试论高速铁路机车车辆关键技术

胡喜斌

摘要：随着社会经济的发展，工业化进程逐步加快，人们对于交通运输方式也提出了更高的要求，迫切需要速度快、安全舒适的交通运输方式，由此产生了高速铁路这种运输方式。高速铁路作为现代化先进的铁路技术，其不仅推动了我国交通运输行业的发展，同时对于其他产业和技术发展也起到了推动作用。基于此，本文就高速铁路机车车辆关键技术展开研究，首先阐述了高速铁路机车车辆技术，其次对其关键技术进行了深入分析，以期能够为高速铁路机车车辆优化完善奠定基础。

关键词：高速铁路;机车车辆;关键技术

中图分类号：U238                                       文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）07-0217-02

0  引言

高速铁路行业发展迅速，为社会经济发展和人民生活水平提高起到了促进作用，高速铁路机车车辆技术的应用为机车车辆运行安全提供了保障，而牵引系统功能和性能的正常发挥、外形设计的合理性等方面都会对列车安全运行产生影响。因此，需要加大力度研究高速铁路机车车辆技术，以保证列车运行稳定、安全，提高高速铁路运行质量。

1  高速铁路机车车辆技术概述

随着科技的发展，我国高速铁路机车技术发展迅速，以往的铁路机车动力一般为蒸汽机，转化效率较低，速度也比较慢。但是，当前牵引方式出现了变化，从蒸汽机转变为电力、内燃机形式。对于当前实际情况来说，铁路机车所使用的电力牵引较多[1]。而电传动是将外部输入电能或自身能源利用整套电源转换和传递装置实现电能和机械能转换，进而实现驱动牵引机的前进。通过电传动装置使用的牵引电机类型中，交流电机传动可以分为交流同步电传动和交流异步电传动这两种。

2  高速铁路机车车辆关键技术

2.1 复合制动

高速列车制动系统从技术上已经能够实现复合制动，其能够缩短列车的制动距离，提高安全性，高速下列車也不会发生车轮滑行现象，同时也能够降低制动系统的簧下重量。复合制动系统包括两部分：

①列车制动。

该部分是由计算机控制电气进行指令式制动和摩擦制动，在制动过程中，通过动力制动系统可以统筹协调动力、空气完成制动。根据列车自动控制和司机手动要求完成列车的自动、缓解等作业。不同制动方式彼此组合或是实现无缝衔接不仅可以使列车安全运行，同时也能够保证列车舒适性。一般拖车需要空气制动，司机将制动指令送达到拖车电空转化阀中，通过中继阀实现高速列车的制动、缓解[2]。

②基础制动。

盘形制动机作为高速列车中应用最广泛的一种基础制动方式，制动盘和闸片所承受的热负荷很大。对此，注意制动盘和闸片强度的控制，缓解热裂纹，并降低制动盘重量，通过减少高速转向架簧下重量，使基础制动可以帮助制动系统消散热量，也能够减少其气流损失。

2.2 牵引传动

①高速列车中的牵引传动装置运行时需要大额定输出功率作为支撑，并使用轻量的牵引电机，以便维修保养，提高其环境适应性，也更容易控制速度，同时，还需要保证电机转矩速度符合要求，抑制空转，增强粘着性，使电机不会出现转向现象，也不会损耗电气、机械等[3]。

②交直交变流系统能够通过整流将单相交流电转变为直流电，并通过逆变器对将其转变为调频调压三相交流电，应用在交流牵引机中。当前高速列车中应用的交流传动系统以及工业变流装置的调速区间更大，控制范围更广，能够实现迅速动态响应，电压波形输出质量更佳，牵引以及再生制动可以完成频换转化，在效率、可靠性、重量、体积、防震性等方面都有明显的优势[4]。

③牵引电机悬挂和传动方式。传统牵引电机采取的是抱轴式，该方式中的车轴承担着单机全部重量，簧下质量大大增加，导致轮轨振动，影响电机工作。高速列车牵引电机一般应用的是万向轴或车体悬挂式、架悬式等。

2.3 轻量化技术

①车体。

车体要想实现轻量化，其需要使用新材料，并进行结构优化设计。传统车体一般采用碳素钢作为主要材料，由于需要预留大量的腐蚀余量因此导致本身重量大，使用寿命补偿。当前，高速列车在设计车体时一般采用铝合金挤压型材或不锈钢材料，本身无涂装修饰，也无需进行维修，其中前一种材料是高速列车车体主要使用的材料。车厢内的设备材料一般为高分子非金属材料，减重效果较好[5]。

②转向架。

转向架重量在车辆自重中占据了20-30%。高速列车中，转向架要想实现轻量化需要优化其结构，轻量化结构中，无摇枕结构采用H型钢板焊接，取消了端梁，利用空性车轴和小型车轮，采用铝合金齿轮箱、交流牵引电机、空气弹簧技术等等达到轻量化设计。

2.4 高性能转向架技术

高速转向架需要保证运行稳定、舒适、安全等特征，确保高速列车安全运行。

①一系悬挂系统中，其轴箱定位刚度以及簧下质量影响着直线运行稳定性能。

②二系悬挂系统中，空气弹簧属于主要部件，可以解决车振问题，尤其是垂直振动以及舒适度的问题。空气弹簧设计膜式的变化促使节流孔也逐渐实现了可变式。无摇枕转向架中，减少了弹簧的横向刚度，水平变位不低于100mm，弹簧设计也有差异[6]。

