【聯(lián)隊(duì)長說高鐵2】日本新干線及新干線列車

【標(biāo)準(zhǔn)開頭】論高鐵的現(xiàn)有定義:
中國指新建設(shè)計(jì)開行250~350km/h動車組列車,初期運(yùn)營速度至少200km/h的客專線路。
國際鐵路聯(lián)盟UIC認(rèn)為高鐵的定義相當(dāng)廣泛,包括高鐵領(lǐng)域下的眾多系統(tǒng)。歐洲把舊線改造時(shí)速達(dá)到200公里、新建時(shí)速達(dá)到250~300公里的定為高速鐵路;1985年聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(是官方組織)在日內(nèi)瓦簽署的《國際鐵路干線協(xié)議》規(guī)定:新建客貨運(yùn)列車混用型高速鐵路時(shí)速為250公里以上,新建客運(yùn)列車專用型高速鐵路時(shí)速為350公里以上。
日本作為世界上最早開始發(fā)展高速鐵路的國家,日本政府在1970年發(fā)布第71號法令,為制定全國新干線鐵路發(fā)展的法律,對高速鐵路的定義是,凡一條鐵路的主要區(qū)段,列車的最高運(yùn)行速度達(dá)到200公里/小時(shí)或以上者,可以稱為高速鐵路。

談到日本高鐵,我們就會想到Shinkansen。日本高速列車就叫新干線列車。按照日本標(biāo)準(zhǔn),日本目前擁有9條新干線,7條達(dá)到高鐵標(biāo)準(zhǔn),中央新干線和北海道新干線青森到札幌段高鐵在建。
1964年10月1日,日本國鐵東京站9號站臺,0系“光號”(Hakari)列車整裝待發(fā),早晨6時(shí),發(fā)車鈴聲響起,列車準(zhǔn)時(shí)出站,終點(diǎn)站為新大阪(Shin Osaka)。0系列車作為世界高速列車的元老,活躍了40多年,不得不令人佩服其設(shè)計(jì)質(zhì)量之高,性能之優(yōu)良。0系列車初期最高行駛時(shí)速210km/h,后來提速至220km/h,由于客流增加,1970年大阪萬國博覽會召開時(shí),由采用12輛變?yōu)?6輛(全動車編組),啟動加速度1.2km/h/s,采用8臺受電弓,牽引供電方式為交流25kV,60Hz??傊?76噸,軸重16噸,采用直流串勵式電機(jī),電阻加空氣制動。它的頭車設(shè)計(jì)在當(dāng)時(shí)獨(dú)樹一幟,是貌似戰(zhàn)斗機(jī)的流線型車頭(雖然與今天相比這種設(shè)計(jì)已經(jīng)落后)。從0系開始,東海道新干線列車就“欽定”了象牙白色加上藍(lán)色線條的涂裝(類似CRH的萬年白)1999年,0系列車退出東海道新干線(Tokaido Shinkansen)。2000年3月起,0系在山陽新干線(Sanyo Shinkansen)上以“回聲號”4或6輛小編組每站停車開行。2008年11月30日,最后一列服役的0系抵達(dá)博多。
當(dāng)時(shí),動力集中方式列車具有動力裝置少,車輛維護(hù)工作量少,價(jià)格低廉的長處。同樣是高速列車,歐洲之星的牽引電機(jī)只有12臺,0系卻達(dá)到64臺。日本采用動力分散方式列車,是因?yàn)槿毡镜刭|(zhì)松軟,山地河流眾多,不能承受過大的重量,軌道在列車軸重過大時(shí)會被損壞;動力分散方式列車運(yùn)力容易調(diào)整,機(jī)械制動裝置負(fù)擔(dān)較小,采用減震措施便可減小噪聲和振動帶來的麻煩。日本在戰(zhàn)后研發(fā)了幾款成功的動力分散方式列車,如湘南列車,SE,回聲號。
當(dāng)時(shí)的日本東海道沿線占國土12%,工業(yè)產(chǎn)值和國民收入占全國70%。東海道線運(yùn)輸壓力巨大,擁有日本鐵路總長的2.9%,年運(yùn)輸量竟然達(dá)到全國客運(yùn)量的25%,貨運(yùn)量的24%,東京至橫濱每日單向發(fā)車210列!日本國鐵總裁十河信二和工程師島秀雄決定,新建一條時(shí)速200km的新干線(盡管當(dāng)時(shí)日本沒有可達(dá)到這一速度的列車),得到國會批準(zhǔn),并向世界銀行貸款。1959年4月20日,東海道新干線開始修建,全長515km。0系列車使東京至大阪的旅行時(shí)間縮短了2H30MIN,為4小時(shí)。1965年,東京至大阪的時(shí)間縮短為3h10min.新干線開通后,以高速,正點(diǎn),安全,大運(yùn)量,全天候廣受日本國民歡迎。它扭轉(zhuǎn)了世界鐵路的命運(yùn),使歐洲鐵路強(qiáng)國再次樹立起發(fā)展更高水平鐵路的信心。1976年,歐洲首款高速列車,英國的HST問世,在東海岸干線以時(shí)速200運(yùn)行,但它不是純電動列車。英國還曾同時(shí)研發(fā)時(shí)速250km的APT列車,但因可靠性不佳而失敗。由此可見,當(dāng)時(shí)日本新干線可謂“一枝獨(dú)秀”。不過東海道新干線由于年代較早,采用了不適合開行時(shí)速300km/h列車的石灰?guī)r道砟,開通不到十年就出現(xiàn)粉化,板結(jié),翻漿等情況。

