近半个世纪以来，发达国家的铁路竞相采用高新技术，在货运重载、客运高速和信息技术等方面取得了重大突破，开始了从传统产业向现代化产业的转变。重载铁路和高速铁路是一个国家铁路科技和运输技术综合水平的重要标志。因此，世界铁路依靠科技进步在各种现代化交通运输方式的激烈竞争中得到了振兴和发展。

第一节 高速铁路

高速铁路技术是当代世界铁路的一项重大技术成就，它集中反映了一个国家铁路牵引动 力、线路结构、高速运行控制、高速运输组织和经营管理等方面的技术进步，也体现了一个国家的科技和工业水平。高速铁路在经济发达、人口密集地区的经济效益和社会效益尤为突出。

一、高速铁路发展概况

社会的进步与交通运输的发展是密切相关的。在当今“珍惜时间”的社会中，交通运输工具的高速化已成为发展的总趋势。从铁路方面来看，面对航空和高速公路的竞争与挑战，各国竞相发展高速铁路。 1964 年正当第 18届奥运会的火炬在日本东京点燃之时，世界铁路运营史上的第一块高速金牌诞生了。“光”号列车以 210km ／ h的最高速度行驶在日本东海道新干线上，高速铁路与民航展开了竞争，曾迫使东京至名古屋的航班停飞。 1981 年最高时速 270km的法国巴黎至里昂高速干线的建成把高速列车推向了新阶段。 1989 年法国 TGV 大西洋铁路又以 300km时速正式投入运营，率先冲上了当代高速竞逐的浪尖。时隔仅 8 个月，法国再创 515.3km ／ h 的世界最高试验速度。不到 30年高速铁路风糜欧亚，振动全球，使欧洲铁路在发展高速上一直走在前列。现在，欧洲共同体 14 个成员国拟定 2000年建成欧洲高速铁路网，将欧洲所有的主要城市铁路连成一个整体，总旅行时间比现在可缩短一半。

在日本、法国修建高速铁路取得成效的基础上，世界上许多国家掀起了建设高速铁路的热潮。意大利、德国、英国、西班牙以及前苏联等国也先后新建或改建了高速铁路，就连只重视货运重载对客运高速不积极的美国也开始起步。韩国和我国台湾也正在积极着手修建高速线，预计 2000年先后建成。

目前，高速铁路技术在世界上已经成熟，高速化已经成为当今世界铁路发展的共同趋势，但是，发展高速铁路采用什么途径，不同的国家根据本国的国情和路情，作出了不同的选择，归纳起来，修建高速铁路有如下几种模式。

( 一 ) 新建客运高速专线

客运专线一般在经济发达、人口密集、客流稳定增长的方向上修建。

日本是新建客运高速专线的典型代表。从 1964 年至 1990 年已经建成 4 条新干线 (东海道、山阳、东北、上越 ) ，总长度为 1831.5km 。目前正在修建的 5 条新干线 ( 北陆、东北、北海道以及九洲 2 条 )，总长为 1440km 。

日本新干线的特点是：专门为客运服务；高速线与既有线不接轨，是独立系统，轨距也不相同 ( 新线轨距 1435mm ，旧线轨距 1067mm) 运营与养护时间分开，白天运营，夜间养护。因此，行车密度较大。

( 二 ) 新建客货混运高速线

新建高速线是客货混运还是客运专线，完全取决于运输的需要和运营的经济效益。意大利是新建客货混运高速线的代表。意大利等国人口集中程度不如日本，没有形成特别密集的“走廊地带”，于是就把新建高速线作为既有线路网整体的一部分，不仅运行高速客运列车也运行货物列车。

意大利修建的第一条高速铁路是罗马一佛罗伦萨高速新线，这是世界上第一条客货混运的高速新线，全长 260km，其中新建部分为 231km 。为了增强通过能力，新线与旧线之间设有 5 个联轨点，利用联轨点进行运输调节。在这条线上旅客列车时速为250km ，货物列车时速为 120km 。客货混运线能达到如此高速，也是创举。

( 三 ) 修建部分高速客运专线

修建部分高速客运专线，其中一小部分利用旧线改造而成。

这种方式以法国高速铁路为代表。巴黎一里昂高速线全长 426.36km ，其中新线 388.93km ，在巴黎郊区利用既有线改造了 29.30km ，在里昂附近利用既有线 8.13km 。在这两大城市附近利用两段既有线是因为市郊建筑群集，难于再建新线。

( 四 ) 依靠对机车车辆的改进

这种方式是既不修建新线，也不对旧有线进行大量改造，而是依靠对机车车辆进行改进。采用这种方式的国家以英国为代表。它采用可控倾斜电动车组，即使在曲线上也能保持高速运行，加速和制动性能良好，因此解决了客货共用线加快客车运行速度的问题。

目前，世界上把不同速度的铁路划分为几个档次，一般定为

时速在 100 ～ 120km 时，称为常速铁路；
时速在 120 ～ 160km 时，称为中速铁路； 。
时速在 160 ～ 200km 时，称为准高速铁路；
时速在 200 ～ 400km 时，称为高速铁路；
时速在 400km 以上时，称为特高速铁路。

对于“高速”的水平，随着技术进步也会有所变更。西欧一些国家把新建时速达到 250 ～ 300km、旧线改造时速达到 200km 时，称为高速铁路。 1985年联合国欧洲经济委员会在日内瓦签署的国际铁路干线协议规定：新建客运列车专用型高速铁路时速为 300km ；新建客货运列车混用型高速铁路时速为250km 。

高速铁路克服了普通铁路速度较低的不足，与高速公路的汽车运输和中长途航空运输相比较具有明显的优势。

1 、运送速度快，运输能力大；
2 、有规律、稳定地运送放客，几乎不受天气影响；
3 、安全、正点、舒适；
4 、能耗远低于飞机和汽车，客运成本低；
5 、可使用各种能源发电，供电力牵引使用；
6 、有利于环境保护，避免污染。

由于这种经济快速的公共交通运输工具能适应社会发展和人民生活的需要，因而获得了 世界各国的普遍关注。

二、高速铁路线路

高速铁路线路应能保证列车按规定的最高速度，安全、平稳和不间断地运行。因此，铁路线路，不论就其整体来说，或者就其各个组成部分来说，都应当具有一定的坚固性与稳定性。

( 一 ) 线路标准

1 、曲线半径

线路平面曲线半径的确定，取决于铁路运输要求和所在地区自然条件等因素。曲线半径是限制行车速度的主要条件之一。应随速度提高而相应加大。

高速铁路的最小曲线半径 (Rmin) 应按下列公式确定：

式中 Vmax 一 列车最高速度， km ／ h ；
h —外轨超高，毫米；
△ h ′—允许欠超高，毫米。
在高速专线铁路上， (h ＋△ h ′ )max ＝ 250mm 。

几个主要国家高速铁路最小曲线半径值因地理条件各异而不同，如表 1 － 7 － 1 所示。



2 、缓和曲线

缓和曲线线型有三次、四次、五次抛物线和三角函数线四种线型。欧洲高速铁路多采用三次抛物线，日本高速铁路则采用正弦函数曲线作为缓和曲线线型。

3 、线路坡度与竖曲线

高速列车重量较小，机车功率较大。可在较大线路坡度上高速运行。国外高速铁路最大线路坡度为 40 ‰，如法国 TGV东甫线采用 35 ‰。在长隧道内考虑到空气阻力的影响，线路坡度不应超过 20 ‰。日本除在东海道新干线上采用 20‰外，山阳、东北，上越新干线均为 15 ‰。
高速铁路要求相邻坡度差大于 l ‰时，设置竖曲线，以保证列车运行平稳和安全。竖曲线半径与行车速度有关，行车速度越高，竖曲线半径也应越大。

