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铁路兄弟:高铁与动车的区分

2017-10-24 16:09  来源: 科普中国-科学原理一点通

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

严格意义上来说,高铁是铁路线路类型,动车是列车车型。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。

从轨道上来区别:一个是有砟轨道,一个是无砟轨道。无砟铁轨见不到小石子,一般而言,高铁在无砟铁路上行使,动车在有砟铁路上行使。

 

“无缝线路”与“咯噔”声

 

火车轮子与铁轨撞击会产生“咯噔” 声,这是我们所理解的也很熟悉的声音。可是,为什么现在的高铁上,我们就听不到这种“咯噔”声了呢?原来,人们对钢轨进行了改进。以前工厂里制造出来的钢轨是25米的标准,人们用两块铁夹板把25米长的钢轨两两夹紧、锚固连接起来就形成了长长的铁路线。因此,每隔25米就会有钢轨接头。由于热胀冷缩的原因,以及不同季节间气温的变化,都会引起钢轨长度的伸缩变化。因此,在铁夹板的接头处,两根钢轨端部之间是有一定的轨缝的。正是因为这个轨缝才产生了“咯噔”声。

现在列车通过轨缝时再也没有“咯噔” 声了。这是因为人们用焊接的方法将钢轨一段一段地焊接起来了,列车也因此运行得更加平顺,对钢轨接头处形成的周期性破坏也得到了很大程度的削弱。像这样的铁路线路,人们称之为无缝线路。无缝线路现在普遍应用于地铁线路与中国高铁中。

 

铁路上的无缝线路

 

无缝线路究竟有没有缝?

 

无缝线路不仅可以增加人们乘坐火车的舒适程度,而且也降低了车轮与铁轨碰撞对车辆和轨道结构造成的负面影响。无缝线路真的一点缝都没有吗?大家知道热胀冷缩的道理,钢轨当然也会这样。当外界温度升高时,铁轨会膨胀,长度变长;当外界温度降低时,铁轨会收缩,长度变短。本来有缝线路带有轨缝,为钢轨的这种热胀冷缩预留了空间。无缝铁轨取消了轨缝,所以温度变化时钢轨就会在沿长度方向产生“应力” ,温度上升时会产生相互挤压,温度下降时会收缩。当这种挤压和收缩超过轨道横向阻力和拉伸力时,会产生“胀轨跑道” 和“断轨”现象。这时,列车通过时将会脱轨,从而造成生命与财产的损失。因此无缝线路不能过长。也就是说,铁路线路在一定的距离内还是有缝的。

 

建设中的高铁线路

 

铁轨间默默无声的小石子哪去了?

 

铁轨间存在的小石子,被称为道砟。有小石子的轨道就叫做有砟轨道。道砟是铁路的消音器,当火车的车轮和钢轨产生噪声时,道砟会像海绵一样吸收一部分噪声。下雨的时候,道砟间还能起到排水的作用。但是,火车重量大、速度快,会频繁对轨道产生震动,小石子被震得更加紧密了。同时也使路基下面的泥水涌了上来堵塞了小石子间的空隙,导致轨道弹性降低,影响乘坐的舒适度。

如今,中国铁路事业正向货运重载化和客运高速化的方向发展。目前,中国的高铁大多采用高架桥的形式,当客运列车飞奔时,很有可能会使道砟飞溅出来,对桥下的物体和行人带来危害。而货车的重量则会将道砟向两侧挤压,使得线路变形,给行车也会造成安全威胁。在这种情况下,人们用混凝土板代替了道砟,人们把这种新型的轨道结构称为无砟轨道。现在,中国高铁客运高速化,普遍采用的就是无砟轨道。

 

有砟轨道

 

高铁车顶上的“大辫子”

 

高铁的车顶上有一根“大辫子”,要想弄明白这根大辫子的秘密,我们首先要弄明白高速列车是依靠什么动力来行驶的。“火车跑得快,全靠车头带”,车头实际上就是指机车,它是列车的驱动设备。机车一般分内燃机车和电力机车。在中国,内燃机车是指以内燃机产生动力来驱动车轮的设备;而电力机车则是以电力为能源来驱动车轮的设备。

电力机车所需的能源是由供电系统来提供的,它由牵引变电所和接触网两个部分所组成。铁路沿线有许多牵引变电所,它们负责将从国家电网送来的110千伏高压电转换成27.5千伏,输送到电力机车或动车组接触网上。动车组接触网是由许许多多的金属导线组成的,铁路线有多长,接触网就有多长。高铁列车车顶上的那根“大辫子” 是从接触网上取电的一个受电装置。“大辫子”的学名叫做受电弓,通过与接触网导线之间的接触而将电流引导到机车上,从而牵引列车运行。受电弓的制作要求特别高,因为受电弓与输电导线之间是一种弹性接触,一旦发生接触不良或脱开,就会使列车的牵引电动机的功率降低或干脆失去电流,从而造成列车减速甚至停车。高铁列车车头上和动车车顶上都装有受电弓,这种受电弓可以自动升降,升起时与供电导线接触,降下时与供电导线脱开并平卧在车顶上。

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作者: 科学原理一点通   [责任编辑: 吕芮光]