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TGV


看完后的结论,

没有自己的技术,

说什么都白搭。。。


PS.

日本的新干线,

听说晚点2分钟,

驾驶员就要写检讨报告!


就是一般的电车,

准点到站精确到秒,

停车位置精确到10几厘米。。。


这就是差距!





中国高铁的假面


日本的新干线也是个好东西,引进的理由充分,也应该理直气壮,却偏偏心怀鬼胎,刷上CRH字母就大张旗鼓宣传是“自主创新”。这件事本身就是冒开天大不讳,本身就是巨大的“创新”。“中国高铁”的英文缩写竟然与“耻辱”的汉语拼音缩写一样,不知道铁道部的字典里是否有“耻辱”二字,看样子冥冥之中自有天意。


中国的“耻辱号”开通,急急忙忙从图书馆借来数本新干线的书苦读,正好原来的本行的是电机拖动,看起来驾轻就熟。看了几本书,就敢壮着胆子得出了结论:新干线是个好东西,中国的中华之星为什么会出局,法国的TGV和德国的ICE从开始就是陪太子读书的烟雾弹。铁道部从一开始就选择了新干线,这个选择从技术角度是非常合理的,也是非常英明的,但采取这种曲线迂回方式就不光明磊落了,不知道藏着什么“鬼”。


本文主要从专业技术角度分析入手,新干线的技术沿革及与其它车型的比较。力图通俗易懂。



一、 新干线简单的技术沿革


新干线的设想从战前就开始了,战后随着日本经济的高速发展,东京——大阪间(东海道线)的客流急速增长,旧有铁路不能满足要求。日本的土地狭窄,不能靠增加铁路缓解客流压力,而是要靠提高车速和行车密度来满足要求。日本的铁路是窄轨的,轨距1067mm,时速160km就到了极限。采用标准轨轨距1435mm,时速200km以上,彻底甩开原来的铁路线,于是被称为“新干线”。


1964年10月,新干线正式通车,也可以算是迎接东京奥运会的献礼工程。新干线并不是传说中的那么安全可靠,最初的几年事故频繁,几乎天天有故障,幸运的是没有旅客伤亡,但却有维修人员伤亡。《新幹線安全神話はこうしてつくられた》(新干线的安全神话是这样创造的),作者是齐藤雅男,当年是新干线抢修队的队长,讲述他当年的故事。新干线开通不久,多次出现半路抛锚,列车在半路断电,没有照明没有暖气,乘客在寒风中忍耐,几小时后他们才抵达现场。还有脱轨事故、车轴断裂、车厢漏水、厕所和车门被吹飞等等等等。还有线路方面的故障,铁路不均匀沉降,信号系统故障。写出来于是成了这本厚书。


幸好新干线诞生在日本,如果在中国,这么多初期故障早就被枪毙了,中华之星和运十就是此命运吧。作者带领队伍顽强拼搏,排除故障,查找原因,改进设计,改进制造工艺。在不断失败挫折中,积累了konw-how。新干线逐步成长,越来越强壮,创造了安全运行40年的神话。


这最初的被称为0系的新干线,从1964年开始到1985年,共生产了21年,合计产量3216辆,是产量最高的高速列车,奠定了日本高速铁路的技术基础。总设计师当年到日本访问,乘坐的就是这0系新干线。20年一贯制,也幸好新干线诞生在日本,被日本当作骄傲,要在中国会被视为计划经济保守落后的标志,批判的声音铺天盖地。不愿意忍受初始的故障,也不愿意忍受20年一贯制,直接就想享受最新最好的东西。这大概是中国诞生不了高速铁路及其它技术的原因吧。也是成不了现代化国家的原因。



0系新干线采用直流电机驱动,分散动力,每个车轴一台直流电机,功率185kw。调速采用变压器抽头,机械开关切换电压。电磁制动时,电动机处于发电机状态,发出的电能用电阻消耗。0系新干线的技术是异常简单的,只可惜当年总设计师乘坐新干线时只知道享受去了,眼睛看不远,没有想到回来自己做。按照当时的技术能力,集中力量攻关,造出0系新干线应该没有什么问题。


0系新干线的技术虽然简单,但缺点也是显而易见的。直流电机虽然控制简单,实现容易,但有整流器和电刷部件,维护工作量大,寿命短,也限制了速度提高。电磁制动时,电能不能回送电网,只能用电阻变为热白白损失掉。进入80年代,随着电力半导体技术的逐步成熟,逐步从直流向交流电机驱动过渡。


