1 世界铁路技术装备发展概况 1. 列车速度的发展 1.1 试验速度 铁路从1825年诞生至今由于其舒适性好并具有运输能力大和节能的特点而得到了迅速的发展其发展标志之一就是运行速度的不断提高以旅客列车的最高试验速度为代表从1825年的24km/h到19世纪40年代英国就提高到了120km/h1890年法国的试验速度高达144km/h进入20世纪以后随着牵引动力革命的发展德、法等国的电力牵引列车试验速度都突破了200km/h特别是从1964年10月日本东海道新干线建成通车以来高速铁路先后在日本、法国、德国、意大利、西班牙等国得到了迅速发展列车试验速度不断刷新1981年2月法国TGV试验速度达到380km/h1998 年5月德国ICE 将这一速度提高到406.9km/h此后法国又先后刷新为482.8km/h、510.6km/h和515.3km/h创造了轮轨方式高速铁路的最高试验记录同时德国和日本非轮轨方式磁悬浮列车的最高试验速度分别为450km/h和552km/h我国自行试验的试验列车最近在2002年9月也达到了292km/h的最高试验速度 1.2 营业运行速度 在列车试验速度扶摇直上的同时轮轨方式铁路的营业线路也在不断扩大可谓方兴未艾其列车运行速度也在不断提高1963年世界铁路就有13000km的客运线达到了140160km/h最高运行速度至1994年已有258个国家的旅客列车运行速度达到140km/h以上。
其中日本既有线和新干线目前的最高速度分别为150km/h和300km/h计划未来目标是200km/h和350km/h法国、德国、西班牙和意大利高速列车的最高运行速度目前分别为300km/h、300km/h、270km/h和250km/h新建高速线计划为350km/h我国目前主要干线旅客列车的最高运行速度为140160km/h广深线达到了200km/h但与上述发达国家相比还有很大的差距和发展余地 附表1 各主要国家铁路列车最高运行速度统计 图1 铁路列车试验速度与运行速度演变图 2 表1 国外高速和快速线路最高运行速度 序号 国 别 列车型号 最高速度 km/h 1 法 国 TGV 300 2 德 国 ICE 300 3 日 本 500系 300 4 西班牙 AVE 270 5 意大利 ETR450等 250 6 英 国 IC225 201 7 美 国 Metroliner 201 8 瑞 典 X2000 200 9 奥地利 Supercity 200 10 俄罗斯 ER200Zug159 200 11 澳大利亚 Riverina XPT 160 12 波 兰 6ZugeEC Sobieski 160 13 比利时 160 14 瑞 士 Eurocity 160 15 南斯拉夫 Rapide 121 160 16 摩洛哥 TNR 160 17 加拿大 Metropolis 153 18 韩 国 150 19 爱尔兰 2 Zuge 145 20 芬 兰 Intercity EP78等 140 21 荷 兰 140 22 葡萄牙 Alta Rapido 140 23 丹 麦 Lyutog 140 24 埃 及 140 25 印 度 Shatabdi Express 140 注表中前5个国家仅列出高速线的指标。
此表摘至《提速线路列车速度密度重量》第10页表1-2田长海 等编著 3 图1 铁路列车试验速度与运行速度的演变图 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 100 200 300 400 500 Ukm/h 95 110 1958 1972 120 130 1990 1997 150 2000 日本既有线列车运行速度 1903年209.3km/h德 1890年144km/h法 1840年120km/h美 311 380 406.9 482.4 515.3 552 1997 日本 1955 法国 1981 法国 德国 法国 450 1993 德国 1988 210 1964 日本 270 1983 法国 300 法国 300 日本 300 2002 德国 240 212.6 1998 中国轮轨 试验速度 292 2002 1990 法国 时间年 4 2. 列车提速的主力—牵引动力技术装备的发展 2.1 概述 列车牵引动力的现代化是铁路运输科技进步的先导多年来铁路牵引动力大致上经历了从蒸汽机车、内燃机车到电力机车、动车组的变革从而成为速度发展的主要动力。
2.2 蒸汽机车 蒸汽机车是牵引动力的最初形式已有近两个世纪的历史由于其热效率低、牵引功率有限在发达国家基本上是从上世纪50年代开始停产70年代停用我国则从1989年开始停产计划在2005年停止使用 2.3 内燃机车 内燃机车诞生于上世纪20年代在第二次世界大战后得到迅速发展从20世纪60年代以来的发展经历了三个阶段持续稳定发展阶段19611975、水平显著提高的发展阶段19771992、交流传动大发展时期1993年后主要体现在柴油机技术、交流传动技术、微机控制及诊断技术、转向架动 力学性能等几方面装备的发展随着重载牵引和高速高运的发展对内燃机车的首先要求是不断提高列车牵引功率如美国GE 公司和德国Deutz MWM公司合作研制的7HDL 型柴油机功率已达4632kW 表2我国从上世纪50年代开始生产内燃机车以来亦已经过多次更新换代的发展历程表3目前已经进国外的许多先进生产技术以东风4和东风11为代表的第三代内燃机车相当于世界80年代水平其最高运行速度达到140160km/h在我国铁路提速中发挥了主力军的作用 2.4 电力机车 电力机车是近代牵引动力的发展方向在国外从1879年德国西门子公司制造的第一台电力机车以后电力牵引经历了从直流制1.5kV或3kV到单相低频交流15kV16 2/3Hz和11kV25Hz再到单相工频交流25kV50Hz或60Hz个别为 20kV和50kV三个主要发展阶段电力机车也随之由直流制发展为交流制和多流制机车表4。
