擺式車體客車

擺式車體客車（pendulum body car）車體可以隨運行時所通過的線路曲線半徑和列車速度的變化作相應的側向擺動，使作用在車體的離心力與其重力的分力達到平衡狀態的客車。這種客車通常在高速列車中運用。

基本介紹

• 中文名：擺式車體客車
• 外文名：pendulum body car
• 首次試驗：20世紀30年代
• 制動方式：再生制動和磁軌制動
• 地點：美國
• 作用：旅客感到舒適

概述

列車在曲線上行時，由於離心力的作用，車輛向外會產生很大的側向衝擊，不但使旅客感到不適，還會使車輛發生傾斜、甚至有顛覆的危險。這種側向力的大小與列車運行速度的平方成正比，與曲線半徑成反比，由於限制了列車通過曲線時的速度。要克服這個問題，最好的辦法是新修客運專線或徹底改造舊線，將曲線取直。但這樣做投資大，周期長。因此，在利用既有線路並保留一定小半徑曲線的條件下開行高速列車時，應都採用擺式車體客車。

發展概況

早在20世紀30年代美國就用擺式車體車輛進行了首次試驗。在50年代和60年代，歐洲特別是法國、義大利、德國和英國進行了一系列的試驗。但投入商業運營則很晚。歐洲首次投入運營的是1979年由義大利製造的“Pendolino”列車和1980年在西班牙投入商業運營的“Talgo pendular”列車。進入80年代，擺式車體列車迅速發展，又有更多的列車投入運營。90年代，歐洲的擺式車體列車已被視為“時尚”，並在六個國家（德國、西班牙、芬蘭、義大利、瑞士和瑞典）運行，還有一些國家（克羅地亞、法國、挪威、波蘭、葡萄牙、羅馬尼亞、英國和捷克）計畫採用。

義大利菲亞特公司於1974年試製出ETR 401型擺式車體電力動車組，以後又陸續試製出ETR 450型、ETR 460和ETR 480型動車組用於羅馬—佛羅倫斯高速線上，以後還計畫用於新線上。客車車體的傾角8°，通過曲線時的速度比一般列車能提高20﹪，在直線上最高運行速度可達250 km/h。瑞典ABB公司製造的X2型擺式車體動車組，1989年用於斯德哥爾摩一哥德堡幹線，最高行速度為200km/h。更先進的X2000型擺式車體列車列車1990年投入運營。西班牙的 Talgo型擺式車體列車用於西班牙的11條鐵路線上，運行時速為160km，最高可達到200km。德國是套用擺式車體列車最廣泛的國家，凡開行時速達到160~250 km的旅客列車都採用擺式車體客車。計畫2000年全德6 600km的線路上將行駛新造擺式客車120列，成為歐洲擁有擺式車體列車最多的國家。中國第一條準高速鐵路——廣深鐵路自1994年開通後，取得了較好的效益，為進一步提高廣九線（廣州—深圳—香港九龍）的運輸能力和吸引力，廣深鐵路股分有限公司於1998年4月從瑞典ABB戴姆勒—賓士交通公司引進了“新時速”擺式車體列車，全列車總長（包括機車共7節）165m，列車總重365 t，總座席數415個，最高運行時速210 km，車體最大寬度3 080 mm，車頂距軌面高度4 3000mm，接觸網電壓25 kV，最大持續功率3 260 kW，採用再生制動和磁軌制動的組合制動方式。

提速原理及車體傾斜控制方式

列車在曲線段運行時的允許最高速度與最大外軌超高、允許欠超高、允許過超高和曲線半徑等參數有關。外軌超高是為了產生一個向心力以平衡列車在曲線段運行時產生的離心力。當向心力小於離心力時則產生欠超高問題，欠超高過大，旅客將感到不舒適；而向心力大於離心力時則又會產生過超高問題，過超高將引起曲線上內側輪軌的磨耗增加。在客貨混跑的既有線上，為了使運行速度較低的貨物列車在通過曲線段時不出現大的過超高，需要減小外軌超高值，但旅客列車高速通過曲線段時就出現較大的欠超高。解決這一問題的傳統途徑是採用大半徑曲線或旅客列車在曲線限速運行，另一途徑是採用擺式高速列車。擺式車體客車在曲線段運行時可自動向曲線內側傾斜，傾斜度在3°～10°之間，擺式車體客車的傾斜量相當於增加了一個附加的外軌超高量，使車體的橫向加速囊減小，解決了列車通過曲線段時限速以及因欠超高過大而引起的乘坐不舒適問題。