1981年,法國也制造出新一代電力高速列車TGV。日本新干線不再“一枝獨(dú)秀”。TGV和ICE使動力集中方式后來居上。新干線的發(fā)展變緩。1982年,東北(Tohoku Shinkansen)新干線和上越新干線(Joetsu Shinkansen)開通,投入的200系列車還只能開到時(shí)速210km,由于增加防雪裝置,列車最大軸重與TGV PSE一致,為17噸。1985年,日本推出100系列車,最高時(shí)速只有230km,除了引進(jìn)雙層車,沒有較大的技術(shù)突破。

1987年,日本國鐵因經(jīng)營不善走向民營化,變?yōu)?家JR客運(yùn)公司和1家JR貨運(yùn)公司
1992年3月14日,JR東海開發(fā)的300系列車來到東海道新干線,名為“希望號”(Nozomi),300系列車采用10動6拖,但由于采用笨重的渦流制動,加上列車輕量化的成果,拖車比動車還要重。此時(shí)日本新干線終于迎來技術(shù)突破。300系最高時(shí)速達(dá)到270km,東京至大阪的時(shí)間變?yōu)?小時(shí)30分,最大軸重只有11.4噸。同為16輛編組,300系比0系和100系輕263噸!300系首次采用了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的交流牽引傳動技術(shù),16輛編組只用2臺受電弓受流,受流質(zhì)量趕上了TGV和ICE的水平。這個系統(tǒng)的維護(hù)工作量極小,動力分散列車難以維護(hù)的麻煩不存在了。但300系在乘客服務(wù)上出現(xiàn)了退步,比如取消餐車。
1993年3月18日,300系登上山陽新干線,東京至博多1069km用時(shí)僅為5小時(shí)4分。
1995年,實(shí)驗(yàn)列車E955(300X)在東海道新干線京都(Kyoto)至米原段跑出了日本列車最速:443km/h。


