中国铁路运输设备技术发展方向分析【标题】中国铁路运输设备技术发展方向分析(2000年文献)(11104字)【副标题】铁道部科学研究院副院长王忠文/铁道部科学研究院科技处处长黎国清【正文】１机车车辆１.１内燃机车世界上生产和使用内燃机车最多的地区当推北美.俄罗斯和中国。

２０世纪９０年代随着三相交流传动技术在内燃机车上使用的成功，美国内燃机车技术发展主要体现在机车功率大幅度提高。

新一代４４７４ｋＷ大功率内燃机车主要体现在大功率机车柴油机.三相交流传动技术.微机控制及诊断技术.径向转向架等方面的技术发展。

我国内燃机车从１９５８年开始生产至今已经历４１年的发展历程。

在最近１０年内，我国内燃机车取得了丰硕成果。

批量生产的货运内燃机车有ＤＦ4B，ＤＦ4C，ＤＦ8等型号；客运内燃机车有ＤＦ4D，ＤＦ9和ＤＦ11型。

ＤＦ4D和ＤＦ11的生产标志着我国内燃机车的生产已经进入了第３代。

大连厂已研制出交流传动内燃机车。

内燃机车应着手开发以交流传动技术为主要特征的第４代内燃机车。

其关键技术有：采用成熟的微机自动检测.控制与故障诊断技术；采用交流传动技术；货运机车采用径向转向架，客运机车采用高速.准高速或径向转向架；采用新型电子喷射高强化大功率.低污染柴油机。

对于第４代内燃机车的最高速度，根据我国的线路情况，普通货运为９０--１００ｋｍ／ｈ，快速货运为１２０--１４０ｋｍ／ｈ，客运应提高到１４０--１６０ｋｍ／ｈ，考虑到技术发展的可能性和国际市场的需要，还可以考虑速度到１８０--２００ｋｍ／ｈ。

１.２电力机车４０年来，我国电力机车的发展基本上适应了我国电气化铁路发展的需求。

进入９０年代，国外交流传动的发展已经进入了成熟期，交流传动已占据电力机车主导地位，尤其是在铁路高速和重载牵引方面显示了很大的优越性。

随着电力电子技术的发展，出现了采用调节频率和电压的交流电机调速方式，从而进入了现代交直交传动的时代。

交流传动技术是当代铁路机车高技术的标志。

我国干线电力机车的技术发展分成４个阶段。

第１代电力机车产品有ＳＳ1.ＳＳ2，其特征是开关有级调压；第２代机车产品只有ＳＳ3，其特征是级间相控调压；第３代机车产品有ＳＳ4.ＳＳ5.ＳＳ6.ＳＳ7和ＳＳ8，以及派生的ＳＳ4B.ＳＳ4C.ＳＳ6B.ＳＳ7B.ＳＳ7C等，其特征是采用相控无级调压的调速方式；第４代电力机车产品的特征是以传动方式来确定的。

前３代均为交直传动，第４代是交直交传动。

我国交流传动技术已起步，１９９６年研制出了第１台交流传动电力机车原型车，２０００年６月生产出了首批满足商业运营的交流传动高速客运电力机车。

电力机车未来１０年，应发展交流传动大功率货运和客运电力机车。

我国交流传动电力机车，货运单轴功率为１０００--１６００ｋＷ，最高速度１４０ｋｍ／ｈ；客运单轴功率为１０００--１６００ｋＷ，最高速度１６０--２００ｋｍ／ｈ是我国电力机车未来的发展方向。

