书城科普读物探究式科普丛书-运输大王火车
48689400000006

第6章 科技是推动火车发展的内在动力(2)

地铁在运行时,不仅稳定,同时能够节省大量时间,乐于搭乘的民众非常多,取代了许多开车所消耗的能源。

任何事情都具有两面性,因此在民众乐于接受的同时,它也有着很多难以避免的缺点:

(1)建造成本高

钻挖地铁通道时,耗资较大,因此铁路的建造成本,比建于地面要昂贵得多。

(2)地铁虽然对雪灾和冰雹有着很强的抵御能力,但对于地震、水灾、火灾及恐怖主义袭击等抵御的能力却相对较弱。

地铁的特殊构造,往往容易导致悲剧的发生。为此,自地铁出现以来,工程师们就不断地研究如何提高地铁的安全性。发生地震时,行进中的车辆容易出轨,因此地铁的设计者将其设计成遇有地震马上便会停驶的功能。与此同时,为了避免地铁通道坍塌,特别坚固了地震地带的地铁结构。有水灾发生时,由于地铁系统要比地平线低,地上的雨水就非常容易流入地铁内。所以在设计地铁时,要充分规划防水排水设施。即便如此,地铁站淹水事件也时有发生。

早期,人们对地铁站内的防火设施并不重视。由于车站内一有火灾发生,马上便会烟雾弥漫,引发严重的灾祸。例如英国伦敦于1987年11月18日在一个地铁站发生的火灾,其中有31人死亡。伦敦地铁内采用了大量木质建筑,这是产生火灾的重要原因之一。有鉴于此,日本地铁部门规定在地铁站内禁烟。

4.科技时尚化——各种特殊的列车

随着社会的发展,人们对于列车的需求也越来越多样化了,为了更好地满足人们的需求,于是研制出了各种特殊的列车。

(1)城市轨道车辆

在城市中运行于地下、地面或高架铁路上的公共交通运输工具被称为城市轨道车辆。通常情况下,城市轨道车辆是电力牵引,一般可分为:城市快速列车、地铁车辆、轻轨车辆和有轨电车等。

世界上最早的城市轨道车辆于1832年出现在美国纽约。当时,城市轨道车辆还是马拉式的。18世纪后期,蒸汽或电力牵引的城市轨道车辆开始出现,1965年,第一列采用铝合金车体的轻型车辆在国际交通博览会上展出,交流传动技术于20世纪80年代中期,开始在城市轨道车辆上得到广泛应用。20世纪90年代早期,独立车轮和低地板车辆被成功研制出来了。现如今,一列车可以由一个或几个牵引单元共同连接构成。

(2)长钢轨车组

该车组是由各种功能、结构不同的特种车辆组成的,是专门用来运输焊接长钢轨的车组。由于出现了铁路无缝线路,因此长钢轨车组肩负装轨、运输长钢轨以及卸轨和旧轨回收的重任。20世纪50年代末期,我国运输长钢轨时,多为平车稍加改装,而且还是人力操作。

自1964年以来,出现了多种不同类型的长钢轨车组,这是由各铁路局自行改装的,主要型号为:T11、T11A和T11B型。我们所见到的现代新型的长钢轨车组,主要是由13种车型以及43辆车组合而成的。

如按可装载轨型来划分,长钢轨车组分,可分为50千克/米、60千克/米和75千克/米长钢轨车组;若按装轨长度来划分,一般分为200米、250米、500米长钢轨车组;如按装车层数来分,可分为二层、四层长钢轨车组;如按动力性能来划分,可分为人力输送、机械输送、液压输送和微机控制自动输送长钢轨车组四种。

(3)自动倾翻车

该特殊列车是一种把运输和倾翻卸货两个功能结合在一起的铁路专用车。自动倾翻车用来运输矿石、砂砾、煤块、建材等较大密度的块粒状货物,同时也用于露天煤矿、冶金矿山、石油开采等大型建筑作业。

20世纪30年代,我国就开始研制自动倾翻车,按载重分类,自动倾翻车包括的车种有:60吨、65吨、70吨、100吨,如果按倾翻动力源来划分归类的话,主要分为两种:压缩空气和液压自动倾翻车。

5.城际风景线——“中华之星”

