梁子俊 百科知识 动车和火车的区别(铁路交通运输设备运行原理大解读)

动车和火车的区别(铁路交通运输设备运行原理大解读)

1814年,英国人乔治·斯蒂芬森研制的第一辆蒸汽机车“布拉策号”试运行成功,这标志着世界上第一台火车的诞生。后来,火车引入中国,人们看着火车头冒着蒸汽,车里燃烧着火焰。就把它形象地称为火车。

火车、动车、高铁、磁悬浮列车区别在哪?各种原理大解读

蒸汽机车

由于蒸汽机车污染大,效率低,20世纪初,国外开始探索试制内燃机车。内燃机车是以内燃机作为原动力,通过传动装置驱动车轮的机车。随着工业的发展,电力机车出现了。相比之下,电力机车体现了其优势:功率大、过载能力强、牵引力大、速度快、整备作业时间短、维修量少、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动以及节约能量,而且不会造成空气污染,噪音小。

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电力火车

目前大量使用的就是电力机车,内燃机车只是作为战略储备和应急处理使用,蒸汽机车完全被淘汰,只能作为古董摆在博物馆里。

1.现代火车

电力机车是通过电能驱动牵引电机转动,从而带动轮对转动,轮对与钢轨之间产生摩擦力,摩擦力使火车前进!

电能通过火车上方的接触网提供,也就是我们常见的高压电线,而电力机车的核心就是电机,通过机车顶部的一个臂(受电弓)从电线(接触网)上获得电能,从而驱动电动机。电气化铁路段接触网导电电压高达27.5KV。电气火车的供电电压是直流的。接触网额定电压值为25KV,最高工作电压为27.5KV,最低工作电压为19KV。

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弓网系统

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火车电力提供系统

有一句话是这么说的“火车跑得快,全靠车头带”,火车的动力全在车头上,车头拥有功率非常大电机进行驱动,并且本身车头的重量也是非常大的,因此,可以提供很大的摩擦力而不会打滑。

2.动车与高铁区别

严格意义上说,动车是指列车车型,高铁是铁路的类型。

动车组指的是列车的类型。。它是中国独有的叫法,区别于以前的普通列车。一般情况下,普通列车(也就是火车)是靠机车牵引的,车厢本身不具有动力;而动车车厢本身就具有动力,运行时,不光是机车带动,车厢也会“自己跑”,这样就可以把动力分散,运行速度也就更快。同时,与普通列车相比,动车组的震动和噪声都偏小。所以动车是和普通列车相区别的列车车型。

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和谐号动车

所以,动车指的是车的类型,而高铁是铁路线路的类型,严格意义上,两者不是同一个概念,但是,在中国,动车、高铁又分别代指不同的铁路线路类型。

铁道部目前定义:动车指代时速在200公里级别的铁路线路;高铁指代时速在300公里级别的铁路线路。

在中国有三种类型的时速在200KM/H以上的铁路线路,分别叫:动车组(车次命名“D”打头,“动”的拼音首字母)、高速动车(车次命名“G”打头,“高”的拼音首字母)和城际高速(车次命名“C”打头,“城”的拼音首字母)。在速度上,动车组是200KM/H级别的,高速动车和城际高速都是300KM/H级别的。

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动车票

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高铁票

那么,到底动车组算不算是“高铁”呢?有两种不同的解释:

1.国际铁路联盟定义,时速200公里以上就可以称为高速铁路。2007年4月18日,140对、时速200公里以上的国产动车组在全国铁路第六次大提速时首次闪亮登场。当时对此的宣传是,“中国,从此有了属于自己的高速列车“。

2.但是,在不久之后,随着京津城际铁的开通,定义又起了变化。铁道部有关人员表示,按照2008年世界高速铁路大会的定义,“高速铁路”必须同时具备三个条件:新建的专用线路、时速250公里动车组列车、专用的列车控制系统。所以,在铁道部目前的定义里,“D”打头的动车不算“高速铁路”,“C”打头的城际高铁和“G”打头的高速动车才算是“高速铁路”。

因此在现在的中国,动车和高铁指代两种铁路运行类型,动车的时速在200公里级别,高铁的时速在300公里级别。

轨道区别:一个是有砟,一个是无砟

,是岩石、煤等碎片的意思,无砟轨道指的就是没有小石头的轨道。京津城铁被称为中国首条真正意义上的高铁,所谓真正意义,是指京津城际铁路采用了大量国际领先的建设技术,包括大面积无砟轨道技术、500米钢轨工地焊接工艺等。武广高铁、京沪高铁、郑西窖专等高铁线路也基本都采用的无砟轨道。而不管是既有线路改造的,还是新建的线路,动车所行驶的线路则一般都是有砟轨道为主。

