魅力四射的動車組

喬英忍

近年來，當(dāng)人們選擇鐵路作為交通工具出行時，首選安全、快速和舒適的動車組。一時間，動車組成了人們街頭巷尾熱議的話題。特別是在2008年北京奧運會期間，擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的和諧號CRH3型時速350千米動車組在京津城際鐵路上投入運用，引起了世界的注目。

何謂鐵路動車組

動車組是鐵路列車的一個品種，它既用于客運，也用于貨運和鐵路工作人員現(xiàn)場辦公。因此，由不同功能的鐵路車輛編組而成的當(dāng)代鐵路動車組應(yīng)同時符合以下4個基本條件。

(1)裝備有可控牽引動力裝置；

(2)裝備有為旅客服務(wù)、或運送貨物、或供有關(guān)鐵路工作人員執(zhí)行公務(wù)和休息的車內(nèi)良好設(shè)施；

(3)組成動車組的車輛采用固定編組，正常運用和檢修中不解編；

(4)可雙方向行駛，在終端車站往返時無需調(diào)頭，只改變操縱端。

在一列由不同功能車輛編組而成的動車組中，同時符合上述第(1)、(2)條的車輛稱為動車；只符合第(1)條的也可稱為動車，但是為了與符合第(1)、(2)條的動車相區(qū)別，往往將其稱為動力車；只符合第(2)條的車輛一般稱為拖車，但是布置在1列動車組端部的拖車，一般都裝有控制設(shè)備和司機(jī)操縱臺，這種拖車車輛又叫作控制車，控制車沒有安裝可控牽引動力裝置。

在了解了上述幾點及其說明之后，就可以對鐵路動車組作出如下定義：鐵路動車組是由符合以上條件的多節(jié)動車、或者是1節(jié)或數(shù)節(jié)動車與1節(jié)或數(shù)節(jié)拖車(含控制車)，采用固定編組、無需調(diào)頭可雙向運行、正常運用和檢修中不解編的鐵路列車。

動車組的魅力所在

鐵路動車組的無比魅力不僅僅來自它那美麗動感而帥氣的外形，最主要的是源自其設(shè)計、運用和檢修等諸多方面的獨到之處。高速列車的設(shè)計主要要解決列車在高速運行中的安全、舒適和環(huán)保問題。這些問題的解決集中反映了新型鐵路牽引動力和高性能輕型車輛等方面的技術(shù)進(jìn)步，涉及交通、機(jī)械、電子、能源、控制、信息、材料、網(wǎng)絡(luò)、通信和環(huán)保等多種技術(shù)領(lǐng)域，是各種現(xiàn)代技術(shù)綜合集成的集中體現(xiàn)，從而構(gòu)成動車組富有魅力的以下諸多亮點：

快速

我們都知道傳統(tǒng)火車中快速、普快的最高時速是120千米，直達(dá)特快的最高時速為160千米，而我國鐵路第六次大提速上線運行的和諧號CRH₁、CRH₂、CRH₃的最高運營時速均達(dá)到了200千米，最高試驗時速為250千米，其中的CRH3的最高運營時速達(dá)350千米，其試驗速度竟然刷新了世界運營鐵路最高速度記錄——394.3千米／小時?，F(xiàn)代鐵路動車組不但運行速度高，而且啟動加速快，減速停車距離短，較大地縮短了旅客乘車時間，這在當(dāng)今時間就是金錢的市場經(jīng)濟(jì)條件下，具有很高的經(jīng)濟(jì)和社會效益。而動車組的“快”，離不開下面的關(guān)鍵技術(shù)。

車體輕

輕就是要求高速列車自重小，列車本身輕了，就能搭載更多的旅客，跑得更快。車體就是通常講的車廂外殼，早期的車體承載結(jié)構(gòu)采用碳鋼結(jié)構(gòu)或不銹鋼結(jié)構(gòu)，后來發(fā)展到鋁合金結(jié)構(gòu)，這是因為鋁合金的自重系數(shù)要比鋼小得多。以鋁代鋼固然能減輕自重，但是一整塊鋁板的質(zhì)量仍然不小，于是又發(fā)展到鋁型材結(jié)構(gòu)和鋁蜂窩結(jié)構(gòu)，這樣就像蓋高樓用的空心磚一樣，當(dāng)然減重效果更好。后來經(jīng)過工藝上的進(jìn)一步改進(jìn)，發(fā)展到大型鋁擠壓型材和中空雙表面大型鋁合金擠壓型材。這些材料不但保持了強(qiáng)度，減輕了重量，同時還降低了造價。

