中国铁路提速的技术难点

专业知识分享版

使命：加速中国职业化进程

中国铁路提速技术已达到国际先进水平，取得的一系列技术成果保证了提适列车的运行安全，加快了铁路产业整体的升级，促进了铁路全行业跨越式发展，本文阐述了中国铁路提速的技术难点，介绍了提速工程6方面的关键技术攻关成果。对国内提造装备主要技术性能指标与国外同类技术成果进行了比较。

1997午4月1日铁道部宣布全国铁路实施第-次大提速以来，繁忙干线上的旅客列车的最高运行速度从原来的110 km/h 提高到160 km ／h ，有些线路最高可达200km/h 。截至2002年，全国铁路提速的总里程已达13838 km 。

提速后形成了以北京、上海、广州为中心的3个提速行动圈，在离这3个中心500km 旅程内，当天可往返；1500km 旅程内，"夕发朝至"；2000~1500km 的旅程，24h 左右即可到达。

新型提速机车已推广1290台，快速车厢3741辆，新型提速道岔8453组，超长无缝线路5449km ，新型轨枕608万根，加固桥梁1484座，四显示自动闭塞延展里程4000km ，新型机车信号6809台，平交改立交道口1907处，封闭栅栏5132km 。这些技术成果大面积推广，保证了提速列车的运行安全，加快了铁路产业整体的升级，促进了铁路全行业跨越式发展。

< p> 铁路提速工程的实施取得了巨大的经济效益。全国铁路的客运量及客运周转量在提速后迅速增长(图1，2)，在旅客运价率不变的前提下，1997-2000年铁

专业知识分享版

使命：加速中国职业化进程

路客运收入以平均每年33.1亿元的幅度递增，与提速前的1996年相比，总计4年内客运增收了306亿元，货运收入也大幅度增加。铁路全行业于1999年实现了扭亏转盈的战略目标，比预期提前了1年。"中国铁路提速工程成套技术与装备"荣获2002年度国家科技进步一等奖。

1 中国铁路提速的技术难点

在中国既有铁路上实施提速具有非常大的难度，主要体现在2个方面：

(1)中国所有的既有铁路设计速度均在120km/h 以下，而且是客货共线运行、不同等级列车混跑。因此线路平纵断面标准低，弯道多，曲线半径偏小，道岔标准低，桥梁承裁能力不足，要将列车速度提高到140~160km ／h ，又不能进行全面改造，无疑是一个大难题。同时，提速后不同等级列车之间速差的加大，会降低列车密度。降低线路的运输能力，这村运输能力本来就十分紧张的中国铁路，是难以接受的。

(2)中国铁路线上，提速目标是将旅客列车速度提高到160km/h ，同时普遍开行5000t 重载货物列车，并保持运输高密度，这在国际上尚无先例。

在确定提速战略前，铁道部曾向国际铁路联盟(UIC)专家及国际重载铁路协会(IHHA)专家清教，他们回答是"没有任何经验"。理由很简单，正如国际上著名的铁路专家，日本高速铁路设计负责人之一冈田宏博士所说："在同一线路上开行高速列车和重载列车，就如同让油水共处-样，是一件十分困难的事情。因为重载列车对轨道产生极大的破坏力，导致轨道不断变形，而高速列车却对轨道平顺要求的精度非常高，要保证两者的正常运行，必须拥有高度的设计、维修和管理技术。"

2 对提速工程6方面关键技术进行攻关

中国铁路提速工程成套技术与装备的攻关首先必须依靠自力更生。因为即使国际上有成套技术装备可以引进，但按中国铁路提速的要求，要在几年内提供上万组新型道岔，几千辆新型机车车辆等，如此人数量的装备要依靠从国外引进，在时间上也无法保证兑现，更何况国外成熟的产品也可能不适应中国铁路特有的复杂运输条件。1995年铁道部成立了"全路提速科技领导小组"，同时，确定具有综合研究实力的铁道科学研究院承担项目攻关的总体；联合有关企业、铁路局、

