高鐵速度那么快，是靠車頭的輪子驅(qū)動起來的嗎？

作者：王麟（資深鐵路工程師，知名科普、科幻作家）

電力動車組

對于社會大眾而言，高鐵動車組的最能代表高鐵的形象，這就和鐵路車站的美輪美奐的站房建筑，最能展現(xiàn)鐵路精神風(fēng)貌的窗口一樣。動車組看起來輕盈快捷，猶如潔白靈動的精靈，在萬里高鐵線路上來往奔馳，可與航空媲美的內(nèi)飾設(shè)計(jì)，為乘客提供了絕佳的乘坐體驗(yàn)。坐地日行千里，時間與空間快速轉(zhuǎn)換，漫長的舟車勞頓成了歷史，高鐵成就了無數(shù)可能。

談及動車組的發(fā)展歷史，可以回溯到100多年前的1893年，那時電力動車組只是作為城軌交通工具，并未用于長途旅客運(yùn)輸。到了1903年，德國西門子公司和AEG公司聯(lián)合研制成功一臺試驗(yàn)性的電力動車組，創(chuàng)造了時速210.2km/h的速度記錄，從此開始了在鐵路大干線上的應(yīng)用嘗試。

德國第三代動車組ICE

百余年來，世界各國不斷研發(fā)新技術(shù)，努力提高火車的時速，而動車組技術(shù)也不斷推陳出新。日本、法國、德國、意大利、英國等高鐵技術(shù)起步比較早的國家，都推出了自己動車組試驗(yàn)品，有的徹底夭折，有的從未投入商業(yè)運(yùn)營，但也有很多技術(shù)成熟的幸運(yùn)兒。

而中國則后來居上，以2萬公里高鐵線路的耀眼成績在世界鐵路市場上贏得了一席之地。市場競爭，不斷優(yōu)勝劣汰，世界高鐵制造市場逐漸形成了五大高鐵車輛生產(chǎn)廠家，分別是老牌的德國西門子公司、法國的阿爾斯通公司、日本的川崎重工、加拿大的龐巴迪公司與中國的中車集團(tuán)有限公司。

高鐵動車組的牽引分類

高鐵動車組按照動力牽引方式不同劃分可分為動力分散技術(shù)與動力集中技術(shù)兩大類；按照采用的外部能源的不同可分為燒油的內(nèi)燃動車組（DMU）與采用外部電源的電力動車組（EMU）。

動力集中技術(shù)示意圖

所謂動力集中技術(shù)，指的是傳統(tǒng)的機(jī)車牽引車輛的模式，機(jī)車作為動力源設(shè)置在列車的首尾兩端，中間的車輛均無動力，這樣一來，列車的動力就集中在一起，通過一個點(diǎn)的動力來牽引一串車輛。采用動力集中模式，最大的問題就是當(dāng)需要提高動車組的速度時候，需要增加動力車的軸重。

為何必須增加動力車的軸重呢？這就牽涉到動車的牽引力是如何產(chǎn)生的問題。因?yàn)樗俣鹊母叩团c牽引力的大小有關(guān)，動車上的牽引電機(jī)驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)，車輪通過與軌道接觸產(chǎn)生粘著力，粘著力越大，則牽引力就越大，而粘著力的大小與動力車的軸重成正比。關(guān)于牽引力大小與輪軌粘著力的關(guān)系，還可以通過蒸汽機(jī)車經(jīng)常出現(xiàn)的一個現(xiàn)象作為佐證。每當(dāng)蒸汽機(jī)車開始啟動的時候，也是最需要牽引力的時候，此時，經(jīng)常發(fā)生蒸汽機(jī)車的前輪空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，車輪之所以在軌道上空轉(zhuǎn)，就是因?yàn)檎持Σ粔颍绊懥苏羝麢C(jī)車的啟動。

動力分散技術(shù)示意圖

所以，采用動力集中的動車組，往往動車的軸重較重，而動車組最佳的狀態(tài)就是軸重越輕越好，牽引力越大越好，這本來矛盾的問題，怎么才能解決呢？此時，采用動力分散技術(shù)是最佳的辦法。既然動力集中在一臺車上，在提高速度的時候會增加軸重，那就將動力分散到其他車輛之上，讓整列車的全部車輛或者其中幾個車輛變成動車即可。

這樣一來，動車組從一點(diǎn)牽引，變成多點(diǎn)牽引，既增加了動力，又不增加軸重，一舉兩得。由于內(nèi)燃動車組噪音大、牽引力有限，且污染環(huán)境，所以如今各國發(fā)展高鐵列車都是優(yōu)先采用電力動車組。

動車組的組成

日本E5系列動車組，典型特征：長鼻子

EMU一般由四種不同功能的車輛組成，分別是發(fā)電車（power car）、動力車（motor car）、駕駛車（driving car）和拖車（trailer car）。其中發(fā)電車的主要任務(wù)就是通過供電第三軌或者架空接觸網(wǎng)上獲取交流電，再通過車上的變壓器轉(zhuǎn)成牽引馬達(dá)需要的電流。而動力車上面安裝有驅(qū)動馬達(dá)，可以為動車組提供牽引動力，很多時候發(fā)電車和動力車往往整合在一起。駕駛車其實(shí)就是司機(jī)駕駛控制動車組運(yùn)行的地方，而拖車本身并無動力，一般用于旅客車廂。