喬英忍

近年來(lái)，當(dāng)人們選擇鐵路作為交通工具出行時(shí)，首選安全、快速和舒適的動(dòng)車組。一時(shí)間，動(dòng)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(yùn)會(huì)期間，擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的和諧號(hào)CRH3型時(shí)速350千米動(dòng)車組在京津城際鐵路上投入運(yùn)用，引起了世界的注目。

何謂鐵路動(dòng)車組

動(dòng)車組是鐵路列車的一個(gè)品種，它既用于客運(yùn)，也用于貨運(yùn)和鐵路工作人員現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)車組應(yīng)同時(shí)符合以下4個(gè)基本條件。

(1)裝備有可控牽引動(dòng)力裝置；

(2)裝備有為旅客服務(wù)、或運(yùn)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(dòng)車組的車輛采用固定編組，正常運(yùn)用和檢修中不解編；

(4)可雙方向行駛，在終端車站往返時(shí)無(wú)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(dòng)車組中，同時(shí)符合上述第(1)、(2)條的車輛稱為動(dòng)車；只符合第(1)條的也可稱為動(dòng)車，但是為了與符合第(1)、(2)條的動(dòng)車相區(qū)別，往往將其稱為動(dòng)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(dòng)車組端部的拖車，一般都裝有控制設(shè)備和司機(jī)操縱臺(tái)，這種拖車車輛又叫作控制車，控制車沒有安裝可控牽引動(dòng)力裝置。

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

動(dòng)車組的魅力所在

鐵路動(dòng)車組的無(wú)比魅力不僅僅來(lái)自它那美麗動(dòng)感而帥氣的外形，最主要的是源自其設(shè)計(jì)、運(yùn)用和檢修等諸多方面的獨(dú)到之處。高速列車的設(shè)計(jì)主要要解決列車在高速運(yùn)行中的安全、舒適和環(huán)保問(wèn)題。這些問(wèn)題的解決集中反映了新型鐵路牽引動(dòng)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(dòng)車組富有魅力的以下諸多亮點(diǎn)：

快速

我們都知道傳統(tǒng)火車中快速、普快的最高時(shí)速是120千米，直達(dá)特快的最高時(shí)速為160千米，而我國(guó)鐵路第六次大提速上線運(yùn)行的和諧號(hào)CRH₁、CRH₂、CRH₃的最高運(yùn)營(yíng)時(shí)速均達(dá)到了200千米，最高試驗(yàn)時(shí)速為250千米，其中的CRH3的最高運(yùn)營(yíng)時(shí)速達(dá)350千米，其試驗(yàn)速度竟然刷新了世界運(yùn)營(yíng)鐵路最高速度記錄——394.3千米／小時(shí)?，F(xiàn)代鐵路動(dòng)車組不但運(yùn)行速度高，而且啟動(dòng)加速快，減速停車距離短，較大地縮短了旅客乘車時(shí)間，這在當(dāng)今時(shí)間就是金錢的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，具有很高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。而動(dòng)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(lái)發(fā)展到鋁合金結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)殇X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(lái)經(jīng)過(guò)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(shí)還降低了造價(jià)。

復(fù)合制動(dòng)

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(lái)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(dòng)成為高速列車的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。例如，一節(jié)軸重為14噸的4軸車輛，在時(shí)速270千米的速度下制動(dòng)，消散能量為170兆焦；在時(shí)速350千米速度下制動(dòng)，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(dòng)距離內(nèi)吸收消散，可想而知，這對(duì)現(xiàn)代高速列車制動(dòng)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(dòng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了這些要求。

