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早在18xx年,欧洲一些大城市内部已经具备当规模的铁路网,火车不但承担城市、城乡之间的运输,也开始承担市郊、市内甚至下水道里(英国最早的地铁由蒸汽机车牵引)的通勤任务。早期的通勤列车由蒸汽机车牵引,但这种本来在乡间喷云吐雾的怪物在城市里陋习难改,着实让住在城市里的人不爽。随着电网在城市里普及,干净的电力机逐步替代了蒸汽机车来牵引通勤列车。但人们很快发现电力机车也不适合牵引通勤列车──实际上,不管什么机车都不合适牵引通勤列车。
通勤列车站距小而时间敏感度高,如果用机车牵引,因为驱动轮对的粘着系数等技术因素限制,通勤列车只能像长途列车那样慢慢加速;而通勤列车站距小,还没等速度加上来又得减速停车了,平均车速很低;而列车的编组越大,问题越显著。工人上班迟到工资会大幅度缩水,工人没饭吃饿死,银行家逛股市迟到很可能破产,债主逼债银行家上吊自杀──在工业社会中,时间就是金钱,金钱就是生命。当虽然有以下办法看似可以解决这个问题,但实际不能实现:
一,增大电力机车功率。
否定原因:在当时,小功率电力机车尚属于高新技术,大功率电力机车只存在于科幻中。
二,多个电力机车牵引。
否定原因:机车之间无法联控,难以协调操作,频繁的加减速一旦操作不当造成前堵后拥──脱轨去吧。
三,减少车厢。
否定原因:这其实是变相实现前两条,但铁路公司不干──一旦速度加起来,不需要继续加速时,机车的牵引能力就会大大富余,又不能把司机座卖给乘客收票钱,铁路公司运营成本大大增高。
其实,即使前面两条技术上能实现,也会被第三条的经济规律卡下来──资本家不做亏本买卖。矛盾客观存在,乘客和铁路公司闹别扭解决不了问题,于是有人动起了脑筋,把机车拆散,组装到列车中的各节车厢上,每节车都厢有了机车的自力行驶功能──动车诞生啦!
动车不但能开动,而且动车和由动车组成的列车的加速能力远远高于传统列车。以下文字试图说明为什么车轮驱动的动车加速比传统列车快──某些bt动车(比如下图的日本蒸汽动车)和某些编组bt的传统列车(比如一个调车机加一节平车)被排除在外,喷气推进车辆/列车、直线电动机车辆/列车等不是由车轮驱动的也显然被排除,仅就一般情况而言。
对于铁路车辆/列车,轨道为驱动轮对提供向运行方向的前进摩擦力(下文简称进摩),为非驱动轮对提供与运行方向相反的阻碍摩擦力(下文简称阻摩)。车轮发生空转前,轮轨之间是滚动摩擦,车轮踏面上与轨道接触的部位和轨道上与车轮踏面接触的部位不发生相对位移,因而在计算时可视作静摩擦。
在车轮与轨面之间就发生滑动之前施加在车轮上的驱动扭矩由小到大逐步增加,进摩也随之增大;而当施加在特定车轮上的扭矩大到超过轨道能为此车轮提供的静摩擦力时,车轮与轨面之间就会滑动,车轮开始空转,进摩几乎变成定值──这个滑动摩擦力仅由轮-轨压力和轮、轨自身的物理特性相关,而不再随驱动扭矩的增大而增大。
当进摩大于阻力时,车辆/列车速率增加(由静止起步或越跑越快);当进摩等于阻力时,车辆/列车速率不变(或停着不动);当进摩等小阻力时,车辆/列车速率减小(直到停止)──在非高速状态下,阻摩在车辆/列车运行时的阻力中占主导地位,直接影响阻力大小。
大部分动车所有轮对都是驱动轮对,剩下的小部分中的大部分,驱动轮对也占到全车轮对总数的一半或更多,也就是说,绝大多数动车全部或大部分重力压在驱动轮上,而传统列车只有机车的质量压在驱动轮上──一般机车重力在全列车中只占小头,其余全是累赘。
