李俊熹 張楊

摘要：軌道交通目前的技術(shù)前沿主要存在于高速和重載兩大發(fā)展趨勢中。其中：高速鐵路是現(xiàn)代化鐵路的重要標(biāo)志，集中體現(xiàn)了當(dāng)代高新技術(shù)的發(fā)展成果，代表著當(dāng)今世界鐵路的發(fā)展方向。重載鐵路是解決大宗物質(zhì)運(yùn)輸，因其運(yùn)能大、效率高、運(yùn)輸成本低而受到世界各國的廣泛重視，特別是在一些幅員遼闊、資源豐富，煤炭和礦石等大宗貨物運(yùn)量占有較大比重的國家。

為了服務(wù)高鐵出口的國家重大戰(zhàn)略需求，非常有必要研究和解決高速鐵路在世界范圍內(nèi)面臨的特殊關(guān)鍵技術(shù)問題;對于重載列車，提高軸重降低自重也迫在眉睫。

關(guān)鍵詞：軌道交通、高鐵、重載列車、牽引電傳動系統(tǒng)

更高速度

隨著高鐵的高速所帶來的“時空壓縮”過程，旅客在時間距離不變情況下，空間距離逐漸增大，即旅客出行半徑會逐漸增大。日本新干線開通使東京和大阪等經(jīng)濟(jì)圈更接近日本東北部的城市，使旅客出行貨物運(yùn)輸更為方便，呈現(xiàn)出“把新干線當(dāng)成走廊來使用”的現(xiàn)象。高鐵使倫敦到愛丁堡、格拉斯哥和蘇格蘭等大城市的旅行時間大幅度降低，從而促進(jìn)英國各城市的經(jīng)濟(jì)文化交流。南非約翰內(nèi)斯堡到比勒陀利亞行程時間在高鐵開通后縮減，極大增強(qiáng)了沿途城市的聯(lián)系，每天客運(yùn)量增加到6.4萬人次?？梢姡哞F產(chǎn)生的“時空壓縮”效應(yīng)對地區(qū)間的經(jīng)濟(jì)和文化活動聯(lián)系產(chǎn)生明顯作用，進(jìn)而對區(qū)域經(jīng)濟(jì)空間格局變化產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。法國佩皮尼昂至西班牙巴塞羅那段高鐵線開通減少在途時間，但加劇區(qū)域空間競爭，巴塞羅那區(qū)位優(yōu)勢以及基礎(chǔ)設(shè)施集中性比佩皮尼昂好，產(chǎn)生高鐵“虹吸效應(yīng)”;使佩皮尼昂成為一個僅擁有一些歷史紀(jì)念館的小城，導(dǎo)致佩皮尼昂的吸引力下降，產(chǎn)生高鐵“過濾效應(yīng)”。便捷高鐵使加州北部和中央谷地區(qū)以及加州南部聚居區(qū)連成一片，讓該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)交流活動異?；钴S。武廣高鐵對以武漢、長沙、廣州為軸的經(jīng)濟(jì)帶迅速活躍起來。

可見，高鐵的速度是影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)格局的重要因素，也是高速鐵路能夠得到迅速發(fā)展的重要原因。根據(jù)國家戰(zhàn)略規(guī)劃，下一步，高速列車將不再滿足于國內(nèi)的快速運(yùn)輸，而是要積極投入到洲際運(yùn)輸?shù)母偁幹腥ィ@使得目前300-350kM的運(yùn)行時速仍顯不足。

輕量化節(jié)能減耗

《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》、《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》（國務(wù)院）、《國家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》和《高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》等突顯了節(jié)能減排已成為國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措。

世界各國采用低氣動阻力設(shè)計(jì)、輕量化設(shè)計(jì)、高效牽引系統(tǒng)、低能耗輔助設(shè)備和能量綜合管理等技術(shù)措施來降低列車能耗，提高列車單位能效。龐巴迪基于能源、效率、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)的ECO4理念，優(yōu)化氣動阻力，減阻12%;采用高效智能化空調(diào)以及廢排余熱利用，節(jié)約能源率達(dá)26%;采用司機(jī)智能化輔助駕駛系統(tǒng)，提高牽引與電制動的效率，節(jié)能高達(dá)15%;整車材料回收率超過95%，整車綜合節(jié)能高達(dá)50%。我國CRH3系列動車組在整車減阻設(shè)計(jì)優(yōu)化、車輛輕量化、長大車體以及高效牽引等方面也進(jìn)行了積極嘗試和工程化應(yīng)用，整車綜合節(jié)能高達(dá)28%。但與國外相比，我國高速列車綜合節(jié)能提升空間巨大，節(jié)能降耗關(guān)鍵技術(shù)的研究與綜合應(yīng)用需系統(tǒng)深入的研究。

高速列車運(yùn)營能耗主要是電能消耗，由牽引能耗、制動能耗、輔助能耗、傳動能耗組成。其中，牽引能耗主要取決于動能損耗、運(yùn)行氣動阻力、牽引效率;制動能耗主要是剎車熱能損耗;輔助能耗主要包括輔助設(shè)備負(fù)載能耗及列車溫度調(diào)節(jié)能耗;傳動能耗主要是輪軌關(guān)系及摩擦磨損造成的能耗。

