问题

如何对比既有机车、动力集中型动车和200-250km/h列车、300-350km/h列车的功率数据?

回答
要对比不同类型动车组的功率数据,我们需要从几个关键维度入手,而不仅仅是看一个孤立的数字。这样才能真正理解它们之间的差异和各自的定位。

1. 功率的定义与衡量方式:

首先,我们要明确“功率”在铁路领域通常指的是什么。一般来说,我们讨论的是牵引功率,也就是列车用于克服阻力、加速和维持速度的输出功率。这通常以千瓦(kW)或马力(hp)为单位。

千瓦 (kW): 这是国际单位制(SI)的标准单位,也是现代铁路领域最常用的单位。
马力 (hp): 是一种历史更悠久的单位,虽然在某些地区仍有使用,但在技术交流中kW更为主流。1 kW ≈ 1.34 hp。

2. 对比的维度:

为了进行有意义的对比,我们需要考虑以下几个关键维度:

总功率: 这是指动车组所有动力车(通常是动车)的总输出功率。这个数字直接反映了列车整体的“力气”。
单位功率/功率密度: 这个指标是将总功率除以列车的总质量(或牵引质量),即kW/吨。这个比值非常重要,因为它揭示了列车“推重比”。单位功率越高,列车在加速和爬坡能力上就越强。
单节动力车功率: 有些动车组是分散式动力(所有车厢都有动力),有些是集中式动力(只有部分动力车)。了解单节动力车的功率有助于理解其动力布局和设计理念。
额定功率 vs. 最大功率:
额定功率: 通常是指列车在设计工况下,稳定输出的功率。
最大功率: 是指在特定条件下(例如短暂加速或爬坡),列车能够达到的瞬时最高功率。在对比时,需要明确使用的是哪个数值。
牵引性能曲线: 最能体现功率差异的,是列车的牵引性能曲线。这条曲线描绘了在不同速度下,列车能够输出的牵引力以及相应的功率。一般来说,低速时牵引力大、功率输出也逐渐增加;随着速度升高,为了克服空气阻力和轨道阻力,维持相同速度需要更大的功率,但牵引力会下降,直至功率达到最大值并开始随速度升高而下降。

3. 不同类型动车组的功率特征:

现在,我们来具体对比您提到的几类列车:

a) 机车 (Locomotives):

特点: 机车是传统的动力车,通常由独立的发动机(内燃机或电力机车通过接触网供电)驱动,然后通过传动系统带动轮对。它们通常拖拽一个或多个由其他车辆组成的列车(客车车厢或货运车厢)。
功率范围:
电力机车: 功率范围非常广,从几千千瓦到超过 10000 kW(10 MW) 都有可能。特别是用于货运的重型电力机车,其功率非常可观,以应对重载和复杂的线路条件。
内燃机车: 功率也很大,通常在 2000 kW 到 6000 kW 之间,更强大的型号也能达到 8000 kW 左右。
功率密度: 机车的功率密度通常不如现代动车组,因为它们需要驱动的列车总质量非常大(例如,一列满载货物的货运列车,加上机车本身,总质量可能超过数千吨)。因此,虽然总功率很高,但单位功率相对较低。
设计目标: 功率强大,主要用于牵引大质量的列车,或者在有坡度的线路、严酷的气候条件下工作。灵活性高,可以根据需要增减车厢。

b) 动力集中型动车 (EMU Electric Multiple Unit / DMU Diesel Multiple Unit):

定义: 动力集中型动车组是指列车的大部分动力设备集中在少数几节车厢(动力车)上,这些动力车通常位于列车的中部或两端,通过传动系统向所有车厢(包括无动力车)提供动力。
功率范围:
电力动车组 (EMU): 常见的有“支线型”或“区域型”动车组,它们可能拥有 2000 kW 到 6000 kW 的总功率。例如,一些用于通勤或区域交通的动车组,可能设计成4辆或8辆编组,总功率在20004000 kW之间。
动力分散型动车组 (DMU): 动力分散型动车组通常是指只有部分车厢有动力,但动力设备仍然集中在这些动力车厢内。
设计目标: 介于传统机车和动力分散型动车组之间。它们兼顾了一定的功率输出和较低的自重,适合中短途客运,能够实现比普通客车更快的准高速运行。

c) 200250 km/h 列车 (例如,CRH5, CRH2250, 部分欧洲区域列车):