为方便说明问题,暂时取一列100吨的小编组常传统车(一台40吨轻型电力机车拖四节15吨市内客车,机车所有车轮均为驱动轮)和一列100吨由动车组成的列车(五节一样的20吨市内动车,每节动车的驱动轮均只承担一半的单节车厢重量)作为研究对象:
→传统列车与钢轨间压力大小 = 980kn
→动车列车与钢轨间压力大小 = 980kn
→传统列车驱动轮与钢轨间压力大小 = 392kn (980kn x 40t / 100t)
→动车列车驱动轮与钢轨间压力大小 = 490kn (980kn / 2)
→轮轨动摩擦因数 = 0.1
→传统列车能获得的最大进摩 = 39.2kn (392kn x 0.1)
→动车列车能获得的最大进摩 = 49kn (490kn / 0.1)
→(实际极限静摩擦力比滑动摩擦力略大,本文计算时暂时算做与极限静摩擦力等大)
→传统列车能获得的最大加速度 = 0.392m/s^2 (39.2kn / 100t)
→动车列车能获得的最大加速度 = 0.49m/s^2 (49kn / 100t)
当传统列车机车提动的驱动扭矩使进摩达到39.2kn时,传统列车能获得0.392m/s^2的极限加速度;而一旦机车进一步提高输出扭矩,轨道便无法提供更大的摩擦力,驱动轮即开始空转,无论机车功率多大扭矩多大,进摩已不会再增大,甚至略有降低。
反观动车列车,直到进摩达到49kn时才会出现空转,此时动车列车的加速度已经超过传统列车。
进一步推导和计算可知,最大加速度只由驱动轮承载的重量比例主导。对于市内、市郊通勤动车来说,动车的驱动轮承载的重量一般都会超过全车的一半,而传统列车的驱动轮承载的重量往往只及全车的1/10甚至更少,实际使用中,加速差距是相当明显的。
如果你的物理不好,或觉得以上说明过于无厘头,无法用想明白怎么回事,不妨做个试验:
穿上溜底的、不防滑的鞋子,找一个你拿得动的重物,再找一处结实、光滑的平面(真冰溜冰场最佳)。试试拖/推着重物起跑(模拟传统列车,只有机车重量压在驱动轮上──只有你的体重压在你的脚上)和背/抱/提/举着重物起跑(模拟动车列车,所有重量压在驱动轮──你的脚上),看哪样加速更快。
动车由早期的电力机车和客运车厢发展而来,所以最早的动车是电力动车,而市内有轨电车即为动车活化石。为了充分利用富余动力,一些通勤列车动车中间会混编少量无驱动装置的车厢。动车列车和这种混编列车就是动车组的前身。
在动车组出现前,各节动车都是一个完整的体系,单车即可自力运行和自力运营。动车组出现后,因为某些技术和运营需要,一些供动车组使用的动车的司机室、变压器、受电弓或者某些控制设备被移到其他车厢,失去自力运行能力,必须与特定的其他车厢搭配组成单元,以单元为单位运行和运营。以下为部分动车图片。
早期电力动车。
/*图片:《合金弹头x》地铁*/
bt的日本蒸汽动车,只有一对驱动轮。
/*图片:记忆手绘*/
现代动力集中电力动车组动车。
/*图片:tgv头车*/
现代动力分散电力动车组动车,无法单独运行。
/*图片:长白山rz25dd,非端车*/
现代动力集中内燃动车组动车。
/*图片:新曙光nzj1*/
现代动力分散内燃动车组动车。
/*图片:英国铁路单节内燃动车*/
