試論高速鐵路機車車輛關鍵技術

胡喜斌

摘要：隨著社會經濟的發展，工業化進程逐步加快，人們對于交通運輸方式也提出了更高的要求，迫切需要速度快、安全舒適的交通運輸方式，由此產生了高速鐵路這種運輸方式。高速鐵路作為現代化先進的鐵路技術，其不僅推動了我國交通運輸行業的發展，同時對于其他產業和技術發展也起到了推動作用。基于此，本文就高速鐵路機車車輛關鍵技術展開研究，首先闡述了高速鐵路機車車輛技術，其次對其關鍵技術進行了深入分析，以期能夠為高速鐵路機車車輛優化完善奠定基礎。

關鍵詞：高速鐵路;機車車輛;關鍵技術

中圖分類號：U238 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0217-02

0 ?引言

高速鐵路行業發展迅速，為社會經濟發展和人民生活水平提高起到了促進作用，高速鐵路機車車輛技術的應用為機車車輛運行安全提供了保障，而牽引系統功能和性能的正常發揮、外形設計的合理性等方面都會對列車安全運行產生影響。因此，需要加大力度研究高速鐵路機車車輛技術，以保證列車運行穩定、安全，提高高速鐵路運行質量。

1 ?高速鐵路機車車輛技術概述

隨著科技的發展，我國高速鐵路機車技術發展迅速，以往的鐵路機車動力一般為蒸汽機，轉化效率較低，速度也比較慢。但是，當前牽引方式出現了變化，從蒸汽機轉變為電力、內燃機形式。對于當前實際情況來說，鐵路機車所使用的電力牽引較多[1]。而電傳動是將外部輸入電能或自身能源利用整套電源轉換和傳遞裝置實現電能和機械能轉換，進而實現驅動牽引機的前進。通過電傳動裝置使用的牽引電機類型中，交流電機傳動可以分為交流同步電傳動和交流異步電傳動這兩種。

2 ?高速鐵路機車車輛關鍵技術

2.1 復合制動

高速列車制動系統從技術上已經能夠實現復合制動，其能夠縮短列車的制動距離，提高安全性，高速下列車也不會發生車輪滑行現象，同時也能夠降低制動系統的簧下重量。復合制動系統包括兩部分：

①列車制動。

該部分是由計算機控制電氣進行指令式制動和摩擦制動，在制動過程中，通過動力制動系統可以統籌協調動力、空氣完成制動。根據列車自動控制和司機手動要求完成列車的自動、緩解等作業。不同制動方式彼此組合或是實現無縫銜接不僅可以使列車安全運行，同時也能夠保證列車舒適性。一般拖車需要空氣制動，司機將制動指令送達到拖車電空轉化閥中，通過中繼閥實現高速列車的制動、緩解[2]。

②基礎制動。

盤形制動機作為高速列車中應用最廣泛的一種基礎制動方式，制動盤和閘片所承受的熱負荷很大。對此，注意制動盤和閘片強度的控制，緩解熱裂紋，并降低制動盤重量，通過減少高速轉向架簧下重量，使基礎制動可以幫助制動系統消散熱量，也能夠減少其氣流損失。

2.2 牽引傳動

①高速列車中的牽引傳動裝置運行時需要大額定輸出功率作為支撐，并使用輕量的牽引電機，以便維修保養，提高其環境適應性，也更容易控制速度，同時，還需要保證電機轉矩速度符合要求，抑制空轉，增強粘著性，使電機不會出現轉向現象，也不會損耗電氣、機械等[3]。

②交直交變流系統能夠通過整流將單相交流電轉變為直流電，并通過逆變器對將其轉變為調頻調壓三相交流電，應用在交流牽引機中。當前高速列車中應用的交流傳動系統以及工業變流裝置的調速區間更大，控制范圍更廣，能夠實現迅速動態響應，電壓波形輸出質量更佳，牽引以及再生制動可以完成頻換轉化，在效率、可靠性、重量、體積、防震性等方面都有明顯的優勢[4]。

③牽引電機懸掛和傳動方式。傳統牽引電機采取的是抱軸式，該方式中的車軸承擔著單機全部重量，簧下質量大大增加，導致輪軌振動，影響電機工作。高速列車牽引電機一般應用的是萬向軸或車體懸掛式、架懸式等。

2.3 輕量化技術

①車體。

車體要想實現輕量化，其需要使用新材料，并進行結構優化設計。傳統車體一般采用碳素鋼作為主要材料，由于需要預留大量的腐蝕余量因此導致本身重量大，使用壽命補償。當前，高速列車在設計車體時一般采用鋁合金擠壓型材或不銹鋼材料，本身無涂裝修飾，也無需進行維修，其中前一種材料是高速列車車體主要使用的材料。車廂內的設備材料一般為高分子非金屬材料，減重效果較好[5]。

②轉向架。

轉向架重量在車輛自重中占據了20-30%。高速列車中，轉向架要想實現輕量化需要優化其結構，輕量化結構中，無搖枕結構采用H型鋼板焊接，取消了端梁，利用空性車軸和小型車輪，采用鋁合金齒輪箱、交流牽引電機、空氣彈簧技術等等達到輕量化設計。