特点: 这类列车通常是动力分散式设计,即列车上每一对转向架(通常是每两节车厢之间)都配置了牵引动力。这种设计使得动力更加均衡,起动加速性能更好,对轨道冲击也更小。
总功率: 对于8辆编组的列车,总功率通常在 4800 kW 到 7200 kW 之间。例如,一列8辆编组的CRH5动车组,其额定功率大约在48005600 kW左右。250 km/h级别的列车,功率会更高一些。
功率密度: 相比于重型机车,这类列车的功率密度显著更高。因为列车整体设计更轻巧,且动力分散,所以单位质量的功率输出就更强。
设计目标: 实现中等速度(200250 km/h)的客运服务,强调舒适性、准点性和较好的加速性能,适用于城际、区域乃至部分干线客运。

d) 300350 km/h 列车 (例如,CRH380A, 德国ICE3, 日本新干线E5):

特点: 这些是典型的高速动车组,几乎全部采用动力分散式设计。动力设备高度集成,布置在列车的各个车厢。
总功率:
300 km/h 级别: 8辆编组的列车,总功率通常在 9000 kW 到 10000 kW 左右。例如,CRH380A的8辆编组功率大约为9600 kW。
350 km/h 级别: 功率会更高,例如,16辆编组的列车总功率可能达到 18000 kW 甚至更高。单辆动力车的功率也达到了 1000 kW 以上。
功率密度: 最高。由于采用了先进的电机、变流器技术,轻量化车体材料,以及优化的空气动力学设计,使得这些列车在达到极高速度的同时,保持了非常高的功率密度。
设计目标: 实现长距离、高速的客运服务,以最快的速度连接城市。对动力系统、制动系统、车体结构、轨道设计、信号系统都有极高的要求。

总结对比表格(示意性):

| 列车类型 | 典型牵引方式 | 总功率 (kW) | 单位功率 (kW/吨) | 功率密度特点 | 主要设计目标 |
| : | : | : | : | : | : |
| 机车 | 集中动力 (电力/内燃) | 2000 10000+ | 低 中 | 较低 | 牵引重载列车,灵活性高 |
| 动力集中型动车 | 集中动力 | 2000 6000 | 中 | 中 | 中短途客运,准高速 |
| 200250 km/h 列车 | 动力分散式 | 4800 7200 (8辆) | 中 高 | 较高 | 中速客运,舒适,准点 |
| 300350 km/h 列车 | 动力分散式 | 9000 18000+ (8/16辆) | 高 非常高 | 最高 | 高速客运,快速连接,经济高效(相对而言) |

数据获取的注意事项:

1. 官方数据: 最准确的功率数据通常来自车辆制造商的官方技术规格或铁路运营商的公开资料。
2. 不同编组: 动车组的功率会随着编组长度(辆数)而变化。通常会有不同编组(如8辆、16辆)的功率数据。
3. 额定 vs. 最大: 确认是额定功率还是最大功率,这会影响对比的准确性。
4. 牵引质量: 功率密度计算的“吨”是牵引质量,而不是车体自重。牵引质量会包含列车自身的重量加上载客量。

通过以上这些维度和对比,我们可以更全面地理解不同动车组在功率上的差异,以及这些差异如何体现在它们的设计理念和运营定位上。

网友意见

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同问,如何对比拖拉机、面包车、轿车、55座大巴车、半挂卡车的功率数据?

实际上一看就知道,这些公路车辆因其尺寸大小与功能作用两方面的因素,是没法横向对比功率的。古人对这个看得就很透,一句“风马牛不相及”,道尽这种对比的荒谬性。

回到铁路这里,挑两个现有车辆,比如东风4B与CR400AF,这俩要单纯对比功率,除了“风马牛不相及”,还会产生“关公战秦琼”的怪异感。运用方向与设计年代都不一样怎么比啊?