竖曲线半径通常按 Rv ≥ 0.4 确定。

法国 TGV 东南线的竖曲线半径采用 25000m ； TGV 大西洋线采用 16000m ；而日本除东海道新干线采用 10000m 以外，其余各线均采用 15000m 。

( 二 ) 路基

路基的稳定性与坚固性直接关系到线路的质量、列车的正常运行及安全，特别是高速列车，运行时更需要有良好的路基基础。

为保证路基状态的完好，保证线路质量和列车的安全、正常运行，路基应满足下述要求：

1 、路基面必须平顺并应有足够的宽度，路基面的上方应形成与铁路限界规定相符的安全空间，不得侵入铁路建筑限界，以保证列车运行与线路作业安全的要求；
2 、路基应具有抵御各种自然因素影响的足够的坚固性与稳定性；
3 、做好路基的排水设施；
4 、路基的设计、施工与养护应符合经济合理的原则。

路堤和路堑是高速铁路路基最常见的两种基本形式。

高速铁路区间主要是电力牵引复线路基，横断面除应为适应高速行车需要而作出的规定外，还要为高速运行安全并为线路检查维修提供方便，因此设计了较宽的路肩。

法国高速铁路路基宽度规定为 12.6m ；日本东海道新干线为 10.7m ，山阳新干线为 11.6m ：意大利高速线为 13m ，德国则采用 13.7m 。

( 三 ) 桥梁

高速铁路桥梁，必须保证列车在桥上运行的安全和旅客乘坐的舒适性。高速铁路桥梁除了要跨越河流外，还需跨越铁路和公路。当铁路线路通过市区、工业区或农作物区，为保留线路通过地段的空间或少占土地，不修路堤而以桥梁通过，这种桥称为旱桥或高架桥。

1 、高速行车时对桥梁设备的要求

机车车辆以较高速度过桥时，由于振动的影响，上部结构会产生更大的应力及挠度，同时，还会使桥上的几何形状发生变化。桥面在平面和纵断面方向挠曲变形过大，会导致振动加剧，影响行车安全，对旅客乘车的舒适性也有影响，因此，高速行车要求结构物有较高的抗挠和抗扭刚度。

2 、采取的措施

国外对行车速度较高线路上的桥梁多采取如下措施：

(1) 梁部选用感热迟钝的材料 ( 钢筋混凝土与预应力混凝土等 ) ，
(2) 采用结构和框架结构可以减少维修工作量，且有局部损伤时也不影响整体。
(3) 为了保证接近桥梁的轨道与桥梁上轨道的连续性，采用道碴桥面，以免采用明桥面时会在桥面系纵横梁处出现裂缝。
(4) 桥台背后设置过渡段，保证线路与桥梁间刚度平顺衔接。否则，高速列车上桥时、由于桥头线路与桥刚度的差异，会使列车产生明显的跳动现象。影响旅客乘坐的舒适度。如比利时国营铁路采用 2.5m 长的过渡板，日本、法国则采取对桥头路基填土作特殊处理的办法。
(5) 由于金属的线性膨胀，桥面的位移量较大，在跨度 15m 以上桥梁桥面的一端设置活动支座。

( 四 ) 轨道结构

1 、高建轨道结构类型

轨道具有足够的强度和稳定性。是实现高速列车运行的必备条件。随着列车运行速度的不断提高和新型混凝土轨下基础的使用，高速行车的轨道结构，目前大体可分为道碴轨道和板式轨道两种类型。

（1）道碴轨道在整体结构上仍为有碴轨道，但对轨道部件进行了改进和加强。有碴轨道由于具有工程费用低，施工铺设速度快和易于修整轨道变形等优点，所以在高速铁路上也大量采用。如法、德等国均属此类型。
(2) 板式轨道是在混凝土整体道床的基础上发展起来的新型轨下基础，目前只有日本高速铁路采用。如图 1-7-1所示。这种轨道结构形式一经筑成，线路就能保持稳定、平顺，且维修工作量少，但造价高、刚性大，列车振动与噪声大。行车噪声比有碴轨道高 3 ～8dB 。

2 、高速轨道结构

(1) 钢轨与联结零件

普通线路上由于轨端接缝的存在，列车通过时发生冲击和振动，影响行车的平顺和旅客乘车的舒适，且噪音较大。此外。还使道床松散，加速钢轨及联结零件的磨耗，降低轨道各组成部分及机车车辆的使用寿命。这些缺陷在轴重、运行速度不断增长的情况下，显得更为突出。

高速铁路的轨道均采用无缝线路，以克服有接缝轨道所存在的种种弊端。在设轨道电路的轨道上，需要设置钢轨绝缘接头，目前日本正在推广使用一种新型的粘接绝缘钢轨。轨缝内钢轨与夹板和夹板与螺栓之间的绝缘材料都是粘接起来的，在长钢机上铺设粘接绝缘钢轨时，可将粘接绝缘钢轨焊在长钢轨需要绝缘处。

钢轨与轨枕之间用联结扣件联结。联结扣件应具有足够的强度、耐久性及一定的弹性。

(2) 轨枕与道床

在高速铁路上，为保持轨道的良好几何状态，确保旅客的舒适度和减少那些只能在夜间进行的维修工作，应该采用较重型的轨道设备因此，各国大都采用预应力混凝土轨枕。法国除采用整体轨枕外，目前还采用双块式混凝土轨枕。如图1- 7-2 所示。

双块式钢筋混凝土轨枕每根重 245kg ，长 2.4m ，两墙备有一个长 84cm 的钢筋混凝土块，中间是连接两个混凝土块的金属连杆 {用钢轨钢或角钢 ) ，另外还有两块厚度各为 9mm的橡胶垫扳。它可以保证应力的分布，并减少振动和噪声。钢轨用螺纹道钉通过扣件固定在轨枕上，该螺纹道钉拧在一个预埋在混凝土中的螺旋形金属衬套里，并用一种特殊树脂嵌封。

双块轨枕的主要优点是横向有 4 个受力点 ( 单块枕只有 2 个 ) ，增加了稳定性，而造价却比单块枕减少 20 ％。

道碴是补偿高速轨道弹性的又一重要方面。道床面碴厚度不少于 35cm ，井有 20~40cm 的底碴。道碴应由强度大、韧性好、抗风化的岩石制成。

(3) 道岔

道岔是轨道中对高速列车走行影响最大的一个组成部分，高速道岔具有下述特点：道岔侧股道的几何线型为圆曲线或放射螺旋线型；为消除有害空间，采用可动心轨或可动翼轨结构；增强道岔的强度与稳定性。

根据道岔号数与撤叉角成反比关系，在高速铁路上均采用大号码道岔。

世界各主要国家高速铁路的轨道结构情况如表 1 － 7 － 2 所示。

三、高速铁路牵引动力与车辆

( 一 ) 高速铁路牵引动力

电力牵引和内燃电传动牵引同样都能满足牵引高速列车的要求。从目前各国发展高速铁路的情况看，大多数国家都采用电力牵引。虽然电力牵引需要较大的投资，而电力机车具有能源来自外部供电系统，不受能源条件的限制，机车功率较大。且轴重小、经济性能好，对环境污染少等优点。所以电力牵引是高速铁路的最佳选择。内燃电传动牵引也有其投资少、见效快等特点，也被用于尚未电气化的高速铁路区段或建设高遵铁路的一种过渡形式。

1 、牵引动力的型式

高速列车的牵引可以采用传统的机车牵引型式，也可采用动车组牵引型式。由于动车组的轴重低，可以减少对线路的破坏作用，因此目前世界上大部分高速列车采用动车组牵引型式。

2 、牵引动力的配置

高速列车牵引动力的配置有集中配置和分散配置两种。

(1) 牵引动力集中配置于一端

这是一种传统的机车牵引客车的方式。高速列车由一台或几台机车集中于一端来牵引。它在高速化的初期为不少国家所采用，是一种投资少、见效快的方式。如美国采用 AEM 一 7 型机车，英国采用 91 型机车，瑞士采用 2000型机车。这类列车由于机车功率较小，最高速度在 200km/h 左右，很难满足进一步提高速度的要求。

