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轨道交通车辆

时间:2024-11-06 百科知识 版权反馈
【摘要】:有轨电车是一种具有现代化意义的交通工具。1908年3月5日凌晨5时30分,上海第一辆有轨电车开通。有轨电车的开通给华人带来了现代交通秩序的观念。虽然磁悬浮列车仍然属于陆上有轨交通运输系统,并保留了轨道、道岔和车辆转向架及悬挂系统等许多传统机车车辆的特点,但由于列车在牵引运行时与轨道之间无机械接触,因此从根本上克服了传统列车轮轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题,所以它也许会成为人们梦寐以求的理想陆上交通工具。

5.3.2 轨道交通车辆

1)有轨电车

有轨电车是一种具有现代化意义的交通工具。中国开通有轨电车最早的是香港。1899年,北京开通了城南马家铺至永定门的电车,这条线路共长9.4km。清政府由于迷信,不许火车通至京师,应外国使臣的要求,只为解决京津铁路终点站马家铺至北京城的客运问题修筑了这条电车线路。1906年,天津又开通了5条电车线路。1908年3月5日凌晨5时30分,上海第一辆有轨电车开通。

有轨电车在城市中的开行,给人们的生活和观念带来了非常显著的变化。人们很快就接受了这一新生事物。“电车开驶而后,旅行既便,票价尤廉,境内欢迎……座间客满,肩为之摩,甚至有无甚要事姑借以游览者。其为人所信用可知,而前途之发达更可知。”有轨电车的开通给华人带来了现代交通秩序的观念。同时,电车公司还规定了车内卫生和使用文明语言的规定,对扭转中国人不讲公共卫生的陋习也有所帮助。

2)磁悬浮列车

磁悬浮技术的研究源于德国,早在1922年,Hermann Kemper先生就提出了电磁悬浮原理,并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。进入20世纪70年代以后,随着世界工业化国家经济实力的不断加强,为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要,德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。根据当时轮轨极限速度的理论,科研工作者们认为,轮轨方式运输所能达到的极限速度为350km/h左右,要想超越这一速度运行,必须采取不依赖于轮轨的新式运输系统。这种认识引起许多国家科研部门的兴趣,但后来都中途放弃,目前只有德国和日本仍在继续进行磁悬浮系统的研究,均取得了令世人瞩目的进展。

德国开发的磁悬浮列车Transrapid于1989年在埃姆斯兰试验线上达到436km/h的速度。日本开发的磁悬浮列车MAGLEV(Magnetically Levitated Trains)于1997年12月在山梨县的试验线上创造出550km/h的世界最高纪录。我国上海于2003年10月已开通磁悬浮列车。

磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的高速列车系统。它的时速可达到500km以上,是当今世界最快的地面客运交通工具,有速度快、爬坡能力强、能耗低、运行时噪音小、安全舒适、不燃油、污染少等优点。并且它采用高架方式,占用的耕地很少。磁悬浮列车意味着这些火车利用磁的基本原理悬浮在导轨上来代替旧的钢轮和轨道列车。磁悬浮技术利用电磁力将整个列车车厢托起,摆脱了讨厌的摩擦力和令人不快的铿锵声,实现与地面无接触、无燃料的快速“飞行”。

磁悬浮列车实际上是依靠电磁吸力或电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向,实现列车与地面轨道间的无机械接触,再利用线性电机驱动列车运行。虽然磁悬浮列车仍然属于陆上有轨交通运输系统,并保留了轨道、道岔和车辆转向架及悬挂系统等许多传统机车车辆的特点,但由于列车在牵引运行时与轨道之间无机械接触,因此从根本上克服了传统列车轮轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题,所以它也许会成为人们梦寐以求的理想陆上交通工具。

根据吸引力和排斥力的基本原理,国际上磁悬浮列车有两个发展方向。一个是以德国为代表的常规磁铁吸引式悬浮系统———EMS系统,利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理,把列车吸引上来,悬空运行,悬浮的气隙较小,一般为10mm左右。常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400~500km,适合于城市间的长距离快速运输;另一个是以日本为代表的排斥式悬浮系统———EDS系统,它使用超导的磁悬浮原理,使车轮和钢轨之间产生排斥力,使列车悬空运行,这种磁悬浮列车的悬浮气隙较大,一般为100mm左右,速度可达每小时500km以上。

作为目前最快速的地面交通工具,磁悬浮列车技术的确有着其他地面交通技术无法比拟的优势:

