下雪天，為什么高鐵會降速，綠皮火車還能全速前進(jìn)？

近日，受寒潮影響，北方多地迎來今冬首場降雪，這也給鐵路運行運行帶來了不小的考驗。

有小伙伴發(fā)現(xiàn)，雪天里高鐵偶爾會降速行駛，但綠皮火車還能全速前進(jìn)，這是為什么呢？

制動機(jī)制：復(fù)合制動與機(jī)械制動

高鐵制動系統(tǒng)采用電制動與空氣制動相結(jié)合的復(fù)合模式。

高速列車制動系統(tǒng) 來源：北京鐵路

電制動也稱再生制動，電制動時列車的電動機(jī)變成了發(fā)電機(jī),將列車的動能轉(zhuǎn)化為電能反饋至接觸網(wǎng)，這種制動方式安全、環(huán)保、節(jié)能；空氣制動也稱為“盤剎”，通過控制閘片與制動盤摩擦，從而產(chǎn)生制動。

雪天條件下，動車從動車所駛出后，高鐵司機(jī)通常會選擇一個安全路段，進(jìn)行一次輕微的“試剎車”，通過試剎車，高鐵司機(jī)可以判斷制動閘盤是否被積雪或薄冰覆蓋，空氣制動管路是否正常工作。

高速列車緊急制動按鈕 來源：北京鐵路

不過，在雪天，這種復(fù)合制動面臨雙重挑戰(zhàn)：一是低溫導(dǎo)致制動盤與閘片材料脆化，摩擦系數(shù)下降；二是積雪可能覆蓋制動盤，影響散熱效率。因此，列車需提前降速以預(yù)留更長的制動距離。

綠皮火車采用純機(jī)械的空氣制動模式，通過壓縮空氣推動制動缸活塞，帶動閘瓦緊壓車輪踏面。

這種制動方式不依賴電子信號，即使低溫導(dǎo)致電子元件故障，仍能通過手動操作維持功能。此外，綠皮火車還配備手制動裝置，在緊急情況下可通過手動轉(zhuǎn)動手輪形成雙重保障。

其實高鐵的空氣制動也有純機(jī)械結(jié)構(gòu)的，普速列車?yán)镆灿胁捎秒娭苿拥模瑑烧叩膮^(qū)別是高鐵是以電制動為主，普速絕大多數(shù)依靠空氣制動，但是由于二者之間巨大的速度差，使得高鐵列車需要提供的剎車能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普速列車，緊急停車距離也是普速的8倍左右。

動力機(jī)制：接觸網(wǎng)與內(nèi)燃機(jī)

高鐵的動力來源是接觸網(wǎng)。

向列車輸送電力的接觸網(wǎng)。 來源：北京鐵路

高鐵接觸網(wǎng)是弓網(wǎng)滑動電接觸的重要部件，電弓是連接接觸網(wǎng)給動車組供電的重要部件，高鐵通過受電弓與接觸網(wǎng)連接取電，驅(qū)動牽引電機(jī)運轉(zhuǎn)，如果受電不成功，列車將會失去動力。

冰凍雨雪天氣下，接觸網(wǎng)線路容易結(jié)冰，如絕緣隔離零件上結(jié)冰，會造成絕緣零件失效，導(dǎo)致接觸弧短路；如果遇凍雨則容易短時間內(nèi)形成“凍掛”，導(dǎo)致電線導(dǎo)電不良，甚至有崩斷的危險。此時高鐵列車如運行過快，就會出現(xiàn)“拉弧”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致列車故障，主動減速甚至直接停車。

高鐵“一路火花帶閃電”的“拉弧”現(xiàn)象。 來源：中國鐵路

“綠皮火車”的動力系統(tǒng)主要是內(nèi)燃機(jī)車車頭和電氣化機(jī)車車頭。

如果是利用內(nèi)燃機(jī)作為動力來源，通過燃燒柴油驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，再用電驅(qū)動車輪，這種設(shè)計使其不依賴外部供電系統(tǒng)，即使接觸網(wǎng)覆冰或停電，仍能持續(xù)運行。并且內(nèi)燃機(jī)的扭矩輸出與轉(zhuǎn)速成正比，即使車輪打滑，也能通過調(diào)整油門維持動力輸出。

如果是電氣化機(jī)車，也是采用接觸網(wǎng)，直接用電機(jī)帶動車輪轉(zhuǎn)動，跟高鐵一樣，運行受到供電的影響也較大。

熱備機(jī)車 來源：北京鐵路

在面對不良雨雪天氣時，鐵路部門啟動的應(yīng)對措施當(dāng)中都會出現(xiàn)“應(yīng)急內(nèi)燃熱備機(jī)車”的身影。

其實高鐵動車擁有兩大替補——熱備機(jī)車和熱備動車組。熱備機(jī)車是為應(yīng)對動車組、普速列車因突發(fā)情況，無法繼續(xù)運行時的替補機(jī)車，一般為內(nèi)燃機(jī)車。熱備動車組，是一列沒有車次的動車組，可根據(jù)需要變換成任何車次。當(dāng)有運輸任務(wù)的動車組列車遇到故障不能繼續(xù)運行時，熱備動車組就立即前往指定地點，接續(xù)完成旅客運送服務(wù)。

軌道設(shè)計：無砟軌道與有砟軌道

高鐵軌道采用無砟軌道，其平整度極高，曲線半徑是普通鐵路的幾十倍，軌道誤差容忍度達(dá)到毫米級精度。這種設(shè)計使高鐵能以300公里以上的時速平穩(wěn)運行，但也對極端天氣更為敏感。

綠皮火車運行的有砟軌道則展現(xiàn)出更強(qiáng)的適應(yīng)性。這種軌道由碎石道床構(gòu)成，其彈性結(jié)構(gòu)能更好地吸收車輪沖擊力，減少積雪壓實形成的冰殼。

軌道雖然存在區(qū)別，但有砟軌道絕不是優(yōu)點。所以，綜合來說主要原因就是速度，如此高的運行速度，對整個系統(tǒng)的要求就高，高鐵在有風(fēng)險的時候必須降速。

來源：數(shù)字北京科學(xué)中心

編輯：endlesscliff

轉(zhuǎn)載內(nèi)容僅代表作者觀點

不代表中科院物理所立場

如需轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原公眾號