目前交流传动电力机车已成为世界电力机车发展的总趋势我国的电力机车制造始于1958年仿前苏联的6Y1型干 线电力机车至1968年改进为SS1型开始批量生产此后根据1986年“大力发展电力牵 引合理发展内燃牵引”的牵引动力政策有关单位已先后研制成功多种型式的第三代电力机车主要有SS4、SS5 、SS7和SS8型等表5其中SS7C和DJ2等型电力机车的牵引功率已达4800kW 5 不仅用于客车提速也为200km/h以上的高速列车试验提供了强大的牵引动力 2.5 动车组 动车组根据牵引动力的不同可分为内燃动车组和电动车组二种形式内燃动车组在国外多用于城际交通由于柴油机功率的限制其最高速度一般在200km/h以下电动车组是当前世界各国高速列车发展的主要方向法国TGV系列、瑞典 X2000和德国的ICE系列是动力集中式电动车组的典型代表但1997 年以后例如德国的和三代产品ICE2/2已采用动力分散方式以减轻轴重、增加座席数量和提高牵引功率日本新干线则从1964年投入运营的0系开始到后来的100系、200系和最近的500系、700系等高速列车均采用动力分散的电动车组方式我国在1998年由唐山工厂试制成功第一列双层内燃动车组为2M2T编组最高试验速度达到137km/h。
1998年四方车辆厂研制的液力传动内燃动车组由2M4T编组最高试验速度为153km/h此后在1999年由浦镇工厂和戚厂研制的“ 新曙光”号2M9T内燃动车组更达到了 199.4km/h的内燃动车组最高试验速度电动车组在我国的正式研制始于上世纪90年代2001年生产的“ 先锋号”为4M2T编组方式在秦沈客运专线上最高试验速度已达292km/h标志着我国的牵引动力亦已进入高速列车时代 2.6 供电弓网装置 如上所述电力牵引是高速列车的牵引动力方式为此必须解决弓网问题国外高速接触网的悬挂基本可归纲为三类即以日本为代表的复链型悬挂、以法国为代表的简链型悬挂和以德国为代表的弹性链型悬挂 日本于1964年10月开通了世界上第一条高速铁路东京大阪的东海道新干线接触网采用合成复链型悬挂方式接触线张力为10kN 采用Cu110 接触线最高运行速度为210km/h随着理论研究的不断深入和运行速度的不断提高悬挂方式和接触网张力和材质也发生了一系列的变化 到目前为止日本的高速接触网除1997年10月开通的北陆新干线采用4t系CS110简单链型悬挂以外其余新干线全部采用的是复链型悬挂日本新干线的最高运行速度为300km/h并正计划新建一条最高运行速度为360km/h的高速铁路接触网拟采用5.5t系的重型复链型悬挂接触线张力为20kN 。
法国1983年在第一条高速铁路—巴黎里昂东南线上采用的弹性链型悬挂曾发生导线拉断的事故90年代初期法国在吸取东南线教训及大量理论研究的基 6 础上认为弹性吊索对于速度超过250km/h的高速来说意义不大反而成为影响行车安全的因素之一于是在其后的设计上取消了弹性吊索采用接触线预留驰度的简单链型悬挂新建的巴黎—勒芒/图尔的大西洋线上接触线Cu150张力为20kN 最高运行速度为300km/h1993年开通的北欧线采用的仍然是简单链型悬挂材质为Cu150去年6月新开通的地中海线最高运行速度为350km/h接触网采用的是BZ116SuCu150全补偿简单链型悬挂接触线张力为25kN 德国高速铁路则始终采用弹性链型悬挂但从Re160到Re330的演变过程可以看出德国接触网的发展趋势接触网结构趋于简化悬挂点附近的弹性吊弦布置趋于标准化接触线的张力在逐步提高以适应更高的速度支柱间的最大跨距由80m降低到65m以降低接触网的平均弹性提高接触网的安全性与可靠性 从国外高速接触网的发展情况来看总的趋势是 1 简化接触网的结构提高接触网的可靠性 2 提高接触网的张力以提高接触网波传播速度进而提高运行速度 3 研制开发与接触网匹配的受电弓。
德国ICE高速列车上采用的是DSA350 和DSA380受电弓法国采用GPU受电弓各种受电弓和相应的接触网配合均能在高速运行的情况下得到良好的受流 我国的高速铁路目前正处在进行设计试验阶段广深准高速线路目前已经达到了200km/h的运行速度哈大线引进了Re200C接触网配合的是DSA200型受电弓秦沈试验段采用的是下行线采用 简单链型悬挂上行线采用的是弹性链型悬挂9月份的试验速度分别达到了270km/h和292km/h受电弓将采用DSA350/DSA380型式根据初步的试验结果证明两种悬挂方式的受流质量区别不大但采用镁铜合金线区段的火花较大是一个值得研究的问题 7 表2 世界典型内燃机车 机车型号 年代 制造国家 制造厂家 轴式 功率 kW 用途 传动 方式 最高设 计速度 D145 1982 意大利 FiatTIBBB B0-B0 850 通用 交流 C39-8 1984 美国 GE C0-C0 2908 货 交直 113 DE1024 1989 德国 Krupp-Mak C0-C0 2650 通用 交流 160 Dash8 1991 美国 GE B0-B0 2390 客 交直 166 SD60MAC 1992 美国 GM C0-C0 2830 货 交流 113 ME10 1992 德国 Krauss-Maffei B0-B0 840 通用 交流 100 DF200 1992 日本 川崎、日本 货 运铁路公司 B0-B0-B0 2500 货 交流 110 AC6000CW 1995 美国 GE C0-C0 3280 货 交流 120 蓝虎 1996 美/德 GE/Adtraz C0-C0 2460 通用 交流 SD90MAC 1996 ?拦?GM C0-C0 4470 货 交流 AD33C 1999 法国 Alstom C0-C0 2390 通用 交流 表3 中。