近日,受寒潮影响,北方多地迎来今冬首场降雪,这也给铁路运行运行带来了不小的考验。
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有小伙伴发现,雪天里高铁偶尔会降速行驶,但绿皮火车还能全速前进,这是为什么呢?
制动机制:复合制动与机械制动
高铁制动系统采用电制动与空气制动相结合的复合模式。
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高速列车制动系统 来源:北京铁路
电制动也称再生制动,电制动时列车的电动机变成了发电机,将列车的动能转化为电能反馈至接触网,这种制动方式安全、环保、节能;空气制动也称为“盘刹”,通过控制闸片与制动盘摩擦,从而产生制动。
雪天条件下,动车从动车所驶出后,高铁司机通常会选择一个安全路段,进行一次轻微的“试刹车”,通过试刹车,高铁司机可以判断制动闸盘是否被积雪或薄冰覆盖,空气制动管路是否正常工作。
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高速列车紧急制动按钮 来源:北京铁路
不过,在雪天,这种复合制动面临双重挑战:一是低温导致制动盘与闸片材料脆化,摩擦系数下降;二是积雪可能覆盖制动盘,影响散热效率。因此,列车需提前降速以预留更长的制动距离。
绿皮火车采用纯机械的空气制动模式,通过压缩空气推动制动缸活塞,带动闸瓦紧压车轮踏面。
这种制动方式不依赖电子信号,即使低温导致电子元件故障,仍能通过手动操作维持功能。此外,绿皮火车还配备手制动装置,在紧急情况下可通过手动转动手轮形成双重保障。
其实高铁的空气制动也有纯机械结构的,普速列车里也有采用电制动的,两者的区别是高铁是以电制动为主,普速绝大多数依靠空气制动,但是由于二者之间巨大的速度差,使得高铁列车需要提供的刹车能量远远大于普速列车,紧急停车距离也是普速的8倍左右。
动力机制:接触网与内燃机
高铁的动力来源是接触网。
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向列车输送电力的接触网。 来源:北京铁路
高铁接触网是弓网滑动电接触的重要部件,电弓是连接接触网给动车组供电的重要部件,高铁通过受电弓与接触网连接取电,驱动牵引电机运转,如果受电不成功,列车将会失去动力。
冰冻雨雪天气下,接触网线路容易结冰,如绝缘隔离零件上结冰,会造成绝缘零件失效,导致接触弧短路;如果遇冻雨则容易短时间内形成“冻挂”,导致电线导电不良,甚至有崩断的危险。此时高铁列车如运行过快,就会出现“拉弧”现象,从而导致列车故障,主动减速甚至直接停车。
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高铁“一路火花带闪电”的“拉弧”现象。 来源:中国铁路
“绿皮火车”的动力系统主要是内燃机车车头和电气化机车车头。
如果是利用内燃机作为动力来源,通过燃烧柴油驱动发电机发电,再用电驱动车轮,这种设计使其不依赖外部供电系统,即使接触网覆冰或停电,仍能持续运行。并且内燃机的扭矩输出与转速成正比,即使车轮打滑,也能通过调整油门维持动力输出。
如果是电气化机车,也是采用接触网,直接用电机带动车轮转动,跟高铁一样,运行受到供电的影响也较大。
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热备机车 来源:北京铁路
在面对不良雨雪天气时,铁路部门启动的应对措施当中都会出现“应急内燃热备机车”的身影。
其实高铁动车拥有两大替补——热备机车和热备动车组。热备机车是为应对动车组、普速列车因突发情况,无法继续运行时的替补机车,一般为内燃机车。热备动车组,是一列没有车次的动车组,可根据需要变换成任何车次。当有运输任务的动车组列车遇到故障不能继续运行时,热备动车组就立即前往指定地点,接续完成旅客运送服务。
轨道设计:无砟轨道与有砟轨道
高铁轨道采用无砟轨道,其平整度极高,曲线半径是普通铁路的几十倍,轨道误差容忍度达到毫米级精度。这种设计使高铁能以300公里以上的时速平稳运行,但也对极端天气更为敏感。
绿皮火车运行的有砟轨道则展现出更强的适应性。这种轨道由碎石道床构成,其弹性结构能更好地吸收车轮冲击力,减少积雪压实形成的冰壳。
轨道虽然存在区别,但有砟轨道绝不是优点。所以,综合来说主要原因就是速度,如此高的运行速度,对整个系统的要求就高,高铁在有风险的时候必须降速。
来源:数字北京科学中心
编辑:endlesscliff
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