動車:火車簡介,概念定義,兩大類型,動力單元,區別車頭,區別車組,單節機車,蒸汽機

動車、全稱動力車輛，是指軌道交通系統中裝有動力裝置的車輛，包括機車和動力車廂兩大類。動車裝配有驅動車輪，而與之相對應地無驅動裝置車輛就是拖車。列車要能在軌道上正常運行，就必須有動車為整列火車提供足夠牽引力，但可以不掛沒有動力的拖車。

動車是安裝有車輪驅動機器設備的鐵路車輛，而不是動車組。不僅高速列車中有動車，所有火車類型的交通工具、包括常速動車組、普速列車、捷運列車、輕軌列車、單軌列車和磁懸浮列車等都有動車。

基本介紹

中文名：動車
外文名：motor car
其它名稱：動力車輛、動力車廂
基本釋義：自帶動力的軌道車輛
主要特徵：車輛設定有驅動力輪
區別對象：無牽引力的軌道車輛

火車簡介,概念定義,兩大類型,動力單元,區別車頭,區別車組,單節機車,蒸汽機車,內燃機車,電力機車,動力車廂,試驗參數,機車構造,牽引方式,動力系統,技術瓶頸,優越性能,兩端動車,相關規定,

火車簡介

概念定義

動車、全稱動力車輛，是指在軌道上運行的擁有驅動裝置、能產生一定牽引力的機車或車廂。動力裝置就是發動機，用於將其它形式能量轉化成機械能，並推動車輪運轉，例如蒸汽機、內燃機或電動機等。相反，沒有配備任何動力裝置、不產生牽引力的車輛就是拖車。一列火車若能獨立正常地行駛，就離不開動車。

兩大類型

動車有兩大類別，一種是單節機車，它們只負責車輛牽引，不具備運載功能；另一種是動力車廂，它們不僅擁有牽引能力，還有運載功能，可以在車輛上運輸旅客或貨物。

動力單元

動力單元是指用至少一節動車和若干節拖車（這裡的若干節一般不超過五節）所組成的短列車。動力單元是一種列車編組模式，實現動車與動車或動車與拖車之間按一定數量比進行組合搭配，使之在長期的作業中提高工作效率、統一編組方式以及適應特定運輸功能。

動力單元其實並不陌生，蒸汽火車就是動力單元最早也是最廣泛的套用。蒸汽機車動力單元由一節蒸汽機車頭和一節以上的煤水車構成。儘管煤水車皮沒有動力，但它是蒸汽機車不可或缺的能源儲備車廂，沒有它，蒸汽機車的動力就無法維持下去，故蒸汽機車需要煤水車組成動力單元。中國標準動車組是典型的由若干動力單元組合形成的列車，每個動力單元配置兩節動車和兩節拖車，並能自由組合形成車廂數量為4的倍數的動車組。廣州市旅客自動輸送系統中的CX100車型車廂，每節車可作為獨立運行的最小單元，兩端設有全自動車鉤，通過全自動車鉤實現快速連掛、自由編組。和諧1G型客運機車由兩台機車構成動力單元。貨運列車也有設動力單元的情況，一般在載重大、坡道陡的條件下，若只靠一節機車無法提供足夠拉力時，就會通過重聯設定動力單元。

區別車頭

動車不完全等同於火車頭。火車頭是指配置在列車兩端、具有控制列車運作功能的軌道車輛。傳統機車是火車頭的主體，它們不僅有牽引裝置，還有一系列的操縱設備，設有司機駕駛室，調控整列火車的主要正常工作。隨著新型火車的出現，一些列車不再將驅動輪安放在火車頭，而是全部安裝在中間車廂內，如中國復興號列車。還有一些列車沒有設計火車頭，只有動力車廂，列車的綜合操作完全由調度中心來控制，如廣州APM線列車。

