【探索】铁路史上的速度游戏

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  • 2014-09-30 15:26:45

速度连接时间与空间,速度决定人的视野。

铁路就是人类用来改变自己宿命的工具之一,铁路也是在速度的不断突破中不断实现自我的革新。

1825年9月27日,世界上第一条铁路英国达林顿至斯托克顿铁路正式通车营业,当时的蒸汽机车速度只有13公里每小时。

“火箭号”蒸汽机车的复制品

整个19世纪是蒸汽机车的天下。但不要小瞧它们,它们的最高速度竟然突破了200公里,要知道世界上第一条高铁日本新干线刚开通时,最高速度也只有210公里。

速度就像一个游戏,需要你追我赶。1848年,美国人后来居上,安特洛普号达到了96.6公里时速。但蒸汽机车的最高速度纪录是1938年7月3日由英国人创造的,时速达到了令人瞠目结舌的202.6公里。英国人毫无疑问是蒸汽机车时代的王者。

电力机车的诞生早于内燃机车。但受制于电网的铺设,内燃机车最早大规模应用。到20世纪20年代,内燃机车开始大规模取代蒸汽机车。

内燃机车就像一个衔玉而生的宝贝,一降生就身手不凡,第一台内燃机车速度就达到了100公里时速。

1934年美国的先锋者微风号内燃机车创造了时速181公里的纪录。到1936年,德国内燃机车时速就突破200公里。但是,内燃机车的最高速度纪录也属于英国人。1987年11月1日,英国43型内燃机车时速达到了238公里,并计入了吉尼斯世界纪录。

由对电力输送设施的具有高度依赖,所以尽管电力机车诞生早,但是普及晚。借用一句流行语,如果内燃机车是上帝的速度使者,那电力机车就是穿着23号球衣的上帝,它是真正的速度玩家。

1903年10月6日,德国的电力机车时速就突破了200公里,达到203公里。

德国上世纪30年的研制的齐柏林号,1964年日本新干线开通,0号新干线就是山寨的该款产品

1955年,喜欢速度的法国登上了铁路速度竞赛史的舞台。3月29日,法国Jeumont-Schneider BB 9004号电力机车在波尔多与达克斯之间创造了时速331公里世界纪录。这是当时世界铁路试验最高速度。这个速度如此令人瞠目结舌,纪录保持长达26年之久。就连1964年诞生的日本的新干线高铁都没能打破这一速度纪录。

打破这一纪录的是高铁,但是,是法国人自己。

1981年2月26日,法国TGV在东南线创造了时速380公里的速度纪录

1988年5月1日,德国人用ICE首破400公里时速,达到了406.9公里。

剩下就是法国人自己跟自己玩了。

1988年12月12日,法国TGV在东南线达到408.4公里时速。

1989年12月5日,法国TGV在大西洋线达到482.4公里时速。

1990年5月18日,又一个历史性时刻,法国TGV在大西洋线达到了515.3公里时速,人类铁路历史上首次突破500公里时速。

2007年4月3日,截至目前的轮轨世界纪录诞生,法国TGV在东欧线以三动两拖的试验车创造了574.8公里速度神话,让人叹为观止。

法国TGV列车创造574.8km/h速度记录

当然,真正的速度怪物是磁悬浮列车。早在1974年德国的磁悬浮就突破了400公里时速。1979年12月12日,日本磁悬浮突破500公里,达到时速504公里。后来磁悬浮的速度游戏就是日本人跟日本人自己玩,日本人先后5次打破自己创造的磁悬浮速度纪录,并于2003年12月2日,在日本山梨磁悬浮试验线创造了时速581公里的轨道交通试验最高速。

中国500公里时速试验列车

在轨道交通发展史上中国是后来者,但正如在很多领域发生的一样,中国的轨道交通也是后来居上。中国高铁建设里程一跃成为世界第一。曾经中国也想在速度游戏上玩一把。2010年中国南车在原铁道部的支持下,立项研制500公里试验列车(cit500),后来虽然遇到波折,但于2011年12月25日正式在青岛下线。下线时经与原铁道部协商,铁道部不同意提时速500公里概念,改名为“更高速度试验列车”。2014年铁科院正式购买cit500,并改为综合检测车,铁路总公司命名为“CRH380AM”,在沪昆高速杭长段试验线按时速380公里以下试验运营。

Cit500是一个速度怪物,前后采用了不同的头型,前面头型原型是“青铜剑”,后面头型是在CRH380A火箭头型基础上进行改进的,比CRH380A头型更加细长。6节编组的它,牵引功率就达到了22800千瓦,而CRH380A的牵引功率只有9600千瓦。中国研制该车目标是突破轮轨600公里时速。在滚动试验台上,该车以605公里时速进行试验,没有任何失稳迹象,运行处于极佳状态。

但进行速度试验,只有车辆制造商不行,还要有运营商的参与,因为没有好的线路,再好的车也没有跑不起来。2007年法国TGV574.8公里时速就是在经过特殊加固的线路上跑出来的。

但中国铁路运营商中国铁路总公司目前对速度试验并不感兴趣,所以cit500只是按照时速380公里以下试验运营。

更高速度试验列车

于是关于cit500就有很多争议。最关键的问题是,为什么要研制它?前面我们都已经讨论过了,铁路史上那些速度纪录只是一些游戏而已,为什么要为了一个游戏投入那么大的精力?

