机车车辆高速铁路的主要技术特征

高速铁路的主要技术特征与高速动车组铁道部高速铁路办公室范钦海2003年4月16日一、高速铁路的技术经济优势世界交通运输的发展史，从根本上讲就是以提高速度为主要目标的技术开发史。

由于火车速度高于轮船和马车，上世纪后半叶和本世纪初，铁路得到了大发展，井促进了整个社会经济的进步。

第二次世界大战后，汽车和石油工业蓬勃发展，发达的资本主义国家中高速公路异军突起，航空运输日新月异，机型不断更新；铁路为之受到挑战，一度被视为“夕阳产业”。

在这种形势下，迫使铁路部门加快了提高行车速度的步伐，高速铁路应运而生。

经过半个多世纪的探索与试验，高速行车技术首先在日本取得了重大突破。

1964年10月1日最高时速２１０公里的东海道新于线的开通，标志着高速铁路技术已进入实用阶段，揭开了发展高速铁路的序幕。

十九年后法国又建成了最高时速２７０公里的东南新干线，它以低造价，旅行速度超过２００公里／小时的世界纪录，将高速铁路技术推向了—个新的发展阶段。

这两条新干线不但是高速铁路不同发展阶段的标志，还以其明显的社会经济效益，先进的技术装备及优良的客运服务，享誉于全世界。

高速铁路为繁重的旅客运输开辟了新途径，已成为世界旅客运输发展的共同趋势，铁路亦为之受到了各国政府的重新重视。

图1为欧洲高速铁路的定义。

图 2与图3为欧洲对旅行时间、速度、运距的研究。

图1 欧洲高速铁路的定义图 2 欧洲关于旅行时间与速度、优势运距的研究图3 不同速度列车的优势运距高速铁路是当代世界铁路的一项重大技术成就，它使铁路固有的技术经济优势得以有效的发挥。

与其他交通运输方式相比，具有以下明显的十大优势：—、全天候。

高速铁路不受恶劣气候条件限制，列车按规定时刻到发与运行，规律性很强。

这是飞机、汽车及其他交通运输工具所不及的。

二、运能大。

输送能力大是高速铁路的主要技术优势之一。

目前各国高速铁路几乎都能满足最小行车间隔4分钟及其以下的要求。

日本东海道新干线高峰期发车间隔为3分半，平均每小时发车达11列，在东京与新大阪间的两个半小时的运营路程中，开行“希望”号1列、只停大站的“光”号7列以及各站都停的“回声”号3列，每天通过的列车达283列，每列车可载客1300多人，年均输送旅客达1.3亿人次，待品川站建成后，东京站每小时可发车15列。

东海道新干线目前每天旅客发送人数是开通之初的6倍多，最高达到37万人/日（在1991年）。

其他国家由于铁路客运量比日本要少，高速铁路日行车量一般在100对以内。

三、速度快。

速度是高速铁路技术水平的最主要标志，各国都在不断提高列车的运营速度。

法国、日本、德国、西班牙和意大利高速列车的最高运营速度均达到了300km/h，已超过小气车一倍以上，为亚音速飞机的三分之一，短途飞机的二分之一，从节约总旅行时间（从门到门）看，在距离100~700公里范围内明显优于高速公路和航空。

根据日本、法国和德国等的高速走行试验结果，对高速铁路作一定的技术改进，商业运行速度达到350km/h没有任何技术问题，运行速度达到400km/h也是可以实现的。

除最高运营速度外，旅客更关心的是旅行时间，而旅行时间是由旅行速度决定的。

日本、法国、德国、西班牙和意大利个别高速列车在有的区段上的旅行速度分别达到了242.5km/h、245.6km/h、192.4km/h、217.9km/h和163.7km/h。

由于速度高，可以大大缩短全程旅行时间。

以北京至上海为例，在正常天气情况下，乘飞机的旅行全程时间（含市区至机场、候检等全部时间）为５小时左右，如果乘高速铁路的直达列车，全程旅行时间则为5～6小时，与飞机相当；如果乘既有铁路列车，则需要14～16小时；若与高速公路比较，以上海到南京为例，沪宁高速公路274 km，汽车平均时速83 km/h，行车时间为3.3小时，加上进出沪、宁两市区一般需1.7小时，旅行全程时间为５小时，而若乘高速列车，则仅需1.15小时。