復(fù)合制動

提高功率和減輕自重可以讓高速列車跑得快，但是如何讓飛馳的列車停下來的確不是一件容易的事，而且這又是一件人命關(guān)天的大事，所以制動成為高速列車的一個關(guān)鍵問題。例如，一節(jié)軸重為14噸的4軸車輛，在時速270千米的速度下制動，消散能量為170兆焦；在時速350千米速度下制動，消散能量可猛增到266兆焦，這些能量足以使溫度0℃的670升水煮沸，而且這些巨大的能量還必須在規(guī)定的制動距離內(nèi)吸收消散，可想而知，這對現(xiàn)代高速列車制動技術(shù)提出了多么高的要求，而通常采用的空氣車輪踏面摩擦制動遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了這些要求。

當(dāng)代高速動車組制動技術(shù)的一大特點就是強(qiáng)化復(fù)合制動，即將動力制動、空氣制動、磁軌渦流制動等相結(jié)合，形成一個微機(jī)控制的綜合制動系統(tǒng)。高速動車組的動車采用包括電阻制動和再生制動的動力制動為主，輔以電空控制的盤形制動；非動力的拖車制動則多采用盤形制動，輔以磁軌渦流制動等。

車體密封性

2008年6月24日上午，和諧號CRH3型動車組在京津城際鐵路運行試驗中創(chuàng)造394.3千米／小時中國鐵路第一速記錄。親臨現(xiàn)場的記者描述了當(dāng)時“陸地飛翔”的感覺：只見臨近高速公路上飛馳的汽車被遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在后面，列車運行十分平穩(wěn)。盡管列車不斷提速，坐在京津城際列車上，卻不會感覺到眩暈或耳鳴，耳邊也不會傳來“咣當(dāng)”的震動聲。這是怎么回事呢?這就涉及到了動車組中的一個關(guān)鍵技術(shù)之一——氣密性。大家知道，當(dāng)時速大于200千米的列車通過隧道或在隧道內(nèi)兩列交會時(列車交會時的相對速度相當(dāng)于兩列車速之和)，會將隧道內(nèi)原有的部分空氣排開，但是由于空氣的粘性和隧道內(nèi)壁以及列車外表面摩擦力的存在，列車前方的空氣會受到壓縮，而列車尾部進(jìn)入隧道后又會產(chǎn)生一定的負(fù)壓，因此會發(fā)生壓力波動過程。一旦這種急劇變化而形成的空氣壓力波通過車體縫隙進(jìn)入車廂內(nèi)部，就會沖擊旅客耳膜，造成難以忍受的耳鳴耳痛，嚴(yán)重時可使門窗破壞，玻璃碎裂。為此高速列車的車體結(jié)構(gòu)必須是一個良好的氣密結(jié)構(gòu)，當(dāng)車外氣壓變化時，通過氣密技術(shù)的實施不致影響到車內(nèi)，影響旅客的乘坐舒適性。高速列車密封處理技術(shù)主要包括采用擠壓型材的連續(xù)焊接、各種密封材料、塞拉門和緊鎖機(jī)構(gòu)、水封、高壓鼓風(fēng)機(jī)連續(xù)供排氣等方法，對車體、車窗等固定部分、車門等活動部分以及排水設(shè)置和換氣設(shè)施等進(jìn)行密封處理。

減速玻璃?

乘坐過動車組的人都知道，不論車開得多快，車窗外的景物向后移動速度并不快，不會讓人感到頭暈?zāi)垦?。這就得說起所謂的“減速玻璃”了。也有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為稱其“不增速玻璃”，這更為妥切。其實高速動車組采用的玻璃在研制過程中，研究人員在特別強(qiáng)調(diào)玻璃本身強(qiáng)度的同時，還主要考慮了以下兩個因素：一是人們在高速運行中的動車組上透過窗玻璃觀察外面景物，看到的是高速向后移動的人和物；二是人們透過玻璃看到的不僅有人和物本身的運動外，還疊加了由于玻璃在厚度、平面度、甚至曲率