(1)它克服了传统轮轨铁路提高速度的主要障碍,发展前景广阔 第一条轮轨铁路出现在1825年,经过140年努力,其运营速度才突破200km/h,由200km/h到300km/h又花了近30年,虽然技术还在完善与发展,继续提高速度的余地已不大,而困难却很大。还应注意到,轮轨铁路提高速度的代价是很高的,300km/h高速铁路的造价比200km/h的准高速铁路高近两倍,比120km/h的普通铁路高3~8倍,继续提高速度,其造价还将急剧上升。与之相比,世界上第一个磁悬浮列车的小型模型是1969年在德国出现的,日本是1972年造出的。可仅仅10年后的1979年,磁悬浮列车技术就创造了517km/h的速度纪录。目前技术已经成熟,已进入500km/h实用运营阶段。

(2)磁悬浮列车速度高 常导磁悬浮可达400~500km/h,超导磁悬浮可达500~600km/h。对于客运来说,提高速度的主要目的在于缩短乘客的旅行时间,因此,运行速度的要求与旅行距离的长短紧密相关。各种交通工具根据其自身速度、安全、舒适与经济的特点,分别在不同的旅行距离中起骨干作用。专家们对各种运输工具的总旅行时间和旅行距离的分析表明,按总旅行时间考虑,300km/h的高速轮轨与飞机相比在旅行距离小于700km时才优越;而500km/h的高速磁悬浮,则比飞机优越的旅行距离将达1 500km以上。

(3)磁悬浮列车能耗低 据日本研究与实际试验的结果,在同为500km/h速下,磁悬浮列车每座位公里的能耗仅为飞机的1/3。据德国试验,当超导磁悬浮列车时速达到400km时,其每座位公里能耗与时速300km的高速轮轨列车持平;而当磁悬浮列车时速也降到300km时,它的每座位公里能耗可比轮轨铁路低33%。

磁悬浮铁路在一些国家里取得了较大的发展,有的已进入商业运营阶段,但是随着时间的推移,磁悬浮铁路并没有出现人们所企望的那种成为主要交通工具的趋势,反而越来越面临着来自其他交通运输方式,特别是高速型常规(轮轨粘着式)铁路的强有力的挑战。原因有以下三点:

(1)磁悬浮铁路的造价十分昂贵 根据日本方面的估计,磁悬浮铁路的造价每公里约需60亿日元,比新干线高20%。如果从东京到大阪之间的中央新干线修建为磁悬浮铁路,全线造价约需3万亿日元,而为了对建造磁悬浮铁路这一方案进行可行性研究而计划建造的一条42.8km长的试验线,其初步预算就达3 000亿日元。德国也认为磁悬浮铁路的造价远远高于高速铁路。根据德国在80年代初的一项估算认为,修建一条复线磁悬浮铁路其造价每公里约为659万美元,而法国的巴黎至里昂和意大利的罗马至佛罗伦萨的高速铁路每公里的造价只分别为226万和236万美元。磁悬浮铁路所需的投入较大,利润回收期较长,投资风险系数也较高,从而也在一定程度上影响了投资者的信心,制约了磁悬浮铁路的发展。

(2)磁悬浮铁路无法利用既有的线路,必须全部重新建设。由于磁悬浮铁路与常规铁路在原理、技术等方面完全不同,因而难以在原有设备的基础上进行利用和改造。高速铁路则不同,可以通过加强路基、改善线路结构、减少弯度和坡度等方面的改造,某些既有线路或某些区段就可以达到高速铁路的行车标准。如日本1964年投入运营并大受欢迎的东京至大阪的新干线,在没有对机车做重大改进的情况下,仅通过修建曲线半径较大,即没有急转弯和陡坡较小的铁路等方法,从而使列车速度大大提高。再如德国汉堡至柏林的既有铁路线经过技术改造后,某些区段的最高速度每小时可达230km。此外,欧洲一些国家如德国、瑞典、意大利等国的设计人员,还采用使车厢在转向架上转动和倾斜的升降技术来对付铁路弯道(即采用摆式车体),这样在无需对既有线路进行改造和更新的情况下,也使列车行驶速度提高到每小时220km。在对既有线路进行高速铁路改造的过程中,还可以实现高、中速混跑,列车根据不同区段的最高限速以不同的速度行驶。因而,与磁悬浮铁路的全部重新建设相比,高速铁路的线路和运行成本就大大降低了。

