[科普中国]-摆式车体客车

概述

列车在曲线上行时，由于离心力的作用，车辆向外会产生很大的侧向冲击，不但使旅客感到不适，还会使车辆发生倾斜、甚至有颠覆的危险。这种侧向力的大小与列车运行速度的平方成正比，与曲线半径成反比，由于限制了列车通过曲线时的速度。要克服这个问题，最好的办法是新修客运专线或彻底改造旧线，将曲线取直。但这样做投资大，周期长。因此，在利用既有线路并保留一定小半径曲线的条件下开行高速列车时，应都采用摆式车体客车。

发展概况早在20世纪30年代美国就用摆式车体车辆进行了首次试验。在50年代和60年代，欧洲特别是法国、意大利、德国和英国进行了一系列的试验。但投入商业运营则很晚。欧洲首次投入运营的是1979年由意大利制造的“Pendolino”列车和1980年在西班牙投入商业运营的“Talgo pendular”列车。进入80年代，摆式车体列车迅速发展，又有更多的列车投入运营。90年代，欧洲的摆式车体列车已被视为“时尚”，并在六个国家（德国、西班牙、芬兰、意大利、瑞士和瑞典）运行，还有一些国家（克罗地亚、法国、挪威、波兰、葡萄牙、罗马尼亚、英国和捷克）计划采用。

意大利菲亚特公司于1974年试制出ETR 401型摆式车体电力动车组，以后又陆续试制出ETR 450型、ETR 460和ETR 480型动车组用于罗马—佛罗伦萨高速线上，以后还计划用于新线上。客车车体的倾角8°，通过曲线时的速度比一般列车能提高20﹪，在直线上最高运行速度可达250 km/h。瑞典ABB公司制造的X2型摆式车体动车组，1989年用于斯德哥尔摩一哥德堡干线，最高行速度为200km/h。更先进的X2000型摆式车体列车列车1990年投入运营。西班牙的 Talgo型摆式车体列车用于西班牙的11条铁路线上，运行时速为160km，最高可达到200km。德国是应用摆式车体列车最广泛的国家，凡开行时速达到160~250 km的旅客列车都采用摆式车体客车。计划2000年全德6 600km的线路上将行驶新造摆式客车120列，成为欧洲拥有摆式车体列车最多的国家。中国第一条准高速铁路——广深铁路自1994年开通后，取得了较好的效益，为进一步提高广九线（广州—深圳—香港九龙）的运输能力和吸引力，广深铁路股分有限公司于1998年4月从瑞典ABB戴姆勒—奔驰交通公司引进了“新时速”摆式车体列车，全列车总长（包括机车共7节）165m，列车总重365 t，总座席数415个，最高运行时速210 km，车体最大宽度3 080 mm，车顶距轨面高度4 3000mm，接触网电压25 kV，最大持续功率3 260 kW，采用再生制动和磁轨制动的组合制动方式。

提速原理及车体倾斜控制方式列车在曲线段运行时的允许最高速度与最大外轨超高、允许欠超高、允许过超高和曲线半径等参数有关。外轨超高是为了产生一个向心力以平衡列车在曲线段运行时产生的离心力。当向心力小于离心力时则产生欠超高问题，欠超高过大，旅客将感到不舒适；而向心力大于离心力时则又会产生过超高问题，过超高将引起曲线上内侧轮轨的磨耗增加。在客货混跑的既有线上，为了使运行速度较低的货物列车在通过曲线段时不出现大的过超高，需要减小外轨超高值，但旅客列车高速通过曲线段时就出现较大的欠超高。解决这一问题的传统途径是采用大半径曲线或旅客列车在曲线限速运行，另一途径是采用摆式高速列车。摆式车体客车在曲线段运行时可自动向曲线内侧倾斜，倾斜度在3°～10°之间，摆式车体客车的倾斜量相当于增加了一个附加的外轨超高量，使车体的横向加速囊减小，解决了列车通过曲线段时限速以及因欠超高过大而引起的乘坐不舒适问题。

摆式车体客车的车体倾斜有强迫倾斜(又称主动控制)和自然倾斜(又称被动控制)两种方式。意大利的ETR450～480和瑞典的X2000属于强迫倾斜方式。

在采用车体强迫倾斜方式时，车体旋转中心位于车体重心附近，在客车通过曲线段时，根据安装在转向架上的加速度仪的指令，用伺服电机、液压或气压，使车体倾斜控制装置产生动作，强迫车体向曲线内侧倾斜，最大倾斜度为8°～10°。如瑞典摆式车体客车安装了一个由微机控制的液压式车体强迫倾斜系统，车体倾斜控制装置加速度仪安装在列车运行方向的第一根车轴上，能根据曲线半径的大小自由地进行车体的倾斜控制，当车体倾斜达到8°时，离心力的70%可得到平衡。

西班牙的Talgo和日本的381系电动车组属于自然倾斜方式。在采用车体自然倾斜时，车体旋转中心位于车体上方，在客车通过曲线时，离心力使车体自然向曲线内侧倾斜，最大倾斜度为3°~5°。1

优点摆式车体列车是目前国内外投入商业运营不久的新产品，从实际运营的情况看，具有以下一些优点：

1．以较快的速度通过曲线。摆式车体列车最大优点是可以大幅度提高列车曲线通过速度，实现全程提速。摆式车体列车与现有普通列车的最大区别在于，当列车进入曲线地段运行时，根据列车速度、曲线半径和轮轨作用力大小等情况，动力车上的微机网络系统向列车发出信号，给出车辆应倾摆多少、什么时间开始倾摆等指令，并通过安装在车辆上的特殊装置向内侧倾斜，抵消离心力的作用，使列车可以较快速度通过曲线，有效提高列车的全线运行速度。

2．旅客感觉舒适。摆式车体列车在曲线上运行时，乘客也会由于列车在曲线上的自然适度倾斜而感觉舒适。

3．提高经济效益。摆式车体列车通过曲线时以较快的速度运行，可以减少全程的旅行时间，乘坐火车人数大幅度上升，铁路运营部门从而获得较大的经济效益。

4．减少列车数量。由于摆式车体列车提高旅行速度，缩短旅客列车往返的时间，从而可以减少列车数量。

5．增大线路通过能力。由于摆式车体列车通过曲线地段时不须限速运行，这样加快列车通过信号区间的速度，从而增大线路通过能力。

6．降低制动部件的磨耗。列车运行时，不须限速通过曲线，因而刹车次数减少，可降低制动部件的磨耗。

7．节约能源。列车运行时，加速次数减少，因而可节约能源。

摆式车体列车以上的优点，在瑞典国家铁路斯德哥尔摩一哥德堡线路上运行的X2000摆式车体列车上完全得到体现。目前，瑞典国家铁路在这条干线上每天有60对X2000摆式车体列车投入运营，最高运行速度达200 km/h。X2000在旅客运输市场中占主导地位，承运超过50%的客流量，使铁路客运量增加了一倍。这种改变导致瑞典国家铁路的根本转变，使瑞典国家铁路从已经市场萎缩走向市场成功，而这转变鼓励了欧洲经济和众多欧洲铁路公司的复苏。

目前，摆式车体列车在条件大不相同的许多国家的既有线路上运行，包括西班牙、意大利、葡萄牙、瑞士、德国、美国、日本、挪威、芬兰、澳大利亚、法国和中国等。2