笔者倒是猜到题主想问什么,就是这些车辆在执行客车任务的时候各自的加速度如何。其实题主自己就给出答案了,看提问顺序就知道了。

就客车加速度而言,按动力源构成的车型排列出一个加速度逐步提高的顺序是比较复杂的事情,光是车厢数量不一致就够头疼。理论最大比较难碰到,车辆情况、线路情况甚至机车本身的情况,都是阻碍司机操作出最大加速度的因素。而各铁路公司在现实阻碍下积累了多年运用经验,也能得出提问顺序一样的结论。

说来说去,影响车辆加速度的就三个因素。

第一个是黏着重量(动轮负载重量,与牵引力大小正相关)与整列车重的比例。这一点包括动集在内的机辆车比较吃亏,国内常见的SS7E/9与HXD1/3C/D单机拉18节满编客车,其对比应该是138:1150,12%上下,就算上双头动集,其实也不到20%。更惨的则有韶山8这种四轴车拉18节满编,当年北京广的噩梦,比例还不到10%。而常规动力分散动车组这个比例一般在30%到70%,就看这一列车塞进去多少牵引电机。另外对于国外那些柴油动力分散车组(例如鬼子的鸡蛤车),人家就是若干柴油机带若干节车构成一个运用单元,如果需要则多单元重联,根本就不影响这个比例。

第二个是总牵引功率储备与整列车重的比例。这一点内燃相当吃亏,所以才有青藏动集的双头内燃,按美标算AB节了。就以上文总重1150吨的SS9拉18节25T与总重430吨的CRH2A对比吧,两边的总牵引功率都是4800千瓦,但是一用功率除以车重,那就是4.17千瓦/吨对比10.34千瓦/吨,还是差得太多。如果像单机东风8B拉4000到5000吨那种往死了用的办法,其功率车重比更惨,还不到1千瓦/吨,所以加速基本没眼看。而单纯增加机车数量又容易产生投入带不动产出的边际效应,还会产生各种运用隐患,比如国能集团那个六节棍电力机车我就很疑惑,真不怕把车钩拉断吗。

第三条,轴功率与轴重的比例。就比如吧,HXDxB那堆轴功率1600千瓦,但是只有23吨轴重的样子货,接近70千瓦/吨的比例,单轴启动牵引力也就95千牛,这么大的轴功率并没有完全输出为一个非常强大启动牵引力,要是轴重再多个十来吨表现肯定更好,但是工务就得骂娘了。而CRH2A单轴的300千瓦带14吨轴重的动轴参数,保证了0.36m/s/s的加速度,到CR400AF则更进一步,堆到625千瓦带17吨,能跑出0.53m/s/s的加速度。

三条综合起来说,就是没法单纯堆叠机车数量获得更大的客车加速度,毕竟在有限的车辆长度里有太多的无效载客长度是一件不合时宜的事情,还要考虑堆功率影响启动,堆太大直接空转可就不太妙了。为了堆功率又不至于影响载客,动力分散化肯定是必然选择,是一种积少成多的变通办法。至于TGV以及各种衍生出来的高速动集,算髪国人脑回路独特吧,其他诸如四德子还是先发动集再动分跟进并倚重之,等于两条腿走路,立本人则更是一开始就抱死动分一条道,甚至它毛自己玩的电力动车组,不管高速还是市郊慢速通勤,还基本就是动分,唯一一个毛式动集成例还是因为接触网电压不同弄出来的缝合怪,一头接直流三千伏,一头接交流两万五千伏,运用时各种毛病。机辆与动集的唯一优势在于成本,这也是动集还能吊一口气的原因。

对于各种车辆,光对比功率是没用的,还是尽量放在同一运用场景下来对比相对好一些,然而还是免不了以己之短攻他人之长,很难得出公允的结论。

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