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摆式列车(或称倾斜式列车、摆锤式列车、摇摆式列车、振子列车)是一种车体转弯时可以侧向摆动的列车。相较于普通列车,摆式列车通过一般弯道时会以更高速度行驶,可以节省行驶时间。原理当任何车辆以高速转弯,车内的物件和乘客都会受到惯性的影响。因为车内的物件以本来惯性直线前进,与车辆转弯后的前进方向不一致,于是产生了相对的速度变化。在铁路列车上,引致车厢内的物件和行李倾侧滑行,座位上的乘客亦会被压向一旁,而站着的乘客更可能失去平衡跌倒。(详情请参见相关假想力条目:离心力。)飞机和自行车能够以较高速转弯,因为它们在转弯的时候都会向侧面倾斜。但汽车或铁路列车的车轮必需着地,本身并不能够倾斜。为了使到它们可以无需减速高速转弯,高速公路及高速铁路的路轨在弯曲处都被建成向内倾斜的弧形。这样车内的乘客所受的向外离心力便可以被向内的重力抵销。对汽车使用的道路来说,这种倾斜非常重要。如果汽车转弯时的速度过高,轮胎会失去黏着力而引致汽车打滑。对铁路来说,重心高的车辆以太过高的速度驶过急弯,亦存在着翻侧的可能性。将路轨建成斜的弧形亦是避免这种可能的方法。但是一般来说,当列车还未接近足以翻侧的速度和急弯,乘客所感受到的不适已非常严重。故此大多数的铁路设计时所考虑到的,并非避免车辆翻侧,而是乘客所感的不适。弧形路轨所需要的倾斜角是根据预计车辆经过行驶时的速度来决定。若果车速高,倾斜便要较多。部分在1960至1970年代所建成的高速线路却出现了一个问题,适合高速客运列车行驶的倾斜角度,并不适合普通速度的客车和货车。法国及日本的高速铁路结果都需要建造专线,尽量减少弯曲的路线。至於其他因为多山,或者没有空间或金钱投资建设新路线的国家,唯有采用其他方法提高铁路的营运速度。例如英国,多数的铁路都是早年车速甚低的时候建造。这些路线现在都变成了建筑密集的地区,要重建比较困难。意大利则因为多山,路线必然多弯。这些国家于是投资发展了摆式列车。摆式列车供乘客乘座的车体在转弯时可以侧向摆动。当车辆向左转时,车体向左倾摆,让重力抵销向右推的离心力。列车可以是靠惯性自行摆动的被动摆式,亦可以是由电脑控制,动力辅助的主动摆式。早期的车体倾斜装置可区分为:利用惯性把离心力透过连杆等机械装置使车体自然倾斜的自然倾斜式(被动摆式) 与利用传感器检测离心力大小再透过电动或油压等方式强制使车体主动倾斜的控制形倾斜式(主动摆式) ;前者主要是由日本于国铁时代所研发并加以实用化,而后者主要是由欧洲方面所主导,其中又以意大利所开发的倾斜式列车最为成功与普及!在日本,自然倾斜式的列车开始营运以后,便有许多乘客出现类似晕车或晕船的不适应感。经追查后发现其最大原因在于:自然倾斜装置在使列车倾斜地通过曲线轨道后,恢复正位时会产生如钟摆效应般的左右来回晃动。在了解原因后,开发者为此增加了抑制来回晃动的机构。之后又为了加强自然倾斜式列车的性能:增加了利用列车上的ATS检知系统,预先得知前方弯曲路线的资料;使列车在进入曲线轨道前先缓缓地倾斜车体,并在通过曲线后迅速地恢复正常位的控制形自然倾斜式。此种倾斜方式于1990年代开始进入实用化,并受到民营化之后的各家JR旅客铁道公司青睐而纷纷加以采用。除了上述的车体倾斜控制系统,另外还有一种利用转向架上空气弹簧气压控制列车微幅倾斜的装置。 相对于传统的倾斜装置,这种利用空气弹簧内的气体压力改变,而使列车能微幅左右倾斜的装置有着低成本与轻量化的好处;故也被称为简易型倾斜装置。在日本,最新型的N700系新干线也采用了这套简易系统来提升其过弯的速度!