無論動車是否充當車頭，它都只能實現車輛在同一軌道線內的前進或後退，火車變線導向是由岔道完成的。

區別車組

動車是自帶動力裝置的車輛，不是動車組。動車組是由若干節動車和若干節拖車連掛而成的車組。現今出現了一系列把“動車組”簡稱為“動車”的案例，包括12306官網在內、把D字頭車次標註為“動車”等，這些都是違背專業術語、科學常識和語文詞法的錯誤現象。動車是伴隨著火車與生俱來的產物，任何軌道交通系統都有動車。

單節機車

蒸汽機車

早在1804年，一個名叫德里維斯克的英國礦山技師，首先利用瓦特的蒸汽機造出了世界上第一台蒸汽機車。這是一台單一汽缸蒸汽機，能牽引5節車廂，它的時速為5至6公里。這台機車沒有設計駕駛室，機車行駛時，駕駛員跟在車旁邊走邊駕駛。因為當時使用煤炭或木柴做燃料，所以人們都叫它“火車”，於是一直沿用至今。

早在19世紀，歐洲一些大城市內部已經具備相當規模的鐵路網，火車不但承擔城市、城鄉之間的運輸，也開始承擔市郊、市內甚至下水道里（英國最早的捷運由蒸汽機車牽引）的通勤任務。早期的通勤列車由蒸汽機車牽引，但這種本來在鄉間噴雲吐霧的怪物在城市裡陋習難改，著實讓住在城市裡的人不爽。

內燃機車

汽油內燃機車：1906年美國一個輛動車裝用一台150千瓦汽油機，通過電力傳動裝置驅動。車內有91個座席，還有行李間。

這種動車只用於運輸不繁忙的支線區間。美國在20年代擁有汽油動車數量已超過 700輛。1913年瑞典製成55千瓦電力傳動柴油動車，後來又制出功率為185千瓦同類型的動車，還能掛3～4節附掛車。在20～30年代柴油動車發展迅速，為歐洲、美洲國家和日本所大量使用，有些國家擁有動車數千輛。大洋洲、非洲和東南亞、南亞、中東國家也有使用。這個時期內無論在動力裝置、傳動裝置、走行部、車內設備等結構方面，還是在舒適性（消減振動和噪聲）以及運行速度等性能方面都有很大改進。在動力裝置方面，以內燃機為動力的動車幾乎都採用高速柴油機。它的熱效率比汽油機高，燃料較便宜，每千瓦平均重量較小，功率從100千瓦左右發展到800千瓦左右，運行速度達到每小時140公里。在傳動裝置方面，200千瓦以下小功率動車採用機械傳動，功率大的因變速換擋複雜不易操縱而用電力傳動或液力傳動。20世紀初電力動車已用在電氣化鐵路上。

電力機車

隨著電網在城市裡普及，乾淨的電力機逐步替代了蒸汽機車來牽引通勤列車。但人們很快發現電力機車也不適合牽引通勤列車──實際上，不管什麼機車都不合適牽引通勤列車。

通勤列車站距小而時間敏感度高。如果用機車牽引，因為驅動輪對的粘著係數等技術因素限制，通勤列車只能像長途列車那樣慢慢加速；站距小，還沒等速度加上來又得減速停車了，平均車速很低。列車的編組越大，問題越顯著。工人上班遲到工資會大幅度縮水，工人沒飯吃餓死；資本家逛股市遲到很可能破產，債主逼債銀行家上吊自殺──在工業社會中，時間就是金錢，金錢就是生命。當雖然有以下辦法看似可以解決這個問題，但實際不能實現。

動力車廂

試驗參數

為方便說明問題，暫時取一列100噸的小編組常傳統車（一台40噸輕型電力機車拖四節15噸市內客車，機車所有車輪均為驅動輪）和一列100噸由動車組成的列車（五節一樣的20噸市內動車，每節動車的驅動輪均只承擔一半的單節車廂重量）作為研究對象：

→傳統列車與鋼軌間壓力大小 = 980KN

→動車列車與鋼軌間壓力大小 = 980KN

→傳統列車驅動輪與鋼軌間壓力大小 = 392KN （980KN x 40t / 100t)