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

車體密封性

2008年6月24日上午，和諧號(hào)CRH3型動(dòng)車組在京津城際鐵路運(yùn)行試驗(yàn)中創(chuàng)造394.3千米／小時(shí)中國(guó)鐵路第一速記錄。親臨現(xiàn)場(chǎng)的記者描述了當(dāng)時(shí)“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(yùn)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(huì)感覺到眩暈或耳鳴，耳邊也不會(huì)傳來(lái)“咣當(dāng)”的震動(dòng)聲。這是怎么回事呢?這就涉及到了動(dòng)車組中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)之一——?dú)饷苄?。大家知道，?dāng)時(shí)速大于200千米的列車通過(guò)隧道或在隧道內(nèi)兩列交會(huì)時(shí)(列車交會(huì)時(shí)的相對(duì)速度相當(dāng)于兩列車速之和)，會(huì)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(huì)受到壓縮，而列車尾部進(jìn)入隧道后又會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)壓，因此會(huì)發(fā)生壓力波動(dòng)過(guò)程。一旦這種急劇變化而形成的空氣壓力波通過(guò)車體縫隙進(jìn)入車廂內(nèi)部，就會(huì)沖擊旅客耳膜，造成難以忍受的耳鳴耳痛，嚴(yán)重時(shí)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(gè)良好的氣密結(jié)構(gòu)，當(dāng)車外氣壓變化時(shí)，通過(guò)氣密技術(shù)的實(shí)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(duì)車體、車窗等固定部分、車門等活動(dòng)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(guò)動(dòng)車組的人都知道，不論車開得多快，車窗外的景物向后移動(dòng)速度并不快，不會(huì)讓人感到頭暈?zāi)垦?。這就得說(shuō)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(shí)高速動(dòng)車組采用的玻璃在研制過(guò)程中，研究人員在特別強(qiáng)調(diào)玻璃本身強(qiáng)度的同時(shí)，還主要考慮了以下兩個(gè)因素：一是人們?cè)诟咚龠\(yùn)行中的動(dòng)車組上透過(guò)窗玻璃觀察外面景物，看到的是高速向后移動(dòng)的人和物；二是人們透過(guò)玻璃看到的不僅有人和物本身的運(yùn)動(dòng)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(lái)的快速隨機(jī)變化的“運(yùn)動(dòng)”分量。會(huì)使看到的運(yùn)動(dòng)物體變得相對(duì)模糊，好像景物運(yùn)動(dòng)得更快了。于是在研制高速動(dòng)車組玻璃時(shí)，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(gè)按照厚度和折射率推導(dǎo)出來(lái)的函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，另外還會(huì)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(dòng)車組上，還能清晰地欣賞外面美麗的運(yùn)動(dòng)著的景物。

高速轉(zhuǎn)向架技術(shù)

轉(zhuǎn)向架可以說(shuō)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(dòng)轉(zhuǎn)換成車輛沿線路方向的平動(dòng)，產(chǎn)生并傳遞牽引力和制動(dòng)力，緩和線路不平順對(duì)車輛的沖擊，保證車輛的曲線通過(guò)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”?！帮w毛腿”必須具備足夠大的牽引功率、高的運(yùn)行穩(wěn)定性、低的輪軌動(dòng)作用力、滿意的運(yùn)行舒適性、強(qiáng)大的制動(dòng)能力和簡(jiǎn)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(yùn)行品質(zhì)，我們才能體驗(yàn)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(yùn)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(xiàng)功能監(jiān)控、故障自動(dòng)診斷等方面，提高了動(dòng)車組的運(yùn)用可靠性、功能完善性和運(yùn)用、檢修水平。

“以人為本”的設(shè)計(jì)理念

列車上設(shè)有應(yīng)急呼喚服務(wù)和煙火報(bào)警設(shè)施，最大限度地保障生命財(cái)產(chǎn)安全。在車廂內(nèi)部設(shè)計(jì)上，通過(guò)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(dòng)車組的設(shè)計(jì)還充分考慮環(huán)境友好性，對(duì)廢氣排放、噪聲和振動(dòng)、電磁輻射、集便排污等都努力降低到最低限度，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

動(dòng)車組發(fā)展前程似錦

鐵路是現(xiàn)代文明的一項(xiàng)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(dòng)車組作為鐵路客運(yùn)的寵兒也不例外。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前動(dòng)車組國(guó)際市場(chǎng)的年交易額為120多億歐元，電力動(dòng)車組和內(nèi)燃動(dòng)車組的份額分別為75％和25％。預(yù)計(jì)在最近5年內(nèi)，交易額還會(huì)以年均5％的增長(zhǎng)率增加。鐵路動(dòng)車組的水平提高和擴(kuò)大運(yùn)用仍有充分的空間和余地。今后動(dòng)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(shì)發(fā)展。進(jìn)一步突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)車組設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)用、檢修等方面的應(yīng)用，是不斷提高動(dòng)車組技術(shù)水平的根本。目前的動(dòng)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(cuò)性的集成系統(tǒng)，控制規(guī)律會(huì)更加完善；“第三代”產(chǎn)品的功能和集成化會(huì)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(kù)和列車運(yùn)用、檢修數(shù)據(jù)庫(kù)以及衛(wèi)星定位系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，鐵路動(dòng)車組將成為高度智能化、人性化的產(chǎn)品。

在世界鐵路新時(shí)代到來(lái)的今天，展望動(dòng)車組的發(fā)展前景將更加美好。

責(zé)任編輯尹瑩瑩