载运旅客和行李包裹物品,且自身装有推进机的一种铁路运输车辆。按驱动方式动车可分为以汽油机驱动的汽油动车、以柴油机驱动的柴油动车和以电力驱动的电力动车。动力传动方式可以是机械传动、液压传动或电力传动。当由两辆以上动车或较大功率动车牵挂一辆或数辆附挂车时,则构成动车组,可提高旅客及物品的装载能力和运输效率。铁路动车比铁路列车最突出的特点是机动灵活,载客量小,但车次可增加,因此受到许多国家的重视并逐步发展为普遍使用的运输工具。美国自1906年出现动车后 ,至 20 年代就拥有700多辆汽油动车。20 年代后,欧洲、美洲等许多国家随着柴油机的应用与发展,采用了大量柴油动车。动车的驱动功率通常为几百千瓦至800千瓦左右,其行车速度通常在150~200 千米/小时。现代动车组的行车速度更有提高,最大行车速度可达300千米/小时左右。动车的结构从总体布置看,与普通客车不同处是车厢两端设有驾驶台并配有驱动装置 。为增加载客席位,也可把驱动装置布置在车架以下。动车或动车组最早出现于铁路支线,进而发展到用于地下铁道和城市郊区旅客运输,以及城市间的快速客运。由于动车组与普通铁路机车相比可采用全动轴或部分车轴为动轴,使装置分散,以减轻轴重,因此,现代高速客运的发展,趋向是采用全动轴或部分动轴的动车组。 |
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暂无明确定义。动车一般指承载运营载荷并自带动力的轨道车辆;但在近现代的动力集中动车组中,动车更接近传统列车中的机车的角色,这类动车一般不承载运营载荷。 |
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早在18XX年,欧洲一些大城市内部已经具备相当规模的铁路网,火车不但承担城市、城乡之间的运输,也开始承担市郊、市日本蒸汽动车内甚至下水道里(英国最早的地铁由蒸汽机车牵引)的通勤任务。早期的通勤列车由蒸汽机车牵引,但这种本来在乡间喷云吐雾的怪物在城市里陋习难改,着实让住在城市里的人不爽。随着电网在城市里普及,干净的电力机逐步替代了蒸汽机车来牵引通勤列车。但人们很快发现电力机车也不适合牵引通勤列车──实际上,不管什么机车都不合适牵引通勤列车。
通勤列车站距小而时间敏感度高。如果用机车牵引,因为驱动轮对的粘着系数等技术因素限制,通勤列车只能像长途列车那样慢慢加速;站距小,还没等速度加上来又得减速停车了,平均车速很低。列车的编组越大,问题越显著。工人上班迟到工资会大幅度缩水,工人没饭吃饿死;资本家逛股市迟到很可能破产,债主逼债银行家上吊自杀──在工业社会中,时间就是金钱,金钱就是生命。当虽然有以下办法看似可以解决这个问题,但实际不能实现:
一,增大电力机车功率。
现代动力集中电力动车组动车否定原因:在当时,小功率电力机车尚属于高新技术,大功率电力机车只存在于科幻中。
二,多个电力机车牵引。
否定原因:机车之间无法联控,难以协调操作,频繁的加减速一旦操作不当造成前堵后拥──脱轨去吧。
三,减少车厢。
否定原因:这其实是变相实现前两条,但铁路公司不干──一旦速度加起来,不需要继续加速时,机车的牵引能力就会大大富余,又不能把司机座卖给乘客收票钱,铁路公司运营成本大大增高。
其实,即使前面两条技术上能实现,也会被第三条的经济规律卡下来──资本家不做亏本买卖。矛盾客观存在,乘客和铁路公司闹别扭解决不了问题,于是有人动起了脑筋,把机车拆散,组装到列车中的各节车厢上,每节车都厢有了机车的自力行驶功能──动车诞生啦! |
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动车不但能开动,而且动车和由动车组成的列车的加速能力远远高于传统列车。以下文字试图说明为什么车轮驱动的动车加速比传统列车快──某些BT动车(比如下图的日本蒸汽动车)和某些编组BT的传统列车(比如一个调车机加一节平车)被排除在外,喷气推进车辆/列车、直线电动机车辆/列车等不是由车轮驱动的也显然被排除,仅就一般情况而言。
