速度連接時間與空間,速度決定人的視野。
鐵路就是人類用來改變自己宿命的工具之一,鐵路也是在速度的不斷突破中不斷實現(xiàn)自我的革新。
1825年9月27日,世界上第一條鐵路英國達林頓至斯托克頓鐵路正式通車營業(yè),當時的蒸汽機車速度只有13公里每小時。
整個19世紀是蒸汽機車的天下。但不要小瞧它們,它們的最高速度竟然突破了200公里,要知道世界上第一條高鐵日本新干線剛開通時,最高速度也只有210公里。
速度就像一個游戲,需要你追我趕。1848年,美國人后來居上,安特洛普號達到了96.6公里時速。但蒸汽機車的最高速度紀錄是1938年7月3日由英國人創(chuàng)造的,時速達到了令人瞠目結舌的202.6公里。英國人毫無疑問是蒸汽機車時代的王者。
電力機車的誕生早于內燃機車。但受制于電網的鋪設,內燃機車最早大規(guī)模應用。到20世紀20年代,內燃機車開始大規(guī)模取代蒸汽機車。
內燃機車就像一個銜玉而生的寶貝,一降生就身手不凡,第一臺內燃機車速度就達到了100公里時速。
1934年美國的先鋒者微風號內燃機車創(chuàng)造了時速181公里的紀錄。到1936年,德國內燃機車時速就突破200公里。但是,內燃機車的最高速度紀錄也屬于英國人。1987年11月1日,英國43型內燃機車時速達到了238公里,并計入了吉尼斯世界紀錄。
由對電力輸送設施的具有高度依賴,所以盡管電力機車誕生早,但是普及晚。借用一句流行語,如果內燃機車是上帝的速度使者,那電力機車就是穿著23號球衣的上帝,它是真正的速度玩家。
1903年10月6日,德國的電力機車時速就突破了200公里,達到203公里。
這是20世紀30年代的德國齊柏林號電力機車。1964年日本新干線開通,車輛真是山寨的該款。
1955年,喜歡速度的法國登上了鐵路速度競賽史的舞臺。3月29日,法國Jeumont-SchneiderBB 9004號電力機車在波爾多與達克斯之間創(chuàng)造了時速331公里世界紀錄。這是當時世界鐵路試驗最高速度。這個速度如此令人瞠目結舌,紀錄保持長達26年之久。就連1964年誕生的日本的新干線高鐵都沒能打破這一速度紀錄。
打破這一紀錄的是高鐵,但是,是法國人自己。
1981年2月26日,法國TGV在東南線創(chuàng)造了時速380公里的速度紀錄。
1988年5月1日,德國人用ICE首破400公里時速,達到了406.9公里。
剩下就是法國人自己跟自己玩了。
1988年12月12日,法國TGV在東南線達到408.4公里時速。
1989年12月5日,法國TGV在大西洋線達到482.4公里時速。
1990年5月18日,又一個歷史性時刻,法國TGV在大西洋線達到了515.3公里時速,人類鐵路歷史上首次突破500公里時速。
2007年4月3日,截至目前的輪軌世界紀錄誕生,法國TGV在東歐線以三動兩拖的試驗車創(chuàng)造了574.8公里速度神話,讓人嘆為觀止。
中國500公里試驗列車
當然,真正的速度怪物是磁懸浮列車。早在1974年德國的磁懸浮就突破了400公里時速。1979年12月12日,日本磁懸浮突破500公里,達到時速504公里。后來磁懸浮的速度游戲就是日本人跟日本人自己玩,日本人先后5次打破自己創(chuàng)造的磁懸浮速度紀錄,并于2003年12月2日,在日本山梨磁懸浮試驗線創(chuàng)造了時速581公里的軌道交通試驗最高速。
在軌道交通發(fā)展史上中國是后來者,但正如在很多領域發(fā)生的一樣,中國的軌道交通也是后來居上。中國高鐵建設里程一躍成為世界第一。曾經中國也想在速度游戲上玩一把。2010年中國南車在原鐵道部的支持下,立項研制500公里試驗列車(cit500),后來雖然遇到波折,但于2011年12月25日正式在青島下線。下線時經與原鐵道部協(xié)商,鐵道部不同意提時速500公里概念,改名為“更高速度試驗列車”。2014年鐵科院正式購買cit500,并改為綜合檢測車,鐵路總公司命名為“CRH380AM”,在滬昆高速杭長段試驗線按時速380公里以下試驗運營。
Cit500是一個速度怪物,前后采用了不同的頭型,前面頭型原型是“青銅劍”,后面頭型是在CRH380A火箭頭型基礎上進行改進的,比CRH380A頭型更加細長。6節(jié)編組的它,牽引功率就達到了22800千瓦,而CRH380A的牽引功率只有9600千瓦。中國研制該車目標是突破輪軌600公里時速。在滾動試驗臺上,該車以605公里時速進行試驗,沒有任何失穩(wěn)跡象,運行處于極佳狀態(tài)。
但進行速度試驗,只有車輛制造商不行,還要有運營商的參與,因為沒有好的線路,再好的車也沒有跑不起來。2007年法國TGV574.8公里時速就是在經過特殊加固的線路上跑出來的。
但中國鐵路運營商中國鐵路總公司目前對速度試驗并不感興趣,所以cit500只是按照時速380公里以下試驗運營。
于是關于cit500就有很多爭議。最關鍵的問題是,為什么要研制它?前面我們都已經討論過了,鐵路史上那些速度紀錄只是一些游戲而已,為什么要為了一個游戲投入那么大的精力?