从直流向交流过渡不是一蹴而就,有个缓慢的技术进展过程。1985年开始,在100,200,400系的新干线上采用可控硅调相调速。用可控硅取代0系新干线上的机械开关切换电压,实现无级电压调节,还是使用直流电机驱动。400系是最后一种采用直流电机驱动的新干线,1991年制造,用于1992年开业的山形新干线。


随着半导体技术的进展,出现了GTO器件,可以实现VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)可变电压可变频率控制器。实现对交流电机的控制。300、500、E1、E2的一部、E3系采用了交流异步电机驱动。交流异步电机结构简单可靠,免维护,转速高,使新干线由原来的210km/h的速度提到高270km/h,500系的速度则达到300km/h。由于高速化,需要减轻车体重量,大量使用铝合金结构。300系新干线1992年投入东海道线运行,东京到大阪的运行时间由原来超过3小时,缩短为2小时30分。


半导体技术的继续进展,出现了IGBT器件。IGBT比GTO有更高的开关频率,还可以省略关断回路,能够使系统更加小型轻量高效率化,降低了噪声。使用IGBT的VVVF控制器的新干线为700、E2的一部、E4系。700系新干线1999年量产,目前是东海道线的主力车型。


E2系新干线的特点是适合在频繁停靠站的线路使用,例如站间间隔30km,有优良的加速特性,和减速时电能回送电网特性,还通过了时速315km的耐久试验,1997年开始在东北新干线使用,运营速度为275km/h。E2系新干线大量采用了轻量化技术,铝合金车体,齿轮变速箱也采用铝合金,由于轻量化,列车轴重只有13吨。轻量化进一步提高了列车的启动停止性能。


中国购买的E2-1000型列车是一般E2的升级,使用最新的IGBT控制器。E2-1000系2002年12月投入东京——八户线(东北新干线的延长段)。E2-1000全面采用铝合金结构,大车窗,车窗尺寸相当于两列座椅,宽畅明亮。高级车的座椅配置为每列2+2,间距1160mm。普通车则是3+2,间距980mm。座椅还可以180度回转,大家可以看看,CRH的内部是否这样。



二、与法国的TGV和德国的ICE比较


竞争中国高速铁路的还有法国的TGV和德国的ICE。新干线最突出的优点是大,新干线的车宽是3.4m,TGV是2.8m,ICE是3m。由此带来的座椅布置,TGV只能2+2,间隔只有860mm,太窄了。ICE也只能2+2,间隔为950mm。新干线则可以有3+2,间隔980mm,很宽敞,甚至还可以密集3+3布置。整辆列车的定员,TGV大约300-500人,ICE为700人,新干线可以有1600人。差距是巨大的。考虑到新干线的指挥调度系统,间隔15分钟的发车能力,同样一条铁路的输送能力差距非常巨大。


之所以出现这种差别,跟三国的国土人口关系很大。法国是日本面积的1.6倍,人口只有一半,人口集中在巴黎。巴黎人口800万,离巴黎400km的里昂人口60万,其它城市人口只有数万规模。法国不需要新干线那么大的输送能力。需要的是与飞机相当程度的输送能力(300-500),距离数百公里的点对点运输。这种点对点的运输,需要提高最高车速,于是车体宽度窄,减少阻力,以利高速。


德国的人口密度比法国大,于是开发法国与日本的中间车型,1列车定员700人左右。与日本类似,除了长距离的高速区间以外,也有间隔数十公里的车站。由于还需要在普通线路上行车,车体宽度被限制在3m。


法国的列车用于点对点运输,对启动停止性能要求不高,于是采用集中动力结构,一头一尾两个动力车,中间则是无动力车。ICE也是采用集中动力结构,但ICE3则转向了分散动力,提高加减速性能。新干线则一直采用分散动力,有优良的加减速特性,尤其是能够通过电磁制动把大量的能量回送电网,降低电力消耗。


使用分散动力,由于故障在损失几个轴驱动的情况下,仍然能保证列车安全正点运行。新干线延误10分钟以上的故障率为0.01件每百万车辆公里。TGV延误15分钟以上的故障率为0.8件每百万车辆公里。虽然统计的标准有差异,不能严格比较,新干线的故障率大约只有TGV的百分之一。引起TGV故障率高的原因还有法国半导体变流技术的落后,还在使用GTO和同步交流电机。同步交流电机有滑环和电刷结构,维护工作量大,故障率高。ICE3使用分散动力,但历史短,实绩少。半导体变流依然使用GTO,也反映了德国半导体技术的落后。


