【联队长说高铁2】日本新干线及新干线列车

【标准开头】论高铁的现有定义:
中国指新建设计开行250~350km/h动车组列车,初期运营速度至少200km/h的客专线路。
国际铁路联盟UIC认为高铁的定义相当广泛,包括高铁领域下的众多系统。欧洲把旧线改造时速达到200公里、新建时速达到250~300公里的定为高速铁路;1985年联合国欧洲经济委员会(是官方组织)在日内瓦签署的《国际铁路干线协议》规定:新建客货运列车混用型高速铁路时速为250公里以上,新建客运列车专用型高速铁路时速为350公里以上。
日本作为世界上最早开始发展高速铁路的国家,日本政府在1970年发布第71号法令,为制定全国新干线铁路发展的法律,对高速铁路的定义是,凡一条铁路的主要区段,列车的最高运行速度达到200公里/小时或以上者,可以称为高速铁路。

谈到日本高铁,我们就会想到Shinkansen。日本高速列车就叫新干线列车。按照日本标准,日本目前拥有9条新干线,7条达到高铁标准,中央新干线和北海道新干线青森到札幌段高铁在建。
1964年10月1日,日本国铁东京站9号站台,0系“光号”(Hakari)列车整装待发,早晨6时,发车铃声响起,列车准时出站,终点站为新大阪(Shin Osaka)。0系列车作为世界高速列车的元老,活跃了40多年,不得不令人佩服其设计质量之高,性能之优良。0系列车初期最高行驶时速210km/h,后来提速至220km/h,由于客流增加,1970年大阪万国博览会召开时,由采用12辆变为16辆(全动车编组),启动加速度1.2km/h/s,采用8台受电弓,牵引供电方式为交流25kV,60Hz。总重976吨,轴重16吨,采用直流串励式电机,电阻加空气制动。它的头车设计在当时独树一帜,是貌似战斗机的流线型车头(虽然与今天相比这种设计已经落后)。从0系开始,东海道新干线列车就“钦定”了象牙白色加上蓝色线条的涂装(类似CRH的万年白)1999年,0系列车退出东海道新干线(Tokaido Shinkansen)。2000年3月起,0系在山阳新干线(Sanyo Shinkansen)上以“回声号”4或6辆小编组每站停车开行。2008年11月30日,最后一列服役的0系抵达博多。
当时,动力集中方式列车具有动力装置少,车辆维护工作量少,价格低廉的长处。同样是高速列车,欧洲之星的牵引电机只有12台,0系却达到64台。日本采用动力分散方式列车,是因为日本地质松软,山地河流众多,不能承受过大的重量,轨道在列车轴重过大时会被损坏;动力分散方式列车运力容易调整,机械制动装置负担较小,采用减震措施便可减小噪声和振动带来的麻烦。日本在战后研发了几款成功的动力分散方式列车,如湘南列车,SE,回声号。
当时的日本东海道沿线占国土12%,工业产值和国民收入占全国70%。东海道线运输压力巨大,拥有日本铁路总长的2.9%,年运输量竟然达到全国客运量的25%,货运量的24%,东京至横滨每日单向发车210列!日本国铁总裁十河信二和工程师岛秀雄决定,新建一条时速200km的新干线(尽管当时日本没有可达到这一速度的列车),得到国会批准,并向世界银行贷款。1959年4月20日,东海道新干线开始修建,全长515km。0系列车使东京至大阪的旅行时间缩短了2H30MIN,为4小时。1965年,东京至大阪的时间缩短为3h10min.新干线开通后,以高速,正点,安全,大运量,全天候广受日本国民欢迎。它扭转了世界铁路的命运,使欧洲铁路强国再次树立起发展更高水平铁路的信心。1976年,欧洲首款高速列车,英国的HST问世,在东海岸干线以时速200运行,但它不是纯电动列车。英国还曾同时研发时速250km的APT列车,但因可靠性不佳而失败。由此可见,当时日本新干线可谓“一枝独秀”。不过东海道新干线由于年代较早,采用了不适合开行时速300km/h列车的石灰岩道砟,开通不到十年就出现粉化,板结,翻浆等情况。

1981年,法国也制造出新一代电力高速列车TGV。日本新干线不再“一枝独秀”。TGV和ICE使动力集中方式后来居上。新干线的发展变缓。1982年,东北(Tohoku Shinkansen)新干线和上越新干线(Joetsu Shinkansen)开通,投入的200系列车还只能开到时速210km,由于增加防雪装置,列车最大轴重与TGV PSE一致,为17吨。1985年,日本推出100系列车,最高时速只有230km,除了引进双层车,没有较大的技术突破。

