高铁车辆经济速度与经济应用

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1、关于高铁车辆的经济速度与经济应用大连交通大学朴明伟教授“奔驰”可以跑到200km/h以上，而120km/h是其经济速度。同样，对于欧系车辆来讲，其高铁运用的经济速度就是300km/h。这一问题涉及到很多方面的因素影响，但是最为关键的是安全冗余。现在可以讲，高速轮轨技术是有极限的。根据威金斯理论，在车轮自旋蠕滑很大时，其横向蠕滑力效应将迅速衰减。因而轮轨纵向制衡关系将上升为主要矛盾，其主要表现为：当车速升至500km/h左右时，理论分析表明：车轮纵向蠕滑将不再稳定，因黏滑而产生振动，约4Hz，且随车速增大，其振动频率有所提高。“冲高试验”的基础理论研究意义在于：探索高速轮轨的极限，但是这并

2、非其本质目的。实际上，确定高铁运用经济速度才是其真正的技术目标。有2个因素决定高铁运用的经济速度：即等效锥度和安全冗余。日本新干线的成功运用，主要是掌握了在较低等效锥度的轮轨横向动态制衡关系。根据威金斯理论，当车轮自旋蠕滑较小时，其横向蠕滑效应是与自旋蠕滑成正比，且迅速增大。也就是说，在较低等效锥度的轮轨接触过程中，车轮自旋蠕滑产生横向蠕滑力，其在轮轨横向动态制衡关系中，相当于“负阻尼”作用，因而大阻尼抑制蛇行机制无可厚非。但是问题在于当车速提高到一定程度，或轮轨磨耗等效锥度增大后，有一个新情况被忽视了：即蛇行振荡加快，大阻尼抑制蛇行机制越来越不奏效了。为了克服上述轮轨敏感影响，ICE3

3、系列转向架采取了诸多技术创新，其核心可以归纳为抗蛇行频带吸能机制。也就是说，通过踏面选用，轮轨匹配形成较高的等效锥度，0.166，这“打破”了常规车辆的设计理念（如UIC518：对于车速高于280km/h的新车型式试验验收，其等效锥度不得大于0.15）。抗蛇行频带吸能机制实质上就是相位滞后与高频阻抗之间的自调节机制。目前中国高铁实践说明：抗蛇行频带吸能机制的确能够奏效。但是存在一个问题：如何合理应用这一机制来提高安全冗余。这需要协调解决如下2个基本不稳定问题，实现转向架参数统一优配：①转向架稳定裕度不充裕问题；②高速列车稳定鲁棒性问题。从300km/h高铁商业运用角度，我们没有第三条道路

4、。首先，通过踏面选用将等效锥度提高，比如0.22，可以实现400km/h高铁运用，但是有诸多技术问题有待进一步解决，如需要更大的轨道超高来解决曲线横风问题，或抗蛇行减振器技术实现也必须满足高阻抗要求，等等。其次，也应当看到青岛四方-庞巴迪BST在大功率永磁电机所做的努力，如CRH380D。PMmotor，最大问题在于技术可靠性，如抗去磁能力和防尘保护等。目前在世界范围内，尚无工程应用先例以表明其上述能力。如果在中等功率范围内，尚存在技术可能性。在横向应用方面来看，欧洲铁路提速应用有2个典型车型：即摆式列车和铰接式列车。特别应当强调：法国TGV/TGA，其技术先进性在于高速机车，最高试验速

5、度可达300km/h以上。铰接式车辆并非具有高速性能的技术优势，在TGA的双侧车体应用中，其技术缺陷得到了充分暴露：即晃车现象。也就是说，为了降低车体摇头大阻尼，不得不缩短车辆定距，即前位与后位转向架定位销之间的距离。同时，铰接也增大了其安全风险，这一点就连ALSTOM内部技术人员也认同。其次，高速摆式列车，其运用的最大技术缺陷就是车轴横向力难以得到控制。意大利的都灵工学院和米兰工学院，前后做了很多的抗蛇行减振器相关研究。可以讲，这一方向是对的，但是研究对象的复杂性（主要指摆式转向架的复摇枕构造），令其却步。法国ALSTOM接手ETR系列摆式列车后，也曾尝试技术改进，比如降低车体倾摆角度

6、，但是在美国高速列车Acelo运用，其故障率很高。综上所述，对于中国快速铁路客运来讲，只有2个技术选择：（1）在ICE3系列转向架技术基础上，合理应用抗蛇行频带吸能机制，在300km/h高铁运用中获得更大的安全稳定裕度，进一步解决好高寒地区运用和长大列车运用的关键技术问题。（2）兼容日系与德系车辆的技术优势，实现抗蛇行宽频带机制的原始技术创新，以更为经济的技术方式满足快速铁路客运迅速增长的需求。根据目前国内经济转型形势，我个人觉得，上述2种选择不能偏废。与其它拥有高铁技术的国家不同，中国地域辽阔，需要考虑区域经济沟通，促进内需发展。因此，从发展战略层面考虑，300km/h高铁运用也不能废

7、弃。从快速铁路客运需求与发展角度，应当积极促进原始技术创新。近几年，城镇化进程迅猛发展，造成了不断增长的快速铁路客运新需求。这一新需求的特点在于十分经济的快速铁路客运方式，目前300km/h高铁运用很难予以满足，即所谓供需矛盾。那么，协调解决这一供需矛盾的关键就在于原始技术创新。也就是说，我们到底能否在引进技术基础上实现原始创新。或者，具体地讲，我们主机厂能否搞出一种新型的列车技术，既能与日本新干线PK，又能够继承欧系车辆的技术特征