首先还是看看钢轨吧,普通铁路的钢轨,几十米就有个接口,火车行驶总是离不开“哐当哐当”的声音,车轮滚过钢轨连接处时,车轮震动、车厢震动、地面也震动,列车行驶一点儿都不平稳,简直就像在大风大浪的海面上行船一样,不能平稳前进,速度就不能提高,否则震动加剧就会形成翻车的事故。
我们看看高铁,修路时按照季节,在钢轨热胀冷缩,伸得最长的时候,把一根根的钢轨焊接起来,这样钢轨就不会伸得更长,到了冬天冷缩的时候,就凭着钢材本身的抗拉强度,保持不变形。这样就消除了钢轨上数不尽的接口,车轮平稳地滚动,列车行驶告别了“哐当哐当”的震动,列车平稳前进,就像在风平浪静的海面上,舰艇就可以全速前进了。
第一方面的原因,是高铁的路轨做出了改革,使列车行驶平稳前进,这样才能高速、全速行驶。另一方面,就是高铁的列车也做出了改革。俗话说,火车跑得快——全凭车头带。高铁就不再用火车头来牵引列车,而是使用动车组,几乎所有车轮都一同运转,不仅团结合作力量大,而且变速也灵活了,这样才能提高速度。
传统的列车开动,首先要火车头的车轮转起来,火车头自己先开动起来,然后拖动列车。可是我们不要搞错了,火车头独自的重量,毕竟比不上整列火车,是不能一口气直接带动整列火车的。实际火车开动时,火车头要首先牵动第一节车厢,有了第一节车厢一同动起来,增大了火车头运动的能量,才能牵动第二节车厢……整列火车开动起来,其实是一节一节动起来的,有个相当长的过程,需要相当长的时间。变速也一样,普通火车要跑这么快,就相当不容易了。
再看看高铁,动车组有牵引电机的决不只是火车头,几乎每个车厢都有电动机,几乎每个车轮都是有动力旋转。这样一来,动车组前进,就像赛龙舟个个都奋力划桨,所有车轮一致地运转,团结力量大,列车相对就变轻了,列车就跑快了;这个情况又有些像部队仪仗队,全体动作一致,指挥操作才灵活,要是动作不协调,改变状态要好长过程,速度就不能这么快了。
总之,高铁原理,至少两个方面,一方面是消除了钢轨连接口,列车才能够全速行驶;另一方面就是使用动车组,所有车轮一同运转,不仅团结力量大,而且动作一致,列车开动和变速都变灵活了。这样一来,高铁的速度就大大加快了。
高铁速度如此快还能保持平稳的原因有很多,比如高铁的技术、钢轨的打磨形成的平滑,但最关键的一条应该是路基的修整。
常开小车的人都会感觉到在高速公路上开车和在普通公路和山间小道上开车的感觉是完全不一样的。这就决定了路基质量对交通工具平稳的决定作用。而高铁的路基,基本上都是另外铺设的。其对平整的要求,可以说到了苛刻的地步了。
一般而言,铁路的路基标准是高于公路的标准的,即使我们做普通列车,也没有感觉到特别的颠簸,更没有做汽车的那种随时遭遇到的起伏感觉。
这说明火车运行是要求在一个平面上进行的。因此,在修整铁路路基时,就是高的地方要削平,低的地方要垫高,高低之间不能相差太大,否则,就不能作为铁路的路基了。
而在修建高铁的路基时,要求又不一样了。高铁路基的误差要求已经精确到毫米,这是人所感觉不到的误差。
高铁的铁路不是把铁轨铺好就完事的,首先,高铁的地基必须要保证足够的强度和刚度,如果基础不牢,后期如何修补都起不到作用。路基结构采用优质填料分层压实,基础牢靠,不会蓄水,此外还要经受住天寒地冻和雨水冲刷等恶劣气候的考验。
高速铁路列车运行速度和飞机起飞的速度差不多,所以,要是路基出现不平顺的情况,就会引起轨道不平顺,那么高铁在运行时就产生剧烈振动和颠簸,使得高铁无法实现高速、平稳、安全运行。
其次,填筑后的路基时间久了,就会出现下沉,轨道系统可调的高度有限,所以路基下沉量的程度是以毫米计算的。
因为动车的技术要求本来就是要运行稳定,一旦出现不稳定,基本上也就代表的动车即将翻车。
有两个决定高铁运行稳定性的基本因素:一个是高铁机车的稳定性,一个是道路的平顺程度。如今,中国高铁正在这两个领域里创造着极致。高铁机车——和谐号。
机车的稳定性可以分为纵向稳定性和横向稳定性,即机车运行时纵向的加加速度、减减速度和左右两个方向的加速度。
以中国中车旗下四方股份公司研制的CRH380A为例,它的加加速度和减减速度值要求必须小于0.75米/秒的三次方,这个指标意味着如果不看到窗外后退参照物,你基本感觉不到车开了。而在列车以时速300公里运行时,客室中部的横向最大加速度只有0.42米/秒的平方。
中国不但拥有世界上一流的高速列车,还拥有世界上超一流的高铁线路。高铁线路的平顺度、平直度和沉降度同样影响着列车运行的平稳程度。
所谓平直就是尽量采用直线或者大半径的圆曲线,不能有太多太急的弯道。中国时速350公里的高铁要求线路的曲线半径一般要求不小于7000米,京沪高铁的最小曲线半径可以达到9000米,而日本、欧洲的很多高铁线路最小曲线半径只有4000米左右。为了做到线路的平直,中国高速铁路建设大量采用桥梁,一方面可以节约土地征用,另一方面就是能够截弯取直。即严格控制线路的坡度,如京沪高铁最大坡度低于12‰,困难处最大坡度也不能高于20‰,所以中国的高铁线路多采用无砟轨道以及无缝钢轨。
普通的填方铁路基是依靠机具压实,会发生一定程度的固结沉降;而桥梁是建立在桩基之上的,一般要打到岩石层,有些深度达六七十米深,从而产生很小的路基沉降。