1987年,日本国铁因经营不善走向民营化,变为6家JR客运公司和1家JR货运公司
1992年3月14日,JR东海开发的300系列车来到东海道新干线,名为“希望号”(Nozomi),300系列车采用10动6拖,但由于采用笨重的涡流制动,加上列车轻量化的成果,拖车比动车还要重。此时日本新干线终于迎来技术突破。300系最高时速达到270km,东京至大阪的时间变为2小时30分,最大轴重只有11.4吨。同为16辆编组,300系比0系和100系轻263吨!300系首次采用了当时最先进的交流牵引传动技术,16辆编组只用2台受电弓受流,受流质量赶上了TGV和ICE的水平。这个系统的维护工作量极小,动力分散列车难以维护的麻烦不存在了。但300系在乘客服务上出现了退步,比如取消餐车。
1993年3月18日,300系登上山阳新干线,东京至博多1069km用时仅为5小时4分。
1995年,实验列车E955(300X)在东海道新干线京都(Kyoto)至米原段跑出了日本列车最速:443km/h。


同年,JR西日本也开始研发500系列车。1997年3月,轴重11.4吨,16辆全动车编组,不再采用涡流制动的500系登上山阳新干线。它的颜值迷倒了不少日本国民,车头采用仿生学模拟翠鸟嘴的独特外形,流线型车头长达15米,涂装也更加时尚。500系列车断面积比300系小10%,车身为筒型且光滑*******台电机总牵引功率18240千瓦,如此一来,500系轻松地达到300km/h目标运行速度,东京至博多的旅行时间压缩为4小时19分。500系车体采用铝合金的蜂巢结构,有效减少车内噪音。500系紧急制动距离与300系相等。500系的弱项在于造价过高,不如300系舒适,头车定员少12人。
1999年,700系投入运营,它由JR东海与JR西日本合作研发,采取高速,舒适,低成本的设计思路。与500系与300系相比,700系各取所长,性价比适中。台湾于2006年引进了基于700系制造的700T列车,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系投入九州新干线。


20世纪50年代,东海道新干线的设计者把线路最小曲线半径定为2500m,结果呢,300系,500系,700系都只能以时速250km通过东海道新干线的弯道(提速40km/h还是因为把容许欠高值提高到110mm,左右容许最大加速度提高到重力加速度的9%)。这种小半径弯道在这条线路上有50余处,占线路总长的1/3左右。为了解决过弯道的问题,JR东海和JR西日本合作制造了N700系新干线列车(N有New之意),它于2007年投入商业运行,最终制造96列。N700系的车体倾斜技术与一般的摆式列车(“被动式”和“主动式”)不同,它通过控制车体两端空气弹簧的高度,使列车车厢依次倾斜1°,从而以时速270km通过弯道。早在1997年,JR北海道既有线上的201系列车便采用了空气弹簧使列车倾斜的技术。
N700系采用14动2拖编组,16台车体倾斜装置,最高商业运营时速300km/h,启动加速度0.72米每二次方秒,静止加速到270km/h用时3分钟,舒适性好。


1999年,日本宣布开发时速360km/h的新干线列车。日本不仅欲与欧洲比赛高铁技术,JR也想提升新干线在国内交通中的的竞争力。当时东京去札幌全程1035千米,坐飞机只需1小时30分到2小时30分,坐火车就呵呵了。如果时速360Km的新干线列车问世,这一旅行时间有望压缩至4小时。
2002年到2003年,JR东日本研究了新一代列车的制造技术。2005年6月,JR东日本推出试验列车FASTECH360S(S代表新干线)(番台E994)(6动2拖),2006年推出FASTECH360Z(Z代表在来线)(番台E995),前者就是E5“隼号”列车的原型车。
2012年,E5系列车登上东北新干线(Tohoku Shinkansen ),最高商业运营时速下调到320km,因为日本没能解决列车在75dB以下以360km/h开行列车的问题。E5取消了E994车体上安装的“猫耳”制动装置,头车长度比E994下降1.8米。不久,出自E995,最高商业运营时速320km/h的E6系“小町号”列车也投入运营,它可以通入小型新干线区间(如秋田新干线 Akita Shinkansen)(走铁路“县道”的时候最高商业运营时速降至130km/h)2016年3月,E5来到北海道新干线(Hokaido Shinkansen),改名为H5系。