其实高速试验列车并不仅仅是一个速度玩具,而是一个科学实验的载体。Cit500其是是一个国家项目,是国家“973计划”项目“时速500公里条件下的高速列车基础力学问题研究的试验载体。研制Cit500的主要目的有如下几个方面:

第一,是开展前瞻性、基础性、理论性研究,为高速铁路未来的发展做好知识储备。我们都知道轨道交通有三大基础关系:轮轨关系、流固关系、公网关系。Cit500就是要进行时速500公里及以上三大关系的研究,获取气动、结构、轮轨、弓网等关键力学参数随速度的变化规律,通过探索更高速度条件下高速列车的运行稳定性、结构强度、车—线—网匹配关系等安全保障系统,揭示高速列车动力学行为、特征和规律,进一步提高安全冗余。

第二,进行关键系统的可靠性研究。在时速500公里条件下对车辆进行测试,为转向架、车体、车下设备和设备舱等关键结构的安全可靠性提供数据支撑。通过振动模态测试,研究转向架、车体、车下设备和车内装饰之间的振动匹配;通过动态应力测试,研究关键承载部位的疲劳强度;通过气动载荷测试,研究气流作用下不同振动激扰形式对车辆结构的影响规律。

第三,新材料新技术的研究。Cit500列车上使用了碳纤维、镁铝合金、新型纳米隔音材料等新型材料,通过500公里时速下的验证来跟踪新材料的应用前景。新技术包括风阻制动装置、实时以太网技术等,另外还可以通过气动阻力、气动噪声、气动升力、交会压力波等各项气动性能研究,全面验证试验列车头尾不同头型方案。

几种不同的列车速度

上面讲了这么多速度纪录,其实都是一种速度,那就是最高试验速度。最高实验速度一般是通过试验列车(在运营车辆的基础上进行改进)在试验线路上跑出来的最高试验速度。如法国创造TGV574.8公里时速的“V150”试验列车,就是为这次试验专门设计的,将列车的轮径进行了加大,由920mm增大到了1092mm。北车唐山CRH380BL曾经创造了487.3公里,也是试验速度,因为跑出这个速度的CRH380BL是经过特殊改造的,去掉了4节拖车。所以它的这个487.3公里时速,比法国的574.8公里时差了很多的。

还有几种速度概念需要向大家澄清。

第一个是运营试验最高速。

1981年2月26日,在即将开通的法国高速铁路东南线,法国TGV列车创造了380公里的运营试验最高速。此速度纪录由德国列车于2006年7月15日在西班牙打破,西门子Velaro E列车在西班牙AVE高速铁路上创造了403.7公里速度纪录。

CRH380A型高速动车组

后面纪录都是中国人的了。2010年9月28日CRH380A型高速动车组在沪杭线创造了时速416.6公里纪录;两个多月后的12月3日,该纪录被同胞兄弟CRH380AL打破,CRH380AL在京沪线上跑出了486.1公里世界铁路运营试验最高速。

486.1公里时速是保持至今的世界铁路运营试验最高速,无车出其左右。北车唐山的487.3公里时速,因为是经过改造的试验车,所以与CRH380AL运营车辆跑出来的速度的含金量不是一个档次的。

中国高铁

第二组,是最高运营速度。最高运营速度是指列车在实际商业运营中的最高速度。如世界上第一条高速铁路1964年开通的东京至大阪新干线,全长515公里,最高运营速度是210公里,平均速度是168公里,旅行速度只有128公里(中间停靠名古屋及京都等站)。

1981年法国高铁东南线开通最高运营速度达到了270公里,后来居上。1990年法国高铁开通大西洋线最高运营速度达到了300公里。2005年,法国开通里昂—圣埃克絮佩里线最高运营速度则达到了时速320公里。

2008年开始全球运营速度最高纪录都在中国,2008年开通的京津城际、2009年开通的武广高铁、2010年开通的郑西高铁、沪宁高铁、沪杭高铁,最高运营速度均为350公里。目前中国是唯一运营过时速350公里高铁的国家,到2011年中国高铁降速时,京津城际已经按时速350公里安全运营3年,武广高铁按时速350公里安全运营1年零7个月,郑西高铁按时速350公里安全运营1年零5个月,沪宁高铁按时速350公里安全运营1年整,沪杭高铁按时速350公里安全运营8个月。

2011年7月1日,中国铁路进行大调图,武广、郑西、沪宁、沪杭四条高速铁路均降速至时速300公里运营;22天后,中国高速铁路历史上具有重大影响的“7·23”甬温线特大交通事故发生,41人死亡。又20天后,8月11日,京津城际降速到时速300公里运营。世界上运营速度最高重新归法国。2013年3月17日,日本东北新干线提速到时速320公里与法国贡献运营最高速度纪录。

关于中国高铁降速补充说几句,2011年8月11日的中国铁路降速,大量时速200公里的既有线提速线路被降速到时速160公里运营,出现了“Z”字头列车甚至“T”字头列车,速度高于“D”字头列车的奇观。中国时速200公里的高速铁路在京沪高铁开通后达到了9676公里,但降速之后我国时速200公里高速铁路只剩下6000多公里。

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