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擺式列車的原理是什麽?

以日本為首的許多國家修建新的鐵道線路,但是也有的國家利用原有的線路,使用“擺式車廂”,也實現了鐵路高速化。在高速鐵路的彎道上行駛,由於列車受到離心力作用,使車輪的輪緣靠緊鐵軌,產生強烈的摩擦,甚至還要擠動外邊那根鐵軌向外移動,嚴重時會引起脫軌並使列車傾倒。為了列車安全,彎道處外側的鐵軌必須加高(叫“外軌超高”),以使車廂產生向心力,抵消離心力作用。

另外,列車速度越大,彎道的“曲率半徑”就要越大(也就是彎道的彎度越小)。所以為提高列車速度,需要修建新的鐵道線路。

鐵道軌距為1435毫米,稱為標準軌距。凡是軌距大於1435毫米的稱寬軌,如印度等國的鐵路軌距為1676毫米,西班牙和葡萄牙采用1617毫米軌距,凡軌距小於1435毫米的稱為窄軌,如南非、我國臺灣等國家和地區采用1067毫米軌距。

原有窄軌鐵路,曲率半徑小,“外軌超高”不大,是不能通過高速列車的。反過來,若是列車以低速通過彎道,“外軌超高”太大,列車有可能向內傾斜,甚至傾覆(特別是窄軌更危險)。這可怎麽辦?人們采用擺式車廂來解決這壹矛盾。

世界上第壹列擺式電動車組是英國鐵道科學研究中心從1965年開始,花了15年研制成功的。當列車在彎道行駛時,車體能自動向曲線內側傾斜而抵消離心力的作用,使乘客感到平穩和舒適。當列車在直道上行駛時,車體又恢復了原狀。

現代實用的擺式高速列車已得到各國的青睞。瑞典、意大利、西班牙、法國等國家都進行了長期研究,其中瑞典X2000型擺式高速列車尤為先進,在瑞典成功地運行多年,許多國家都積極引進這壹技術。

這種列車前面是電動車和控制車。當控制車進入彎道區域,車上的兩個“加速度儀”就測出了離心加速度,知道進入了彎道。控制車上的主控計算機對速度和距離進行計算,算出車體應傾斜多少。它發出指令給每個車廂上的受控計算機。各車廂受控計算機再發出控制信號,控制這壹車廂車體傾斜。原來,車體是支撐在壹個整體支架上,它又是支撐在“轉向架”上。控制信號驅動壹種叫“驅動系統”的裝置,使“轉向架”帶動車體傾斜。

利用傳感器、電腦、控制驅動裝置實現列車擺動,這叫有源擺式列車。它的性能好,但是,技術要求高、維修和運用成本高。

有壹種無源擺式列車,不用動力裝置,結構比較簡單、技術要求低些,成本低、可靠性及可維修性好。但是這種無源擺式列車,擺動幅度較小,對離心加速度的補償作用只有50%以下;另外它的擺動中心與擺動體重心不重合,使乘客會感到橫向移動。無源擺式列車在日本、西班牙和瑞士已有成功的運用。

這完全是利用高技術實現列車自動擺動的。為了列車安全、舒適,還有許多很復雜的設備,所以造價很高。壹列擺式高速列車需幾百萬美元,但它能在低速列車線路上完成高速行駛。擺式列車技術日趨成熟,可靠性在增加,它不但在現有線路上提高速度方面,而且在高速線路上提高舒適性方面,降低造價都有特殊作用,所以未來的前景是非常美好的。

瑞典計劃2003年前,將在6000千米的鐵路幹線上開行X2000型擺式列車,日本鐵路在新開發的300X列車上也應用這壹技術。