→動車列車驅動輪與鋼軌間壓力大小 = 490KN （980KN / 2）

→輪軌動摩擦因數 = 0.1

→傳統列車能獲得的最大靜摩 = 39.2KN （392KN x 0.1）

→動車列車能獲得的最大靜摩 = 49KN （490KN / 0.1）

→（實際極限靜摩擦力比滑動摩擦力略大，本文計算時暫時算做與極限靜摩擦力等大）

→傳統列車能獲得的最大加速度 = 0.392m/s^2 （39.2KN / 100t)

→動車列車能獲得的最大加速度 = 0.49m/s^2 （49KN / 100t)

當傳統列車機車提動的驅動扭矩使進摩達到39.2KN時，傳統列車能獲得0.392m/s^2的極限加速度；而一旦機車進一步提高輸出扭矩，軌道便無法提供更大的摩擦力，驅動輪即開始空轉，無論機車功率多大扭矩多大，進摩已不會再增大，甚至略有降低。

反觀動車列車，直到進摩達到49KN時才會出現空轉，此時動車列車的加速度已經超過傳統列車。

進一步推導和計算可知，最大加速度只由驅動輪承載的重量比例主導。對於市內、市郊通勤動車來說，動車的驅動輪承載的重量一般都會超過全車的一半，而傳統列車的驅動輪承載的重量往往只及全車的1/10甚至更少，實際使用中，加速差距是相當明顯的。

如果你的物理不好，或覺得以上說明過於無厘頭，無法用想明白怎么回事，不妨做個試驗：

穿上溜底的、不防滑的鞋子，找一個你拿得動的重物，再找一處結實、光滑的平面（真冰溜冰場最佳）。試試拖/推著重物起跑（模擬傳統列車，只有機車重量壓在驅動輪上──只有你的體重壓在你的腳上）和背/抱/提/舉著重物起跑（模擬動車列車，所有重量壓在驅動輪──你的腳上），看哪樣加速更快。

動車由早期的電力機車和客運車廂發展而來，所以最早的動車是電力動車，而市內有軌電車即為動車活化石。為了充分利用富餘動力，一些通勤列車動車中間會混編少量無驅動裝置的車廂。動車列車和這種混編列車就是動車組的前身。

在動車組出現前，各節動車都是一個完整的體系，腳踏車即可自力運行和自力運營。動車組出現後，因為某些技術和運營需要，一些供動車組使用的動車的司機室、變壓器、受電弓或者某些控制設備被移到其他車廂，失去自力運行能力，必須與特定的其他車廂搭配組成單元，以單元為單位運行和運營。

中國目前經營動車1000多個車次。

機車構造

動車的結構兼有客車和柴油機車或電力機車的特點。車體、底架和走行部跟客車基本相同。主要差別在於動車車體兩端都有駕駛控制設備和瞭望窗，有一端的駕駛台後面是機器間，內裝柴油機和傳動裝置。底架比普通客車的輕些。功率較小的動車走行部一般只有一個驅動轉向架，另一個與普通客車的相同。電力傳動動車的驅動轉向架上安裝有牽引電動機和車軸驅動齒輪箱。機械傳動動車的驅動轉向架上裝有車軸驅動齒輪箱和萬向軸。液力傳動的驅動轉向架有兩種方式：一種同於機械傳動動車；另一種是將柴油機和液力傳動裝置都安裝在轉向架上，使得結構緊湊。柴油機安裝在車體地板的一個洞內，伸入車體下部。這個伸入部分同前面的司機操縱台之間、同後面的座席之間用隔聲、隔熱牆板隔開，形成機器間，柴油機的輔助設備全都裝在機器間內。這種布置占用車體面積較小。有的動車為了多設座席，採用功率在360千瓦以下的臥式柴油機，並將柴油機、傳動裝置和冷卻器等輔助設備裝在動車底架下部。功率小些的採用機械傳動裝置，功率大的採用液力傳動裝置驅動一台轉向架的車輪；功率更大的用兩套臥式柴油機和傳動裝置分別驅動前後轉向架的車輪。電力動車除車體內設座席外，其他部分與電力機車基本相同，但功率較小。

