高速鐵路是指通過改造原有線路（直線化、軌距標準化），使營運速率達到每小時200公里以上，通過改造原有線路（直線化、軌距標準化），使營運速率達到每小時200公里以上，或者專門修建新的“高速新線高速新線”，使營運速率達到每小時250公里以上的，使營運速率達到每小時250公里以上的鐵路系統(tǒng)。高鐵上到底使用了哪些核心技術和核心材料，會帶來哪些商機呢？小編為您盤點如下：

中國高鐵

    高鐵的核心技術有哪些？

    目前，中國大陸高速鐵路運營里程居世界第一位，預計到2020年，高速鐵路建設里程將超過1.8萬公里，形成整體的高速鐵路網(wǎng)。高速鐵路的建設將帶來巨大的商機。

    高速鐵路除了在列車在營運達到一定速度標準外，車輛、路軌、操作都需要配合提升。下面請看高鐵上的那些核心技術。

    世界上首條高鐵

    世界上首條出現(xiàn)的高速鐵路是日本的新干線，于1964年正式營運。日系新干線列車由川崎重工建造，行駛在東京－名古屋－京都－大阪的東海道新干線，營運速度每小時271公里，營運最高時速300公里。學校地址：陜西省渭南市國家高新技術開發(fā)區(qū)西新街與石泉路十字西200米（1路公交車終點站--渭南軌道交通運輸學校下車即到）

    此后高鐵技術得到各個國家的重視，高鐵在世界各個城市遍地開花，緣起法國的TGV技術、緣起德國的ICE技術、緣起西班牙的Talgo技術以及得益于航空航天技術發(fā)展而誕生的磁懸浮技術都為高鐵速度的提升探索了思路和方式。而中國研究的CRH技術是高鐵科技領域的又一重大突破。本文就是向各位介紹CRH技術，而CRH技術正是高鐵與普通鐵路區(qū)分的關鍵技術因素之一。

    高鐵動車的基本組成

    1.車體

    車體的作用是安裝基礎和承載骨架。現(xiàn)代動車組車體均采用整體承載的鋼結構或者輕金屬結構，以實現(xiàn)在最輕的自重下滿足強度和剛度要求。

    2.轉向架

    轉向架有動力轉向架和非動力轉向架之分。其作用是承載、轉向、減振、制動，動力轉向架還具有驅動的功能。轉向架由構架、懸掛裝置、輪對軸箱裝置和基礎制動裝置等組成。而動力轉向架還有驅動裝置。

    3.牽引傳動控制系統(tǒng)

    作用是傳遞能量和運行控制。牽引傳動系統(tǒng)主要是指列車的電氣設備，分為傳動電路系統(tǒng)、輔助電路系統(tǒng)和電子與控制電路系統(tǒng)。主傳動電路系統(tǒng)主要包括主變壓器、主變流器、牽引電機。輔助電路系統(tǒng)主要包括通風冷卻裝置、車內供電裝置。

    4.制動裝置

    該裝置包括機械部分、空氣管路部分和電氣控制部分。制動方式有空氣制動和電氣制動，不同的制動方式有不同的制動裝置。

    5.車端連接裝置

    該裝置包括各種車購緩沖裝置、鉸接裝置和風擋等。作用是連接車輛成列及緩和縱向沖擊。

    6.受流裝置

    動車組均采用受電弓受流器。

    7.車輛內部設備和駕駛室設備

    這里面就是些類似于“家具”一樣的東西了，如空調、燈、座椅等。

    CRH核心技術點

    動車本質上是人類科學技術水平的集中體現(xiàn)，里面的所有設備裝置都是科技在鐵路運輸上的應用。所以談到動車組的核心技術，很多都是在別的地方有應用的。

    動車組核心的核心是牽引傳動系統(tǒng)