(3)磁悬浮铁路在速度上的优势并没有凸显出来。40多年前,许多人认为轮轨粘着式铁路的极限速度为每小时250km,但是后来,法国的“高速列车”(TGV)、德国的“城际快车”(ICE)和穿越英吉利海峡的“欧洲之星”列车以及日本的新干线,其运行速度都达到或接近每小时300km。1990年,在巴黎西部地区运行的法国第二代高速列车TGV A“大西洋”号更是创下了试验时速515.3km的世界纪录。更何况,即便是磁悬浮铁路的行车速度达到每小时450~500km,在典型的500km区间内的运行中,也只比时速为300km的高速铁路节约半小时,其优势不是特别明显。

3)轻轨

轻轨的特点是速度快、运量大、污染小而且安全性高。从运量来区分,地铁的运输量最大,单向每小时可运送4~6万人次,轻轨可运送2~3万人次,有轨电车的运量最小,只有1万人次。

轻轨交通的迅速发展,对轻轨车辆的需求也日益上升,但轻轨市场的竞争也日趋激烈。就发展趋势而言,有以下几方面的特征:

(1)易于制造 由于低地板轻轨车的技术比较复杂,其价格比高地板车高出15%~20%,轻轨车辆制造商要想提高国际市场竞争力,必须通过降低成本来获得合理的车辆价格,所以现在几乎所有的低地板轻轨车都引入了模块化技术。

模块化在轻轨车辆上的应用主要是以车辆的一部分作为模块,车辆长短、载客人数都可根据需要灵活调整。ADtantz公司在1998年奥斯陆举行的铁路会议上展出的Incentro样车,是一种真正的模块化车,共有6种基本的形式。主要标准模块包括:动力转向架、非动力转向架、前端车厢、后端车厢、中间车厢、交接部等。车辆的长度从18.6m到49.4m,宽度有2.3m、2.4m和2.65m三种,并且分标准轨距和米轨距两种形式。根据用户的需要,车辆可以制造成50%动轴和100%动轴两种形式。

(2)方便乘客 目前,低地板轻轨车辆前景比较被看好的关键一点,就是方便乘客上下车。从国际轻轨车辆的市场来看,低地板轻轨车辆的销售数量日渐增多,应用也越来越广泛。瑞士的日内瓦、法国的格勒布尔是最早采用低地板车的欧洲城市,而波特兰则是美国第一个采用低地板轻轨车辆的城市。所有研究表明,为了适应市场的需求,国外几家轻轨车辆制造商都在开发自己的低地板轻轨车系列,尤其是100%低地板轻轨车。例如:ADtantz的Incentro系列、西门子的Citadis系列、阿尔斯的Citsdis系列、Veveyr的Urbos系列、Ansaldo-Breda的Sirio系列等。

电流制受电装置的采用也可以方便乘客。它可以使干线铁路、城市铁路、地铁线路联运十分方便。德国的卡尔斯鲁厄是世界上第一个采用双电流制轻轨系统的城市。该城市的轻轨车辆装配了从15000V.a.c.向750Vd.c.转化的转换和整流装置,在布雷滕与卡尔斯鲁厄之间投入运营后,乘客从原来的每天2200人增加到12000人,效益十分显著。

此外,轻轨车能提高对乘客的吸引力,比如提供足够的座位、美观的外形设计等。在许多国家,轻轨交通已成为城市的一大景观。

(3)利于环保 为了降低制造成本,减少牵引动力的消耗和减轻轮轨磨耗和噪声,轻量化结构是未来轻轨车辆的发展趋势。为了保护环境,轻轨车辆应能再生,减少无法回收材料的使用。另外,运营在城市中的轻轨车辆应该尽量降低噪声和减小振动,以保护其运行的周围环境。

(4)利于维护 现在的轻轨车辆都装设故障诊断与显示系统,使得维护十分简便。同时,要考虑广泛的维护技术,必须培养能够维护和管理新型轻轨车辆的技术人员。低损耗、低磨耗的运营技术,也是轻轨车辆维护的重要一部分。现在维护活动变得越来越现代化,为了能够确切地诊断出车辆的问题所在和预言车辆设备的衰退,供货商可以通过Internet为用户建立可靠的资料接口。未来的轻轨车辆设计将力求造价低、维修量小,运营费用低和对乘客有吸引力。

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