摆式列车可在转向架高程维持2m/sec2的倾向加速度,并安全行驶与轨道上。如果车身容许倾斜到8度,则乘客所感觉到的倾向加速度只有0.65m/sec2,完全在舒适范围(0.8到1.2m/sec2)以内。摆式列车在弯道时主动向内倾斜的原理和轨道在弯道时必须设计超高的原理一样,其目的就是要平衡消除至少一部分因曲线造成的离心加速度。摆式列车可以主动倾斜到8度,抵消大约1.35m/sec2的倾向加速度,减少乘客对倾向加速的感觉。如此的设计可以在不重建或改建轨道及不影响乘客舒适度的情形下,将列车行车速度提升35%。 以最常用的ETR450为例,她是有“块状组合”的概念建造。列车的头尾各具有一个流线型车头及驾驶室,车厢是用轻合金属打造,坚固耐用,每节车厢有两个转向架及两组牵引马达纵向悬挂于车厢底部,使动力均衡分布于整节车厢,平均分配所有重量于车轴(平均每车轴承受13吨)。垂直与水平悬承系统可以减少倾向加速度与车轮与轨道的作用力而增加行车舒适度。车体在弯道的倾斜是由回转仪及加速度计控制的.
车身倾斜是由装在第一节车中的主控制单元处理,由装在最前方转向架的回转迅号电测转换器将所获得弯道的起始与形态,以及由加速度感应器传来的迅号来决定车身的离心加速度。
主控制单元由上而下控制随后各辆车中的子系统,随后各车的子系统再以油压引动器(每车四台)即时控制各车的倾斜角度。因为高速行车,列车控制的反应时间为0.1秒。但是为了保持乘客的舒适度,车身倾斜是采渐进式。另外,子控制系统也可以依靠应到因车轮磨损或反偏阻尼器的偏差所造成的不稳定性而调整主动侧向悬承系统的气压装置。为了安全,所有控制系统及伺服装置均备用系统。倾斜控制系统对列车中每辆车都可以因路线曲率半径和每辆的实际车速而做不同角度的倾斜。
摆式列车的转向架:第三代摆式列车的设计可以减轻火车车轴的负荷(平均每轴14吨)而使得火车的载重平均分配于整节火车。每辆车转向架的轮距相对较小(2.7米)所以在急弯时减少轨道对车轮受力,使得转向架受到离心力作用的质量减到最小。双轴转向架,加上两垂直与水平悬承系统均安有反偏驶阻尼器以及一个创意的转向架安定性量测装置,以维持最高的安全性。 摆式列车可在极舒适和安全条件下,行驶到每小时250公里。
顶级的旅途舒适度:大幅度削减乘客离心加速度,复杂精密的多向悬乘系统,以及高科技隔音、加压和空调系统使摆式列车具有环境概念设计的列车有着最高的舒适度。
环境影响最小:摆式列车不但不需要另外新建轨道,对现有的轨道损害也较小。因为没有额外的施工建设,不仅节省投资,而且摆式列车对环境的影响也最小。
使用上灵活:摆式列车发展方案是采取模组式转向架,动力和辅助系统设计,和中空挤压式铝型材加工的概念。动力可以采用柴油引擎(电力或油压式),或多伏电力马达,也可以安装各种冷暖气设备,可以在任何气候条件下行驶。
高效能和绝对安全的刹车系统:所有系统都配有电气、电子以及辅助系统,符合严格的国际惯用安全标准。摆式列车有两种刹车系统:速度在每小时250公里到45公里时用的是电动及气压式系统,速度在每小时45公里以下用的是气压式圆盘刹车装置。未了避免不同的车轮与轨道作用力而产生不同的刹车距离,摆式列车有一个装有感应点的止滑装置。
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