    我國動車組均采用交直交傳動，接觸網(wǎng)上的交流電經(jīng)過受電弓和變壓器之后，被整流成直流，再逆變成交流通入異步牽引電機。

    弓網(wǎng)關系

    高速列車在運行的時候，列車速度越高，受電弓與接觸網(wǎng)的良好接觸就越難實現(xiàn)，這就是弓網(wǎng)關系。

    輪軌關系（轉向架）

    高速下，輪對與鋼軌之間的蠕滑、輪軌動力學、運動穩(wěn)定性、曲線通過性能，這些基本上可以歸納到轉向架中。

    變流技術

    要實現(xiàn)整流和逆變最根本的是器件，所以動車的運行必須要大功率的可控器件。其中以IGBT為代表。其次，逆變器和整流器的拓撲結構決定了輸出的性能。再者，整流器和逆變器的控制技術也非常重要，而且控制技術牽涉到整車的運行策略和工況，難度非常高。

    牽引電機控制技術

    對牽引電機的控制一般是將逆變器和電機作為整體進行控制的，現(xiàn)在最成熟的兩種控制方法一個是矢量控制一個是直接轉矩控制。在具體的控制方法中，還有很多實現(xiàn)上的困難。在其中，會添加一些技術，比如無傳感器技術，非線性解耦等。

    再生制動

    再生制動是一種非常環(huán)保的制動技術，它利用列車的動能發(fā)電，將電能返送到電網(wǎng)中去。再生制動技術本質上是控制技術，它不需要額外的主電氣設備，它只是將電動機作為發(fā)電機，逆變器作為整流器，整流器作為逆變器，參照上圖。再生制動技術中最主要的，是如何保證返送回電網(wǎng)的電能的質量。

    網(wǎng)絡控制系統(tǒng)和列車運行系統(tǒng)

    動車組通常動力較為分散，設備都分布在不同的車廂上，在高速運行中，如何使設備協(xié)調工作，消除延時，這個是網(wǎng)絡控制系統(tǒng)解決的。其中涉及到信號傳輸、通信協(xié)議、車載計算機等技術。

    至于列車運行系統(tǒng)主要針對外部和列車的協(xié)調。這其中包括區(qū)間閉塞技術、無線通信技術。

    輔助供電系統(tǒng)

    這段不多說，詳情見目前火車是如何供電的。

    動車組CRH和和諧電HXD系列。動車組的牽引供電系統(tǒng)由接觸網(wǎng)經(jīng)受電弓到牽引變壓器，牽引變壓器變壓后到牽引整流器，然后是牽引逆變器，最后到牽引電機。這是牽引供電系統(tǒng)。而車廂內照明、空氣制動機和列車控制系統(tǒng)供電來源是由輔助變流器得到，在變壓器后面有另一個繞組接出，接上輔助變流器。而控制電路和照明供電有專門的蓄電池備用。

   材料技術

    車窗、車體、轉向架、輪對、閘瓦都需要材料技術的支撐。這個無需贅言。

    此外，高鐵和普通鐵路還有很大差別。

    1.高速鐵路使用無砟軌道（在中國是設計時速超過250km/h的高速鐵路使用無渣軌道，設計時速200-250km/h的客運專線很多使用的是有砟軌道）。

    普通鐵路軌道是在小塊石頭堆砌的基礎上，再鋪設枕木或水泥枕木，被稱為有砟軌道。京滬高鐵用的是無砟軌道，路基不用碎石，鐵軌、軌枕直接鋪在混凝土路上，整條線路水平誤差不超過0.1毫米。在軌道方面，大量采用長距離無縫鋼軌。也就是在高鐵上幾乎聽不到傳統(tǒng)火車的哐當哐當?shù)穆曇簟]有了鋼軌接縫，對于列車速度的提高也有幫助。而且道岔都采用高速可動心道岔。其通過速度比普通道岔高很多。且高速鐵路線路彎道更少，火車盡可能的是直線。（需要說明的是無砟軌道的技術僅日本和德國擁有，中國缺乏軌道板制造技術，遂選擇引進外國技術及自主研發(fā)。）

    2.高速鐵路使用的列車是動力分散式動車組。

    動力分布式列車是鐵路列車的一種和動力集中式相對的牽引方式，特點是動力來源分散在列車各個車廂上的發(fā)動機，而不是集中在機車上，中國的“和諧號”動車組是以架空電纜方式提供電力來驅動牽引電動機的電力動車組。而普通列車是由火車頭牽引的，這是動力集中式的牽引方式。

