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高铁车辆的经济速度与经济应用.doc

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  • 卖家[上传人]:枫**
  • 文档编号:543548225
  • 上传时间:2023-03-19
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    • 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。

      PM motor,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,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铁路改革,主机厂必须谋求其自身的发展出路,否则其局面能难预料长春一汽,经过多次技术引进,才搞出了“奔腾”系列自主研发的汽车品牌但是,对于主机厂来讲,情况不一样,因为在世界范围内掌握快速或高速轨道车辆制造技术的,仅有几家知名企业通过技术引进,典型的有前途的,已经掌握并逐步实现了国产化。

      那么,自主原始创新就是我们的近期目标在理论上,兼容日系与德系车辆的技术优越性是可行的,且技改成本很低如上所述,日系与德系车辆的技术创新就在于如何具体地看待轮轨横向动态制衡关系或者说,它们各自的技术缺陷在哪里?首先,对于日系车辆,松平津的学术贡献主要体现在日干线原始转向架的轮对定位方式,即拉板式轴箱定位或弹簧板+轴箱定位这是前所未有的特殊方式:一是横向定位刚度很高,这与欧系车辆有着根本区别,因而不再具有车体摇头大阻尼的技术特征二是在轮轨横向动态制衡关系中,等效锥度较低,轮对横向定位高刚度,其实质意义就在于整个转向架摇头运动的一体化,这与德系车辆是一样的,在较高等效锥度下,采用高定位刚度仅有一点不同,德系特别强调纵向定位刚度,以克服踏面磨耗,而日系,则做不到这一点,因而具有轮轨磨耗遗留问题其次,即使在较低等效锥度的轮轨接触下,仅凭大阻尼抑制蛇行机制,日系车辆进一步提速也十分困难那么,抗蛇行宽频带吸能机制恰好弥补了上述技术缺陷,即不仅在较高等效锥度的轮轨接触中充分发挥德系车辆的技术优势,在较低等效锥度下,则以大阻尼抑制蛇行振荡,同时,也可以提供阻抗作用以进一步提高车速根据目前仿真分析,有几个技术指标非常好,比如车体横向加速度最大值和均方差(RMS)2.2σ。

      轨道长波不平顺,容易形成水平不平顺激扰作用(即左右钢轨高度差),因而车体难免产生最大横向加速度,但是随后迅速衰减,并未造成均方差增大最后,不仅能够延长镟轮修程,而且也可以保障持续平稳这里有2个技术问题:一是客服轮轨磨耗敏感性;二是高锥度下稳定性能后者的问题比较单一,只要临界速度满足技术要求即可,因为在高锥度下车体模态均比较稳定对于抗蛇行宽频带吸能机制来讲,克服轮轨磨耗敏感性,是依靠其高频阻抗的自调节机制也就是说,无论在较低等效锥度下车速提高还是轮轨磨耗等效锥度增大,只要蛇行振荡频率升高,则抗蛇行高阻抗自动形成调节这恰好是德系车辆的明显技术缺陷,即较低等效锥度下稳定性能较差,如LM踏面更换试验或经济镟修踏面试验研究均证明了这一点由此可见,车辆对轨道的适应性非常理想总之,在通过统一优配逐步改善欧系车辆运用技术经济性的同时,必须谋求出路,以抗蛇行宽频带吸能机制形成原始技术创新,提高竞争能力因此,对于快速铁路客运来讲,经济速度仅仅是高铁车辆引进技术的最终运用技术目标(前沿技术,逐步实现);而高铁车辆的经济应用则是我们的近期目标(原始创新,谋求出路)于大连2013-4-29。

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