磁悬浮列车文献综述

磁悬浮列车文献综述

磁悬浮列车文献综述

高速磁悬浮列车的轻量化设计

摘要

当今的高速列车运行速度为200至320公里每小时，磁悬浮列车为400到

500公里每小时，而轮轨式列车的世界纪录为515公里每小时，磁悬浮列车为552公里每小时，只有当轻量化设计系统利用时才能达到这个速度，低轴重对基础装置的使用寿命至关重要，较低的整体重量对减小制动力和制动效率也是必要的，列车配置对座椅舒适度的影响也是相当明显的，对于给定配置的列车，尽管为了满足强度、刚度、消音等要求而增加额外的质量，但最后仍要强制性地轻量化设

计，与许多高速列车相比，如TGV复式，Talgo摆式，ETR500，Pendolino WMCL以及ICN等，磁悬浮列车TR08的特殊性就在于乘客的乘坐安全性，并且属于耐撞车辆的，因此未来的发展趋势显而易见。

简介

钢轮钢轨之间的相互作用是导致轨道列车的滚动阻力比橡胶轮胎与路面的

滚动阻力低5—10倍直接原因，这为单一机车牵引重载列车提供了可能性，在大量铁路干线中很少要显示坡度超过25‰的，在此基础上还有两个事实，铁路客车的皮重对长途大运量线路影响不是很大，而陡坡山区的铁路和频繁停车和加速的通勤服务车，轻量化设计却显得尤为重要。当长途列车速度增加时，其他因素将变得更加重要。首先，动态负荷对重载轴具有负面影响，另外，列车需要尽可能大的功率因数以至于能保持一个最快速度等级的加速度。这就意味着，即使高速列车需要更强大的发动机，更有力的刹车系统，更好的声音衰减设备等，但对于高速列车，轻量化设计依然很必要。

轻量化概念设计

一列典型的长途列车一般设计1000个座位，由14至16节车厢组成，每节

车厢长26至27米、重50到60吨。动力为6000—8000KW的电气机车，重量将增至80到90吨。

图1 列车轻量化设计

在非电气化线路上列车应至少有两台内燃机车，以确保列车具有两个相同性能。这将导致列车相当于每个乘客座位重达900—1000kg，或相当于中档车辆重量的两到三倍。咋一看到这种比例将会感到十分惊讶，但考虑到这种列车的高舒

适度就不会觉得那么糟糕了，例如，每位乘客在火车上有2—3m3的空间，与不足1m3空间的汽车相比，四处走动、有厕所或酒吧等都是有可能的。

图2 标准长途列车铝合金壳体的炮弹型“钢结构设计”

然而，铁路工程师对搜集到的轻量化设计可能性进行分析，提出两个重要的部件，转向架和主机壳体，这两个部件的重量占车辆总重量的50%以上。

一个对减轻重量有讲究的概念设计，是建立一个铰接列车组成的双数机构，每个标准车厢的中部的每一个关节都有独立的传动装置来取代转向架。由于短车身的自然弯曲频率远大于长车身，所以车轴数和车体刚度都能减半，这两个概念上的变化将导致每个座位的重量比小型化的原件或材料用于轻量化设计之前轻80kg左右。

图3 铰接摆式列车TALGO的大型挤压设计

另外一种概念变化是以双层车厢来取代单层车厢，从而9辆双层车厢座位数就等于14两单层车厢的座位数，这将使每个座位减轻170kg的重量，也可以采取两种方案相结合的设计。

图4 芬兰国家铁路的双层列车

两轴转向架支持一个关节和一个独立双层车体组合的车辆长度约为18m，在这样的配置下，一列1000个座位的列车只需要12—13两双层车厢，与传统车厢相比，每个座位的重量将控制在260kg以下。

图5 TGV复式列车（铰接式双层列车）

结构的轻量化设计

把铝材用于铁路车辆轻量化设计已经有一段历史，而目前也用到了铝合金材料，与早期相比，现在着重发展新技术是非常有价值的。在进行铁路车辆生产之前与汽车生产做一个简单比较也是相当有意义的，汽车产业在不断研发、生产和销售不同款型的车辆，且没款车的产量都数以万计，其前期成本非常昂贵（百万欧元到几十亿欧元），但批量生产成本相当低，在车辆制造业中，车队所有者非常希望能与中标者研发并生产指定规格的车辆，批量的大小是在小于100到最佳的1000单位左右，并以1—2个单位每周的生产速率生产。这样的小系列化不能为巨大的前期投入提高空间，甚至卖给顾客的产品原型都必须可升级为系列化配置，从而前期成本为15—25万欧元，但单位生产仍然很高。

飞机轻量化技术在车体上的应用

欧洲最早设计的两款高速列车的铰接机构的极端轻量化设计都运用到了飞机轻量化技术，即TALGO和TEE。