现代动力分散电力动车组动车,无法单独运行对于铁路车辆/列车,轨道为驱动轮对提供向运行方向的前进摩擦力(下文简称进摩),为非驱动轮对提供与运行方向相反的阻碍摩擦力(下文简称阻摩)。车轮发生空转前,轮轨之间是滚动摩擦,车轮踏面上与轨道接触的部位和轨道上与车轮踏面接触的部位不发生相对位移,因而在计算时可视作静摩擦。
在车轮与轨面之间就发生滑动之前施加在车轮上的驱动扭矩由小到大逐步增加,进摩也随之增大;而当施加在特定车轮上的扭矩大到超过轨道能为此车轮提供的静摩擦力时,车轮与轨面之间就会滑动,车轮开始空转,进摩几乎变成定值──这个滑动摩擦力仅由轮-轨压力和轮、轨自身的物理特性相关,而不再随驱动扭矩的增大而增大。
当进摩大于阻力时,车辆/列车速率增加(由静止起步或越跑越快);当进摩等于阻力时,车辆/列车速率不变(或停着不动);当进摩等小阻力时,车辆/列车速率减小(直到停止)──在非高速状态下,阻摩在车辆/列车运行时的阻力中占主导地位,直接影响阻力大小。
大部分动车所有轮对都是驱动轮对,剩下的小部分中的大部分,驱动轮对也占到全车轮对总数的一半或更多,也就是说,绝大多数动车全部或大部分重力压在驱动轮上,而传统列车只有机车的质量压在驱动轮上──一般机车重力在全列车中只占小头,其余全是累赘。
为方便说明问题,暂时取一列100吨的小编组常传统车(一台40吨轻型电力机车拖四节15吨市内客车,机车所有车轮均为驱动轮)和一列100吨由动车组成的列车(五节一样的20吨市内动车,每节动车的驱动轮均只承担一半的单节车厢重量)作为研究对象:
→传统列车与钢轨间压力大小 = 980KN
→动车列车与钢轨间压力大小 = 980KN
→传统列车驱动轮与钢轨间压力大小 = 392KN (980KN x 40t / 100t)
现代动力集中内燃动车组动车→动车列车驱动轮与钢轨间压力大小 = 490KN (980KN / 2)
→轮轨动摩擦因数 = 0.1
→传统列车能获得的最大进摩 = 39.2KN (392KN x 0.1)
→动车列车能获得的最大进摩 = 49KN (490KN / 0.1)
→(实际极限静摩擦力比滑动摩擦力略大,本文计算时暂时算做与极限静摩擦力等大)
→传统列车能获得的最大加速度 = 0.392m/s^2 (39.2KN / 100t)
→动车列车能获得的最大加速度 = 0.49m/s^2 (49KN / 100t)
当传统列车机车提动的驱动扭矩使进摩达到39.2KN时,传统列车能获得0.392m/s^2的极限加速度;而一旦机车进一步提高输出扭矩,轨道便无法提供更大的摩擦力,驱动轮即开始空转,无论机车功率多大扭矩多大,进摩已不会再增大,甚至略有降低。
反观动车列车,直到进摩达到49KN时才会出现空转,此时动车列车的加速度已经超过传统列车。
进一步推导和计算可知,最大加速度只由驱动轮承载的重量比例主导。对于市内、市郊通勤动车来说,动车的驱动轮承载的重量一般都会超过全车的一半,而传统列车的驱动轮承载的重量往往只及全车的1/10甚至更少,实际使用中,加速差距是相当明显的。
如果你的物理不好,或觉得以上说明过于无厘头,无法用想明白怎么回事,不妨做个试验:
穿上溜底的、不防滑的鞋子,找一个你拿得动的重物,再找一处结实、光滑的平面(真冰溜冰场最佳)。试试拖/推着重物起跑(模拟传统列车,只有机车重量压在驱动轮上──只有你的体重压在你的脚上)和背/抱/提/举着重物起跑(模拟动车列车,所有重量压在驱动轮──你的脚上),看哪样加速更快。
动车由早期的电力机车和客运车厢发展而来,所以最早的动车是电力动车,而市内有轨电车即为动车活化石。为了充分利用富余动力,一些通勤列车动车中间会混编少量无驱动装置的车厢。动车列车和这种混编列车就是动车组的前身。