气动外形方面,由于欧洲地形平坦,隧道少,车形设计只考虑了空气阻力。而新的新干线车型都考虑了在隧道中高速通行,显著的特征是车头不象子弹头而更象鸭嘴,这特点我们可以观察CRH,还有自研的中华之星。


从上面的分析,中国的国土结构和人口分布更类似于日本,选择新干线是必然的。从客流量就可以判决TGV和ICE的死刑。这一点铁道部从开始就应该心知肚明。拉TGV和ICE只是摆迷魂阵,当然主要还只是迷魂国内的舆论。随着E2-1000在中国投入运行,更不可能回头去选择TGV和ICE这样的迷你小车。


当然,ICE3还有一线希望,毕竟也采用了分散动力,车也稍微大一点。但是,高速铁路除了列车以外,还有车辆的保养维修系统和调度管理系统。不同的车型,这些系统之间很难兼容。此外,TGV和ICE的轴重为17吨,E2-1000只有13吨,轻意味着对线路破坏磨损小,对旧线路改造也容易。很难想象,中国会使用万国车,民族情绪会让位于经济思考,反正都是买车,买德国车和买日本车实际没有本质区别。



三、中华之星的必然出局


中华之星使用集中动力,必然导致它出局,集中动力不是未来的发展方向,也不符合中国的使用要求。集中动力,对于普通列车问题不大,但对于高速列车,如果在车站间隔小的线路上运行,则远达不到标称速度。中华之星最高速度跑到300多公里,TGV和ICE的标称速度也很高,但实际运行起来,实际达不到新干线的速度,除非远距离的点对点运输。集中动力的耗电量也大,不能有效的电磁回馈制动。


但是,集中动力的中华之星依然可以在中国的很多线路上使用。经过这么多年的岁月,铁道部应该不会象当年的设计师一样鼠目寸光,但有现实的困难。铁道部面对的实际是毫无技术能力的中国,这和当年的设计师不一样。


中华之星的关键技术点,必须购买国外的。中华之星被枪毙的直接原因是进口轴承故障。表面是轴承故障,实际是整车与轴承配合问题。只能够根据买来的轴承去设计车,而不能根据车去设计轴承,或者车和轴承相互调整设计。想自己设计制造轴承?轴承厂已经根据市场换技术原则给卖掉了,呵呵。VVVF交流控制器中的CPU/DSP只能买,大功率的GTO,即便已经是上一代产品,也只能买。它们与电机之间完全不能配合,因为自己不会设计制造。半导体工业早就根据“比较优势”原则放弃了。至于电机,比如我是电机专业出身,我的同学之中很少有人搞电机了,我也不搞电机了,呵呵。


即便铁道部想支持国产,准备忍受初期的故障,还准备象0系新干线一样冒着国民的唾骂搞20年一贯制,20年磨一剑。面临的却是巧妇难为无米之炊,这和总设计师当年的条件完全不一样。


中国的技术基础已经崩溃了,不能支持这种在传统的集中式基础上进行改进磨合。当初设计中华之星采用集中动力,也是迫不得已,当时已经能很清楚看出分散动力的优越性。但是,集中式只需要在原来韶山电力机车上小改就可以了,如果另起炉灶搞分散式,则需要很多专业合作攻关,在一包就灵的科研体制下,根本就实现不了。




四、新干线的核心技术和国产化率


新干线的最核心部分是“台车”,四个组成的小车。一节车厢有两个台车。台车上集成了驱动电机、轴承、刹车、悬挂、VVVF控制器。这么多的部件集成在小小的台车上,还涉及很多专业。


在“自主创新”的风潮下,跟流行算GDP一样算垃圾一般的国产化率。CRH的国产化率据说达到了75%。有人戏说,一辆日本列车,一块中国产的CRH牌子,两个中国产的螺钉,算下来国产化率也达到了75%。


国产化率算法千奇百怪,各有巧妙不同。不知道铁道部的算法如何,是按零件的个数算,还是按价值算,还是按关键部件计算。


其实呢,国产化率这一指标毫无意义。会做就是会做,不会就是不会。自己会做包给别人做降低成本,也非常合情合理,比如波音飞机的美国的国产化率算下来可能不高,中国也参与做了很多部件,但中国就是不会造波音飞机。希望铁道部能开列个清单,这个CRH里面,哪些我们能做,哪些还不能做。通过购买CRH,能够做哪些以前不会做的,哪些部分根本就不打算做,是否那个“台车”就一直从日本买?


选择新干线没有错,但挂着“自主创新”的牌子,自己骗自己就有错了。