（ 2) 牵引动力集中配置于两端

高速列车两端为动力车，中间全部为无动力的挂车，牵引采用前挽后推方式。两端设动力车可以有两种模式：一种是机车模式，即两端的动力车实际上就是一般的机车，而中间的无动力挂车即为一般的客车，如德国的 ICE 高速列车，由 16辆车组成，其中两辆动车位于整列车的两端，其余 14辆均为不带动力的拖车。另一种是动车组模式，即两端的动力车与其后的无动力挂车具有共同的转向架及铰接机构，构成动车组，如法国的 TGV 高速列车由12 辆车组成，除位于整列车两端的列车转向架上装有牵引电动机以外，相邻首尾的第二辆车的第一台转向架上也装有牵引动力装置，也就是全列车共有 6台转向架为动力转向架，共装有 12 套牵引电动机。

(3) 牵引动力分散配置

这是一种动车组牵引方式，也有两种模式：一种是完全分散模式，即高速列车编组中全部为动力车。如日本的 0系列高速列车，其 16 辆编组中全部是动力车；另一种是相对分散模式，即高速列车编组中大部分为动力车，其余为无动力的挂车，如日本的 300系列高速列车，其 16 辆编组中有 10 辆是动力车， 6 辆是挂车。

高速列车牵引动力配置示意图如图 1 － 7 － 3 所示。

3 、两种牵引动力技术性能指标牵引动力的配置尽管有多种类型，归纳起来基本上是两种型式，即集中配置和分散配置。它们在主要技术性能指标上，各有利弊。

(1) 列车平均轴重

动力集中配置型的列车平均轴重比动力分散型少。如德国 ICE 平均轴重为 12.5t ，日本 0 系列为 16t 。列车平均轴重低可以减少线路的检修和养护费用。

(2) 最大轴重

动力集中配置型的最大轴重比动力分散型大。如德国 ICE 1、2的最大轴重为 19t ，法国 TGV － A 为 17t ，日本 0 系列为 l6t，目前最小仅为10t多 。最大轴重高对线路的投资和检修养护费有直接影响。

(3) 簧下质量

为了对不同机车车辆簧下质量的影响进行比较，通常应用等效簧下质量来衡量。对于高速列车的动力车，其等效簧下质量包括轮对、轴箱等簧下部分质量，以及各轴牵引电动机的转动惯量和经由齿轮传动的电枢转动惯量的影响。每轮等效簧下质量分别为：德国 ICE 为 0.95t，法国 TGV 为 1t ，日本 0 系列及 100 系列为 1.1t动力分散配置的每轮等效簧下质量比动力集中配置的要高。机车车辆簧下质量越大，对线路破坏的作用也愈大。 簧下重量不等同于轴重。

(4) 粘着利用

动力分散配置型的高速列车大部或全部为动力车，因而具有较大的粘着起动牵引力和较好的起动加速性能。而动力集中配置型的粘着利用方面则较差。

(5) 受流

动力集中配置型的受流情况较好。仅升起 1 或 2个受电弓，且两个受电弓之间的距离较远，可避免发生离线，也就避免了电弧放电和电磁干扰，能稳定、可靠地工作。而动力分散型配置是多弓受流，多个升起的受电弓又相距很近，受电过程中引起接触网导线产生复杂的多层波动，易造成受电弓频繁离线，引起严重的电弧放电，不仅损失电能且影响动力车的稳定工作。

*转贴者注：多电弓的动力分散主要是日本早期采用，近些年的新车中，日系动车已经意识到这个问题了，目前也将受电弓较少至1～2台。

(6) 环境保护

动力分散型的车因受电弓频繁离线产生电孤放电噪声，并对沿线产生电磁干扰。另外动力转向架直接位于客车车体之下，驱动装置和电机悬吊产生的振动，会给旅客造成不适，而动力集中型则无此问题。

总之，动力集中和动力分散两种配置类型均可满足列车高速运行的要求。两种型式各有优、缺点。动力分散型的动轴轴重较轻，单轴功率要求较小，粘着和动力制动利用较好：动力集中型在高速受流，环境保护、制造成本和检修费用等方面优于动力分散型。

从目前中国动车的发展来看，高速动车的发展基本都是动力分散。动力集中仅限于机车车辆模式，以及早期制造的各类动车组。

4 、传动方式与传动装置

目前国外高速列车绝大部分采用电力牵引传动方式，即使个别采用内燃牵引的高速列车也采用电传动方式。

按照电传动装置所采用的牵引电动机的类型，电传动方式可分为两类；

(1) 以直流牵引电动机为动力的直流电传动方式；
(2) 以交流牵引电动机为动力的交流电传动方式，交流电传动方式又根据采用的同步或异步牵引电动机的不同分为交流同步电传动方式和交流异步电传动方式。

国外主要高速列车的电传动方式如表 1 － 7 － 3 所示。



从表中可以看出，早期投入运用的高速列车大部分采用直流电传动方式。但随着大功率可控硅变流技术的发展，使三相交流传动技术得到了实际应用，从而相继出现了交流同步传动方式和交流异步传动方式。

( 二 ) 高速铁路车辆

高速客车一般讲可以包括动力车和非动力车 ( 拖车 ) ，高速客车的动力车一般也有客室，也要运载旅客，客室部分与拖车完全一样。而拖车则其基本构成与一般车速的客车一样。主要由车体和车内设施、走行部、制动装置和车钩缓冲装置组成。此外高速列车还必须有空调装置。

1 、车体和车内设施

为了使旅客在高速运行条件下具有较高的舒适度，与一般车速的车体相比，有如下要求。

(1) 车体重量轻

国外高速客车车体主要采用铝合金材料以降低车体重量，结构重量一般为 l0t 左右，比我国干线普通客车轻 3 ～ 4t ：。

(2) 车体外型为流线型

除了高速列车的头车要没计成流线型外，侧墙板做成内倾式并尽量减少车体外表面的突出物，侧门采用塞拉门等，以减少运行阻力。

(3) 提高气密性

列车通过隧道或在运行中与其他列车会车时，车内压力发生变化，旅客会感到不适，因此 必须提高车体的气密性，使车箱内的压力不受车体外部压力的影响。

（ 4 ）提高隔声性能

随着运行速度的提高，噪声也相应增大。为了降低车内噪声，除了要削弱噪声源发出的噪声外，还要提高车体的隔声性能。因此，在车体金属表面涂刷防振阻尼层，可减少固体声。采用带空气层的双层车窗，以提高车窗的隔声量等。

2 、走行部

要确保高速列车安全、平稳地运行，高速转向架应具备以下性能：

(1) 高速运行的稳定性

列车在钢轨上运行，随着速度的加快可能会出现蛇行运动。如果蛇行运动的振幅随时间延续而逐渐衰减，则轮对或转向架的运动是稳定的，反之就不稳定或失稳。失稳后振幅逐渐扩大，直至轮缘碰撞钢轨，损伤车辆及线路；同时，旅客舒适度也会下降。因此，通常采用轴箱定位装置和回转阻尼装置。抑制蛇行运动、确保车辆运行的稳定性。

(2) 通过曲线的安全性

高速客车通过曲线时，过大的侧压力会造成轮轨的剧烈磨损。要选择合理的踏面形状与较小的踏面斜度，以防止脱轨、倾覆现象发生。

(3) 旅客乘坐的舒适性

影响舒适度的国家很多，如车内设备、通风、照明、温度、湿度、噪声和振动等。其中，振动是整个运行过程中始终存在的。并会引起噪声使旅客产生疲劳。在高速转向架中采用空气弹簧和橡胶件以降低轮轨噪声和减小噪声对车内及环境的污染。