牽引能耗約占列車總能耗的60%以上。其中，氣動阻力能耗占比重最大，其次是牽引設(shè)備能耗。氣動阻力能耗主要是運(yùn)行阻力中克服空氣阻力引起的能耗，主要與車輛外形、車頭長細(xì)比、車輛截面積、列車編組等因素密切相關(guān)。對于高速列車而言，氣動阻力在運(yùn)行阻力中占主導(dǎo)地位，所引起的能耗與速度平方呈線性增長，不同速度下氣動阻力能耗占牽引系統(tǒng)能耗比重為70%（200 km/h）、80%（300 km/h）、85%（350 km/h）。牽引設(shè)備能耗主要是由于各種電氣元件和機(jī)械元件效率低導(dǎo)致部分能量以熱量形式耗散。

輔助能耗主要是滿足乘客服務(wù)功能的輔助設(shè)備所引起的能耗，主要包括照明、取暖及通風(fēng)等功能。輔助能耗約占列車總能耗的20%。傳動能耗主要是因傳動系統(tǒng)部件的工作效率及其摩擦磨損所造成的能耗，主要包括制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)和受電弓等，其能耗約占列車總能耗的10%。

另外，列車能耗還包括電力供應(yīng)系統(tǒng)損耗是由懸鏈線電阻和變電站能量轉(zhuǎn)換損耗造成，在忽略列車特性和給定供電電壓下，其能耗為定值。

根據(jù)列車運(yùn)營能耗模型，通過能量路徑和能量消耗特征的分析，可以預(yù)見各能耗對象采取相應(yīng)節(jié)能技術(shù)措施后對列車節(jié)能的貢獻(xiàn)率情況。

總結(jié)

新中國成立尤其是改革開放以來，我國制造業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，建成了門類齊全、獨(dú)立完整的產(chǎn)業(yè)體系，有力推動工業(yè)化和現(xiàn)代化進(jìn)程，顯著增強(qiáng)綜合國力，支撐我世界大國地位。然而，與世界先進(jìn)水平相比，我國制造業(yè)仍然大而不強(qiáng)，在自主創(chuàng)新能力、資源利用效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平、信息化程度、質(zhì)量效益等方面差距明顯，轉(zhuǎn)型升級和跨越發(fā)展的任務(wù)緊迫而艱巨。

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式形成歷史性交匯，國際產(chǎn)業(yè)分工格局正在重塑。新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，正在引發(fā)影響深遠(yuǎn)的產(chǎn)業(yè)變革。軌道交通行業(yè)在加大科技創(chuàng)新力度，推動三維（3D）打印、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、新能源、新材料等領(lǐng)域取得新突破?；谛畔⑾到y(tǒng)的智能裝備、智能工廠等智能制造正在引領(lǐng)制造方式變革;軌道交通制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、創(chuàng)新發(fā)展迎來重大機(jī)遇。

隨著軌道交通行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，以及“走出去”戰(zhàn)略執(zhí)行的不斷深入，超大規(guī)模需求潛力不斷釋放，為軌道交通制造業(yè)發(fā)展提供了廣闊空間。各行業(yè)新的裝備需求、人民群眾新的消費(fèi)需求、社會管理和公共服務(wù)新的民生需求、國防建設(shè)新的安全需求，都要求軌道交通制造業(yè)在重大技術(shù)裝備創(chuàng)新、產(chǎn)品質(zhì)量和安全、公共服務(wù)設(shè)施設(shè)備供給和國防裝備保障等方面迅速提升水平和能力。同時，軌道交通制造業(yè)發(fā)展面臨新挑戰(zhàn)。資源和環(huán)境約束不斷強(qiáng)化，勞動力等生產(chǎn)要素成本不斷上升，依靠規(guī)模擴(kuò)張的粗放發(fā)展模式難以為繼，調(diào)整結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效刻不容緩。

經(jīng)過十幾年的極速發(fā)展，我國軌道交通制造業(yè)規(guī)模躍居世界第一位，建立起門類齊全、獨(dú)立完整的制造體系，成為支撐我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要基石和促進(jìn)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要力量。一批重大技術(shù)裝備取得突破，形成了若干具有國際競爭力的優(yōu)勢產(chǎn)品和骨干企業(yè)，使我國已具備了引領(lǐng)軌道佳通行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和條件。但目前與先進(jìn)國家相比，還存在軌道交通制造業(yè)大而不強(qiáng)，關(guān)鍵核心技術(shù)與高端裝備對外依存度高，以企業(yè)為主體的制造業(yè)創(chuàng)新體系不完善;資源能源利用效率低;高端裝備制造業(yè)和生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)發(fā)展滯后;信息化水平不高，與工業(yè)化融合深度不夠;產(chǎn)業(yè)國際化程度不高，企業(yè)全球化經(jīng)營能力不足等問題。

國家隊(duì)先進(jìn)軌道交通裝備制造業(yè)的發(fā)展也提出了明確的要求。要求加快新材料、新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用，重點(diǎn)突破體系化安全保障、節(jié)能環(huán)保、數(shù)字化智能化網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，研制先進(jìn)可靠適用的產(chǎn)品和輕量化、模塊化、譜系化產(chǎn)品。研發(fā)新一代綠色智能、高速重載軌道交通裝備系統(tǒng)，圍繞系統(tǒng)全壽命周期，向用戶提供整體解決方案，建立世界領(lǐng)先的現(xiàn)代軌道交通產(chǎn)業(yè)體系。所有這些目標(biāo)，都需要有更為先進(jìn)的生產(chǎn)和制造工藝作為支撐。

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