2.4 高性能轉向架技術

高速轉向架需要保證運行穩定、舒適、安全等特征，確保高速列車安全運行。

①一系懸掛系統中，其軸箱定位剛度以及簧下質量影響著直線運行穩定性能。

②二系懸掛系統中，空氣彈簧屬于主要部件，可以解決車振問題，尤其是垂直振動以及舒適度的問題。空氣彈簧設計膜式的變化促使節流孔也逐漸實現了可變式。無搖枕轉向架中，減少了彈簧的橫向剛度，水平變位不低于100mm，彈簧設計也有差異[6]。

③有源控制系統中，高速列車在穩定平穩等方面存在彼此牽制現象。在進行參數選擇時，無法得到最佳的匹配系統，在確定軸向定位時，直線運行的穩定性和曲線運行的通過性二者存在矛盾，彈簧參數的相對位移與平穩性能二者也有矛盾，利用主動有源控制能夠使轉向架動力性能在復雜的環境中實現隨機應變，可以解決列車運行中出現的橫向振動現象，提高其運行舒適水平。

2.5 控制檢測診斷技術

該技術主要是控制檢測列車運行安全性，使車輛能夠根據司機操作被有效控制，協調行車命令以及相關作業。司機能夠及時發現故障并采取措施，保證網絡通信傳輸順利。

①控制技術。

一方面，通過列車主動單元對列車進行控制進而執行任務，控制信息使其能夠傳送至車輛計算機節點上，對其他列車進行聯動控制，完成自動牽引控制，對制動力進行科學分配，使拖車開關得到控制，收集信息并顯示診斷狀態，發生通信故障司機要緊急制動列車，保證安全[7]。另一方面，控制列車車車廂，車廂總線控制能夠對牽引單元進行控制，并對電氣參數進行檢測、連鎖等，對變流器、司機室空調裝置、軸溫進行控制，也能夠對電機和輔助的變流器進行控制，同時也掌握計算機運行狀態。

②檢測診斷技術。

該技術主要是用于對一些信息進行收集整理的，可以識別部件的磨損程度，并記錄一些偶然出現的故障情況。若是系統發生故障，顯示運行方式能夠將故障維修方式逐一排除，在一定程度上可以提示緊急制動信息。該系統包括部件診斷、單節列車診斷以及整個列車診斷三個層次，在對診斷結果進行平行處理后，需要將指令傳給列車進行控制，行車過程中或是在進行列車檢測維修時需要將列車診斷結果存儲在數據庫內，保證維修順利。司機駕駛部位的屏幕上會顯示出診斷結果，確定故障位置，維修人員通過便攜機了解診斷結果。

2.6 空氣動力學技術

該技術主要涉及了運行列車表面、會車、隧道列車表面等方面的壓力。在列車頭部位，車頭由于不同的流線設計能夠起到減輕空氣阻力以及壓力波的作用，使尾部渦流有所改善，降低會車時產生的壓力波值。車頭在設計上要確保長細比夠大，這樣才能夠盡可能多的降低阻力，但是相應的制造難度以及制造成本也會有所提升。車體在設計時，其設計重點在于表面需要保證光滑平整，車廂連接也需要平滑過渡，盡量使空氣阻力、會車使得壓力波以及氣動側相力降低[8]。高速列車的車體一般采用的是橫截面形狀，多表現為腰鼓形，這種形狀可以降低空氣壓力，車底設計需要具有封閉外罩，這樣能夠使紊流減少。

2.7 受電弓技術

受電弓書需要保證弓頭輕量，追隨性能好，空氣動力特征良好，與接觸網參數的匹配更佳，具備受流性能，離線率也有所下降，能夠做到雙向運行，并保護導線。

2.8 車間連接技術

車輛連掛之后，傳統車鉤順著中心線間隙量最高超出值為30mm，這一距離無論是在列車啟動制動方面還是在列車調速方面都會出現一定程度的加速度現象和較大的沖擊力，對列車穩定運行產生不良影響。因此，當前高速列車在連接上其間隙一般不超過2mm，上下、左右的偏移也比較小，可以保證列車穩定性。

2.9 列車傾擺技術

列車在進行曲線運行時，其車體若是出現曲線內傾擺現象，這就說明需要加入曲線外軌超高，這樣才能夠使列車通過曲線速度提升但是不會對列車運行舒適度產生影響。擺式列車中，拖車與尾車均具備有源式車體傾擺，列車受到電液控制作出傾擺動作，在計算機監控狀態中每節列車的傾擺都屬于閉環調節控制，各轉向架內光學傳感器能夠測試車體實際擺角，并將其傳輸至調節器內，之后傳給伺機服閥，對液壓油流向進行控制。

3 ?結束語

綜上所述，高速鐵路機車車輛關鍵技術在不斷發展中也實現了持續創新和優化，各個學科互相滲透、交叉，形成了最終成果，其在鐵路行業中綜合集成了各種高新技術，為我國鐵路機車車輛的現代化發展起到了積極的推進作用，對于高速鐵路的發展十分重要。因此，我國需要加大力度研究高速列車關鍵技術。

參考文獻：

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[2]胡英杰.鐵路機車車輛運行故障監測診斷技術[J].商品與質量，2020（002）：177.

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[5]蘇偉玥，張建，SU，等.抓好基礎管理提高鐵路機車車輛質量的研究[J].價值工程，2018，37（01）：47-48.

[6]李和平，嚴霄蕙.70年來我國鐵路機車車輛制動技術的發展歷程[J].鐵道機車車輛，2019.

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[8]董文哲，郭晨曦，楊斯泐.高速鐵路智能牽引供電系統研究[J].鐵路計算機應用，2018，027（011）：43-47，55.