3 、制动装置

高速列车的制动与常速列车制动原理相同。但由于高速列车的速度很高，动能很大，要在规定的时间和距离内将这些动能消耗或吸收、用常速列车的单一闸瓦制动方式是无法达到的。因此，高速列车的制动必需采用综合方式，即多种制动协调使用。目前制动方式主要采用摩擦制动和动力制动两种。

(1) 摩擦制动

通过机械摩擦来消耗列车动能 ( 将动能转化为热能而散发于大气 ) 的制动方式，称为摩擦制动。其制动力与列车速度无关，是列车最基本的制动方式，高速列车的最终停车也必须依靠这种制动方式。
摩擦制动包括闸瓦制动，盘形制动和摩擦式电磁轨道制动等。
闸瓦制动是目前常速列车采用的主要制动方式，筒单可靠，在常速、中低速、速度为零时均有制动力。
盘形制动与闸瓦制动相比，制动散热性能较好，并具有较好的高速制动性能。但盘形制动与闸瓦制动一样，制动力要通过车轮来传递，也受轮轨粘着的限制。因此。在高速列车的动力车上也只能起辅助制动作用。
电磁轨道制动 ( 磁轨摩擦制动 ) 是在转向架下安装电磁铁，制动时放下，利用电磁吸力紧压钢轨摩擦生热产生制动。它的制动力虽然不受轮轨枯着力的限制，但装置重量大而使轴重增大；钢轨发热，磨损加剧，不宜用于运行中的调速制动，目前仅用于高速列车的紧急制动。

(2) 动力制动

利用某种能量转换装置，将运行中列车的动能转换为其他形式的能量 ( 如热能或电能 ) 并予以消耗的制动方式，称为动力制动。这种制动方式的特点是列车速度越高，制动力越大，列车速度降低，制动力也随之下降。

动力制动包括；电阻制动、再生制动、电磁涡流制动等。

电阻制动是将牵引电动机变为发电机，使电流通往电阻器，将列车动能转化为电能再变成热能散发掉，产生制动作用。
再生制动的工作原理与电阻制动类同，所不同处是产生的电能不是消耗在制动电阻上，而是将电能反馈到供电系统，从而产生制动作用的一种制动方式。因此，它不仅具有制动列车的作用，而且能将列车的动能转变为有用的电能，从能量综合利用角度看，再生制动是一种比较理想的制动方式。但实现再生制动对逆变技术和动力车主电路保护系统的要求比较高，需要有较高的技术。

电磁蜗流制动是通过电磁铁和电磁感应体相对运动，将列车的动能转换成电磁涡流并产生热能，达到制动的目的。
根据电磁铁和电磁感应体的型式，电磁涡流制动分为电磁涡流轨道制动和电磁涡流转子制动。

(3) 高速列车的制动方式

高速列车的速度很高，动能很大。动能与速度的平方成正比。制动功率与速度的三次方成正比。从目前国外开行的高速列车的制动技术来看，高速列车的制动方式必须采用综合制动方法，即几种制动方式共同作用，构成一个联合制动系统，相互配合，合理控制使用。其方法为：

①动力车制动绝大部分采用电阻制动或再生制动，井辅以盘形制动。
②非动力车制动则多采用盘形制动，同时再辅以电磁涡流制动或电磁轨道制动。
③ 闸瓦制动作为辅助制动方式，且逐渐被盘形制动所替代。
国外部分高速列车制动方式参见表 1 － 7 － 4 。

四、高速铁路信号与控制系统

高速铁路的信号与控制系统是高速列车安全，高密度运行的基本保证。它是集微机控制与数据传输于一体的结合控制与管理系统，是当代铁路适应高速运营、控制与管理而采用的最新综合性高技术，一般通称先进列车控制系统 (Advanced Train ControlSystems) 。该系统从 80年代开始研究，至今仍处于研究、试验与完善之中。近年来，许多国家为该系统研制了事种基础技术设备，如列车自动防护系统、卫星定位系统、车载智能控制系统、列车调度决策支持系统，微机联锁安全系统、列车微机自动监测与诊断系统等。世界上一些发达国家都将在本世纪末到下世纪初，初步推广应用这些新技术，有些目前已开始分层次实施。

世界高速铁路发展较快的“三强”国家，即日本、法国和德国，在地面信号设备中，区间设备都采用了符合本国国情的可靠性高、信息量大、抗干扰能力强的微电子化或微机化的不同形式的自动闭塞制式，车站联锁正向微机集中控制方向发展；为了实现高速铁路道岔转换的安全，开发研制了道岔的安全监测系统。此外，世界各国的高速铁路都积极安装了列车超速防护和列车自动控制系统。

目前，世界高速铁路列车自动控制系统的控制方式主要分为两类。一类是以设备为主、人控为辅的控制方式，这种方式以日本为代表。另一类是人机共用、人控为主的方式，以法国为代表。表 1 － 7 － 5 为日本、法国、德国三国列车运行控制系统的方式。

表 1 － 7 － 5 高速列车运行控制系统方式

序号	项目		日本新干线	法国 TGV	德国 ICE
1	制式		ATC	TVM300	FRS ＋ LZB
2	信息传输方式		点连式	点连式	连续式
3	固定地点信息交换方式		点式	环线	传输线
4	列车运行控制方式		设备为主	司机为主	司机为主
	其 中	减速与制动	设备优先	司机优先	司机优先
		缓 解	设备优先	司机优先	司机优先
		加 速	司机控制	司机控制	司机控制

( 一 ) 高速铁路信号与控制设备的特点

高速铁路的信号与控制设备，是以电子器件或微电子器件为主的集中管理、分散控制为主的所谓集散式控制方式．信号显示应以机车自动信号为主，车站与区间的地面信号为辅。由于列车运行建度高，列车密度大，因此区间行车采用四显示 ——红、黄、黄绿、绿。由于微处理机的问世，使信息与控制技术飞速发展，因此，高速铁路信号与控制系统设备的主要特点是：

1 、管理集中、控制分散的微机综合列车自动控制系统。
2 、具有较高的容错能力及安全性，即使调度中心计算机发生故障，各站微机也能按计划很好地完成各项控制功能。
3 、具有较大的信息处理能力及系统运用上的灵活性，可以构成包括行车指挥、运行控制和运营管理在内的综合控制系统。
4 、人一机关系合理，构成系统的主要设备及计算机的软、硬件都已模块化，功能综合，设备一体化。

( 二 ) 高速铁路信号与控制系统

世界各国所采用的较为完善的高速铁路信号与控制系统称为列车自动控制系统 (ATCS — Automatic Train Control System ) ，它由行车指挥自动化及列车运行自动化两大部分组成。


构成行车指挥及列车运行自动化的整体框图如图 1 － 7 － 4 所示。

1 、行车指挥自动化

传统的铁路行车是设有部、局、分局、车站的四级管理指挥系统。以人员为主，设备为辅。这些设备就是车站电气集中和调度中心的调度电话和调度集中设备。全路的列车运行就是通过这四级管理体制来实行集中统一指挥的。面高速铁路则完全不同，它是以指挥行车的控制设备为主的控制系统。其主要设备功能和工作内容为：

①取消分散安装在线路两侧传统的信号设备，将列车运行指挥控制中心集中于地面的调度中心；
② 在调度中心控制范围内，由车载计算机辅助司机操纵列车运行；
③ 调度中心计算机自动跟踪列车运行并向列车传递运行计刘与控制命令。调度员监督计算机的工作并给予必要的辅助调整；
④利用有线与无线的数据传输网络为调度中心与列车之间进行双向信息传递；
⑤调度中心计算机在调整列车运行过程中，向车站各分机分区、分时地下达列车运行计划；
⑥ 各种的控制分机根据中心计算机的运行计划，直接控制现场的有关联锁设备与进路。

