邁進高鐵之路(4):高鐵科技│脫苦海

 

 

集中力量實現跨越

中國高鐵比德國日本等國家遲了二三十年,但亦因此少走彎路,比如德國鐵路路線多數19世紀興建,路軌寬度與彎曲度不合高鐵運行;中國則選擇舊線改造先行,然後再建新線。同時亦參考各國技術,再自主發展,皆因中國人口眾多,且從頭做起,本身已是巨大市場,各國在技術轉讓上亦不得不折腰。

鐵道部選擇了國內最好的兩個企業作為引進技術的總裝廠,分別是前北車集團的長春軌道客車,及前南車集團的青島四方機車車輛,引入方為德國西門子,法國阿斯通,加拿大龐巴迪及日本川崎重工。

西門子要求的技術轉讓費3.9億歐元,比中方出價1.5億歐元相差20多億人民幣,開標後出局,導致股票狂跌丶總裁引咎辭職丶全體談判代表被解僱。

西門子出局以後,法國阿斯通要求15億。在即將簽約這一天,中國代表當面決定退出拒絕簽約,結果法方只好同意了降價15億的條件。談判結果完全符合中方條件。

來源:news.sina.com.cn/c/2008 

 

從和諧號到復興號

之後中國的高鐵機車以「和諧號動車組」為主流。傳統的火車靠車頭帶動,但是動車組的動力裝分佈在各個車廂底下,不需火車頭帶動,以便達到更大的動力及速度,共有四個系列:

引入不同技術是為了適應不同的營運環境,比如CRH5以芬蘭鐵路為原型,耐寒性較佳,因此適合東北及華北地區;CRH2及CRH3雖造價較貴,但由於適合密集班次營運,因此派駐於時速高達300公里以上的京津丶武廣及京滬高鐵。

到2017年6月26日,再將中國標準動車組改名為「復興號動車組」,最先推出的是CR400AF型和CR400BF型:

  • CR是中國鐵路總公司( China Railway Corporation )英文縮寫,也是指覆蓋不同速度等級的高鐵系列化產品平台。
  • 400為速度等級代碼,代表這一型高鐵列車的試驗速度可達到時速400公里以上,持續運行速度為時速350km。今後還將將根據市場需求,逐步研發CR300和CR200系列等高鐵列車。
  • A和B為企業標識代碼,代表生產廠家。A代表中車青島四方機車車輛股份有限公司,B代表中車長春軌道客車股份有限公司。
  • F、J和N則為技術類型代碼,F代表動力分散型高鐵電聯車,J代表動力集中電動車組,N代表動力集中內燃動車組。

復興號將率先在京滬高鐵兩端的北京南站和上海虹橋火車站舉行雙向首發,分別擔當車次G123次和G124次的高鐵列車。之後將在印度尼西亞高鐵項目中使用,也將是中國高鐵「走出去」的主力軍。

到2017年7月網上傳出,京滬高鐵重新試跑時速350公里,「新增G9/G10次列車,按新速度排點,空載試運營」。有業內人士稱,京滬高鐵預計2017年內就能以350公里的時速正式運行。

復興號與和諧號之間,有以下幾點改進:

車身節能設計:採用全新低阻力流線型頭型和車體平順化設計,減少風阻因而更節能。動車組車頂的受電弓和空調系統,復興號把這個「鼓包」下沉到了車頂下的風道系統中,列車阻力比既有CRH380系列降低7.5%-12.3%,列車在350公里時速下運行,人均百公里能耗下降17%左右。

使用時間更長:為適應中國地域廣闊、溫度橫跨正負40℃、長距離、高強度等運行需求,進行60萬公里運用考核,比歐洲標準20萬公里,設計壽命達到了30年,比和諧號多10年。

增加車身容量:列車高度從3,700毫米增高到4,050毫米,座位間距更寬敞,雖然斷面增加、空間增大,按時速350公里試驗運行,列車運行阻力、人均百公里能耗和車內噪聲明顯下降。

提升出行舒適度:空調系統充分考慮減小車外壓力波的影響,通過隧道或交會時減小耳部不適感;列車設有多種照明控制模式,可根據旅客需求提供不同的光線環境。車廂內實現WiFi網絡全覆蓋。

更高安全係數:設置智能化感知系統,建立強大的安全監測系統,全車部署有2,500多項監測點,能夠對走行部狀態、軸承溫度、冷卻系統溫度、制動系統狀態、客室環境進行全方位實時監測。一旦發現列車出現狀況,就會自動報警或預警,並及時自動採取限速或停車措施。通過遠程數據傳輸,地面能實時掌握車輛狀態,對列車進行同步監測、遠程維護。在車頭部和車廂連接處增設碰撞吸能裝置,在低速運行中出現意外碰撞,通過裝置變形,提高動車組被動防護能力。

以下為央視新聞整理的複興號與和諧號比較,以及三代中國動車組各款型號的簡介:

源自央視新聞的圖解
sina.com.cn/midpage/mob 

解決高速汽流問題

而高速運行引起的高速氣流,衍生出一系列的技術問題,亦要一一解決。一般路軌以石子作道碴,以固定枕木,但列車氣流會把石子濺起,或會對列車構成危險,因而需要建造沒有石子的「無砟軌道」。2007年於遂渝線建成首條使用自主技術的無砟軌道試驗段,同時亦引進德國軌道板技術,武廣客運是現時為止世界上一次建成里程最長的無砟軌道高速鐵路,共有五種標準:

其實很多高鐵技術並非門外漢所能理解,筆者在網上找到一個討論高速鐵路過隧道的技術討論(bbs.hasea.com/thread-43 ):

問:在350公里時速時,高速火車在隧洞中的空氣阻力比露天大多少?通常,高鐵過隧洞,需要減速?高鐵在隧洞中規定的速度是多少?在這樣的速度中行駛,會對車廂產生額外的氣壓嗎?

答:坐過帶天窗的車的人都知道,當車達到一定速度的時候,開關天窗會使你的耳朵非常不舒適,這是一種風阻現象。而這種風阻足以撕裂你的耳膜。或者說大家可以去找一下”音障”,看看飛機在加速到超音速後形成的音障。同理,當火車達到一定速度的時候,這種音障也是存在的,當高速火車高速過隧道時這種音障會呈幾何倍增大,因為能量無法散發,全都反彈回列車本身,後果……

對於不同的隧道長度,阻力到底增加多少,目前只有鐵道部以及鐵科院等部門有詳細的實測資料,國外也找不到完整的資料。通過隧道無需減速,350km/h通過隧道時,車體外表受到的壓力波動約4000帕左右,速度更快或者隧道內會車時,波動值更大。新一代高速列車按滿足氣壓波動6000帕來設計。

香港段全數在地底,本來要面對這個困難,只是由於未到全速已減速,車速是200公里以下,自然無需擔心這類問題。高鐵網絡的實現,其實是無數科學與技術的結晶。

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