四、安全性好。

高速铁路由于在全封闭环境中自动化运行，又有一系列完善的安全保障系统，所以其安全程度是任何交通工具无法比拟的。

高速铁路问世39年以来，日、德、法三国共运送了60多亿人次旅客，除德国1999年6月3日的事故（ICE高速列车行驶在改建线上发生事故）外，各国高速铁路都未发生过重大行车事故，也没有因事故而引起的人员伤亡。

这是各种现代交通运输方式所罕见的。

几个主要高速铁路国家，一天要发出上千对的高速列车，即使计入德国发生的事故，其事故率及人员伤亡率也远远低于其他现代交通运输方式。

因此，高速铁路被认为是最安全的。

与此成对比的是，普通铁路每年路内外死亡5000～6000人，每年公路交通事故的死亡人数更高达６～７万人，十亿人公里的平均死亡数为140人。

五、能耗低。

根据四委一部“京沪高速铁路重大技术经济问题前期研究”，高速铁路、小气车、飞机的的平均每人公里能耗比（以千卡计）为1：5.3：5.6。

六、污染轻。

电气化高速铁路基本上消除了粉尘、煤烟和其他废气污染；噪音比高速公路低５～１０分贝。

一架喷气式飞机平均每小时消耗１５吨燃料，排放４６．８公斤二氧化碳，６３５公斤一氧化碳，１５公斤二氧化硫，这些物质在大气中要存留２年以上。

如考虑高速列车使用火力发电厂的电力，由于火力发电厂的污染物排放（CO2等），高速铁路、小气车、飞机的CO2排放量之比为1：3：4.1。

七、占地少。

在相同运量条件下，一条高速铁路相当于一条６车道的高速公路，其土地利用率比高速公路约高40%（高速铁路与高速公路的用地比约为１：２～３）。

从巴黎到里昂高速铁路的占地(420公顷)小于巴黎戴高乐机场的占地面积。

八、正点率高。

正点率是高速铁路深受旅客欢迎的原因之一。

所有旅客都希望正点抵达目的地，只有列车始发、运行和终到正点，旅客才能有效安排自己的时间。

由于高速铁路系统设备的可靠性和较高的运输组织水平，可以做到旅客列车极高的正点率。

西班牙规定高速列车晚点超过5分钟就要退还旅客的全额车票费；日本规定到发超过1分钟就算晚点，晚点超过2小时就要退还旅客的加快费，1997年东海道新干线列车平均晚点只有0.3分钟。

高速列车极高的准时性深得旅客信赖。

九、舒适、方便。

高速铁路一般每４分钟发出一列车，日本在旅客高峰时每３分半钟发出一列客车，旅客基本上可以做到随到随走，不需要候车。

为方便旅客乘车，高速列车运行规律化，站台按车次固定化等。

这是其它任何一种交通工具无法比拟的。

高速列车车内布置非常舒适，工作、生活设施齐全，座席宽敞舒适，走行性能好，运行非常平稳。

采取减振、隔音措施，车内很安静。

乘坐高速列车旅行几乎无不便之感，无异于愉快的享受。

十、效益好。

高速铁路投入运行以来，倍受旅客青睐，其经济效益也十分可观。

日本东海道新干线开通后仅7年就收回了全部建设资金，自1985年以后，每年纯利润达2000亿日元。

德国ICE城市间高速列车每年纯利润达10.7亿马克。

法国TGV年纯利润达19.44亿法郎。

根据四委一部“京沪高速铁路重大技术经济问题前期研究”，高速铁路投资回收期一般在10年左右。

高速铁路以其明显的技术经济优势博得了世人的称赏，它揭开了世界铁路发展史的新篇章，已成为各国旅客运输发展的共同趋势。

高速铁路作为现代化的交通运输方式，在21世纪将得到更大的发展，支撑高速行车的高新技术，也将更加完善、不断进步，高速铁路向着速度更高、更安全、更舒适、更经济、更环保的方向发展。