行车指挥自动化主要包括两大部分。

（ 1 ）中心计算机系统
调度中心是以计算机为主体的控制设备。每一个调度中心有一套计算机系统进行全部数据处理及行车指挥。
在中心计算机系统中存有固定的区域的各种数据，如线路坡度与曲线数据以及目前线路允许速度、轨道电路状态，信号机位置及显示状态，应答器位置及工作状态等。此外，还有运行中的列车的各种数据，如列车位置、列车制动效果等将通过各站分机传送到中心计算机。
调度中心计算机根据各种数据计算出行车指挥命令，并通过数传设备传送到车载计算机中。这些命令如行车目标速度、到达下一个目标的行车距离以及车载计算机应使用的速度曲线及制动曲线编号等。车载计算机收到这些信息后再计算列车的驾驶与制动曲线，并根据最大允许速度自动驾驶列车。
此外，调度中心还应包括相应的数据传输设备。用这套数传设备对下属站段及运行中的列车实现双向数据传递。线路设备的变化如轨道电路反映的各种状态，都是通过数传系统输入到调度中心的。因此，数传系统是轨道与列车、列车与轨道之间以及各站间、各站与中心间的闭环式的信息交换系统。两端相邻调度中心的信息交换也是通过数据传输系统来完成的。

(2) 车站微机联锁系统
车站内的道岔与信号显示之间的联锁，在传统铁路上采用以继电器为主要元件的电气集中，由于它在安全程度、可靠性以及使用方便等方面的优点，因而已成为当今铁路车站联锁的定型设备。随着列车速度的不断提高和微电于技术及计算机科学的迅猛发展，用电子器件及微电子器件代替继电器实现铁路车站联锁功能，可以大大减少对电气元件的测检及维护工作，并进一步提高车站行车作业的安全和效率。
微机联锁系统由信息输入电路、控制监视机、联锁逻辑处理机，控制驱动电路和现场设备等组成。在该系统中采用键盘输入和彩色显示屏 (CRT) ，不仅信息输入和信息显示内容丰富，而且采用彩色大屏幕显示作为人—机对话手段，都大大优于单元拼装式控制台。

微机联锁系统主要有如下功能与优点：
①车站可将每日接发列车计划 ( 包括车次，到、发股道和时间等 )存入计算机。在到达列车接近时，可自动取出列车应接入的股道，并办理进路，对于发车进路来说，由于涉及到旅客的乘降以及货物装卸等情况，可采取人工办理、在指定时间内自动办理和按计划办理等三种办理方式。这样，为自动排列进路提供了先决条件，提高了办理列车进路的自动化程度。
②在运输管理方面，微机联锁系统可向旅客服务系统 ( 如广播系统，显示牌等 ) ，列车运行监督系统以及区间行车指挥系统提供包括列车到发时刻、车次、股道占用情况以及信号设备状况等信息，可进一步实现管理的现代化。

2 、列车运行自动化

列车运行自动化是列车在区间运行过程中实现自动化的设备。常规铁路将这些设备统称为区间设备，包括各种闭塞设备及机车信号与自动停车设备。在高速铁路上，由于行车速度较高，如仍用地面的区间设备来调整列车运行，将产生很大困难。首先是地面信号的显示距离和显示数量不能给司机一个准确的速度限制，同时，固定的闭塞分区特影响区间的行车效率。因此，在高速铁路的列车运行中将采用新的区间设备。其主要设备功能和工作内容为：

①取消分散安装在线路两侧的区间传统信号设备，列车运行控制功能集中于车上；
② 列车位置由车上设备进行自身检测，地面设备根据由车上传送的位置信息实现间隔控制；
③ 列车运行安全速度是根据地面设备传递的信息，由车上设备进行自动控制；
④地面、列车之间的信息传递可采用应答器，多信息无绝缘轨道电路及无线传输信道来实现。
系统概况如图 1 － 7 － 5 所示。

列车运行自动化的主要设备有：

(1) 无绝缘多信息轨道电路
普通铁路是用轨道绝缘节来划分轨道电路分区的。当车速增加，钢轨的绝缘断点的阻力更加速了钢轨与车轮的磨损，若绝缘节破损后还会造成行车的不安全因素。另外，传统的轨道电路仅传递“占用 / 出清”两种信息，远远不能满足高速列车的要求。
随着技木的发展和高速列车对多信息传输的要求。在高速铁路上则采用无绝缘多信息轨道电路。它用不同载波束来区分闭塞分区，从而免去了切断钢轨加绝缘垫的麻烦，并且用不同的低频信号调制，可传递的信息量就随低频信号的增加而大大提高了。
整个系统由发送部分、接收部分和钢轨等三部分所组成。发送部分包括发送器和实现电气绝缘作用的发送调谐单元；接收部分由接收器和实现电气绝缘作用的接收调谐单元所组成。系统的总体方框图如图 1 — 7 — 6 所示。

最后，在接收器中，利用数字信号处理技术，分析信号的频谱，进行接收信号完整性和安全性检查，以确定轨道电路目前所处的工作状态，将地面设备向车载设备提供静态信息 ( 轨道电路的编号、坡度、区间长度、线路条件允许的最高速度等 ) 和动态信息 (列车前方空闲轨道电路的数量、道岔的可能进路以及列车运行方向等 ) 。

(2) 点式查询应答器

在以无线通道作为列车与地面信号传递手段的高速铁路列车控制系统中，应答器是实现列车与地面设备信息交换的重要手段，列车通过这些信息，经过无线数据网络，与车站或调度中心计算机完成列车自动控制、列车自动防护及列车位置跟踪的功能。
图 1 — 7 — 7 为应答器应用于 ATP 系统的组装示意图。系统由机车上设备及地面设备所组成。
地面设备有：信息采集器、形成与编码器、控制器下方线圈等。

车上设备有：上方线圈、接收器，控制器、显示器及操纵按钮等。

下方线圈设在信号机前方 600m处，当信号机显示“停车”时，通过信息采集器、控制器向地面下方线圈传递电码信息。地面的下方线圈即给机车上方线圈发出至显示“停车”的信号机的距离，并且当列车行驶到信号机前约 600m时，车上计算机即产生一种速度模式。模式曲线产生后，列车实际走行速度与模式速度连续地进行比较，若列车速度高于模式速度，机车将自动紧急制动，使列车停在关闭伪信号机前。若当模式曲线产生后而信号机改变原有“停车”信号显示时，这时车上的模式也会相应更新，使机车不降低运行速度。可以看出，每个地面下方线圈可以向机车上方线圈传送大量信息，且信息传递速度快。

(3) 列车自动控制系统

高速铁路除采用应答器的 ATP 系统外，还必须安装连续式列车自动控制系统。
车载计算机，即列车自动控制系统的车上中心逻辑机，根据无绝缘轨道电路传递上来的信息、应答器到列车上的信息以及由调度中心或车站控制台 ( 分机 )所给出的列车指挥信息，由计算机得出列车所在的相对位置、行车里程表的显示和驾驶信息以后，经过处理就由车上设备执行控制速度以及必要时启动制动系统。而列车回答调度中心及车站分机报告列车位置、列车车次、列车长度及实际行车速度等信息是通过应答器和无线通道实现的。
调度中心计算机也是通过列车自动控制系统收到所管辖范围内每列车的行车特性、线路地形等与行车有关的完整信息，以实现对高速列车的指挥工作。

( 二 ) 高速铁路的通信设备

通信在铁路运输中起着神经系统和网络的作用。主要是完成各种信息的传输。随着列车速度的提高，对通信也提出了更高的要求。

(1) 通信应具有高可靠性，以保证列车的高速安全运行；
(2) 通信应保证运营管理的高效率，因此，各国在高速铁路中都采用了各种先进通信技术，增大通信容量等，以保证信息的传输、存储、处理能高效率地进行，
(3) 通信与信号系统紧密结合，形成一个高级自动化的 C 3 I( 通信、指挥、控制和信息 ) 系统；
(4) 通信与计算机和计算机网相结合，形成一个现代化的运营、管理、服务系统；
(5) 通信应完成多种信息的传输和提供多种通信服务。除了电话这种语音信息的传输外，在高速铁路通信中还有大量的非话业务，即数据、图象、监控信号的传输与处理；
(6)多种通信方式结合形成统一的铁路通信网。如移动通信、卫星通信、微波中继通信、室内无线通信等将与光纤通信、程控交换等相结合，形成一个多种方式和手段的通信网。大大提高通信的可靠性和有效性，满足高速铁路提出的各种需求，充分发挥通信保证行车安全和提高运输效率的作用。

