第八十六期×高鐵的奇蹟

最新 06-24

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記得退休前的出差，採用的交通方式大多是飛機加汽車，因為時間很重要，要麼打車，要麼租用帶司機的商務車，要麼客戶派車來接。如到美國去，單程十幾個小時，一個人坐著，好悶，盼著到達目的地，能睡覺是最美的了。汽車，坐的太多了，時間長了有些煩躁。

隨著退休，隨著我國交通的發展，我的時間不那麼緊了，我的出行交通方式發生了一些改變。只要可能，我都乘高鐵或動車。

因此，我對高鐵和動車發生了濃厚的興趣，開始問自己一些問題，火車的提速，有哪些技術問題要解決呢？我國近些年來在那些方面做了努力才取得如此飛速的發展呢？

美國和中國的國情不同，交通發展的歷史與基礎不同，形成了不同的交通體系。美國是航空運輸和汽車運輸發達，而鐵路交通則顯得稍弱。私人轎車相對於人口的比例則大大高於中國，它的公路發展的非常便利，公路運輸相對發達。中國人口眾多，工業底子薄弱，原來的私人汽車很少，公路也不發達，加上春運的現象特殊，所以高鐵就是應運而生了。

通過請教網路老師，就幾個問題學習了一下，有了一點答案，與大家分享。

軌道

首先是軌道，最初鐵軌每25米一根，兩根之間是接縫，所以火車開行起來總是「咯噔，咯噔」地響個不停，尤其是夜裡睡在卧鋪車廂里，聽著響聲很難入睡。我國的高鐵速度達到每小時300公里，動車達到每小時200公里，如果用同樣的鐵軌，其響聲的頻率是原來的兩倍到三倍，車體的震動也很大。

現在的鐵軌每一百米一根，在工廠先焊接成500米一段，到了現場再把他們焊在一起，在幾百公里的行程中甚至沒有一個接縫。我國的焊接大師，清華大學的潘際鑾老先生對焊接做出了卓越的貢獻，使得兩根鐵軌之間的焊接就像是一根鐵軌一樣，鐵軌的質量提高了很多，焊接質量也提高了，沒有了接縫發出的聲響，整體軌道的平整度也大大提高了，所以，在飛快運行的高鐵的座位上放上一個裝滿水的杯子，也不會灑出來，立著的一枚硬幣也不會倒下。

潘際鑾院士照片

這麼長的軌道，如何解決熱脹冷縮的長度變化呢？我們把鐵軌固定在枕木上，在四季溫度變化不大的我國南方，由鐵軌本身吸收應力的變化，而在四季溫度變化較大的北方，則在一定的長度上安置接扣，定期釋放應力變化。

動力

原來的火車動力在車頭，由燃煤的蒸汽機車，改進為燃油的內燃機車，再改進為電力機車。現在的高鐵和動車，不僅車頭有動力，中間的某些車廂也有了動力，使得火車速度更快，行駛更平穩。我們的高鐵或動車，四節一個單元，八節一個單元，在一個單元上配備相應的動力，形成模塊化的組合，使得車廂的配備更為合理。

IGBT

IGBT是高鐵電機控制部件裡面的核心器件，它需要承受高壓大電流的負荷，以前我們只有靠進口才能得到這種符合要求的器件，如今這種器件已經完全實現了國產化，所以高鐵的動力系統已經由我們自己來設計製造了，這種在高潔凈度的車間里製造出的器件，名列世界前茅。

減震器

減震器是使得我們的高鐵和動車行駛平穩的重要一環，其中Sedondary Suspension (次懸掛）就是橡膠材質的減震墊，我們稱之為空氣彈簧，經過研製橡膠的配方，使得這種輪胎式的空氣彈簧既能承載列車的重量，又具有符合要求的彈性，起到緩衝軌道傳給列車的震動的作用，這也是杯中的水不灑出，立著的硬幣不倒的原因之一。

註：圖中，permanent magnet motor 永磁電機，wheel 輪子，primary suspension 主懸掛，secondary suspension 次懸掛。

供電網與受電弓

供給高鐵和動車的電力網電壓為2.5千伏單項交流電，經過受電弓取電通過變壓和調整使得火車得到需要的三項交流電，當然供電網和受電弓之間的接觸在每小時300公里的高速下，要始終緊緊地「握手」，如果稍有不良接觸，列車就會有瞬間的失去動力。所以，高鐵設計和製造的工程師們想盡了一切辦法，解決了難題，保證了高鐵的電力供應。

另外，如果一列高鐵或動車有幾處從供電網取電，它們的電壓和相位稍有差別就會形成短路，所以他們把不同的動力單元，全然隔開絕緣，「各自為政」就解決了這個問題。