其實高速試驗列車并不僅僅是一個速度玩具,而是一個科學實驗的載體。Cit500其是是一個國家項目,是國家“973計劃”項目“時速500公里條件下的高速列車基礎力學問題研究的試驗載體。研制Cit500的主要目的有如下幾個方面:
第一,是開展前瞻性、基礎性、理論性研究,為高速鐵路未來的發(fā)展做好知識儲備。我們都知道軌道交通有三大基礎關系:輪軌關系、流固關系、公網關系。Cit500就是要進行時速500公里及以上三大關系的研究,獲取氣動、結構、輪軌、弓網等關鍵力學參數(shù)隨速度的變化規(guī)律,通過探索更高速度條件下高速列車的運行穩(wěn)定性、結構強度、車—線—網匹配關系等安全保障系統(tǒng),揭示高速列車動力學行為、特征和規(guī)律,進一步提高安全冗余。
第二,進行關鍵系統(tǒng)的可靠性研究。在時速500公里條件下對車輛進行測試,為轉向架、車體、車下設備和設備艙等關鍵結構的安全可靠性提供數(shù)據(jù)支撐。通過振動模態(tài)測試,研究轉向架、車體、車下設備和車內裝飾之間的振動匹配;通過動態(tài)應力測試,研究關鍵承載部位的疲勞強度;通過氣動載荷測試,研究氣流作用下不同振動激擾形式對車輛結構的影響規(guī)律。
第三,新材料新技術的研究。Cit500列車上使用了碳纖維、鎂鋁合金、新型納米隔音材料等新型材料,通過500公里時速下的驗證來跟蹤新材料的應用前景。新技術包括風阻制動裝置、實時以太網技術等,另外還可以通過氣動阻力、氣動噪聲、氣動升力、交會壓力波等各項氣動性能研究,全面驗證試驗列車頭尾不同頭型方案。
幾種不同的列車速度
上面講了這么多速度紀錄,其實都是一種速度,那就是最高試驗速度。最高實驗速度一般是通過試驗列車(在運營車輛的基礎上進行改進)在試驗線路上跑出來的最高試驗速度。如法國創(chuàng)造TGV574.8公里時速的“V150”試驗列車,就是為這次試驗專門設計的,將列車的輪徑進行了加大,由920mm增大到了1092mm。北車唐山CRH380BL曾經創(chuàng)造了487.3公里,也是試驗速度,因為跑出這個速度的CRH380BL也是經過特殊改造的試驗車不是運營車,去掉了4節(jié)拖車。所以它的這個487.3公里時速,比法國的574.8公里時速還是差了很多的。
還有幾種速度概念需要向大家澄清。
第一個是運營試驗最高速。
1981年2月26日,在即將開通的法國高速鐵路東南線,法國TGV列車創(chuàng)造了380公里的運營試驗最高速。此速度紀錄由德國列車于2006年7月15日在西班牙打破,西門子VelaroE列車在西班牙AVE高速鐵路上創(chuàng)造了403.7公里速度紀錄。
后面紀錄都是中國人的了。2010年9月28日CRH380A型高速動車組在滬杭線創(chuàng)造了時速416.6公里紀錄;兩個多月后的12月3日,該紀錄被同胞兄弟CRH380AL打破,CRH380AL在京滬線上跑出了486.1公里世界鐵路運營試驗最高速。
第二組,是最高運營速度。最高運營速度是指列車在實際商業(yè)運營中的最高速度。如世界上第一條高速鐵路1964年開通的東京至大阪新干線,全長515公里,最高運營速度是210公里,平均速度是168公里,旅行速度只有128公里(中間??棵盼菁熬┒嫉日荆?。
1981年法國高鐵東南線開通最高運營速度達到了270公里,后來居上。1990年法國高鐵開通大西洋線最高運營速度達到了300公里。2005年,法國開通里昂—圣??诵跖謇锞€最高運營速度則達到了時速320公里。
2008年開始全球運營速度最高紀錄都在中國,2008年開通的京津城際、2009年開通的武廣高鐵、2010年開通的鄭西高鐵、滬寧高鐵、滬杭高鐵,最高運營速度均為350公里。目前中國是唯一運營過時速350公里高鐵的國家,到2011年中國高鐵降速時,京津城際已經按時速350公里安全運營3年,武廣高鐵按時速350公里安全運營1年零7個月,鄭西高鐵按時速350公里安全運營1年零5個月,滬寧高鐵按時速350公里安全運營1年整,滬杭高鐵按時速350公里安全運營8個月。
2011年7月1日,中國鐵路進行大調圖,武廣、鄭西、滬寧、滬杭四條高速鐵路均降速至時速300公里運營;22天后,中國高速鐵路歷史上具有重大影響的“7·23”甬溫線特大交通事故發(fā)生,41人死亡。又20天后,8月11日,京津城際降速到時速300公里運營。世界上運營速度最高重新歸法國。2013年3月17日,日本東北新干線提速到時速320公里與法國貢獻運營最高速度紀錄。
關于中國高鐵降速補充說幾句,2011年8月11日的中國鐵路降速,大量時速200公里的既有線提速線路被降速到時速160公里運營,出現(xiàn)了“Z”字頭列車甚至“T”字頭列車,速度高于“D”字頭列車的奇觀。中國時速200公里的高速鐵路在京滬高鐵開通后達到了9676公里,但降速之后我國時速200公里高速鐵路只剩下6000多公里。