根据目前国外高速铁路通信系统的组成和特点，可按以下两种情况分类：

1 、按照高速铁路对通信的使用要求分：

(1) 有关行车安全与提高效率的通信系统：
①列车自动控制 (ATC) 用的通信；
②变电所遥控 (CSC) 用的通信；
③ 列车集中控制 (CTC) 用的通信；
④车站运转调度电话、列车运转调度电站、站间行车专用电话、站内无线电话、沿线电话以
及传真电报等；
⑤风速雨量监视用的通信；

(2) 为旅客服务的通信系统包括：
①客票预售通信；
②站内旅客向导通信；
③ 客运调度电话、车长列车电话以及列车公用电话等。

(3) 设备维修及运营管理用的通信系统：
①作业时间表示通信；
②无线呼叫；
③ 移动无线电话、直通专用电话等。

2 、按照通信的技术类别分：

（ 1 ）语音通信
①各类电话 ( 专用电话，交换电话、列车电话等 ) ；
②卫星通信。

(2) 控制信号通信，主要传送各种控制信号。包括：
①行车指挥自动化系统的通信；
②编组站综合自动化系统的通信；
③ 程序进路控制系统的通信；
④联锁装置、道口装置、信号装置等信号的传输；
⑤ 电子闭塞装置、应答器等信号的传输；

(3) 数据通信，主要传送各种信息系统的数据信号。包括：
①数据交换系统，
②计算机座席预订系统：
③ 集装箱信息系统。

(4) 图象通信，主要传送传真图象信号。包括：交换传真和专用传真等。
从上述高速铁路通信系统概况可以看出，它是一个种类繁多、技术先进的系统，包含了各种通信方式和手段，为实现列车的高运行提供了现代化的通信保证。

、磁悬浮铁路

在人类旅行的整个速度范田内，存在着不同的相应运输方式。公路速度一般是 50 — l00km/h ；铁路速度一般为100 － 300km ／ h ；航空速度则为 500 — 1000km ／ h。随着目前高速铁路的发展，虽然速度有所提高，但传统铁路无法摆脱地面摩擦阻力对运动速度的约束。因此，在铁路与航空之间存在着一个空白段。长期以来人们就在思索如何弥补铁路和飞机之间的差距，而磁悬浮铁路则是当今世界上引人注目并很有发展前途的高速陆上运输系统。如图 1 － 7 － 8磁浮列车示意图。

磁悬浮铁路与传统铁路有着截然不同的区别和特点。在传统铁路上运行的列车，是靠机车作为牵引力，由线路承受压力，借助车轮沿钢轨滚动前进的。而在磁悬浮铁路上运行的列车，是利用电磁系统产生的吸引力或排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在线路上，利用电磁力导向，直线电机将电能直接转换成推进力而推动列车前进的。

所以，磁悬浮列车是介于铁路和航空之间的自动化的地面交通方式，为世界陆上运输开辟了一个新领域。

（一 ) 磁悬浮铁路的基本制式和工作原理

尽管磁悬浮车的悬浮、推动和导向都是用电磁力，但根据磁悬浮列车上电磁铁的使用方式，基本制式可分为超导磁斥式和常导磁吸式。如图 1-7-9 所示。

1 、超导磁斥式悬浮 EDS 型 (Electro Dynamic Suspension) ，属于电动型悬浮。

（ 1 ）悬浮系统

此种型式在车辆底部安装超导磁体 ( 放在液氮贮存槽内 )，在轨道两侧装有按一定规律分布排列的铝环线圈，当超导线圈接通电源时就产生强磁场。若车以一定速度前进时 ( 由于直线 电机推动 )，该磁场就在铝环内产生感应电流，感应电流产生的磁场与车上超导磁体的磁场方向相反，两个磁场产生排斥力。速度愈大排斥力就愈大。当排斥力大于列车重量时( 此时速度为 80km/h) ，车辆就浮起来。可使车辆浮起 10 － 15cm，并能使列车运行保持平稳。列车在低速运行或静止时，地上线圈感应电流减少，浮力减少以至浮力消失，列车便依靠辅助车轮支持在轨道上。

(2) 导向系统

传统列车的导向是靠车轮上的轮缘实现的。磁浮列车则是利用电磁力的作用进行导向的。
在车辆上安装专用的导向超导磁体，使之与导轨侧向的地面线圈产生磁斥力，该力与列车的侧向作用力相平衡，使列车保持正确的运行方向。导向装置如图 1-7-10 所示。

(3) 推进系统

磁悬浮列车由于悬浮起一定高度，使车轮与钢轨脱离，故不能依靠它们之间的摩擦力产生牵引力使车辆前进，而是采用一种叫做直线电机的推进装置作为列车的牵引动力。
直线电机的基本构成和作用原理与普通旋转电机类似，就如同将旋转电机沿半径方向切开展平而成。于是，其转动方式也就由旋转运动变为直线运动。

2 、常导磁吸式悬浮 EMS 型 (Electro Magnetic Suspension) ，属于电磁型悬浮。

(1) 悬浮系统

利用装在车辆两侧转向架上的常导电磁铁 ( 悬浮电磁铁 )和铺设在线路导向轨上的磁铁，在磁场作用下产生的吸引力使车辆浮起，车辆和轨面之间的间隙与吸引力的大小成反比。为了保证这种悬浮的可靠性和列车运行的平稳性以及使直线电机有较高的功率，必须控制电磁铁中的电流，才能使磁场保持稳定的强度和悬浮力，使车体与导向轨之间保持 10 － 15mm 的间隙。

(2) 导向系统和推进系统与超导磁斥式相类似。

( 二 ) 磁悬浮铁路的发展优势

磁悬浮铁路的研究和发展，是当今世界地面交通运输技术发展的必然趋势。它比传统的粘着式铁路运输及其他交通工具，有着独特的优越性。

1 、速度高，旅行时间短

航空运输是速度最高的运输方式，当运距不太长时，航空运输高速的优点就很难体现出来，磁浮铁路具有时速 500km 的能力，可以直达城市中心，节省旅客的旅行时间对旅客具有很大的吸引力，因此，可以用它来取代中、短途的航空运输。

2 、安全、可靠

由于磁浮系统采用导轨结构，列车运行平稳，不会发生脱轨和颠覆事故，提高了列车运行的安全性和可靠性。

3 、能源消耗低

据资料分析，高速列车电力驱动的电耗费比普通铁路的内燃机车要经济，磁悬浮列车属于电力驱动，因此与其速度相对而言，其能耗费用更为经济。
磁悬浮铁路的运行单位能耗比飞机低 10 ％。

4 、无公害、无污染

各种传统的交通运输工具给社会带来严重的公害与污染，在城市交通中，汽车排出的废气占大气污染量的 60％，机动车的起动，刹车等交通噪音直接影响人们的身心健康。而磁悬浮列车可以离开地面 ( 高架线或地下线 )，利用计算机技术、自动控制、有专用线路，可避免交通事故和文通阻塞。由于采用橡胶轮支撑和悬浮运行，无噪音、无振动、无废气排山，对环境无污染。

5 、故障少、维修费用低

磁悬浮列车虽然一次投资较多，但其主要部件比较单一和牢固，因而故障少，维修费用比高速铁路和传统铁路低。日本的试验表明，经过 2 ～ 3 年运行使用，线路及地面线圈未发生损坏事故。从维修角度看，其前量是令人乐观的。