牽引方式

動車組有兩種牽引動力的分布方式：一種叫動力分散，一種叫動力集中。

動力分散電動車組的優點是，動力裝置分布在列車不同的位置上，能夠實現較大的牽引力，編組靈活。由於採用動力制動的輪對多，制動效率高，且調速性能好，制動減速度大，適合用於限速區段較多的線路。另外，列車中一節動車的牽引動力發生故障對全列車的牽引指標影響不大。動力分散的電動車組的缺點是：牽引力設備的數量多，總重量大。動力集中的電動車組也有其優點，動力裝置集中安裝在2～3節車上，檢查維修比較方便，電氣設備的總重量小於動力分散的電動車組。動力集中布置的缺點是動車的軸重較大，對線路不利。

動車的技術發展主要表現在功率、速度和舒適性的提高、單位功率重量的降低以及電子技術的套用等方面。動車組今後還將不斷發展，特別是世界各國正在發展市郊鐵路與地下鐵道過軌互通，構成城市高速鐵路網，動車組在其中將會起到主力軍的作用。

動力系統

把動力裝置分散安裝在每節車廂上，使其既具有牽引力，又可以載動車客，這樣的客車車輛便叫做動車。而動車組就是幾節自帶動力的車輛加幾節不帶動力的車輛編成一組。帶動力的車輛叫動車，不帶動力的車輛叫拖車組。動車組技術源於捷運，是一種動力分散技術。一般情況下，我們乘坐的普通列車是依靠機車牽引的，車廂本身並不具有動力，是一種動力集中技術。而採用了“動車組”的列車，車廂本身也具有動力，運行的時候，不光是機車帶動，車廂也會“自己跑”，這樣把動力分散，更能達到高速的效果。作為一種適合鐵路中短途旅客運輸的現代化交通工具，動車組的分類有多種：按照傳動類型，可分為電動車組和內燃動車組；按照動力形式，可分為動力集中型和動力分散型；按照傳動方式，又可劃分為電傳動和液力傳動兩種類型。由於動車組可以根據某條線路的客流量變化進行靈活編組，可以實現高密度小編組發車以及具有安全性能好、運量大、往返不需掉轉車頭、污染小、節能、自帶動力等優點，受到國內外市場的青睞，被譽為21世紀交通運輸的“新寵兒”。內燃動車組通常兩端是動力車，部分帶客室。國內常見的動車組都是這一類的，如神州號，四方廠、唐山、戚廠、長客的動車。電力動車組分為動力集中型和分散型，兩年前的DDJ1和藍箭就是動力集中型。而春城號和中原之星是動力分散型。通常的電力動車組都要由客車廠家、使用單位和株廠或株所聯合研製。

技術瓶頸

一，增大電力機車功率。

否定原因：在當時，小功率電力機車尚屬於高新技術，大功率電力機車只存在於科幻中。

二，多個電力機車牽引。

否定原因：機車之間無法聯控，難以協調操作，頻繁的加減速一旦操作不當造成前堵後擁──脫軌去吧。

三，減少車廂。

否定原因：這其實是變相實現前兩條，但鐵路公司不乾──一旦速度加起來，不需要繼續加速時，機車的牽引能力就會大大富餘，又不能把司機座賣給乘客收票錢，鐵路公司運營成本大大增高。

其實，即使前面兩條技術上能實現，也會被第三條的經濟規律卡下來──資本家不做虧本買賣。矛盾客觀存在，乘客和鐵路公司鬧彆扭解決不了問題，於是有人動起了腦筋，把機車拆散，組裝到列車中的各節車廂上，每節車廂都有了機車的自力行駛功能──動車誕生啦！

