浅析高速列车安全平稳运行的关键技术问题

浅析高速列车安全平稳运行的关键技术问题

孟海威

中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000

摘要：随着高速动车组技术的引进以及自主创新，我国高速列车的技术水平已逐步达到世界一流水平，并且结合我国“一带一路”倡议，也将推动着全球高速铁路行业的快速发展。然而随着高速列车速度的不断提高，高速列车的运行稳定性以及安全性问题亦成为了不可避免的重要问题，对影响高速列车平稳安全运行的关键技术问题进行分析和研究已经引起高度重视。本文以此为主题进行了分析，主要对机车结构疲劳问题、主要零件损耗问题、空气阻力问题、轨道焊接平顺性问题等方面进行了分析阐述。

关键词：高速列车；动车组；动力学

铁路运输是国民经济大命脉，在国家中长期科学和技术发展纲要中明确把交通运输业作为重点发展领域，高速轨道交通更是被列为科技优先发展的主题。高速铁路以其运行速度快、安全系数高、运行感受舒适等优点被世界各国重视且快速蓬勃发展。我国的高速铁路虽然起步较晚，但是铁路已经实现多次大提速，随着CRH1、CRH2、CRH3、CRH5等型号动车组的技术引进，CRH380系列高速动车组的再创新，目前我国已具备完全的自主知识产权，并已采用中国标准设计、制造高速动车组列车中国标准动车组（CR400AF/CR400BF），现已经达到引领世界高速列车发展的技术水平。目前，由我国自主研发的中国标准动车组“复兴号”已经开始投入使用，相信在不久的将来，我国的高速列车将会逐渐普及我国自主研发的“复兴号”高速动车组。而在研制“复兴号”高速动车组的过程中，如何保持高速列车安全、平稳运行，仍是当下需要不断研究和攻克的技术问题。

1列车结构疲劳

高速列车的结构强度在列车行驶中起着关键的作用，列车结构的破坏会严重影响着列车运行的安全和稳定，如果转向架组成中的构架、轮轴等重要部件出现强度屈服、断裂等现象，则会产生翻车的可能性。结构疲劳会导致脱轨等严重后果，对乘客的生命安全造成严重影响，而轨道运行的最基本要求就是安全，因此我们需要准确把握机车机构疲劳可靠性，分析车辆结构部件的疲劳特性，才能确保机构的安全性，降低交通事故发生率。

研究复杂运动和多场作用下产生的结构复合失效机制亦成为了我们的研究课题。轮轨高速滚动产生力的摩擦，弓网高速滑动产生磨损，轮轴微动以及构架震动等均有可能造成机车机构的失效。为保证高速铁路的安全快速发展，需要建立一支高水平、高素质的铁路基础科学研究队伍，研究并掌握机车车体机构疲劳特性，实现高速动车组的安全运行。

2主要零件损耗

在高铁运行过程中，由于高速列车运行的时间较长，同时服役时间也较长，虽然大部分的高速列车只是在白天时段运行，夜晚时段进行检修，但是只要存在摩擦就会导致磨损，尤其是高速列车运行速度快，承受的压力较大，使得高速列车的主要零部件存在较大的损伤。因此只有不断地加强零部件的维护和检修，才能有效提高速列车安全运行的基础条件。例如列车车轮在长期经受高重量的列车运行的压迫下，更加容易产生磨损，所以应定期对车轮进行镟修，将车轮修复为标准踏面形状，保证列车运行平稳性，否则对列车运行安全问题存在严重隐患。

3空气阻力

列车车身暴露在空气中进行高速运行，需要抵抗较大的空气阻力，并且随着高速列车车速的不断提高，列车遇到的空气阻力也会不断增大，随着列车运行速度的提高，空气阻力和功耗都会急剧增加。当列车车速达到每小时250km～300km时，空气阻力将占到列车运行总阻力的75%～80%，目前我国的高速列车运行速度大多在300km/h以上，因此，空气阻力对高速列车能否安全运行的影响是非常大的，减小空气对列车运行时候的阻力关系着列车能否安全提速。并且，当列车在隧道中运行时，会遇到强大的压力和冲力，对行车安全造成威胁，因此，需要对高速列车空气运动学进行研究。

鉴于空气阻力是影响高速列车运行的重要因素，因此想要使高速列车安全平稳运行，需要减少空气对列车的阻力。列车空气阻力既包括列车头部尾部压力差所引起的压差阻力，也包括摩擦阻力以及气流受到列车表面突出或者凹陷部分的干扰所产生的干扰阻力，因此高速列车头尾一般都采用流线型的车头形状，从而减少压差阻力；提高车体外表面光滑，并使玻璃窗与外部齐平，以减少表面摩擦力；优化列车底部和顶部的结构及转向架外形，以达到最优的空气动力型式。对高速列车空气运动学进行研究，将是一个长期的不断完善的过程。

4轨道焊接平顺性

高速铁路轨道并不是一根完整的钢铁轨道，而是由一段一段的钢轨通过焊接的方式相连，从而组成一根长的钢铁轨道。那么，在钢轨连接处便会不可避免的出现一些连接痕迹，从而可能会使得列车在行驶过程中存在一定的颠簸。尤其是我国的高速列车经过多次提速后，平均速度普遍已达300km/h以上，在列车的高度运行中，对钢轨的平顺性要求则会更高，即便是轻微的颠簸，也将会对高速行驶的列车产生很大的震动，同时列车的平稳运行不仅会对乘车舒适感有影响，更是关乎乘客的乘车安全。因此，钢轨的铺设便显得尤其重要，这是对钢铁焊接技术的一个不小的考验。

铁路运输向着高速发展，提出的轨道车辆高质量、高速度、低成本以及高效率的要求，给焊接技术人员提出了更多的课题和挑战。因此，在高铁列车不断提速过程中，必须加强对轨道制造质量的控制，对焊接质量的高要求，高标准。通过和国际先进轨道车辆企业合作，引进国际先进人员培训和质量管理体系，建立和完善自己的质量标准体系，实现结构优化，全面提高焊接质量，以保证钢轨铺设的最大平顺稳定性。

总结

随着高速列车的飞速发展，我国的高速铁路营业里程已超过2.2万公里，占世界高铁运营里程的60%以上，居世界第一位，我国铁路总体技术水平迈入世界先进行列。保障高速列车安全平稳运行是我国轨道交通发展的长期目标和任务，我们要进一步加大开放和创新的力度，继续学习和借鉴世界各国在高速列车科技创新领域的有益经验，本着平等、互利和共赢的原则，继续提升高速列车科技国际合作水平，为促进世界高速列车技术持续进步做出中国的贡献。

参考文献：

[1]张川宝，汤钰鹏.齿轮传动比对动车组牵引特性的影响[J].大连交通大学学报，2011，32（4）：79-82.

[2]邱友胜.列车提速对轨道车辆焊接技术的促进和发展[U].2007：17-18.

[3]杨显进.CRH5牵引变流器的研究[D].西南交通大学，2009：15-26.