我国自行设计的“中华之星”电动车组,拥有完全自主知识产权,并且是高速电动车组,时速为270千米,载客量多达726名。2003年初,该电动车组在秦沈客运专线进行正线试验时,时速为321.5千米,因此被称为“中国铁路第一速”。“中华之星”号列车从外形来看,与“鸭嘴兽”极为相似,机车头为双拱流线型,密封性能良好。那么,为什么会将其车头设计成“鸭嘴兽”呢?事实上,“中华之星”动车组的车头外形,是根据空气动力学原理而设计的,有利于空气阻力的减小。自“八五”以来,我国对高速列车动力学问题进行了大量的理论和实验探究,例如风洞实验、弹射实验、线路实验等,而“中华之星”的成功研制,则集中体现了这些研究成果。

该高速列车是为京秦沈快速客运通道研制的主型列车,运行于广深铁路的“蓝箭号”是它的前身。研究来自于铁道部、全国机车车辆制造工厂、科研院所、高等院校,而株洲电力机车厂、大同机车车辆厂、长春客车厂和四方机车车辆厂是研制的主机厂。在研制这一高速列车时,采用了交直交传动技术、计算机网络控制技术等相当多的国际先进技术。这一高速列车的诞生,体现了我国机车车辆制造技术的最高水平。

目前为止,“中华之星”共有两辆机车:由南车集团株洲电力机车厂生产的DJJ2-0001A;由北车集团大同机车厂生产的DJJ2-0001B。由于两车使用的图纸是同一张,所以两车的设计是非常相似的,仅在局部出现细微差别,是因为各厂工艺条件有所差异造成的。

另外,其拖车分别由四方和长客两厂生产。

“中华之星”与其前身“蓝箭号”,二者的基础都是欧洲高速铁路技术模式,属于动力集中型动车组。2000年,中国通过技贸结合和国际合作,将牵引变流器(国外核心技术部件)引进我国,完成了时速为200千米的“蓝箭”电动车组。后来,在正线试验中时速高达236千米。2001年,我国完成了8列动车组的生产工作,而且正式投入广深线商业运营。8列动车组的生产工作的完成,说明我国已经掌握和具备了时速为200千米的电动车组产业化的条件及能力。专家于2000年初做了多次论证,与此同时,铁道部也拿出270千米/时高速列车产业化项目报告,一起提交给国家计划委员会。

就在2000年的下半年,国家计委以2458号文件正式批准立项,并将其列入国家高新技术产业化发展计划项目之内。从此之后,此高速列车被正式命名为“中华之星”。

铁道部于2001年4月下达“270千米/小时高速列车设计任务书”,列车的总参数便由此确定了,自此,“中华之星”自主研发的序幕便拉开了。该项目的总设计师由中国工程院院士、南车集团株洲电力机车厂高速研究所所长刘友梅担任。在下达的这一任务书中,对“中华之星”明确说明了其用途:京沈快速客运通道主型列车,未来高速铁路的中短途高速列车和跨线快速列车。“中华之星”明确立项的目标为“产业化”,估计大约用两年的时间,生产能力达到每年15列。

“中华之星”项目于2001年8月通过了技术设计审查,然后便进入了试制阶段。在大约为一年的试制阶段内,四个主机厂制造的动力车和拖车,分别在西南交通大学国家牵引动力重点实验室的滚动试验台上,通过了时速为330千米、400千米的模拟动力学试验。

在北京东郊的中国铁道科学研究院环行铁道试验基地,“中华之星”动车组于2002年9月开始进行列车编组调试。试验期间,动力车头完成了各项功能的测试,例如牵引、制动、电空联合制动等基本功能。后来,又完成了机车调试。

“中华之星”于2002年11月分别在北京环行铁道试验基地和秦沈客运专线上,进行了高速综合性能试验。

同年11月27日,“中华之星”在秦沈客运专线的冲刺试验时速高达321.5千米,这是中国铁路试验速度的最高纪录。

2005年1月,“中华之星”完成了53.6万千米的线路运行考核。

随后,两节动力车和9节拖车,分别返回四大主机厂进行“解体拆检”,未发现任何问题,确认“中华之星”状态良好。可是万万没有想到的是,后来发生的一些事情,使“中华之星”的发展不再一帆风顺,也不会实现最初的产业化。

2002年11月27日,“中华之星”冲刺试验,并创造了最高时速312.5千米的次日,时任铁道部部长、几位副部长亲自在车上体验一下“中华之星”的神速。

本来“中华之星”正式试验时间是9点,但是试验人员为了稳妥,大清早就先在线路上跑了一趟,最高时速高达285千米。然而就在快要到达基地的前17秒钟,在“中华之星”上安装的转向架故障诊断系统,发出了警报。于是,列车只好回到基地。工作人员对其进行了检查,发现B动力车有一个根轴的托架轴承座冒烟了。