優越性能

跟用機車拖動普通車卡相比，動車組的優點是：

動車組在兩端都有駕駛室，列車掉頭時無需先把機車在一端脫鉤後再移到另一端掛鈎，大為加快運轉的速度。同時亦減少車務人員的工作及提高安全。（機車亦可以用推拉操作達到一樣的效果）。

動車組可以容易組合成長短不同的列車。有些地方的動車組會先整成一列，到中途的車站分開成數截，分別開向不同的目的地。

當中動力分散的動車組以下的優點特別明顯：

動力效率較高；特別是在斜坡上。動車組車卡的重量放置在各個帶動力的車輪上，而不會成為拖在機車後面無用的負重。因為同樣的原因，動車組上的動力軸對路軌黏著力的要求較低，每軸的載重亦較少。因此選用動車組的高速鐵路路線，對路線的土木工程及路軌的要求都較為低。

電力動車組因為有較多的電動機，所以再生制動能力良好。對於停站較多的近郊通勤鐵路、地下鐵路，這優點特別明顯。因為動車組運轉快、占地小，行走市郊的通勤鐵路很多都是動車組。輕便鐵路、地下鐵路使用的亦幾乎全是動車組。

動車不但能開動，而且動車和由動車組成的列車的加速能力遠遠高於傳統列車。以下文字試圖說明為什麼車輪驅動的動車加速比傳統列車快──某些BT動車（比如下圖的日本蒸汽動車）和某些編組BT的傳統列車（比如一個調車機加一節平車）被排除在外，噴氣推進車輛/列車、直線電動機車輛/列車等不是由車輪驅動的也顯然被排除，僅就一般情況而言。

對於鐵路車輛/列車，軌道為驅動輪對提供向運行方向的前進摩擦力（下文簡稱進摩），為非驅動輪對提供與運行方向相反的阻礙摩擦力（下文簡稱阻摩）。車輪發生空轉前，輪軌之間是滾動摩擦，車輪踏面上與軌道接觸的部位和軌道上與車輪踏面接觸的部位不發生相對位移，因而在計算時可視作靜摩擦。

在車輪與軌面之間就發生滑動之前施加在車輪上的驅動扭矩由小到大逐步增加，進摩也隨之增大；而當施加在特定車輪上的扭矩大到超過軌道能為此車輪提供的靜摩擦力時，車輪與軌面之間就會滑動，車輪開始空轉，進摩幾乎變成定值──這個滑動摩擦力僅由輪-軌壓力和輪、軌自身的物理特性相關，而不再隨驅動扭矩的增大而增大。

當進摩大於阻力時，車輛/列車速率增加（由靜止起步或越跑越快）；當進摩等於阻力時，車輛/列車速率不變（或停著不動）；當進摩等小阻力時，車輛/列車速率減小（直到停止）──在非高速狀態下，阻摩在車輛/列車運行時的阻力中占主導地位，直接影響阻力大小。

大部分動車所有輪對都是驅動輪對，剩下的小部分中的大部分，驅動輪對也占到全車輪對總數的一半或更多，也就是說，絕大多數動車全部或大部分重力壓在驅動輪上，而傳統列車只有機車的質量壓在驅動輪上──一般機車重力在全列車中只占小頭，其餘全是累贅。

兩端動車

首尾動車是一種常見的火車牽引模式，即在列車的兩端各配置一台動車，可細為重聯和動車組兩種。

重聯主要針對貨運列車，在超長貨運車列兩端各掛一台機車，不僅能解決單節機車牽引力不足的問題，還能在折返線區間減少作業流程。在蒸汽機車時代，這種首尾機車重聯方式比較常見，因為那時的機車功率較小。

動車組服務於客運列車，除了復興號等極少數車型沒有在列車兩端設計動力裝置外，無論是動力集中型還是分散型動車組，所有的動車組都至少要在車組兩端同時配備機車或動力車廂，以“前拉後推”方式運行。當列車抵達終點站時，無需更換車頭即可實現原路返回或反向變軌。高速列車和城市軌道交通列車幾乎全是動車組。

動車