1、摆式车体列车摆式车体列车摆式车体列车摆式车体列车（简称摆式列车）是当今国外广泛采用的一种先进铁路运输技术，它利用车体倾摆机构、陀螺仪、加速度计、自动控制、车辆动态控制等先进设备和技术，在列车经过曲线时根据离心力的大小自动实现车体的倾摆控制，以较高速度通过曲线地段。摆式列车在进入曲线时能以较快的速度在轨道上倾斜运行，既可提高列车在曲线上的运行速度，又能有效地保证运行的平稳性，并提高旅客乘车的安全性和舒适性。1.1摆式列车发展概况摆式列车发展概况20世纪上半叶，欧美等发达国家的公路和航空事业发展迅速，对铁路运输造成了很大的冲击，为了提升铁路竞争力，铁路相关部门和企业不断研究新技术，以提高铁路列车运
2、行速度、缩短旅行时间。提高列车运行速度既可以通过提高线路等相关设备的质量来实现，也可以在既有线路的条件下通过改进机车车辆来实现。其中，提高线路质量不管是通过修建新线，还是通过对既有线进行大幅改造，都需要较长的周期和较高的造价。因此，欧美及日本等发达国家和地区在既有铁路运输领域提出了车辆适应线路的口号。1.1摆式列车发展概况摆式列车发展概况既有铁路线上列车提速的一个关键问题是曲线线路的提速，因为随着列车在曲线轨道上运行速度的不断提高，车轮与轨道的作用力越来越大，离心力也越来越大，当达到一定程度时就可能造成列车脱轨，无法保证列车运行安全，同时也降低了旅客乘车的舒适度。采用车体倾斜（摆动）系统恰恰可
3、以成功地解决这些问题，从而实现在既有铁路线上不用进行大规模基础设施改造就能有效地提高列车的运行速度，尤其是曲线通过时的速度。因此，欧美等发达国家开始进行车体倾斜系统的实验，开发摆式列车技术。1.1摆式列车发展概况摆式列车发展概况摆式列车的原理最早是在20世纪20年代由德国人提出的，但受当时技术条件所限，其设计思想一直没有得到实现，直到20世纪40年代，美国、法国、意大利及西班牙等国才开始各自进行车体倾斜系统的实验。其中，西班牙、意大利、瑞典等国的研制比较成功，最终把摆式列车设计思想变成了成熟的技术，使得大批摆式列车投入商业运行，并在运营中取得了良好的效果。1.1摆式列车发展概况摆式列车发展概况
4、自20世纪80年代开始，西班牙的Talgo系列摆式列车、意大利的ETR450摆式列车和瑞典的X2000摆式列车相继投入运营。进入20世纪90年代，摆式列车技术日趋成熟，它能够在保证安全和舒适性的前提下大大提高既有线路列车的运行速度；且相比修建高速铁路，摆式列车投资较小，建设周期短，因此各国纷纷以各种不同的方式来发展和运用摆式列车。我国广深铁路公司于1998年从瑞典引进了X2000摆式列车并投入运营，取得了较好的经济效益和社会效益。1.2摆式列车的基本原理摆式列车的基本原理机车车辆通过曲线时会产生离心力，其离心加速度的大小与速度的平方成正比，与曲线半径的大小成反比。当列车运行在曲线上时，车内旅客
5、也会受到向曲线外侧的作用力，一般认为旅客所承受的离心力不宜超过旅客自身重量的10%，即离心加速度不能超过0.1g，当离心加速度小于0.04g时旅客一般不易察觉。离心力过大，不仅会使旅客感到不适，还易造成列车脱轨、倾覆。降低离心力通常采用的方法是在曲线地段设置超高外轨，从而使列车在曲线运行时车体向曲线内侧倾斜，利用重力加速度的横向分量来抵消一部分离心加速度。但是，曲线外轨的超高值又不能太大，否则低速运行或停止的列车就会有向内侧倾覆和挤伤内轨的危险，我国铁路外轨超高值要求不超过150 mm。列车速度越高，离心加速度就越大，仅仅利用曲线外轨超高使车体倾斜满足不了要求，人们就设想在列车进入曲线时，让车
6、体向轨道内侧除超高倾斜角外再自动附加一个倾摆角度，从而弥补外轨超高的不足，这就是摆式列车得以发展的原理。1.2摆式列车的基本原理摆式列车的基本原理1.2摆式列车的基本原理摆式列车的基本原理1.3摆式列车的分类摆式列车的分类1.按车体倾摆的方法分类按车体倾摆的方法分类，摆式列车可分为被动式摆式列车和主动式摆式列车两种。（1）被动式摆式列车。被动式摆式列车靠车辆在通过曲线时的离心力作用使车体绕其摆心转动，车体的摆动完全借助作用在车体上的离心力或向心力，而不依靠任何外力。被动式摆式列车的倾摆装置分为自然倾摆机构和带控制的自然倾摆机构两种。西班牙的 Talgo摆式列车是采用自然倾摆机构的典型例子。它以
