李俊熹 张杨

摘要：轨道交通目前的技术前沿主要存在于高速和重载两大发展趋势中。其中：高速铁路是现代化铁路的重要标志，集中体现了当代高新技术的发展成果，代表着当今世界铁路的发展方向。重载铁路是解决大宗物质运输，因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国的广泛重视，特别是在一些幅员辽阔、资源丰富，煤炭和矿石等大宗货物运量占有较大比重的国家。

为了服务高铁出口的国家重大战略需求，非常有必要研究和解决高速铁路在世界范围内面临的特殊关键技术问题;对于重载列车，提高轴重降低自重也迫在眉睫。

关键词：轨道交通、高铁、重载列车、牵引电传动系统

更高速度

随着高铁的高速所带来的“时空压缩”过程，旅客在时间距离不变情况下，空间距离逐渐增大，即旅客出行半径会逐渐增大。日本新干线开通使东京和大阪等经济圈更接近日本东北部的城市，使旅客出行货物运输更为方便，呈现出“把新干线当成走廊来使用”的现象。高铁使伦敦到爱丁堡、格拉斯哥和苏格兰等大城市的旅行时间大幅度降低，從而促进英国各城市的经济文化交流。南非约翰内斯堡到比勒陀利亚行程时间在高铁开通后缩减，极大增强了沿途城市的联系，每天客运量增加到6.4万人次。可见，高铁产生的“时空压缩”效应对地区间的经济和文化活动联系产生明显作用，进而对区域经济空间格局变化产生深远影响。法国佩皮尼昂至西班牙巴塞罗那段高铁线开通减少在途时间，但加剧区域空间竞争，巴塞罗那区位优势以及基础设施集中性比佩皮尼昂好，产生高铁“虹吸效应”;使佩皮尼昂成为一个仅拥有一些历史纪念馆的小城，导致佩皮尼昂的吸引力下降，产生高铁“过滤效应”。便捷高铁使加州北部和中央谷地区以及加州南部聚居区连成一片，让该地区的经济和技术交流活动异常活跃。武广高铁对以武汉、长沙、广州为轴的经济带迅速活跃起来。

可见，高铁的速度是影响区域经济格局的重要因素，也是高速铁路能够得到迅速发展的重要原因。根据国家战略规划，下一步，高速列车将不再满足于国内的快速运输，而是要积极投入到洲际运输的竞争中去，这使得目前300-350kM的运行时速仍显不足。

轻量化节能减耗

《国家中长期科学和技术发展规划纲要》、《节能减排“十二五”规划》（国务院）、《国家“十二五”科学和技术发展规划》和《高端装备制造业“十二五”发展规划》等突显了节能减排已成为国家可持续发展的战略举措。

世界各国采用低气动阻力设计、轻量化设计、高效牵引系统、低能耗辅助设备和能量综合管理等技术措施来降低列车能耗，提高列车单位能效。庞巴迪基于能源、效率、经济、生态的ECO4理念，优化气动阻力，减阻12%;采用高效智能化空调以及废排余热利用，节约能源率达26%;采用司机智能化辅助驾驶系统，提高牵引与电制动的效率，节能高达15%;整车材料回收率超过95%，整车综合节能高达50%。我国CRH3系列动车组在整车减阻设计优化、车辆轻量化、长大车体以及高效牵引等方面也进行了积极尝试和工程化应用，整车综合节能高达28%。但与国外相比，我国高速列车综合节能提升空间巨大，节能降耗关键技术的研究与综合应用需系统深入的研究。

高速列车运营能耗主要是电能消耗，由牵引能耗、制动能耗、辅助能耗、传动能耗组成。其中，牵引能耗主要取决于动能损耗、运行气动阻力、牵引效率;制动能耗主要是刹车热能损耗;辅助能耗主要包括辅助设备负载能耗及列车温度调节能耗;传动能耗主要是轮轨关系及摩擦磨损造成的能耗。

