋向于对实用性，安全性，舒适性和全球性及经济性转移；结合实际来看，高速铁路技术首重于安全性能方面的研究，毕竟列车在运输旅客方面首先需要考虑的是安全问题。安全方面主要是车体材料，列车制动技术，以及列车节能吸能通信等等方面的研究，其次便是舒适性和节能型的研究了，最后的全球性和经济性，是对高铁走出国门，占领国外市场，提高中国高铁在世界上的影响力的重要必要考虑条件。当然，本文并不详细，只是简要介绍了高速列车在某些方面的发展趋势和发展要求。