高鐵復興時代(16):輪軌高鐵技術│脫苦海

 

高鐵的定義

在介紹中國引進各國高鐵技術之前,讓我們先了解高鐵的定義。近年來由於國家的鐵路發展一日千里,高鐵一詞成為時尚,可是很多時使用卻沒有顧及其定義,致使常有濫用之嫌,例如歐亞高鐵、汎亞高鐵之類。要稱得上高鐵,就要符合以下的定義:

1962年,國際鐵路聯盟(UIC)將舊線改造時速200公里、新建時速250-300公里的鐵路定為高鐵

1985年,日內瓦協議做出新規定,新建客貨共線型高鐵時速為250公里以上,新建客運專線型高鐵時速為350公里以上。

在中國根據《鐵路安全管理條例》第一百零七條,高速鐵路是指設計開行時速250公里以上,並且初期運營時速200公里以上的列車客運專線鐵路。

所以,時速要達到250-350公里的鐵路,才符合國際定義的高鐵。可是傳媒卻動輒將新興建的鐵路稱為高鐵,並不符合當中的定義。實事求事,例如蒙內鐵路、中吉亞鐵路,都是稱為鐵路,而不是高鐵。

雖然早在1903年已發明了時速200公里的機車,但直到1964年日本的新幹線系統開通,才算得上是第一個實現「營運速率」高於時速200公里的高速鐵路系統。隨後歐洲諸國紛紛修建高速鐵路,法國、德國、意大利、西班牙、比利時、荷蘭、瑞典、英國等國大規模修建該國或跨國界高速鐵路,逐步形成了歐洲高速鐵路網絡。當中的表表者分別為日本的新幹線(Shinkansen)、法國的高速列車(TGV,Train a Grande Vitesse)和德國的城際快車(ICE,Intercity-Express)系列。

日本新幹線

日本新幹線是全世界第一個投入商業營運的高速鐵路系統。第一條路線是連結東京與大阪之間的東海道新幹線,於東京奧運開幕前的1964年10月1日通車營運,全程515公里,列車最高運營時速210公里,從東京到大阪由6.5小時縮減為3小時,令日本兩大城市東京和大阪之間實現了當日往返,並把京濱、中京、阪神城市群結成一個「4小時經濟圈」。

其後陸續擴展到9條路線,包括2條路線等級較低的「迷你新幹線」:1967年山陽新幹線開工,日本高鐵開始向西延伸,1972年到達岡山,1975年到達博德。在東北方向,1971年東北新幹線和上越新幹線相繼開工,1974年成田新幹線開工,將日本大多數的重要都市連結起來。

日本新幹線

那麼新幹線能夠跑出高速度的突破點在那裡呢?最重要的一點是打破當時火車用機車在車頭牽引的「動力集中模式」,轉而使用「動力分散模式」,讓多個車廂均具備動力系統,得出更高的有效功率。還有的是率先研發出高鐵上使用的交流電供電模式,與當時國際電力車常用的直流電模式相比,交流電無疑更加高效。另外,在車身的設計上參考零式戰鬥機的技術,將車頭設計成「子彈頭型」以減低風阻,車身輕量化以及懸掛系統的減震設計,當時都是劃時代的創新。之後發展的型號更將車身設計變得更為流線,以及車廂採用鋁合金代替鋼綱. F 鐵,以至使用蜂巢狀鋁板等減重措施,在在顯出工藝及設計上的進步。

日本新幹線的成功,改變了當時主流觀點認為鐵路是夕陽事業,將會被飛機和汽車所取代,反而成為支撐經濟發展的重要利器,刺激了其他國家,特別是西歐各國的注意,紛紛展開高速鐵路的研究計劃。

來源:http:// nippon.com日本網

法國TGV高速列車

法國是從事提高列車速度研究較早的國家,1955年即利用電力機車牽引創造時速331公里的世界紀錄,1974年完成第一款原型機車。

到1976年開始興建第一條高鐵,由首都巴黎至里昂的TGV東南線,試驗紀錄達到時速380公里,於1981年9月27日建成通車,全程417公里,直達時間2小時,列車運行設計時速300公里,列車運行最高時速270公里。之後不到幾個月,TGV就打敗法國航空擁有了這條線路的最大客源。此後,法國相繼建設開通了TGV大西洋線、地中海線、北方線、巴黎東部線等一些列高速鐵路。

法國TGV

1990年5月,TGV列車在大西洋在線創造的時速515.3公里的世界紀錄,1990年10月建成並投入運營的地中海高速線,列車運行時速可達350公里。現已研製出性能更高、時速達350公里的第四代動力分佈式AGV型高速列車。