方面的誤差造成的光線折射不均勻度帶來的快速隨機(jī)變化的“運動”分量。會使看到的運動物體變得相對模糊，好像景物運動得更快了。于是在研制高速動車組玻璃時，準(zhǔn)確地矯正了玻璃在厚度、平面度或曲率方面的誤差，甚至采用一個按照厚度和折射率推導(dǎo)出來的函數(shù)進(jìn)行設(shè)計，另外還會矯正玻璃材質(zhì)的誤差，從而讓旅客乘坐在高速行進(jìn)的動車組上，還能清晰地欣賞外面美麗的運動著的景物。

高速轉(zhuǎn)向架技術(shù)

轉(zhuǎn)向架可以說是鐵道車輛上最重要的部件之一，它是做什么的呢?承擔(dān)車體重量，把車輪沿軌道方向的滾動轉(zhuǎn)換成車輛沿線路方向的平動，產(chǎn)生并傳遞牽引力和制動力，緩和線路不平順對車輛的沖擊，保證車輛的曲線通過能力——這些都是轉(zhuǎn)向架的工作。

高速列車轉(zhuǎn)向架被喻為“飛毛腿”。“飛毛腿”必須具備足夠大的牽引功率、高的運行穩(wěn)定性、低的輪軌動作用力、滿意的運行舒適性、強(qiáng)大的制動能力和簡單可靠、少維護(hù)的結(jié)構(gòu)。正是高速列車轉(zhuǎn)向架優(yōu)良的運行品質(zhì)，我們才能體驗到又快又舒適的乘坐感覺。

信息化水平高

由于列車采用固定編組、正常運用和維修中不解編，所以更適宜采用先進(jìn)的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，從而將信息化技術(shù)滲透到列車牽引控制、各項功能監(jiān)控、故障自動診斷等方面，提高了動車組的運用可靠性、功能完善性和運用、檢修水平。

“以人為本”的設(shè)計理念

列車上設(shè)有應(yīng)急呼喚服務(wù)和煙火報警設(shè)施，最大限度地保障生命財產(chǎn)安全。在車廂內(nèi)部設(shè)計上，通過幽雅的造型、和諧的色彩、宜人的燈光、舒適的空調(diào)、歡快的休閑娛樂服務(wù)創(chuàng)造完善的旅行環(huán)境?，F(xiàn)代動車組的設(shè)計還充分考慮環(huán)境友好性，對廢氣排放、噪聲和振動、電磁輻射、集便排污等都努力降低到最低限度，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

動車組發(fā)展前程似錦

鐵路是現(xiàn)代文明的一項巨大工業(yè)成就，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展的。動車組作為鐵路客運的寵兒也不例外。據(jù)統(tǒng)計，目前動車組國際市場的年交易額為120多億歐元，電力動車組和內(nèi)燃動車組的份額分別為75％和25％。預(yù)計在最近5年內(nèi)，交易額還會以年均5％的增長率增加。鐵路動車組的水平提高和擴(kuò)大運用仍有充分的空間和余地。今后動車組發(fā)展的基本方向仍然是朝著更安全、更快速、更環(huán)保、更舒適、更便利的趨勢發(fā)展。進(jìn)一步突破傳統(tǒng)設(shè)計理念，大膽采用先進(jìn)的電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)，進(jìn)一步加強(qiáng)、加速和提高機(jī)械電子技術(shù)在鐵路動車組設(shè)計、制造、運用、檢修等方面的應(yīng)用，是不斷提高動車組技術(shù)水平的根本。目前的動車組作為機(jī)電一體化產(chǎn)品仍為“第一代”產(chǎn)品，它的系統(tǒng)功能和控制規(guī)律適用范圍有限；今后的“第二代”產(chǎn)品將具備更高的功能以及成為具有高可靠性和容錯性的集成系統(tǒng)，控制規(guī)律會更加完善；“第三代”產(chǎn)品的功能和集成化會進(jìn)一步增強(qiáng)，有可能廣泛而深入地利用軌道參數(shù)數(shù)據(jù)庫和列車運用、檢修數(shù)據(jù)庫以及衛(wèi)星定位系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，鐵路動車組將成為高度智能化、人性化的產(chǎn)品。

在世界鐵路新時代到來的今天，展望動車組的發(fā)展前景將更加美好。

責(zé)任編輯尹瑩瑩