与交流传动技术同步开发微机自动检测.控制与故障诊断系统。

结合我国国情，开发适用面广.动力学性能好的新一代机车转向架。

１.３客车旅客列车速度一直是铁路运输的重要指标，也是加强铁路市场竞争力的重要条件。

近年来，国外铁路发展高速列车的势头很强，最高运营速度已达３００ｋｍ／ｈ。

我国的客车技术应从两方面着手，一方面是跟上世界先进技术水平，研究开发３００ｋｍ／ｈ的高速列车，另一方面要不断提高既有线行车速度。

客车轻量化是客车制造中关键技术之一，车辆轻量化是包括车体结构轻量化.车体内装及设备的轻量化.转向架轻量化等综合问题。

轻量化工作主要从优化设计和采用新材料两方面入手。

如车体采用铝合金和不锈钢，同时车体内装及设备轻量化。

无摇枕转向架和主动悬挂已成为世界新一代转向架的基本特征，应重点开发具有无摇枕和主动悬挂技术的转向架，其最高速度为１８０--２００ｋｍ／ｈ。

开发具有良好气密性的旅客列车，并为今后向开发舒适的压力密封式客车过渡打好基础。

开发具有良好缓冲性能的新型客车牵引装置缓冲器。

随着旅客列车速度的提高，采用密封式集便厕所装置势在必行，优先开发真空式厕所。

１.４货车由于地域辽阔.矿产资源丰富，使得煤炭和矿石等大宗散装货物占铁路货运量比重较大的一般需要重载运输，因此，美国.南非.加拿大和前苏联的重载运输较为发达。

从８０年代前期我国已开始进行铁路重载运输的研究，目前已成功地在大秦线上开行万吨重载列车，京广.京沪线部分区段开行５０００ｔ重载列车。

在站线有效长度难以继续延长，而又维持轴重２１ｔ的情况下已很难进一步增加列车重量。

根据国际上的成功经验和我国实际情况，在相同站线有效长度下，采用大型货车可使列车重量提高２０％左右，所以发展２５ｔ轴重大型货车.牵引机车和相应线路配套设施是一项关系到２１世纪铁路运输发展的重要战略措施和系统工程。

长期以来，为了提高运输能力，一直以增加列车重量为重点，特别是货车，忽视了行车速度的提高，在客运提速后，客.货速差的加大对运输组织也造成很不利的影响。

除必须对这些繁忙干线进行提速外，还必须对现有货车进行改造，较大幅度地提高普通货物列车的速度，形成快捷.舒适的快速客.货运系统，扩大运输能力和对市场的适应能力，加强铁路运输在大交通运输体系中的作用和地位。

目前普通货车提速的关键是对转８Ａ型转向架的改造及研制轴重１８ｔ.运营速度在１２０--１４０ｋｍ／ｈ的快运货车。

１.５动车组国外铁路在电气化线路上采用电动车组和在非电气化线路上采用内燃动车组运送中短途旅客已经非常普遍。

常用的动车组有电动车组和内燃动车组２种基本形式，在电气化铁路上，一般都选用电动车组。

最高速度超过２００ｋｍ／ｈ的动车组，称为高速动车组，如日本新干线各系列.法国ＴＧＶ系列和德国ＩＣＥ系列都属于高速电动车组。

最近我国铁路在研制动车组方面已做了有益的尝试。

唐山机车车辆厂于１９９８年设计生产出最高速度１２０ｋｍ／ｈ的双层内燃动车组。

从国外铁路发展历史可以看出，城间.市郊及高速客运必将走上动车组之路。

在考虑内燃动车组的传动方式时，采用交流传动或液力传动方式。

城市轨道交通系统应开发ＶＶＶＦ交流传动控制系统的地铁和轻轨列车。

车体结构采用铝合金和不锈钢是发展方向之一。

开发具有良好缓冲性能的新型地铁和轻轨车钩缓冲装置，微机控制的直通式制动控制系统，信息管理和故障诊断系统。

１.６摆式列车摆式列车因其自身的优越性而受到了世界上许多国家的青睐。

目前，已有意大利.加拿大.西班牙.日本.德国.瑞士.芬兰.葡萄牙等国开行了摆式车体高速列车。

我国广州铁路（集团）公司也租了１列Ｘ２０００摆式列车在广深线上运行。

摆式列车各国形式各异，且不断改进.提高性能。

按有无能源可分为被动（自然）摆式列车和主动（强迫）摆式列车，主动倾摆机构按能源供给方式又有液压.压缩空气.机电之分。

按倾摆机构在转向架的位置有簧上摆和簧间摆之分。

轨道数据的检测有２种模式，一种是地面应答式，即将全线轨道参数，如曲线半径.超高.缓和曲线长度等存储在计算机内，通过车辆和轨道上的应答器结合走行距离和走行速度检测装置，按既定程序控制车辆倾摆；另一种则为轨道数据实时检测模式，在头车或各车辆中加装各种检测设备，实时检测轨道曲线.缓和曲线的各种数据及车辆的运行速度，通过计算机系统处理后控制车辆倾摆。

