问题

为何高速动车组的车厢采用这种连接方式?

回答
动车组车厢之间的连接方式,绝非是简单地“连在一起”那么简单,它是一门集力学、材料学、空气动力学,甚至是舒适度和美观度于一体的精密工程。你仔细观察过,就会发现它和传统的火车车厢连接方式有着本质的不同。

首先,我们得明白,为什么要做成“节”式的?

这跟动车组本身的定位有关。高铁追求的是极致的速度和效率。想象一下,如果每一节车厢都像过去的老式火车那样,用沉重的连杆和缓冲器硬邦邦地连接,那在高速运行时会带来怎样的后果?

巨大的空气阻力: 缝隙、凸起、连接处的空隙,都会在高速风的冲击下产生巨大的乱流,这不仅会消耗更多的能量,还会产生巨大的噪音,严重影响乘客的体验。
不稳定的运行: 巨大的惯性力、离心力,以及车体之间的相对运动,如果连接方式不够灵活和稳定,很容易导致车厢剧烈晃动,甚至产生共振,危及行车安全。
能耗和效率: 传统连接方式往往笨重,会增加整列车的自重,也需要更大的动力来克服,这与高铁追求的节能高效背道而驰。

基于这些考量,动车组车厢之间采用了标准化的、集成的连接单元,最常见的名字叫做“车钩”,但它可不是我们印象中那种钩子。

那么,这个“车钩”究竟是何方神圣?它又有哪些特别之处?

我们不妨把车钩看作是一个精巧的“关节”,连接着前后两节车厢,并且承担着几项核心任务:

1. 力的传递: 这是最基本的功能。在启动、加速、减速,甚至紧急制动时,巨大的牵引力、制动力都需要通过车钩从一节车厢传递到另一节。同时,车厢本身也有重量,需要被支撑和传递。

2. 轴向缓冲: 在车辆运行过程中,由于路轨的不平整、速度变化等原因,车厢之间会产生相对的挤压和拉伸。车钩内部通常集成了先进的缓冲系统,比如液压缓冲器或者弹簧缓冲器,它们能够吸收这些冲击能量,防止车厢之间的剧烈碰撞,让乘客感觉更平稳。

3. 侧向缓冲(转向): 列车在轨道上运行时,尤其是在弯道上,车厢并非直线行驶,而是有一个微小的角度差,以便于车辆顺利通过曲线。车钩的设计必须允许一定范围内的侧向位移和转向,就像人的关节一样,能够“拐弯”,同时又能保持稳定。

4. 电气和信号连接: 这是现代动车组连接最“聪明”的一点。它不仅仅是机械连接,还集成了贯通的电气连接和信号传输系统。这意味着,电力可以从动力车厢(例如电力机车或动车组的动力单元)直接传输到所有车厢,为每个车厢供电,包括照明、空调、通信设备等。同时,列车的各种传感器、制动系统、车门控制等信号,也通过这些集成在车钩内的电缆和连接器进行实时传输和同步。

5. 密闭性: 为了最大程度地减少空气阻力,同时提高车内舒适度,动车组的车钩通常被包裹在一个流线型的导流罩之内。这个导流罩不仅造型优美,更重要的是能够平滑地引导空气流过车厢连接处,减少风噪和涡流。很多动车组的车钩上还设计有橡胶风挡,与导流罩配合,形成一个相对密封的通道,防止雨水、灰尘进入,同时也进一步提升了气动性能。

那么,我们看到的“皮老虎”或者“风挡”又是什么?

我们常看到的,连接车厢之间,那个像是“皮老虎”一样的、带有波浪纹的橡胶结构,它实际上是风挡。它的主要作用有:

进一步密封: 在车钩的基础上,风挡提供了更强的密封性,将车厢连接处形成一个相对封闭的通道。这对于保持车厢内的恒温恒湿至关重要,也有效阻隔了外界的风噪和异味。
缓冲和吸收振动: 橡胶材料本身具有良好的弹性和缓冲性能,在车厢之间存在相对位移时,风挡可以起到一定的缓冲作用,吸收微小的震动。
美观和安全: 流线型的设计也符合动车组整体的美学风格,同时,在紧急情况下,它也能提供一定的安全保护。

总结一下,动车组车厢采用这种集成式、流线型的连接方式,是为了实现:

高性能: 极低的空气阻力,平稳舒适的运行。
高效率: 快速的电力和信号传输,减少了传统火车挂钩、插线等繁琐操作。
高安全性: 结构强度高,缓冲性能优异,保证了高速运行的可靠性。
高舒适性: 隔绝了外界噪音和气流,提升了乘客的乘坐体验。

这种连接方式,可以说是动车组能够驰骋于高速轨道上的“幕后英雄”之一,它巧妙地融合了多项技术,让每一节车厢都能成为整体列车中紧密协作、高效运作的一部分。你下次再乘坐高铁时,不妨留意一下那连接处的设计,你会发现,即使是小小的连接,也蕴含着大智慧。

网友意见

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这就是当年进口技术时一并进来的一种风挡形式,叫做双层硬风挡,是欧洲广泛采用的风挡。不同于二系动车的单层风挡加上车厢间缓冲装置,这种硬风挡可以直接充当车厢间缓冲的角色;兼容超小的转弯半径也能适应欧洲普高混跑的模式。

图为ice1的双层硬风挡,无额外的车厢间缓冲装置


但是这种风挡有纵向占用空间大、减震缓冲作用不如独立缓冲装置来得效果好、加装外层全周幌困难的缺点,在cr400bf先行样车上一度改成了独立缓冲器的样式,后来不知道怎么回事又改回去了。

图为cr400bf量产版本,虽然取消了阻尼器,但外层风挡仍然留出了该装置的缺口

图为延续2系车设计的量产版cr400af,可见阻尼器与较cr400bf量产版相比更窄的外层风挡

图为e5系新干线的全周幌和阻尼器




补充:先行车cr400bf采用了多种方案

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这玩意的学名貌似叫折篷风挡,骨架自然是各种金属材料,主要包裹材料是橡胶一类的软性材料。除了高速动车组之外,25K及25T以及衍生型号的客车也用这种风挡。

相比于简单粗暴的橡胶圈或者金属风挡,这种风挡最大的优点在于两个风挡连接的部位是完全锁死的,不像橡胶圈或者金属框架风挡可能会出现漏气漏光的缝隙。原来川黔线还有火车的时候,我在车厢接头通过风挡缝隙观察车钩,车钩相互顶紧了就是下坡,车钩相互拉紧就是上坡。所以老式风挡有时缝隙大得能够塞进两三根手指,也是危险源头,说不定手就废了。

这种折篷风挡除了铁路用,黄海的双节铰接大公交也在用。折篷之间的间隙倒是也有一定程度的危险性,但是最多也就夹手,夹住了还算能很快脱身,比夹住了就不一定拔得出来的老式风挡好多了。至于噪音问题,主要是中间那两个全包围门框的锅,毕竟中间重两头轻,就像俩弹簧对着拉一个重物一样,稍微碰到一下就会响,习惯就好。要是习惯不了这个噪音,不是还有车门隔断吗?带副耳机坐车听歌总行的吧?(滑稽

另外为啥风挡只有这么宽,也许可以新开一个话题。

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