在动车组出现前,各节动车都是一个完整的体系,单车即可自力运行和自力运营。动车组出现后,因为某些技术和运营需要,一些供动车组使用的动车的司机室、变压器、受电弓或者某些控制设备被移到其他车厢,失去自力运行能力,必须与特定的其他车厢搭配组成单元,以单元为单位运行和运营。
我国目前经营300多条动车 |
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dongche
动车
railcar
在铁路上运行、本身装载营业载荷的自推进车辆,是运送旅客和行李包裹的铁路运输工具。动车按动力装置分为汽油动车(用汽油机驱动),柴油动车(用柴油机驱动)和电力动车(由牵引电动机驱动)三类;按传动装置分为机械传动动车、液力传动动车和电力传动动车三类。
发展概况 最早的动车于1906年出现在美国。这辆动车装用一台150千瓦汽油机,是通过电力传动装置驱动的。车内有91个座席,还有行李间。这种动车只用于运输不繁忙的支线区间。美国在20年代拥有汽油动车数量已超过 700辆。1913年瑞典制成55千瓦电力传动柴油动车,后来又制出功率为185千瓦同类型的动车,还能挂3~4节附挂车。在20~30年代柴油动车发展迅速,为欧洲、美洲国家和日本所大量使用,有些国家拥有动车数千辆。大洋洲、非洲和东南亚、南亚、中东国家也有使用。这个时期内无论在动力装置、传动装置、走行部、车内设备等结构方面,还是在舒适性(消减振动和噪声)以及运行速度等性能方面都有很大改进。在动力装置方面,以内燃机为动力的动车几乎都采用高速柴油机。它的热效率比汽油机高,燃料较便宜,每千瓦平均重量较小,功率从100千瓦左右发展到800千瓦左右,运行速度达到每小时140公里。在传动装置方面,200千瓦以下小功率动车采用机械传动,功率大的因变速换挡复杂不易操纵而用电力传动或液力传动。20世纪初电力动车已用在电气化铁路上。
构造 动车的结构兼有客车和柴油机车或电力机车的特点。车体、底架和走行部跟客车基本相同。主要差别在于动车车体两端都有驾驶控制设备和了望窗,有一端的驾驶台后面是机器间,内装柴油机和传动装置。底架比普通客车的轻些。功率较小的动车走行部一般只有一个驱动转向架,另一个与普通客车的相同。电力传动动车的驱动转向架上安装有牵引电动机和车轴驱动齿轮箱。机械传动动车的驱动转向架上装有车轴驱动齿轮箱和万向轴。液力传动的驱动转向架有两种方式:一种同于机械传动动车;另一种是将柴油机和液力传动装置都安装在转向架上,使得结构紧凑。柴油机安装在车体地板的一个洞内,伸入车体下部。这个伸入部分同前面的司机操纵台之间、同后面的座席之间用隔声、隔热墙板隔开,形成机器间,柴油机的辅助设备全都装在机器间内。这种布置占用车体面积较小。有的动车为了多设座席,采用功率在360千瓦以下的卧式柴油机,并将柴油机、传动装置和冷却器等辅助设备装在动车底架下部。功率小些的采用机械传动装置,功率大的采用液力传动装置驱动一台转向架的车轮;功率更大的用两套卧式柴油机和传动装置分别驱动前后转向架的车轮。电力动车除车体内设座席外,其他部分与电力机车基本相同,但功率较小。
动车特点 动车比列车在运用方面灵活得多。虽然一次乘坐的旅客不多,但车次可以安排得密些。当旅客多时,功率大的动车可加挂一节或几节轻型无动力的附挂车,即轻型客车。动车由于使用范围扩大,乘客增多,逐步发展成为世界上普遍使用的动车组。
(程华定 梁秉智) |
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