1993年TGV北方線全線開通,全長333公里,由巴黎以北的喀內斯到里爾,在里爾分為兩條支線,一條向西穿越英吉利海峽隧道到達英國倫敦,另一條通向比利時的布魯塞爾,東連德國的科隆,北通荷蘭的阿姆斯特丹,成為一條重要的國際通道。

1994年11月「歐洲之星」高速列車於在法、英、比三國首都間正式投入運營。1997年12月以巴黎、布魯塞爾、科隆、阿姆斯特丹四個城市前綴命名的TGV-PBKA高速列車開始運行。

如今法國已形成以巴黎為中心、輻射法國各城市及周邊國家的鐵路網絡。TGV普通列車的商業運行時速達到320公里,經過特殊改造的列車在測試中時速更是高達574.8公里。

TGV的成功促進了鐵路網絡的擴張之餘,更於1996年獲歐盟各國採用法國技術作為全歐高速火車的技術標準。隨後TGV技術被出口至韓國、西班牙和澳大利亞等國,成為了運用最廣泛的高速輪軌技術。

來源:https:// eurail.com

德國ICE城際快車

作為老牌工業強國,德國的高速鐵路技術儲備不亞於法國,但是在高鐵領域營運卻晚於日本和法國,到上世紀90年代才有高鐵建成,並不是因為工業技術不夠過硬,反而是因為陷入與中國類似的,在高速輪軌和磁浮之間的選擇當中的兩線作戰。

德國的常導高速磁浮一直是其鐵路方面科研的重點,直到法國的TGV順利投入運行,而且速度不亞於當時的磁浮時,德國人才開始在高速輪軌方面奮起直追。1971年在漢諾威和維爾茨堡之間開始建設第一條高速新線鐵路,用了20多年時間,到1992年才正式開通運營,運行時速200-250公里。另一條是1991年6月建成通車的曼海姆至斯圖加特線,時速250公里。

德國ICE

1979年試製成第一輛ICE列車,在1988年創造了時速406.9公里的實驗速度紀錄,1990年開始以最高時速310公里在高速鐵路在線試運行,並於1993年正式投入使用。ICE也穿過德國與瑞士的邊界的蘇黎世和因特拉肯、奧地利的維也納和荷蘭的阿姆斯特丹,實現了跨國國際高鐵。

換而言之,現時德國無論在輪軌、磁浮以及擺式列車都有一定的技術儲備,而無論在建造新線以及改良舊線,均有豐富的經驗,值得借鑒。

來源:https:// eurail.com

擺式列車

由於德國的鐵路大多數早在百多年前已建成,原有鐵路線路由於受彎道限制,火車無論在直線跑多快,通過彎道時都需減速,限速運行,影響全程速度,因而火車提速的瓶頸在於提高火車通過彎道時的速度,要跑高速列車就要面對大幅度的改造路線。

為此德國就另覓蹊徑,把技術力量集中在適應現有線路的擺式列車(Tilting Train),就一種車體轉彎時可以側向擺動的列車,通過一般彎道時會以較快速度行駛,其實就是對列車採用了「傾擺技術」,以提高列車在彎道處的速度,從而全面提高高速列車的速度。當任何車輛以高速轉彎,車內的對象和乘客都會受到慣性的影響。飛機和單車能夠以較高速轉彎,因為它們在轉彎的時候都會向側面傾斜。但汽車或鐵路列車的車輪必需著地,本身並不能夠傾斜。

擺式列車供乘客乘座的車體在轉彎時可以側向擺動。當車輛向左轉時,車體向左傾擺,讓重力提供足夠的向心力讓車產生向左之加速度。列車可以是靠慣性自行擺動的被動擺式,亦可以是由計算機控制,動力輔助的主動擺式。現代的擺式列車能夠透過信號系統知道前面路軌的弧度,準確改變每一車輛的傾側,乘客已經很少會感到暈車不適。

德國研發的擺式列車ICE-T/TD不會行走高速路線,相反它只行走已鋪設了的路線,特別在地理上多彎、上坡斜度大的山林區路線,可以表現它獨有的傾斜技術。因為價格便宜和製造工藝相對簡單,尤其是能夠充分利用現有線路,不必鋪設全新的鐵路網絡的優勢,而逐漸能夠在高速列車的競爭上與高速輪軌和磁浮分庭抗禮。

德國擺式列車ICE-T/TD

中國也曾經引進擺式列車技術,1998年廣深鐵路率先使用由瑞典租賃的X2000擺式高速動車組,又稱新時速列車。

新時速擺式列車

2003年中國自主設計研製的首台擺式列車牽引動力車──普天號在大連機車車輛廠問世,並與唐山機車車輛廠製造的擺式車廂組成擺式列車,採用德國先進的機電主動傾擺技術。中國在引進吸收國內外擺式高速列車先進技術的基礎上開發時速250公里的擺式動車組,以在舊有線路上運行。

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