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有砟轨道

在无砟轨道上,普通铁路中常见的枕木被混凝土枕取代,枕木下的小石头也不见了,而是直接将铁轨铺在一个高强度混疑土板上。一般来说,动车组时速达到250公里以后,在车尾部会形成强烈的气旋风,如果是“有砟道”,那些碎石子会被撇起来,给列车运行造成极大危险。从这个方面来说,“无砟轨道”适用于时速超过250公里的高速铁路。在国际上,无砟轨道近年来也运用得非常多,比如,在日本新干线上铺设了2700多公里的无砟板式轨道。无砟轨道对控制沉降的要求更高。所以在最新的京沪高铁,干脆采用了80%以桥代路的方式,用建筑超高层建筑的方法来打地基,同时在轨道板和钢轨之间垫了三层东西,以便发生沉降的时候通过调整垫片来弥补。当然,到底对于沉降的防止效果如何需要时间来检验。

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无砟轨道

一般而言,高铁使用的车型时速更高,所以安全要求更高,比如对转向架和挡风玻璃的性能要求都更高。实际上高铁和动车的动力原理差不多,只是其它方面的要求不一样。

动车和高铁相比较起来速度上要慢一些,但是它的普及范围比高铁更广一些,因为动车不需要再额外的修建轨道,可以直接在原来的火车轨道上运行,可是高铁就不行了,它需要一条专用的轨道。

3.空中列车——磁悬浮列车

磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具,它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向,再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。磁悬浮相比之下技术有了质的提升,驱动原理也发生了颠覆性的改变。

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上海磁悬浮列车

磁悬浮列车悬浮

磁悬浮列车的利用了电流产生磁性进而与轨道产生斥力,从而悬浮在轨道上,能够不与轨道接触,相当于悬浮在空中,从而大大减少了运行时的阻力,因此能够产生极高的速度。

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磁悬浮列车轨道

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磁悬浮列车动力

1922年,德国工程师赫尔曼·肯佩尔(Hermann Kemper)提出了电磁悬浮原理,继而申请了专利。20 世纪70年代以后,随着工业化国家经济实力不断增强,为提高交通运输能力以适应其经济发展和民生的需要,德国、日本、美国等国家相继开展了磁悬浮运输系统的研发。

磁悬浮列车的车身为永久磁体,或者为超导磁体,轨道中的线圈通过不断的改变线圈的电流方向从而改变磁极方向,与车身的磁极方向相对应,使磁极之间始终产生相互作用,从而产生推力,使列车不停的前进。

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磁体作用模型

磁悬浮列车优点

由于磁悬浮列车具有快速、低耗、环保、安全等优点,因此前景十分广阔。常导磁悬浮列车可达400至500公里/小时,超导磁悬浮列车可达500至600公里/小时。它的高速度使其在1000至1500公里之间的旅行距离中比乘坐飞机更优越。由于没有轮子、无摩擦等因素,它比目前最先进的高速火车少耗电30%。在500公里/小时速度下,每座位/公里的能耗仅为飞机的1/3至1/2,比汽车也少耗能30%。因无轮轨接触,震动小、舒适性较好,可是颠波大对车辆和路轨的维修费用也要求极高。磁悬浮列车在运行时不与轨道发生摩擦,发出的噪音较低。

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北京首列低速磁悬浮示范线

我国第一辆磁悬浮列车(买自德国)2003年1月开始在上海磁浮线运行。2015年10月中国首条国产磁悬浮线路长沙磁浮线成功试跑。 2016年5月6日,中国首条具有完全自主知识产权的中低速磁悬浮商业运营示范线——长沙磁浮快线开通试运营。该线路也是世界上最长的中低速磁浮运营线。

磁悬浮的缺点

首先是安全方面。由于磁悬浮系统必须辅之以电磁力完成悬浮、导向和驱动,因此在断电情况下列车的安全就不能不是一个要考虑的问题。此外,在高速状态下运行时,列车的稳定性和可靠性也需要长期的实际检验。还有,则是建造时的技术难题。由于列车在运行时需要以特定高度悬浮,因此对线路的平整度、路基下沉量等的要求都很高。而且,如何避免强磁场对人体及环境的影响也一定要考虑到。磁悬浮列车一般以5米以上的高架通过平地或翻越山丘,从而不可避免开山挖沟对生态环境造成的破坏。磁悬浮列车在路轨上运行,按飞机的防火标准实行配置。

巨亏,上海磁悬浮每年亏损几十亿,无人乘坐,参加修建上海磁悬浮快速列车的电力专家介绍,敷设在磁浮工程全线的电缆,是德国进口的一种普通铝芯制高压电缆,受电后将产生20KV高压。专家提醒有关部门,要注意工程沿线周围施工安全,并加强对沿线电缆的保护力度,以防止意外事故发生。

即便有解决以上技术难题的手段,但是又牵涉到另外一个问题——。上海段约30公里的线路设计投资为1000亿元人民币,而德国的两条线路,一条36.8公里长,将耗资约26亿欧元;另一条长度78.9公里,则将耗资32亿欧元(1欧元约等于8元人民币)。实际施工中,根据地形、路面及设计运送能力的不同,当然造价也会相差较大。但无论如何,一公里的路线至少需要8亿元人民币的投资,也就是说,1厘米线路就需要花费8000元来修建。

以上就是火车、动车、高铁、磁悬浮列车的区别以及它们的运行原理,你是否看明白了呢?

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