③有源控制系统中，高速列车在稳定平稳等方面存在彼此牵制现象。在进行参数选择时，无法得到最佳的匹配系统，在确定轴向定位时，直线运行的稳定性和曲线运行的通过性二者存在矛盾，弹簧参数的相对位移与平稳性能二者也有矛盾，利用主动有源控制能够使转向架动力性能在复杂的环境中实现随机应变，可以解决列车运行中出现的横向振动现象，提高其运行舒适水平。

2.5 控制检测诊断技术

该技术主要是控制检测列车运行安全性，使车辆能够根据司机操作被有效控制，协调行车命令以及相关作业。司机能够及时发现故障并采取措施，保证网络通信传输顺利。

①控制技术。

一方面，通过列车主动单元对列车进行控制进而执行任务，控制信息使其能够传送至车辆计算机节点上，对其他列车进行联动控制，完成自动牵引控制，对制动力进行科学分配，使拖车开关得到控制，收集信息并显示诊断状态，发生通信故障司机要紧急制动列车，保证安全[7]。另一方面，控制列车车车厢，车厢总线控制能够对牵引单元进行控制，并对电气参数进行检测、连锁等，对变流器、司机室空调装置、轴温进行控制，也能够对电机和辅助的变流器进行控制，同时也掌握计算机运行状态。

②检测诊断技术。

该技术主要是用于对一些信息进行收集整理的，可以识别部件的磨损程度，并记录一些偶然出现的故障情况。若是系统发生故障，显示运行方式能够将故障维修方式逐一排除，在一定程度上可以提示紧急制动信息。该系统包括部件诊断、单节列车诊断以及整个列车诊断三个层次，在對诊断结果进行平行处理后，需要将指令传给列车进行控制，行车过程中或是在进行列车检测维修时需要将列车诊断结果存储在数据库内，保证维修顺利。司机驾驶部位的屏幕上会显示出诊断结果，确定故障位置，维修人员通过便携机了解诊断结果。

2.6 空气动力学技术

该技术主要涉及了运行列车表面、会车、隧道列车表面等方面的压力。在列车头部位，车头由于不同的流线设计能够起到减轻空气阻力以及压力波的作用，使尾部涡流有所改善，降低会车时产生的压力波值。车头在设计上要确保长细比够大，这样才能够尽可能多的降低阻力，但是相应的制造难度以及制造成本也会有所提升。车体在设计时，其设计重点在于表面需要保证光滑平整，车厢连接也需要平滑过渡，尽量使空气阻力、会车使得压力波以及气动侧相力降低[8]。高速列车的车体一般采用的是横截面形状，多表现为腰鼓形，这种形状可以降低空气压力，车底设计需要具有封闭外罩，这样能够使紊流减少。

2.7 受电弓技术

受电弓书需要保证弓头轻量，追随性能好，空气动力特征良好，与接触网参数的匹配更佳，具备受流性能，离线率也有所下降，能够做到双向运行，并保护导线。

2.8 车间连接技术

车辆连挂之后，传统车钩顺着中心线间隙量最高超出值为30mm，这一距离无论是在列车启动制动方面还是在列车调速方面都会出现一定程度的加速度现象和较大的冲击力，对列车稳定运行产生不良影响。因此，当前高速列车在连接上其间隙一般不超过2mm，上下、左右的偏移也比较小，可以保证列车稳定性。

2.9 列车倾摆技术

列车在进行曲线运行时，其车体若是出现曲线内倾摆现象，这就说明需要加入曲线外轨超高，这样才能够使列车通过曲线速度提升但是不会对列车运行舒适度产生影响。摆式列车中，拖车与尾车均具备有源式车体倾摆，列车受到电液控制作出倾摆动作，在计算机监控状态中每节列车的倾摆都属于闭环调节控制，各转向架内光学传感器能够测试车体实际摆角，并将其传输至调节器内，之后传给伺机服阀，对液压油流向进行控制。

3  结束语

综上所述，高速铁路机车车辆关键技术在不断发展中也实现了持续创新和优化，各个学科互相渗透、交叉，形成了最终成果，其在铁路行业中综合集成了各种高新技术，为我国铁路机车车辆的现代化发展起到了积极的推进作用，对于高速铁路的发展十分重要。因此，我国需要加大力度研究高速列车关键技术。

参考文献：

[1]周宏.探究我国铁路机车车辆装备技术的未来发展[J].数码世界，2019（009）：276.

[2]胡英杰.铁路机车车辆运行故障监测诊断技术[J].商品与质量，2020（002）：177.

[3]赵天舒.智能高速铁路发展探究[J].科技创新与应用，2018.

[4]田栋栋.探究铁道机车车辆的减速器设计方式[J].河北农机，2019（11）：78.

[5]苏伟玥，张建，SU，等.抓好基础管理提高铁路机车车辆质量的研究[J].价值工程，2018，37（01）：47-48.

[6]李和平，严霄蕙.70年来我国铁路机车车辆制动技术的发展历程[J].铁道机车车辆，2019.

[7]侯茂锐，方兴，胡晓依，等.高速铁路轮轨关系综合信息管理系统设计与应用[J].铁路计算机应用，2018，27（05）：32-37.

[8]董文哲，郭晨曦，杨斯泐.高速铁路智能牵引供电系统研究[J].铁路计算机应用，2018，027（011）：43-47，55.