被动倾摆的典型车型有日本的３８１系和西班牙的Ｔａｌｇｏ摆式列车；主动倾摆的典型车型意大利的ＥＴＲ４５０.瑞典的Ｘ２０００摆式列车最具代表性。

中国铁路为了适应市场经济的需要，从１９９６年以来实施了提高旅客列车速度的战略，并取得了明显的效果。

几年来运行实践证明，在既有线上采用摆式列车技术是提高旅客列车速度的有效途径。

摆式列车的关键技术有：车体的倾摆与控制技术；信号的采集与处理技术；径向转向架技术；车体的连接技术；计算机控制系统的可靠性和冗余。

１.７机车车辆制动系统制动系统包括制动控制系统.基础制动系统和供风系统３个部分。

传统的制动系统是空气制动系统。

它以压缩空气为介质，产生和传递制动.缓解和保持等指令，又以压缩空气为介质，产生制动力。

随着科学技术的发展，压缩空气作为指令传递介质的功能逐渐被电信号所取代，但其作为产生制动力的介质，仍被保留在现代的制动系统中，并且压缩空气产生的制动力成为现代制动系统最后的安全手段。

由于采用直通式空气制动控制系统的列车前后部车辆制动缓解作用不一致，导致很大的纵向冲动，且列车分离后不能产生制动作用，列车分离前已形成的制动力也会丧失，所以，纯空气制动控制系统不采用直通式而采用自动式。

自动式空气制动系统仍是我国占主导地位的制动系统。

高速列车的制动控制系统基本要求和基本构成与城市轨道交通列车制动控制系统是相同的。

从国外的发展情况看，旅客列车（包括动车组）制动控制系统从自动式纯空气制动系统，经过空气指令电空制动系统，到数字式或模拟式电指令控制系统，最终发展到采用微机控制的电气指令直通式制动控制系统。

制动.缓解和保持等指令都以电指令的形式产生和传递。

控制对象除了空气制动系统外，还可以包括再生制动.电阻制动.圆盘涡流制动.线性（轨道）涡流制动.磁轨制动等系统。

基础制动系统的主要任务是产生制动力，完成能量转换。

最早的，也是最基本的能量转换型式是踏面闸瓦制动。

盘形制动是产生制动力，进行能量转换的另一基本型式。

随着客货车辆的速度越来越高，盘形制动将会成为占主导地位的基础制动型式。

对于圆盘涡流制动.磁轨制动和线性涡流制动等电力制动的新型式，我国也已进行了预研究。

由于磁轨制动和线性涡流制动是不依赖轮轨作用力的非粘着制动型式，所以必然会在高速列车上发挥作用。

由于城市轨道交通列车减速度要求高，所以，磁轨制动对于城市轨道交通列车，特别是在地上行驶的列车，也具有重要的使用价值。

开发满足高速列车和城市轨道交通运用要求的微机控制的直通式制动控制系统，研制满足快速货车运用要求的制动系统，包括新型空气控制阀，直接称重的无级空重车自动调整装置，新型的基础制动传动装置，性能更优的高摩合成闸瓦或盘形制动装置。

研制满足高速列车运用要求的盘形制动装置.磁轨制动器.圆盘或线性涡流制动器。

１.８高速列车国际上高速列车有２种模式。

一种是以法国的ＴＧＶ和德国的ＩＣＥ为代表的动力集中型电动车组模式，采用机车牵引（推挽）客车方式，这种方式较为我国机车车辆界所熟悉，并对这种牵引模式做了较多的研究和探索；另一种是以日本为代表的动力分散型电动车组模式，牵引电传动装置一般都悬挂在车底架下。

以法国.德国和日本为代表的高速铁路技术代表着世界高速铁路的发展方向。

发展我国自主知识产权的高速列车具有深远的战略意义。

我国应发展舒适.安全的３００ｋｍ／ｈ的高速列车及发展最高速度３００ｋｍ／ｈ的交流传动电力机车和高速客车及转向架。

２工务维修检测设备２.１大中型养路机械进入２０世纪６０年代，各国铁路竞相采用大型养路机械，至８０年代末，发达国家的铁路已基本形成以大型养路机械为主要作业手段的格局。