牵引能耗约占列车总能耗的60%以上。其中，气动阻力能耗占比重最大，其次是牵引设备能耗。气动阻力能耗主要是运行阻力中克服空气阻力引起的能耗，主要与车辆外形、车头长细比、车辆截面积、列车编组等因素密切相关。对于高速列车而言，气动阻力在运行阻力中占主导地位，所引起的能耗与速度平方呈线性增长，不同速度下气动阻力能耗占牵引系统能耗比重为70%（200 km/h）、80%（300 km/h）、85%（350 km/h）。牵引设备能耗主要是由于各种电气元件和机械元件效率低导致部分能量以热量形式耗散。

辅助能耗主要是满足乘客服务功能的辅助设备所引起的能耗，主要包括照明、取暖及通风等功能。辅助能耗约占列车总能耗的20%。传动能耗主要是因传动系统部件的工作效率及其摩擦磨损所造成的能耗，主要包括制动系统、转向架系统和受电弓等，其能耗约占列车总能耗的10%。

另外，列车能耗还包括电力供应系统损耗是由悬链线电阻和变电站能量转换损耗造成，在忽略列车特性和给定供电电压下，其能耗为定值。

根据列车运营能耗模型，通过能量路径和能量消耗特征的分析，可以预见各能耗对象采取相应节能技术措施后对列车节能的贡献率情况。

总结

新中国成立尤其是改革开放以来，我国制造业持续快速发展，建成了门类齐全、独立完整的产业体系，有力推动工业化和现代化进程，显著增强综合国力，支撑我世界大国地位。然而，与世界先进水平相比，我国制造业仍然大而不强，在自主创新能力、资源利用效率、产业结构水平、信息化程度、质量效益等方面差距明显，转型升级和跨越发展的任务紧迫而艰巨。

当前，新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇，国际产业分工格局正在重塑。新一代信息技术与制造业深度融合，正在引发影响深远的产业变革。轨道交通行业在加大科技创新力度，推动三维（3D）打印、移动互联网、云计算、大数据、新能源、新材料等领域取得新突破。基于信息系统的智能装备、智能工厂等智能制造正在引领制造方式变革;轨道交通制造业转型升级、创新发展迎来重大机遇。

随着轨道交通行业的进一步发展，以及“走出去”战略执行的不断深入，超大规模需求潜力不断释放，为轨道交通制造业发展提供了广阔空间。各行业新的装备需求、人民群众新的消费需求、社会管理和公共服务新的民生需求、国防建设新的安全需求，都要求轨道交通制造业在重大技术装备创新、产品质量和安全、公共服务设施设备供给和国防装备保障等方面迅速提升水平和能力。同时，轨道交通制造业发展面临新挑战。资源和环境约束不断强化，劳动力等生产要素成本不断上升，依靠规模扩张的粗放发展模式难以为继，调整结构、转型升级、提质增效刻不容缓。

经过十几年的极速发展，我国轨道交通制造业规模跃居世界第一位，建立起门类齐全、独立完整的制造体系，成为支撑我国经济社会发展的重要基石和促进世界经济发展的重要力量。一批重大技术装备取得突破，形成了若干具有国际竞争力的优势产品和骨干企业，使我国已具备了引领轨道佳通行业发展的基础和条件。但目前与先进国家相比，还存在轨道交通制造业大而不强，关键核心技术与高端装备对外依存度高，以企业为主体的制造业创新体系不完善;资源能源利用效率低;高端装备制造业和生产性服务业发展滞后;信息化水平不高，与工业化融合深度不够;产业国际化程度不高，企业全球化经营能力不足等问题。

国家队先进轨道交通装备制造业的发展也提出了明确的要求。要求加快新材料、新技术和新工艺的应用，重点突破体系化安全保障、节能环保、数字化智能化网络化技术，研制先进可靠适用的产品和轻量化、模块化、谱系化产品。研发新一代绿色智能、高速重载轨道交通装备系统，围绕系统全寿命周期，向用户提供整体解决方案，建立世界领先的现代轨道交通产业体系。所有这些目标，都需要有更为先进的生产和制造工艺作为支撑。

参考文献

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[3]赵杨.地铁车辆牵引电传动系统控制关键技术策略探讨[J].工程建设与设计2019，（12） ：1

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