根据2002年10月在西班牙马德里召开的第四届世界高速铁路大会（Eurailspeed 2002）的新闻发布会公布的消息，目前，全世界已经建成并投入运营高速新建线的国家有10个，线路总长5435公里；在建线路有16条，总长度达到3299公里，将于2007年以前陆续在世界上9个国家建成并投入运营。

高速铁路带来了环境的改善、运输模式的变化、交通运输外部成本的降低，这些优点正在为各国政府所接受，并考虑将修建高速铁路作为政府确定的一个可持续发展的正确投资方向。

二、高速铁路的主要工程技术特征图4为日本500系高速列车，从图中可以看出由于列车的高速运行会带来四个方面的技术问题，因此，高速铁路与普通的既有铁路的主要技术不同点体现在以下四个大的方面（每个方面都涉及到不同的专业领域）：①轮轨关系（列车与轨道的相互作用问题）；②弓网关系（受电弓与接触网的相互作用问题）；③空气动力关系（列车与周围空气的相互作用问题）；④列车牵引与制动问题（列车的高速运行和停车问题）。

图4 日本500系高速列车与接触网和线路下面就四个大的方面进行分析。

1.轮轨关系随着列车运行速度的提高，轮轨粘着系数在下降，这主要是因为轮轨间的污染物在高速下体现流体性质，增大了轮轨间的润滑层的厚度的结果。

因此，各国高速的利用粘着系数都低于低速时的值。

例如，欧洲网络高速列车技术条件规定了轮轨粘着系数的限值：启动时，20%；100公里/小时，17%；200公里/小时，13%；300公里/小时，9%。

由于高速粘着系数的降低，导致高速时列车的加、减速度值变小，加速和制动距离显著增大，列控信号设计时要考虑列车的制动能力，制动模式曲线要尽量平滑。

（1）机车车辆（高速列车）a. 高速稳定运行的转向架为保证列车高速、安全、稳定运行，列车必须具有较高的蛇行运动临界速度（失稳速度）和平稳性，因此，转向架要有较大的轮对定位刚度、较小的车轮踏面锥度、安装抗蛇行减振器、减小轴承间隙（0.2mm以下，普通列车为1mm）、减小轮对滚动圆直径差（0.2mm以下，普通列车为1mm）、提高动平衡水平（50gm以下）、较小的簧下质量、提高转向架的组装精度（轮对对角、轴距、侧梁与车轮距离的公差均为1 mm）、二系悬挂采用大柔度空气弹簧等。

b. 较低的列车轴重同样的一个轨道不平顺，高速运行的列车要比低速产生更大的对轨道的破坏作用力，为减轻列车对轨道的作用力（减少线路维修工作量），为将列车对轨道的动态与静态作用力的和限制在一定的范围内（欧洲网络高速列车技术条件规定轮轨垂向力应不大于170 kN，横向力应不大于70 kN；300公里/小时高速列车的轴重不大于17t；对350公里/小时高速列车的允许轴重正在研究中，有人认为应小于15t），降低列车的轴重是一个非常有效的办法。

降低列车的轴重有采用铝合金车体、降低牵引设备的重量、降低车内装饰的重量等措施。

（2）轨道线路a. 持久高平顺性的轨道表一为我国既有铁路轨道动态几何尺寸容许偏差管理值（摘自《铁路线路维修规则》）。

表二为《秦沈客运专线综合试验段线桥养护维修技术条件》（科技基函[2002]103号）中的轨道各级偏差管理值。

表一轨道动态几何尺寸容许偏差管理值(单位：mm和g)说明：①表中不平顺各种偏差限值为实际幅值的半峰值；②高低、轨向不平顺按实际值评定；③水平限值不含曲线上按规定设置的超高值及超高顺坡量；④三角坑限值包含缓和曲线超高顺坡造成的扭曲量；⑤固定型辙叉的有害空间部分不检查轨距、轨向，其它检查项目及检查标准与线路相同。