同年,JR西日本也開始研發(fā)500系列車。1997年3月,軸重11.4噸,16輛全動車編組,不再采用渦流制動的500系登上山陽新干線。它的顏值迷倒了不少日本國民,車頭采用仿生學(xué)模擬翠鳥嘴的獨(dú)特外形,流線型車頭長達(dá)15米,涂裝也更加時(shí)尚。500系列車斷面積比300系小10%,車身為筒型且光滑*******臺電機(jī)總牽引功率18240千瓦,如此一來,500系輕松地達(dá)到300km/h目標(biāo)運(yùn)行速度,東京至博多的旅行時(shí)間壓縮為4小時(shí)19分。500系車體采用鋁合金的蜂巢結(jié)構(gòu),有效減少車內(nèi)噪音。500系緊急制動距離與300系相等。500系的弱項(xiàng)在于造價(jià)過高,不如300系舒適,頭車定員少12人。
1999年,700系投入運(yùn)營,它由JR東海與JR西日本合作研發(fā),采取高速,舒適,低成本的設(shè)計(jì)思路。與500系與300系相比,700系各取所長,性價(jià)比適中。臺灣于2006年引進(jìn)了基于700系制造的700T列車,最高速度由700系的285km/h提升到300km/h。
2004年,基于700系制造的800系投入九州新干線。


20世紀(jì)50年代,東海道新干線的設(shè)計(jì)者把線路最小曲線半徑定為2500m,結(jié)果呢,300系,500系,700系都只能以時(shí)速250km通過東海道新干線的彎道(提速40km/h還是因?yàn)榘讶菰S欠高值提高到110mm,左右容許最大加速度提高到重力加速度的9%)。這種小半徑彎道在這條線路上有50余處,占線路總長的1/3左右。為了解決過彎道的問題,JR東海和JR西日本合作制造了N700系新干線列車(N有New之意),它于2007年投入商業(yè)運(yùn)行,最終制造96列。N700系的車體傾斜技術(shù)與一般的擺式列車(“被動式”和“主動式”)不同,它通過控制車體兩端空氣彈簧的高度,使列車車廂依次傾斜1°,從而以時(shí)速270km通過彎道。早在1997年,JR北海道既有線上的201系列車便采用了空氣彈簧使列車傾斜的技術(shù)。
N700系采用14動2拖編組,16臺車體傾斜裝置,最高商業(yè)運(yùn)營時(shí)速300km/h,啟動加速度0.72米每二次方秒,靜止加速到270km/h用時(shí)3分鐘,舒適性好。


1999年,日本宣布開發(fā)時(shí)速360km/h的新干線列車。日本不僅欲與歐洲比賽高鐵技術(shù),JR也想提升新干線在國內(nèi)交通中的的競爭力。當(dāng)時(shí)東京去札幌全程1035千米,坐飛機(jī)只需1小時(shí)30分到2小時(shí)30分,坐火車就呵呵了。如果時(shí)速360Km的新干線列車問世,這一旅行時(shí)間有望壓縮至4小時(shí)。
2002年到2003年,JR東日本研究了新一代列車的制造技術(shù)。2005年6月,JR東日本推出試驗(yàn)列車FASTECH360S(S代表新干線)(番臺E994)(6動2拖),2006年推出FASTECH360Z(Z代表在來線)(番臺E995),前者就是E5“隼號”列車的原型車。
2012年,E5系列車登上東北新干線(Tohoku Shinkansen ),最高商業(yè)運(yùn)營時(shí)速下調(diào)到320km,因?yàn)槿毡緵]能解決列車在75dB以下以360km/h開行列車的問題。E5取消了E994車體上安裝的“貓耳”制動裝置,頭車長度比E994下降1.8米。不久,出自E995,最高商業(yè)運(yùn)營時(shí)速320km/h的E6系“小町號”列車也投入運(yùn)營,它可以通入小型新干線區(qū)間(如秋田新干線 Akita Shinkansen)(走鐵路“縣道”的時(shí)候最高商業(yè)運(yùn)營時(shí)速降至130km/h)2016年3月,E5來到北海道新干線(Hokaido Shinkansen),改名為H5系。