从上分析，磁悬浮列车是一种高速、安全、舒适、方便、无污染且不受气候影响的很有发展前途的交通工具。

目前，世界上研制磁悬浮列车的国家有日本、德国、英国、前苏联和美国等，其中，日本和德国有较大的进展。

日本从 70 年代开始研究，日本国铁 1979 年在长 7km 的宫崎线上开行超导悬浮 (EDS) 实验车 ML500 ，刨最高时速 517km ， 1982 年完成了 MLV001 磁悬浮车的载人试验。

德国航空公司 1977 年确定电磁悬浮 (EMS) 同步直线电机驱动的磁悬浮车为其发展方向，在埃坶斯德修建了 31.5km 的试验基地，并在试验基地环线上载客 200 人，最高时速达 412.6km 。

美国波音公司正在从事推进与悬浮一体化的 EMS 列车的研究工作。

第二节重载运输

铁路重载运输技术始于 20 世纪 20年代，至今已在世界上很多国家广泛采用，它是提高线路输送能力、提高运输效率的重要措施。特别是对于幅员辽阔的大陆国家，具有更重要的现实意义。因此，重载运输已成为世界各国铁路货物运输发展的共同趋势，也是我国加速提高铁路运输能力的一条主要途径。所谓重载，是指年运量为 2000万吨的线路、单元或组合列车达到或超过 5000t 、车列中车辆轴重为 25t，具备以上条件之二者，可视为重载。重载铁路运输的发展，不仅推动了牵引动力、车辆，轨道、信号等铁路技术的进步，而且也对上述各方面提出了如何与之相适应的条件。总之，重载列车所能达到的重量，在一定程度上反映出一个国家铁路重载运输技术的综合水平。

一、重载列车的运输方式

根据各国铁路运营条件和技术装备水平的不同，重载列车的运输方式大致可归纳为三种类型。

1 、整列式重载列车

整列式重载列车是由单机或多机牵引，机车挂于列车头部，在站线有效长为 1050m的铁路线上开行的货物列车。这种货物列车采用普通列车的作业组织方法，其到、解、编、发，取、送、装、卸和机车换挂作业与普通货物列车完全一样，只不过牵引重量有显著提高，达到 5000t 或 5000t 以上。

2 、组合式重载列车

这种列车是把两列符合运行图规定的重量和长度、开往同一方向的单个列车首尾相接连成一个列车，机车分别挂在列车的前部和中部，在运行图上占用一条运行线，运行到前方某一技术站或终到站再分解的重载列车。

组合式重载列车按组合地点或分解地点不同可分为始发组合列车和技术组合列车。可以是固定机车车辆和固定货物品名的两列车组合在一起，也可将运行方向一致、符合组合、分解站编组计划要求的非固定车底的一般货物列车组合为一个列车。

组合式重载列车除要进行普通货物列车所要进行的作业外，还要进行列车或车底的组合与分解，且接、发车作业，机车换挂，途中运行及调度指挥等作业也有一些与普通货物列车不同之处。

3 、单元式重载列车

它是由装车地到卸车地固定机车车辆，固定发站和到站，固定运行线，运输单一品种货物，在装、卸站间往返循环运行，中途列车不拆散，不进行改编作业的列车。因此，在运行过程中除利用铁路的正线和到发线外，不占用铁路的调车设备。在运输过程中，除列车接、发车作业外，不进行任何其他作业。单元列车不仅机车车辆固定编挂，固定回空，而且两端车站装卸设备必须配套，形成矿区至港口 ( 或电厂 )的装、运、卸一条龙重载运输组织形式。

图 1-7-11 为行驶在我国大秦线上的单元式重载列车。

二、重载运输设备

重载运输是在一定的铁路技术装备条件下，扩大列车编组长度，大幅度提高列车重量，采用大功率内燃机车或电力机车（或双机、或多机）牵引的列车方式。为了安全行车、提高线路通过能力，实现多运快运货物的目的，对铁路运输组织和技术装备都提出了新的要求。

( 一 ) 重载铁路线路技术标准

开行重载列车必须有与之相适应的线路，主要是指线路的承载能力、几何尺寸、站线长度、线路坡度等，它们必须符合列车在运行中静动荷载对线路所产生的各种力的要求，也就是使线路与列车协调配套。

1 、限制坡度
新建或改建重载运输线路限制坡度的选择与基本建设投资、列车牵引重量、列车速度和运营支出有直接影响。最合适的限制坡度应该是在保证运输要求的基础上，达到最佳的经济效益。重载铁路的限制坡度与所经地段的地形条件、线路等级、牵引类型等因素有关，需经技术经济比选后确定。一般按重、空车方向分别确定。重车方向最大限制坡度在 4 ‰ ～ l0 ‰ 之间；空车方向在 12 ‰ ～ 30 ‰之间。国外几条重载运输铁路线路的限制坡度见表 1 － 7 － 6 所示。我国大秦铁路的限制坡度：重车方向为 4 ‰ ，空车方向为 12 ‰ 。

表 1 － 7 － 6 国外几条重载铁路线路的限制坡度
序号	国家	限制坡度（‰）		序号	国家	限制坡度（‰）
	重车方向	空车方向	重车方向		空车方向
1	美 国	5	5	5	瑞 典	10	10
2	苏 联	8 ～ 9		6	挪 威	10	10
3	加拿大	10	22	7	巴 西	3	10
4	澳大利亚	4 ～ 10	15 ～ 20	8	南 非	4	10

2 、最小曲线半径

在重载运输的线路上，无论新建或改建，曲线半径的选择既影响基建投资又影响列车运行速度、轨道使用寿命以及线路的输送能力和运输成本。因此，选择最小曲线半径应充分重视重载铁路的特点，结合地形、行车速度、养护维修和运行安全等条件，通过技术经济比选尽可能采用较大的曲线半径。国外的重载铁路一般为 400 ～ 1200m ，困难地段可取 300m 。我国大秦铁路最小曲线半径一般地段为 800m ，困难地段取400m 。

3 、到发线有效长度

列车重量和长度的增加，在很大程度上受车站到发线有效长的限制。而重载列车运行区段上站线需要延长的长度，又要根据组织开行的重载列车的主要型式确定。由机车在头部牵引重量超过 5000 － 6000t 的整列式重载列车，站线要延长到 1050 － 1250m，在开行两个普通货物列车合并编组而成的组合列车时，其牵引吨数可达 7600 － 8000t 时，股道有效长应延长到 1500 — 1700m；若牵引吨数达到 8000t 以上时则有效长应延长到 1700 － 2300m 以上。在我国大秦铁路上，车站到发线有效长度为 1050m，重载列车会让线的长度为 1700m 。

( 二 ) 重载轨道结构

重载铁路的基本特征是运量多、轴重大。尤其是轴重，它是车辆每一轮对加于轨道上的重力，对轨道结构与线路状态产生着广泛而严重的影响。国际铁路联盟试验局经过大量试验研究与调查后认为，轨道破损与运量和轴重有密切关系，其中，轨道的破损与轴重的 3次方成正比。可见重载列车的荷载对轨道的破坏性是相当严重的。

重载铁路线路应选用重型和特重型的轨道标准。钢轨应采用 60kg/m及以上的新轨。为了延长钢轨使用寿命，减少养护维修工作量，宜采用超长轨条无缝线路和可动心轨道岔。此外，在曲线地段、长大下坡制动地段和长隧道内，应采用全长淬火钢轨和轨头硬化钢轨、承载力大的轨枕，扣压力大的弹性扣件等，以减少钢轨由于接触应力所引起的伤损。

