运输大王火车-人性化设计

7．人性化设计——摆式列车

摆式列车种类很多，例如倾斜式列车、摆锤式列车、摇摆式列车、振子列车等。该列车是一种车体在转弯时，能够进行侧向摆动的列车。对于摆式列车而言，行驶在普通路轨上的弯曲路段，仍然能够高速行驶。

摆式列车

通常情况下，飞机和自行车都能够进行高速转弯，这是因为它们在转弯时，都能够向侧面倾斜。而对于汽车或铁路列车来说，其车轮必须着地。此外，其本身也不能倾斜。因此，为了使它们能够像摆式列车一样进行高速转弯，那些高速公路及高速铁路在转弯处的路轨都被建成向内倾斜的弧形。这样一来，向内的重力，就可以抵消乘客所受到的向外离心力。

对于任何列车而言，在进行高速转弯时，车内的物件以及乘客都会受到离心力的影响。这是为什么呢？因为车内的物体保持原来的惯性直线前进，与车辆的转弯方向不相同，这样一来，就会产生相对的加速和力。在普通铁路列车上，“离心力”使得车上的物体以及行李倾侧滑行，座位上的乘客同样也会压向一旁，那些站着的乘客甚至于失去重心而跌倒。

汽车在转弯时，如果速度太快，便会出现汽车打滑的现象，因此这种倾斜对于汽车使用的道路来说，起着非常重要的作用。重心较高的列车以极高的速度在铁路上驶过急转弯时，也有可能发生翻侧。因此，我们看到的路轨通常是弧形的，这能够有效地避免车体发生翻侧。

摆式列车

此外，由于列车还未接近足以翻侧的速度和急弯时，乘客就会产生非常严重的不适感。为此，在设计铁路时，所想到的并非是为了避免车辆翻侧，而是从乘客的不适感出发考虑的。

预计车辆经过行驶时的速度，是计算弧形路轨所需要的倾斜角大小的标准。二者之间通常成正比，车速越快，倾斜角越大。于1960～1970年期间建成的高速铁路，曾经出现过这样一个问题：同样一个倾斜角度，虽然适合高速客运列车行驶，却不适合普通客车和货车行驶。为了最大限度减少弯曲路线，法国与日本的高速铁路都建造了专线。而其他国家，多半是因为地形、空间、资金等原因未建成新的路线，大多通过其他手段提高铁路的营运速度。英国绝大多数铁路，差不多都是在车速较低时建造的。现如今，这些路线所处的地区建筑极为密集，重建难度非常大。而意大利由于山多，路线修建的必然趋势就是多弯。于是，这些国家便大力投资摆式列车。

关于摆式列车的历史，得先从意大利说起，意大利国家铁路局在1960年与菲亚特轨道车辆集团进行合作，成功测试了一套可以倾斜单一座位的特殊系统。随后，便将其安装在Aln688型车上。后来，第一台摆式列车YO16问世，而且还被人们称为“小摆钟—Pendolino”。

ETR401列车

摆式列车

意大利国铁在经过多次路测之后，于1974年订购了四车一组的摆式原型列车ETR401。然后对其进行了深入的研究与测试，进一步改进了倾斜控制装置、悬承系统以及反偏驶阻尼器设计。1976年，成功研制出安全性能好、舒适度高和行车速度快的摆式列车，并顺利交车。

摆式列车

据悉，15组9车一组的ETR450自动摆式电联车，是意大利于1985年开始制造的，1988年，开始在米兰至罗马之间行驶，行车时间大大缩短了。后来，其他铁路网中也有运行。现如今，ETR460和ETR480虽然经过不少改进，但ETR450目前仍然未被淘汰。

对于摆式列车的构造，以常见的ETR450最为典型，其建造概念为“块状组合”。流线型车头及驾驶室，在该列车头尾各有一个，车厢是用轻合金属打造而成的，经久耐用。每节车厢的底部，纵向悬挂着两个转向架以及两组牵引马达，这样的话，分布在整节车厢的动力也就均衡了。而对于垂直与水平悬承系统来说，主要是为了减少倾向加速度以及车轮与轨道的作用力，使乘客更加舒适。回转仪及加速度计，是用来控制车体在弯道的倾斜度的。(www.xing528.com)

主控制单元，安装在第一节车中，是用来处理车身的倾斜度的。位于最前方转向架之上的回转迅号电测转换器，能够获取弯道的起始与形态，及由加速度感应器传来的迅号，车身的离心加速度，就是通过获取的这些信息来决定的。

主控制单元控制各车辆中的的子系统，是按照从上而下的顺序而进行的。然后，再以油压引动器（每车四台）来控制各车的子系统，能够对各车的倾斜角进行即时的控制。由于此列车行车速度极快，列车控制反应时间通常为0.1秒，为了不让乘客产生不适感，车身多采取渐进式倾斜。此外，因车轮磨损或反偏阻尼器的偏差所造成的不稳定性，子控制系统能够通过这种途径，来调整主动侧向悬承系统的气压装置。双轴转向架是两个垂直与水平悬承系统，均装有反偏驶阻尼器以及一个创意的转向架安定性量测装置，只有这样，才能更好地保障其安全。列车中每辆车，因为路线曲率半径和每辆的实际车速不同，因此倾斜控制系统针对它们的特点，能够做出不同的倾斜角。

摆式列车

第三代摆式列车的特别设计，能够使火车车轴的负荷（平均每轴14吨）大大减轻，这样一来，火车的载重就可以平均分布在整节火车上了。通常情况下，每辆车转向架的轮距只有2.7米，所以在列车急转弯时，能够减少车轮的受力。在这种情况下，就会大大减小转向架受到离心力作用的影响。

除此之外，摆式列车在国际上也得到了广为应用。例如意大利摆式列车，为瑞士装配了最高速度每小时行驶200千米的24组ICN摆式列车，为西班牙装配了速度为每小时220千米的Alaris摆式列车，为英国装配了速度为每小时225千米的Virgin摆式列车，为葡萄牙装配了速度为每小时220千米的CPA4000系列摆式列车。

在非常舒适和安全的条件下，摆式列车行时速可达到250千米。因此，对于一般的摆式列车而言，有以下几个特点：

（1）旅途舒适度高

乘客所感受到的离心加速度会大大减少，多向悬乘系统设计复杂而精密，再加上高科技隔音、加压和空调系统，使摆式列车具有环境概念设计的列车，使得舒适度达到最高。

（2）对环境影响小

摆式列车不仅不需要另外新建的轨道，而且对现在的轨道造成的损害也特别小。由于摆式列车并不需要额外的施工建设，因此对环境造成的影响较小。

（3）使用灵活

该列车采取的发展方案是：模组式转向架，动力和辅助系统设计以及中空挤压式铝型材加工的新概念。其动力不仅可以采用柴油引擎（电力或油压式）或多伏电力马达，同时也可以安装各种冷暖气设备，而不会受到任何气候条件的影响。

（4）高效能和绝对安全的刹车系统

由于该列车的任何一个系统都配有电气、电子以及辅助系统，达到严格的国际惯用安全标准。摆式列车通常有两种刹车系统：其一，时速为250千米到45千米时，采用的是电动及气压式系统；时速低于45千米的，采用的是气压式圆盘刹车装置。不仅如此，该列车为了更好地避免不同的车轮与轨道作用力而产生不同的刹车距离，还配有一个感应点的止滑装置。

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