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1、第一章 高速列车素描1.高速列车的定义31.1 国际铁路联盟（UIC）31.2欧盟41.3 联合国欧洲经济委员会41.4 各国对“高速铁路”和“高速铁道机车车辆”的定义52.基本概念和术语73.高速列车类型103.1 按照速度等级分类113.2 按照动力来源分类123.3 按照动力配置模式分类123.4 按照高速列车应用场合分类153.5 其它分类方式164.主要系统构成174.1 弓网系统184.2 车体系统184.3 走行系统（转向架系统）194.4 牵引传动系统194.5 制动系统204.6 列车分布式网络控制系统204.7 车内环境控制系统204.8 给排水及卫生系统214.9 动车组
2、人机界面系统21第一章 高速列车素描伴随中国高铁的快速发展和日益广泛的应用，在为人类日常生活提供极大便利的同时高铁也逐渐成为国民的热议话题，在诸多话题中，有一个话题逐渐为大家所熟悉：高铁和动车组有什么区别？今天我们带着同样的话题，共同揭开高铁和动车组的神秘面纱。问题中的高铁其实是高速铁路的简称，它是一种比普通铁路速度更快（一般而言速度约为普通铁路的两至三倍，或最高运营时速200公里/小时以上），使用特别机车车辆与专用轨道的轮轨运输系统。广义的高速铁路是指使用固定轨道或管道的高速运输系统，所以诸如磁悬浮等也是高速铁路的一种。除非特别说明，一般所说的高铁专指高速轮轨运输系统。从上述定义中，我们可以
3、明确地得出如下结论：高速铁路是一个综合概念，它不仅仅包括运行线路、接触网等基建设施还包括高速列车、通信信号、行车调度等车辆设备和一系列非目视化的软设施，其中高速列车指的就是我们上述问题中的动车组。图1 建设中的广深港高铁线路（2011年）为什么会出现上述关于高铁和动车组区别的疑问呢？丛书作者认为或许是因为在高铁这一高速轮轨运输系统中，高速列车（即动车组）作为主要的移动装备和直接旅客体验载体，使乘客在一定程度上忽略了线路、接触网、通信信号和行车调度等“幕后英雄”。通过以上的描述，相信在读者的脑海中应该已经可以基本形成高铁这一高速轮轨系统的基本框架。下面的章节中我们也将从较为专业的角度从多个维度对
4、高速列车及其相关组成进行细致论述。1. 高速列车的定义网络上流行这样一句话“高速铁路肇始于日本，发展于欧洲，格局大变于中国”。从这段话中我们可以感受到亚洲对于世界高铁发展所处的举足轻重的地位。然而，针对高铁的定义，目前世界范围内并没有统一的定义。但随着各国技术的快速发展和互联互通范围的不断扩大，近年各国对于高速铁路的定义趋于接近。正如开篇的经典问题一样，对于高速铁路定义的也间接定义了高速列车。下面分别列举了世界主流的高速铁路定义方式。1.1 国际铁路联盟（UIC）国际铁路联盟对“高速铁路”和“高速铁道机车车辆”两方面的标准提供了如下建议：（1）高速铁路 新建高速铁路的设计速度达到250公里/小
5、时以上； 经升级改造（直线化、轨距标准化）的高速铁路，其设计速度达到200公里/小时，甚至达到220公里/小时。（2）高速铁道机车车辆 商业营运速度最少达到250公里/小时的高速动车组列车； 商业营运速度较低（200公里/小时），但服务品质较高的列车，例如摆式列车； 商业营运速度达到200公里/小时的传统机辆模式（铁路机车牵引铁路车辆）铁路列车。1.2欧盟为了组织建立泛欧高速铁路网（英文：Trans-European high-speed rail network，简称TEN-R）体系，欧盟在1996年宣布对“高速铁路”提出新的定义，并发布了“9648EC号指令”（DIRECTIVE 96/4