7、普通的钟摆运动原理为基础，二系弹簧固定在两根很高的立柱上，并托在车体的顶部，如图所示。1.3摆式列车的分类摆式列车的分类1.3摆式列车的分类摆式列车的分类（2）主动式摆式列车。主动式摆式列车通过附加的动力源和控制系统来使车体倾摆，倾摆力的产生可通过液压式作动系统或机电式作动系统来实现。其中，液压式作动系统采用高压油作为动力，是一种比较成熟的技术。其缺点是油源体积较大，系统重量大，维护技术要求较高；而机电式作动系统是目前交流变频技术发展的新型技术产品，采用电能直接作为能源，具有体积小、质量轻、维护方便等优点。1.3摆式列车的分类摆式列车的分类2.按摆动机构所处的位置分类按摆动机构所处的位置分类，
8、摆式列车有摆动机构置于二系悬挂以上（簧上摆）的列车和摆动机构置于一系弹簧与二系悬挂之间（簧间摆）的列车两种。（1）摆动机构置于二系悬挂以上的列车。这种摆式列车的车体通过摆动吊杆连在摇枕上，两个摆动油缸用来控制车体相对于摇枕的摆动。意大利的ETR401和ETR450均是这种类型的摆式列车。这种摆式列车的优点是转向架构造比较简单，缺点是在曲线区段二系悬挂弹簧必须能够承受由于速度增加而产生的横向力。（2）摆动机构置于一系弹簧与二系悬挂之间的列车。二系空气弹簧在上摇枕的上面，摆动油缸和摆动吊杆位于上、下摇枕之间，上摇枕通过摆动吊杆与下摇枕相连，用两个摆动油缸来控制上摇枕相对于下摇枕的摆动以达到车体的摆
9、动，瑞典的X2000、德国的ICT即是这种类型。它的优点是在曲线区段二系悬挂弹簧不必承受由于速度增加而产生的横向力，乘客受未平衡的离心力的影响较小；缺点是增加了转向架的质量和复杂性，也增加了摆动所需要的作用力。1.3摆式列车的分类摆式列车的分类3.按摆动机构的形式分类按摆动机构的形式分类，摆式列车有钟摆式（吊杆式）摆式列车、连杆式摆式列车和滚子式摆式列车等。西班牙的Talgo摆式列车采用了钟摆式摆动机构，意大利的ETR460、瑞典的X2000和德国的ICT采用了连杆式摆动机构，英国的Class390摆式列车采用了滚子式摆动机构。1.4摆式列车径向转向架摆式列车径向转向架传统的构架式转向架在曲线
10、上运行时，两轮对中心线基本上处于平行状态，从而形成前导轮对的大冲角，轮对既要向前滚动，又要朝曲线中心移动，故产生较大的横向作用力，导致钢轨和轮缘磨耗严重。线路曲线半径越小、列车运行速度越高，冲角越大，横向作用力也就越大，这极大地限制了传统转向架在曲线上的运行速度。而径向转向架可使轮对的轴线接近于曲线半径方向，因此避免了轮缘与钢轨内侧的接触，减少了轮轨之间的横向作用力和磨耗，为转向架在曲线上高速行驶创造了条件。下图所示为传统转向架和径向转向架的曲线通过受力状态。1.4摆式列车径向转向架摆式列车径向转向架1.4摆式列车径向转向架摆式列车径向转向架径向转向架有3种：第一种是瑞典X2000所采用的柔性
11、纵向定位刚度转向架，这种转向架与传统的构架式转向架相比，可以降低轮轨之间相互作用力的最大值，提高列车的运行安全性；第二种是径向自导向转向架，这种转向架的转向轮轨蠕滑力和自导向机构会使轮对处于径向位置，其性能比柔性纵向定位刚度转向架性能更加完善，但增加了自导向杆件，结构比柔性纵向定位刚度转向架复杂；第三种是迫导向径向转向架，由我国自主研制而成，转向架上装有迫导向机构，利用车辆通过曲线时车体与转向架之间的相对转动来使轮对趋于径向位置。迫导向径向转向架在车体与转向架之间由杆系连接，结构也比较复杂，但它可以保证不论曲线半径大或小，轮对均能够处于径向位置，减小轮轨横向力并提高车辆运行的安全性，同时减少轮轨之间的磨耗。谢谢观看！