专业知识分享版

使命：加速中国职业化进程

院校共34个单位共同对提速工程6方面的关键技术进行攻关。

2.1 提出轮轨关系理论的新创见并取得实验验证

提速列车运行安全的根本问题就是在中国铁路具体的线路工况下，确保列车提速后不会脱轨。以铁道科学研究院项目研究组为主，联合有关院所的专家一起对线路与列车相互作用的动力学理论进行科学的探索，其目标是以中国既有铁路在5000t 重载列车运行条件下的线路工况为基础，进行轮轨关系的理论研究，以期取得研究成果，直接指导提速机车车辆的动力学悬挂参数设计和既有线线路结构改造。

轮轨关系理论研究的新成果包含的内容为以下4个方面：

(1)动力学分析的敏感波长组合不平顺方法。采用这种方法可以对每一种被研究的机车车辆在线路高低。方向、水平偏差等不平顺的单独作用下，分析其轮轨力、脱轨系数、振动加速度等动力学指标随不平顺波长的变化情况，确定各种不平顺的敏感波长，然后对敏感波长的不平顺进行组合，研究在组合不平顺作用下机车车辆的动力学行为。

(2)机车车辆非线性横向运动稳定性理论及数值分叉方法。该研究考虑了轮轨接触几何学非线性、弹性滑动饱和非线性、悬挂刚度和阻尼非线性以及电机转矩等的影响，引入了分析机车车辆横向稳定性的一组判别原则，采用亚临界Hopf 分又速度和脱轨速度描绘出机车车辆横向稳定性的完整图像。

(3)应用函数型摩擦系数改进和发展了Kalker 滚动接触理论。该研究克服了基于库仑摩擦定律的轮轨滚动接触理论在速度较高时误差较大的问题，在速度较高时提高了动力学分析精度。

(4)采用三次样条函数法确定轮轨几何关系，应用优化的磨耗型踏面与机车车辆悬挂参数、结构参数相结合，提高稳定性临界速度。

上述理论的正确性在提速机车车辆设计与试验中均得到了实验验证，见表1，表2。

专业知识分享版

使命：加速中国职业化进程

轮轨关系理论研究成果在提速研究中有其特殊重要的意义。根据既有线路在重载列车运行条件下，线路养护条件可以达到的不平顺控制标准，计算分析捉速机车、客车及动车组所必须具备的悬挂系统参数，而根据这些设计参数设计研制的提速列车在既有线路上试验时，所得到的动力学性能结果与分析计算值比较吻合。这为研制开发适应既有线路条件的提速列车创造了有利条件，具有创新意义。

2.2 研制开发"中华牌"完整系列的提速机车

160~200km ／h 新型快速机车、客车及动车组的开发，适应了中国既有线路的平纵断面条件，是提速工程中最耀眼的创新成果。通过轮轨关系的理论研究与线路试验，根据全路提速的需求，全国10余家大型机车车辆制造企业在铁道科学研究院等单位配合下，相继研制出一批新型的快速机车车辆，填补了我国机车车辆产品系列的空白。在短短7~8年时间内，新型的快速机车(SS9型电力机车，SS7D 型电力机车，DF4Dz 型内燃机车等)；快速客车(25K 型高包软卧车、软卧车，硬卧车、餐车、硬座车、双层客车入快速动车组(大白鲨号电动车组，新曙光号内燃双层动车组，神州号内燃双层动车组，北亚号内燃液力动车组，春城号电动车组等)纷纷问世并相继投入运营。这些快速列车与动车组最高运行速度达到160~200km ／h ，在转向架、制动、牵引3个重要技术领域均有重大技术创新。新型转向架采用了优化的悬挂参数及空心轴六连杆弹性传动，其稳定性与平稳性指标优良；采用了新型大功率盘形制动及电子防滑器，紧急制动距离等重要制动指标达到国际先进水平；采用了不等分三段相控整流桥及串励脉流牵引电机等新技术，在牵引起动力及变压器总容量等重要牵引指标上有重大突破，这些指标均达到国际同类产品先进水平。

2.3关键性轨道部件的研制与线路、桥梁，接触网改造技术