6、8/EC），给出“高速铁路”和“高速铁道机车车辆”两方面的标准。此标准现在普遍适用于欧盟成员国。（1）高速铁路 新建高速铁路的容许速度达到250公里/小时或以上； 经升级改造的高速铁路，其容许速度达到200公里/小时。 （2）高速铁道机车车辆 在新建高速铁路上，运行速度最少达到250公里/小时，并在可能的情况下达到300公里/小时； 在既有铁路上，运行速度达到200公里/小时。1.3 联合国欧洲经济委员会和欧盟一样，作为主管运输统计工作的联合国欧洲经济委员会分别为“高速铁路”和“高速铁道机车车辆”两方面设立了标准。（1）高速铁路 高速铁路专线在主要路段的容许速度达到250公里/小时或以上； 经
7、升级改造的高速铁路，在主要路段的容许速度达到200公里/小时。（2）高速铁道机车车辆 在高速铁路专线上的设计运营速度最少达到250公里/小时； 在经升级改造的高速铁路上，设计运营速度达到200公里/小时的高速摆式列车； 最高运营速度达到200公里/小时的传统高速铁道机车车辆。1.4 各国对“高速铁路”和“高速铁道机车车辆”的定义虽然国际铁路联盟为“高速铁路”和“高速铁道机车车辆”的定义提供了建议。但国际铁路联盟认为，各国可以根据自身情况确定本国“高速铁路”的概念，例如在既有线上提速改造而最高速度达到200公里/小时以上；或者在一些铁路运输比较落后的国家，即使列车最高营运速度仅达到160公里/小
8、时，但同时提供了优质的服务，也可称为“高速铁路”，因为这被视为成为真正“高速铁路”的起点。除了国际铁路联盟（UIC）、欧盟和联合国欧洲经济委员会之外，各国对“高速铁道机车车辆”也给出了定义。（1）日本作为世界上最早开始发展高速铁路的国家，日本政府在1970年发布第71号法令，为制定全国新干线铁路发展的法律时，对高速铁路的定义是，凡一条铁路的主要区段，列车的最高运行速度达到200公里/小时或以上者，可以称为高速铁路。图2 整装待发的日本新干线高速列车（2）美国美国联邦铁路管理局对“高速铁路”的官方定义为最高营运速度高于145公里/小时（90mph）的铁路。但从社会大众的角度，“高速铁路”一词在美
9、国通常会被用来指营运速度高于160公里/小时的铁路服务，这是因为在当地除了阿西乐快线（最高速度240公里/小时）以外并没有其他营运速度高于128公里/小时（80mph）的铁路客运服务。图3 美国Acela快线列车（阿尔斯通制造）（3）中国根据铁路安全管理条例，第一百零七条：本条例所称高速铁路，是指设计开行时速250公里以上（含预留），并且初期运营时速200公里以上的列车客运专线铁路。目前除秦沈客专、胶济客专、石太客专和高速铁路走廊还在使用客运专线这一名称外，其余建设线路只以XX线，XX城际，XX高铁命名。图4 中国2020年高速铁路网示意图综合，我们可以将高速列车定义为运营时速在200公里及以
10、上的高速铁道机车车辆。下面将对高速列车的基本概念和一些专业术语进行专题阐述。2. 基本概念和术语上一节中，较为系统的阐述了世界范围内对“高速铁路”和“高速铁道机车车辆”的定义。这其中“高速铁道机车车辆”主要是指本书的主角-“高速列车”。为了便于读者理解，单独拿出本节来介绍一下高速列车相关的基本概念。（1）动车组（Multiple Units）：以若干动车（带动力的车厢）和若干拖车（不带动力的车厢）固定编组而成的车组。（2）动车（Motor Car，M）：带动力的车厢被称为动车，这种车厢的转向架上带有牵引电机。（3）拖车（Trailer Car，T）：没有动力的车厢被称为拖车。（4）编组形式：指
