近日,受寒潮影響,北方多地迎來今冬首場降雪,這也給鐵路運行運行帶來了不小的考驗。
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有小伙伴發現,雪天里高鐵偶爾會降速行駛,但綠皮火車還能全速前進,這是為什么呢?
制動機制:復合制動與機械制動
高鐵制動系統采用電制動與空氣制動相結合的復合模式。
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高速列車制動系統 來源:北京鐵路
電制動也稱再生制動,電制動時列車的電動機變成了發電機,將列車的動能轉化為電能反饋至接觸網,這種制動方式安全、環保、節能;空氣制動也稱為“盤剎”,通過控制閘片與制動盤摩擦,從而產生制動。
雪天條件下,動車從動車所駛出后,高鐵司機通常會選擇一個安全路段,進行一次輕微的“試剎車”,通過試剎車,高鐵司機可以判斷制動閘盤是否被積雪或薄冰覆蓋,空氣制動管路是否正常工作。
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高速列車緊急制動按鈕 來源:北京鐵路
不過,在雪天,這種復合制動面臨雙重挑戰:一是低溫導致制動盤與閘片材料脆化,摩擦系數下降;二是積雪可能覆蓋制動盤,影響散熱效率。因此,列車需提前降速以預留更長的制動距離。
綠皮火車采用純機械的空氣制動模式,通過壓縮空氣推動制動缸活塞,帶動閘瓦緊壓車輪踏面。
這種制動方式不依賴電子信號,即使低溫導致電子元件故障,仍能通過手動操作維持功能。此外,綠皮火車還配備手制動裝置,在緊急情況下可通過手動轉動手輪形成雙重保障。
其實高鐵的空氣制動也有純機械結構的,普速列車里也有采用電制動的,兩者的區別是高鐵是以電制動為主,普速絕大多數依靠空氣制動,但是由于二者之間巨大的速度差,使得高鐵列車需要提供的剎車能量遠遠大于普速列車,緊急停車距離也是普速的8倍左右。
動力機制:接觸網與內燃機
高鐵的動力來源是接觸網。
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向列車輸送電力的接觸網。 來源:北京鐵路
高鐵接觸網是弓網滑動電接觸的重要部件,電弓是連接接觸網給動車組供電的重要部件,高鐵通過受電弓與接觸網連接取電,驅動牽引電機運轉,如果受電不成功,列車將會失去動力。
冰凍雨雪天氣下,接觸網線路容易結冰,如絕緣隔離零件上結冰,會造成絕緣零件失效,導致接觸弧短路;如果遇凍雨則容易短時間內形成“凍掛”,導致電線導電不良,甚至有崩斷的危險。此時高鐵列車如運行過快,就會出現“拉弧”現象,從而導致列車故障,主動減速甚至直接停車。
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高鐵“一路火花帶閃電”的“拉弧”現象。 來源:中國鐵路
“綠皮火車”的動力系統主要是內燃機車車頭和電氣化機車車頭。
如果是利用內燃機作為動力來源,通過燃燒柴油驅動發電機發電,再用電驅動車輪,這種設計使其不依賴外部供電系統,即使接觸網覆冰或停電,仍能持續運行。并且內燃機的扭矩輸出與轉速成正比,即使車輪打滑,也能通過調整油門維持動力輸出。
如果是電氣化機車,也是采用接觸網,直接用電機帶動車輪轉動,跟高鐵一樣,運行受到供電的影響也較大。
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熱備機車 來源:北京鐵路
在面對不良雨雪天氣時,鐵路部門啟動的應對措施當中都會出現“應急內燃熱備機車”的身影。
其實高鐵動車擁有兩大替補——熱備機車和熱備動車組。熱備機車是為應對動車組、普速列車因突發情況,無法繼續運行時的替補機車,一般為內燃機車。熱備動車組,是一列沒有車次的動車組,可根據需要變換成任何車次。當有運輸任務的動車組列車遇到故障不能繼續運行時,熱備動車組就立即前往指定地點,接續完成旅客運送服務。
軌道設計:無砟軌道與有砟軌道
高鐵軌道采用無砟軌道,其平整度極高,曲線半徑是普通鐵路的幾十倍,軌道誤差容忍度達到毫米級精度。這種設計使高鐵能以300公里以上的時速平穩運行,但也對極端天氣更為敏感。
綠皮火車運行的有砟軌道則展現出更強的適應性。這種軌道由碎石道床構成,其彈性結構能更好地吸收車輪沖擊力,減少積雪壓實形成的冰殼。
軌道雖然存在區別,但有砟軌道絕不是優點。所以,綜合來說主要原因就是速度,如此高的運行速度,對整個系統的要求就高,高鐵在有風險的時候必須降速。
來源:數字北京科學中心
編輯:endlesscliff
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