( 三 ) 重载用机车车辆

各国重载列车的牵引动力，除美国和加拿大主要采用内燃牵引外，绝大多数国家均采用电力牵引。

1 、重载列车对牵引动力的要求

为满足重载列车的牵引要求，主要是通过增加机车的牵引功率和实现轮轨之间最佳粘着来提高机车的牵引力。此外，机车还需要有足够大的起动牵引力，以保证重载列车在长大坡道线路区段的安全运行。在运行中的牵引和制动过程应能自动调整和控制，并在机车上装设必要的故障检测和诊断系统。

目前，凡列车重量超过 10000 － 12000t时都采用多机牵引，多台机车合理地分布在列车前部和中部，并根据列车的实际重量确定所需要的机车台数。由于列车编组很长，牵引动力又分别位于整个列车的不同部位，前后机车联系、操纵动作的失调，都会直接危及行车安全。为了解决这一问题，在重载列车的机车上装设了遥控装置。遥控装置是一种完全取代受控机车司机实现机车全部无线电遇控的装置。它分为主控设备和受挫设备两部分，前者装在头部机车上，后者装在专用遥控车内。主控机车司机通过无线电通信传送编码指令，控制列车任何部位的受控机车的牵引和制动。系统的原理框图如图 1-7-12 所示。

遥控系统的主要设备及其功能如下：

(1) 制动控制台

在制动控制台上设有自动制动按钮、独立制动按钮、紧急制动按钮和缓解按钮等。在操作中，可利用制动控制台起动所有电气和气动部件来操纵气动设备，并可通过按钮控制空气制动阀进行自动的或单独的制动和缓解。

(2) 系统控制台

主控机车司机利用系统控制台的按钮和选择开关控制受控机车气阀和动力功能部件，使在操作规程允许范围内与主控机车同步或独立动作。显示盘的显示灯连续显示受控机车的工作状态和提供与受控机车音频告警情况相应的显示，告警内容包括缺油、车轮打滑等。

(3) 中央处理机装置

该装置可接收机车上机车控制器、制动控制台、系统控制台等的电气控制信号，并使这些信号相互协调，并提供控制列车的各种输出。

(4) 无线电收发装置

主控机车与受控机车之间的信息传辅是通过无线电信号进行的。主控机车发出的信息，由中央处理机将信息进行编码，通过无线电送到受控机车，受控机车把接收的传输信息进行解码，并把信息送到受控机车的中央处理机，进行操作或校正，并在显示板上予以显示。

以上机车遥控系统部件，除制动控制台和系统控制台装在主控机车上外，其他部件主控机车与受控机车都需安装。

列车采用遥控系统的优点是；

①有了受控机车，制动管不仅从列车前部的机车充风，而且还从受控机车处充风。因此，列车空气系统的充风时间大为缩短。列车需要制动时，主控机车与受控机车也可同时减压制动，从而解决了长大列车制动主管过长，充风或减压过程延长的问题。

②受控机车组可与主控机车同步操纵，也可单独操纵，当单独操纵时，列车在起伏不平及多弯道线路上起动时，司机能精确地控制车钩间隙。当采用同步操纵时。牵引力可与起动负荷在列车内部成正比地更均匀分布，这就降低了头部机车组及前几节车辆上车钩的应力。

③ 当列车在起伏不平的线路上运行时，遥控系统有助于使用制动机来控制列车冲动。

2 、重载运输的车辆

车辆应采用载重量大、强度高、自重系数小的大型四轴货车。

货车大型化的主要途径是提高轴重。但轴重又受到轨道与桥梁结构强度的限制。因此要求线路结构与轴重提高相协调。如国外已采用 70kg/m 的钢轨，货车载重量达到 90t ，轴重为 29t 。我国也正在研制轴重 25t 的大型货车，以适应重载运输的需要。

为提高车体的耐腐蚀性和降低自重，采用了耐候钢和铝合金材料等。

为使车辆总体性能得到加强，装用新型空气制动装置、高强度车钩和大容量高性能缓冲器。

为改善走行性能，研制低动力作用转向架等。

3 、采用性能良好的制动装置

重载列车与普通列车相比，速度并不高，但重量大、编组车辆数多，列车很长，列车需要制动或缓解时，前后部车辆制动与缓解的时间差较大，造成了纵向冲击力的加大。此外，由于辆数多、列车长，重载列车的副风缸数量也多，列车制动管总容积加大，造成了初充气时间长、列车管减压速度和增压速度都较低，且沿列车管长度方向有较严重的“衰减”。这些，都会影响重载列车运行的安全。因此各国都在研究改进制动机的结构，以提高其性能。

重载列车制动装置应具备如下特点：

(1)应具有较高的制动波速和缓解波速。它可以缩短制动和缓解时列车前后部作用的时间，减轻制动和缓解的纵向冲击，并能缩短列车制动距离。为此，要加强和改进机车车辆制动时的局部减压性能，在每个车辆制动机上增添加速缓解阀和小容量的加速缓解风缸，使制动机具有缓解时能局部增压的性能。
(2) 采用摩擦系数较大的闸瓦，如高摩合成闸瓦。这样，可保证在同样的闸瓦摩擦力的条件下，改用较小的制动缸和副风缸，以减少初充气的时间。
(3) 采用性能良好的空重车自动调整装置，保证空车不滑行、重车具有足够的制动力。
(4) 要有密封式制动缸和良好的“压力保持”性能。在长大下坡道制动保压时，能保持制动缸压强不因泄漏而衰减。

4 、可靠的钩缓装置

车钩缓冲装置是车辆最重要的部件之一，为了减少列车的分离事故和列车的冲动，重载列车需要高强度的车钩和大容量、高性能的缓冲器。因此车钩缓冲装置的结构设计、材质工艺、维修保养以及机车操纵技术等方面都提出了具体要求。
提高车钩强度的主要途径是用高强度低合金铸钢代替铸钢。缓冲器则采用高强度的弹簧钢代替原来的弹簧钢，并改变环簧断面尺寸和加大缓冲器的行程。

在重载单元列车中，由于采用翻卸方式卸车，为创造不摘车卸车条件，在车辆一端装有高强度旋转式车钩。

( 四 ) 重载单元列车的装卸设备

重载单元列车是把装、运、卸形成一套完整单元体系，即整个列车在同一站装车后，把列车做为一个整体，中途不更换机车、不解体的远距离运输，到站后卸货，并且在装卸车站要有与之相配套的装卸机具和站内线路。

1 、单元列车的装车站

开行单元列车时，装车必须可靠迅速，对装车站的设计应合理布置，目前采用以下两种布置图型：
(1) 贯通式装车站。这种布置占地面积小，但增加了装车后的列车作业。只有地形狭窄时才采用。
(2) 环线式装车站。在装车站修建环线，在环线上配有装车设备。轨道衡等。在环线上设 1 ‰ 的上坡，使车钩始终伸开。这种车站占地面积较大，但可以使列车在走行中装车，且不需要转向设备和作业。
装车站线示意图如图 1-7-13 所示。

2 、单元列车装车系统

单元列车的装车系统要求较高，在装车点应设有高速定量装车系统。在装车时由控制室遥控列车进行移动，机车上装有恒速器，使列车移动速度按规定要求进行 ( 如速度为 0.8km/h ，每装满一辆车约需 2min) 。全列装完后，机车乘务员方能开始操纵机车。

3 、单元列车卸车系统

为使单元列车整列不停车卸车，在有条件的地区应设有环线线路。在条件受限制的地区则采取分组卸车的办法。按列车编组的车型不同，卸车主要采用漏卸式和翻卸式。漏卸即漏斗车在高架栈桥或卸车坑道上打开车门直卸；翻卸则是将专用敞车固定在翻车机内旋转倾覆卸车。
翻卸式的专用卸车必须在（每辆车或两辆一组）一端装有高强度旋转式车钩。在卸车站上需有拨车机、翻车机和解冻库等设备。我国大秦铁路的秦皇岛港即采用翻卸式。

由此可见，重载运输是一个系统工程。实践证明，实行重载运输已经成为世界各国铁路货物运输现代化发展的一个重要趋势。