擺式車體客車的車體傾斜有強迫傾斜(又稱主動控制)和自然傾斜(又稱被動控制)兩種方式。義大利的ETR450～480和瑞典的X2000屬於強迫傾斜方式。

在採用車體強迫傾斜方式時，車體旋轉中心位於車體重心附近，在客車通過曲線段時，根據安裝在轉向架上的加速度儀的指令，用伺服電機、液壓或氣壓，使車體傾斜控制裝置產生動作，強迫車體向曲線內側傾斜，最大傾斜度為8°～10°。如瑞典擺式車體客車安裝了一個由微機控制的液壓式車體強迫傾斜系統，車體傾斜控制裝置加速度儀安裝在列車運行方向的第一根車軸上，能根據曲線半徑的大小自由地進行車體的傾斜控制，當車體傾斜達到8°時，離心力的70%可得到平衡。

西班牙的Talgo和日本的381系電動車組屬於自然傾斜方式。在採用車體自然傾斜時，車體旋轉中心位於車體上方，在客車通過曲線時，離心力使車體自然向曲線內側傾斜，最大傾斜度為3°~5°。

優點

擺式車體列車是目前國內外投入商業運營不久的新產品，從實際運營的情況看，具有以下一些優點：

1．以較快的速度通過曲線。擺式車體列車最大優點是可以大幅度提高列車曲線通過速度，實現全程提速。擺式車體列車與現有普通列車的最大區別在於，當列車進入曲線地段運行時，根據列車速度、曲線半徑和輪軌作用力大小等情況，動力車上的微機網路系統向列車發出信號，給出車輛應傾擺多少、什麼時間開始傾擺等指令，並通過安裝在車輛上的特殊裝置向內側傾斜，抵消離心力的作用，使列車可以較快速度通過曲線，有效提高列車的全線運行速度。

2．旅客感覺舒適。擺式車體列車在曲線上運行時，乘客也會由於列車在曲線上的自然適度傾斜而感覺舒適。

3．提高經濟效益。擺式車體列車通過曲線時以較快的速度運行，可以減少全程的旅行時間，乘坐火車人數大幅度上升，鐵路運營部門從而獲得較大的經濟效益。

4．減少列車數量。由於擺式車體列車提高旅行速度，縮短旅客列車往返的時間，從而可以減少列車數量。

5．增大線路通過能力。由於擺式車體列車通過曲線地段時不須限速運行，這樣加快列車通過信號區間的速度，從而增大線路通過能力。

6．降低制動部件的磨耗。列車運行時，不須限速通過曲線，因而剎車次數減少，可降低制動部件的磨耗。

7．節約能源。列車運行時，加速次數減少，因而可節約能源。

擺式車體列車以上的優點，在瑞典國家鐵路斯德哥爾摩一哥德堡線路上運行的X2000擺式車體列車上完全得到體現。目前，瑞典國家鐵路在這條幹線上每天有60對X2000擺式車體列車投入運營，最高運行速度達200 km/h。X2000在旅客運輸市場中占主導地位，承運超過50%的客流量，使鐵路客運量增加了一倍。這種改變導致瑞典國家鐵路的根本轉變，使瑞典國家鐵路從已經市場萎縮走向市場成功，而這轉變鼓勵了歐洲經濟和眾多歐洲鐵路公司的復甦。

目前，擺式車體列車在條件大不相同的許多國家的既有線路上運行，包括西班牙、義大利、葡萄牙、瑞士、德國、美國、日本、挪威、芬蘭、澳大利亞、法國和中國等。