浅谈高速铁路机车车辆技术

【摘要】高度铁路机车车辆技术主要包括牵引传动技术、高性能转向架技术、外形空气动力学设计技术以及车辆间密接式连接技术等，涉及电子、机械、材料、计算机以及数控等多个领域，在研究上存在一定难度。本文阐述了我国高速铁路机车车辆发展过程，并针对重点技术进行了分析。

【关键词】高速铁路；机车车辆；关键技术

高速铁路行业的快速发展，促进了社会经济的发展以及人们生活质量的提升。高速铁路机车车辆技术的存在，对保证机车车辆运行安全的重要保证，其牵引系统是否能够正常运行，发挥其所具有的功能与性能，又或者是外型空气动力学设计是否合理，都影响着列车运行安全[1]。因此，必须要加强对高速铁路机车车辆技术的研究，提高列车运行的稳定性与安全性。

一、高速铁路机车车辆技术发展概述

随着科学技术的发展，我国高速铁路机车车辆发展快速，逐渐实现了由传统蒸汽机车牵引向内燃、电力牵引的转换。高速铁路机车车辆牵引传动多为电力牵引传动方式，即便有采用内燃牵引的高速列车也是电传动方式。而所谓的电传动方式就是将外部输入的电能或者是自身产生的能源通过一整套的电能转换与传递装置，实现电能与机械能之间的转换，以此来完成驱动牵引机车前进[2]。以电传动装置所采用的牵引电动机类型可以将电动机车分为两种，即直流电传动方式和交流电传动方式，其中交流电传动方式有可分为交流同步电传动方式与交流异步电传动方式两种。早期投入运行的高速铁路机车车辆基本都是直流电传动方式，随着大功率可控硅变流技术的发展，三相交流传动技术逐渐得到了应用，此后相继出现交通同步传动方式、交流异步传动方式等，推动了我国高速铁路机车车辆技术的发展。

二、高速铁路机车车辆技术研究分析

1.牵引传动技术

高速列车与普通车辆相比，其牵引传动装置需要大额定输出功率，牵引电机重量轻，能够在恶劣的环境中正常运行，并且要易维修。同时还可逆空转，提高高速下粘着利用，电机无换向，不会引起电气、机械损耗。交-直-交变流系统是高速列车应用最多的牵引传动技术，其主要是将单相交流电转变为可调频调压的三相交流电，以此做为牵引电机牵引动力[3]。高速列车的交流传动系统与工业行业交流装置相比，无论是调速范围还是控制特性方面都有更高的提升，具有良好的快速动态响应特征，牵引与再生制动可以频繁转换，系统运用效率高，并且防震性能比较好。

2.复合制动技术

高速列车制动系统的选择，要求其必须要尽量缩短制动距离并确保高速制动时车轮不滑行，尽量降低制动系统的簧下重量，保证列车运行安全。高速列车制动系统基本上采用危机控制电气质量式动力制动与摩擦制动两种方式的复合方式。在列车制动时，可以通过司机手动或者根据列车自动控制系统的要求进行制动或者缓解。一般情况下，高速列车只具备空气制动，司机下达的制动指令都是直接传达到拖车电空转换阀，以中继阀实现制动或者缓解要求。高速列车制动系统的选择，尤其是复合制动方式，应满足每种制动方式的转换、衔接平稳勿冲动，保证列车的行车舒适度。

3.机车车体以及走行部技术

（1）機车车体

结构轻量化与车体外形符合空气动力性能是高速列车车体设计的连个要素，其中结构轻量化及时要求机车车体在保证承载结构能够满足动力强度基础上，尽量降低车体质量。机车车体承载结构具有结构长、最大弯矩大等特点，另外机车采用交流电为主传动方式时，重量明显的由转向架转移到车体上。高速列车轻量化技术，除去可以节约能源消耗外，更加可以降低对线路造成的磨损。通过改变机车材料也可实现结构轻量化要求，例如日本300系列高速动车组车体主要采用铝合金，相比100系列高速列车组选择的耐候钢车体重量可以减轻20%。

（2）车体外形

车体外形为流线型，可以降低列车在行驶过程中遇到的空气阻力，使机车能够具备良好的空气动力性能。对机车车体外形设计，就需要结合空气动力学特性来进行研究，包括开阔地区运行是列车表面压力、隧道内列车表面压力、两列高速列车会车时表面压力、隧道微气压波以及列车空气阻力等。首先，对于列车头型的设计。机车头型的设计目的就是降低空气阻力，减少压力波以及列车教会时压力波动值。因此，列车头型一般都会设计成长细比较大，以此来降低空气阻力。其次，对于机车车体外形设计，要求车体表面光滑平整，并且车厢间连接平滑过渡，以此来降低列车行驶中遇到的空气阻力、气动侧向力以及交会压力波等。现在最常见的高速机车形体设计为腰鼓形，能够有效降低各种阻力对机车的影响。

4.列车倾摆技术

在列车行驶到曲线轨道时，如果车体能够向内形成一个曲线内侧倾度，就相当于增加列车曲线外轨超高，可以实现提高列车行速度而不影响旅客舒适度。其中摆式列车速度公式可以表达为：

其中，v表示列车通过曲线速度，km/h；R表示曲线半径，m；H表示曲线外轨超高，mm；△h表示容许欠超高，mm；2S表示左右滚动圆间距，2S=1493mm；Φ表示车体倾摆角deg。

摆式列车全部车辆都需要安装有源式车体倾摆系统，其中由电-液控制系统来完成倾摆动作。列车正常运行时，倾摆动作主要由列车计算机系统来进行控制，并进行实时监控，每节车辆倾摆都由一个闭环调节系统所控制，主要是通过列车转向架上光学数字角度传感器来对车体实际摆角进行检测，并将检测结果传达给调节器，通过调节器将信号传输到伺机服阀，以此来对液压油流向进行控制，确保其能够顺利流向各液压油缸。如果列车运行过程中系统发生故障，可以通过列车故障显示系统将信息传达给司机，并由模拟备用系统来替代此系统对列车倾摆进行检测。

5.车间密接连接技术

传统列车连接技术，沿中心线方向间隙量最大可以超过30mm，这样列车在行驶过程中，无论是启动、制动还是调速等都会产生很大的加速度与冲击力，很大程度上影响了列车的运行稳定性。随着高速列车技术的不断发展，现在要求高速列车之间连接间隙基本都控制在2mm以内，存在的上下左右间隙比较小，不但可以提高列车运行平稳性，同时啊会对电气线路、风管自动对接等提供了保证。

结束语

高速列车技术发展迅速，其涉及到的专业众多，包括电子、机械、计算机以及材料等，为确保列车稳定运行，并一步推动我国高速铁路行业的发展，必须要加强对高速铁路机车车辆技术的研究。