一听出现了故障,在场的南车、北车集团领导和技术人员都非常焦急,急忙叫人上车去查看,发现轴承温度已经高达109摄氏度,属于一级报警,完全超标。后来,用红外线测温计对其进行检查,轴承座温度高达90多度。

由于部长们都在等着登车,应该继续试验?还是马上停止?看完数据,对现场进行分析之后,总设计师找来南北车的两位领导进行商议,认为接下来的试验应该马上停止。

后来,故障转向架便被拉回大同厂解体。检查之后,发现是由于进口轴承出现了质量问题。只好与国外制造商进行协调,轴承才得以退换。刘友梅介绍,现在替换的轴承质量没有任何问题,与此同时,证明了“中华之星”的故障诊断系统是有效的。然而,万万没有想到的是,人们却把这件事情当作“中华之星”安全性不可靠的重要依据之一。

2003年9月19日~20日,在长春召开了“高速动车组专家研讨会”。

“中华之星”在会上被评价为“与国外先进水平相比,在技术水平、产品成熟程度和可靠性等方面还存在较明显的差距”。会议还做出了说明:要从国外引进时速为200千米的动车组和进速为300千米以上高速动车组。但专家们在“建议综合”里仍然强调,“中华之星”高速动车组的试验,需要进一步完善。

铁道部于2005年7月11日至12日,主持召开了“中华之星”阶段验收总结会,虽然铁道部对国家自主研发的高速列车表示支持,但实质上完全否定了“中华之星”。

“中华之星”在200千米/时动车组项目采购招标中完全出局,重蹈当年大飞机项目“运十”的覆辙。自2003年4月“中华之星”载客试运营;自2005年8月1日首次载客运营,每天沿秦沈客运专线往返沈阳北-山海关之间,车次为L517/8次,全程400千米,仅用3个小时既可到达,然而对于“中华之星”来说,这样的时速,仅用了一半的力气。

“中华之星”于2006年8月2日完成了最后一次营运任务,成为辽沈大地一颗陨落的流星。

6.“新概念”——轻轨列车

对于轻轨,可能有很多人并不熟悉。事实上,它的确是一种“新概念”铁路。在其他一些国家,轻轨铁路被人们称为“快速有轨电车”或“准地铁”。

其实,“地铁”与“轻轨”是有区别的。人们常常以地上地下来区分地铁与轻轨,其实这是错误的,因为地上地下只是从实施条件来考虑的,包括用地条件、环境要求、开发强度等等。不过,建在地上的轨道造价,相对要低得多。

在我国,有许多大中型城市已开通或正在建设地铁和轻轨。由于人们对城市轨道交通系统认识时间短、接触少,难免会出现一些认识上的误区。通常情况下,有下面几种观点:在地面以下行驶的被称为地铁,而在地面或高架上行驶的则是轻轨;轻轨的钢轨重量比地铁轻,其实这两种认识全是错误的。

城市轨道交通,一般分为两种制式:地铁和轻轨。地铁和轻轨都可以建在地下、地面或高架之上。事实上,地铁和轻轨都是1435毫米的轨距,与国际标准双轨相符,与国铁列车选用的轨道规格是一样的,钢轨重量并没有轻重之分。这样做,是为了增强轨道的稳定性以及乘客的安全性,增大回流断面和减少杂散电流,更为重要的是,降低养护和维修的费用。

城市轨道交通列车按照国际标准,可分为A、B、C三种型号,其列车宽度分别为3米、2.8米、2.6米。地铁选用的是A型或B型列车的轨道交通线路,而编组列车采用的则是5~8节编组列车;

轻轨选用的是C型列车的轨道交通线路,还采用2~4节编组列车,列车的车型和编组,是决定车轴重量和站台长度的重要因素。

上海轨道交通3号线有90%的线路建在高架之上,而且选用的是6节编组A型列车,然而按车型分类标准来划分,仍然不属于轻轨线路;上海轨道交通6号线大约有70%的线路铺设在隧道内,采用的多为4节编组C型列车,如按车型分类标准来划分,仍然不是地铁。到目前为止,A型车是最高端的城市轨道交通列车,车体宽(宽度为3米)、编组大是其主要特点。而上海轨道交通10号线,采用的是宽度多达3.2米的阿尔斯通地铁列车。一般说来,6节编组A型地铁列车最多可载2460人。