11、一列车所包含车厢的数量，以及整列车所包含的动车和拖车的数量。（5）固定编组：指仅能在列车生产厂内进行重组的列车编组。比如一列编组形式为T+M+T+M+M+T+M+T的8编组列车，每节车在编组中的位置是固定的。（6）预设编组：指由几个单元联挂在一起，在设计阶段被定义且能在运营期间重组的列车编组。比如两列同型号的8编组动车组可以联挂运行。（7）动力集中：是指动力装置集中安装在列车两端车厢。（8）动力分散：是指动力装置分散安装在几个车厢。上述概念的理解，我们以和谐号CRH380A动车组为例，该列车采用动力分散动力布置模式，其编组形式为8辆固定编组（即一列车由8节车厢组成），在这8辆车中，有6辆为动车
12、，2辆为拖车。配图如图6所示。关于速度的概念主要有以下几个：（1）速度等级：速度等级概念并没有很明确的定义，现在国内动车组速度等级一般可以分为以下几个速度等级：时速100-200公里等级、时速200-300公里等级、时速300-400公里等级。（2）最高运营速度：是指列车实际商业运行的最高速度。（3）构造速度：又称结构速度，是指在正常情况下，考虑铁路车辆车体和转向架结构强度和机车动力性能所允许的理论最大行车速度。构造速度是一个相对抽象的定义，现在多以最大试验速度和最大运行速度来代替。一般情况下构造速度要高于最大试验速度，但少数情况下，试验速度也可以超过构造速度，但此时就相对有安全风险了。（4）
13、平均速度：平均速度运行距离（运行时间-中途车站停车时间）。（5）旅行速度运行距离运行时间(包括中途车站停车时间）。以上几种速度中，真正与乘客的时间利益切身相关的其实是旅行速度，因为旅行速度的高低直接反映了乘客从出发车站到目的地站所需时间的长短。要想提高旅行速度，缩短旅行时间，实际上得从提高列车最高运营速度、曲线通过速度、加减速度、道岔通过速度，减少车站停车时间，列车运行图合理制定等多方面下功夫才行。其它概念：（1）轴重：也称为轴荷，是指每根车轴允许分摊的最大整车重量。间接反映了轨道所承受的静载荷强度。（2）定员：列车额定的载客量。（3）建筑限界：为了保证列车运行安全，要求靠近铁路线路修建的建筑
14、物及设备，不得侵入规定的与线路中心线垂直断面的轮廓尺寸线，称为建筑限界。（4）车辆限界：为了确保行车安全，要求机车、车辆本身及其装载的货物，不得超过规定的轮廓尺寸线，称为机车车辆限界。3. 高速列车类型目前，针对高速列车的定义，“狭义”上，高速列车是指运营时速达到200公里及以上的传统轮轨式列车，“广义”上，高速列车除了传统的轮轨式列车外还包括高速磁悬浮车辆。由于高速磁悬浮车辆并未广泛应用，本书仅对其做简要介绍。磁悬浮列车的原理并不深奥，它运用同极相斥，异极相吸的原理，利用电磁系统产生的排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在导轨上方，利用电磁力进行导向，利用直线电机将电能直接转换成列车运行的牵引力
15、，推动列车高速运行。简单的说，磁悬浮列车就是凭借电磁力来进行悬浮、导向和驱动的列车。由于车、轨不接触，所以没有轮轨摩擦阻力，适用于超高速运行，理论上讲速度可达600km/h以上。磁悬浮列车具有能源消耗小，安全性高，无污染，利于环保，运行平稳，旅客舒适性好等优点，因此具有非常好的发展前景。但是，磁悬浮交通系统与既有的铁路系统不兼容，投资费用较高。 图7 创下603公里/小时速度记录的日本超导磁悬浮车辆世界范围内的高速列车以动车组居多，对于动车组的分类常常按照以下几个方面进行划分。3.1 按照速度等级分类按照速度等级可以分为准高速、高速和超高速列车。（1）准高速列车：最高运营速度160 -200km/h（2）高速列车：最高运营速度200 -400km/h（3）超高速列车：最高运营速度400km/h以上3.2 按照动力来源分类按照动车组动力来源分类，可以将高速列车为电力牵引高速列车、内燃牵引高速列车和内燃电力双动力高速列车。（1）电力牵引高速列车（即电动车组（EMU：Electric Multiple Unit）：电力牵引是绝大多数国家高速列车采用的牵引方式。电力牵引的优点主要有牵引功率大，轴重轻，