    3.信號控制系統(tǒng)不同。

    中國列車控制系統(tǒng)，簡稱CTCS，是中國鐵路參照歐洲列車控制系統(tǒng)，并結合中國國情構建的技術體系。使用數(shù)字控制信號，比傳統(tǒng)的模擬信號更加的精確和穩(wěn)定，確保列車運行安全。

    4.定價和定位不同。

    需要注意的是磁懸浮列車也屬于高速鐵路的一種。

    高速鐵路用材料有哪些？

    鐵道車輛（車體、轉向架、車輛內裝及設備）

    輪-軌、受電弓滑板、制動摩擦、路基等，高速需要大的動力，導致更大的振動。

    為滿足節(jié)能、安全、環(huán)保、舒適目標，對于高速鐵路用材料的要求：輕質高強、隔振減振、高鐵輕量化材料、不銹鋼和鋁合金。

    車體

    與普通鋼相比，不銹鋼減重40%。

    不銹鋼車體不易解決車體氣密性問題，只用于制造時速200公里級的車體。

    由于鋁合金比強度高，特別是大型空心薄壁鋁材軋制技術的完善，成為高速列車車體最理想的材料。

    鋁合金車體的發(fā)展

    輕量化車體用中空雙表面大型鋁合金擠壓型材中空雙表面大型鋁合金擠壓型材，可大幅度減少焊接工作量，簡化車輛的制造工藝。

    日本新干線選用的鋁合金大體上有：Al-Mg  系合金、Al-Mg-Si  系合金，Al-Zn-Mg 系合金。如系合金。如5083 、7003  等牌號的鋁合金。

    由于車輛輕量化的要求越來越高，于是人們把目光注視到復合材料上來。

    復合材料車體的發(fā)展

    意大利 ETR500 高速列車的車頭前突部分采用的是芳綸纖維增強環(huán)氧樹脂的 FRP，用這種材料模型成型的符合空氣動力學線型要求的車頭，具有優(yōu)異的抗沖擊能力，當列車以 300 km/h 速度行駛時有很好的尺寸穩(wěn)定性。

    法國國營鐵路公司（SNCF）認為對于未來的 TGV 高速列車，考慮到迫切需要進一步減輕車體質量，采用法國國營鐵路公司（SNCF）認為對于未來的 TGV 高速列車，考慮到迫切需要進一步減輕車體質量，采用碳和玻璃纖維強化環(huán)氧脂包覆發(fā)泡蜂窩材料芯碳和玻璃纖維強化環(huán)氧樹脂包覆發(fā)泡蜂窩材料芯，制造雙層掛車，并進行線路運行試驗，對其耐火性、抗沖擊強度等進行運行測試，結果表明：

    復合材料車體的制造工藝是有效的，它比鋁制或鋼制車體的強度大，用碳纖維復材預計可比鋁制車的質量減少25 %；

    復合材料車體在振動性能、透聲性能和絕熱性能方面的優(yōu)點，提高了車體的舒適性。

    轉向架

    能相對車體回轉的一種裝置，起支承車體、轉向和制動的作用，并保證機車車輛在軌道上安全平穩(wěn)地運行。

    轉向架的構架是特別重要的高強度部件，關系到整個車輛安全性。轉向架必須滿足安全、運行舒適度以及耐磨損、易檢修等要求。

    多采用優(yōu)質碳素鋼、低合金低碳高強度鋼、耐候鋼制造的構架。近來研究熱點為高分子復合材料和鋁合金制造的構架。

    德國開發(fā)了世界上第一個纖復合材料的轉向架構架，并過了靜態(tài)模擬實驗、耐久試驗、運行試驗，運營了 100多萬km后檢測未現(xiàn)任何損壞、磨損或撕裂。

    車輛內裝及設備

    車輛內裝及設備主要有裝飾板、廁所、盟洗室、座椅及水箱等， 應以鋁合金和高分子材料為主， 如裝飾板采用鋁合金上疊合一層不燃性的纖維增強塑料， 廁所、盟洗室、座椅及水箱還要考慮到衛(wèi)生和耐腐蝕性， 也以不燃性的為佳。

    輪 輪 -  軌材料

    輪- 軸

    當列車的時速達到300公里時，高速列車車輪的雜質含量必須嚴格控制。在鋼鐵冶煉的時候，就必須要求車輪鋼當列車的時速達到300公里時，高速列車車輪的雜質含量必須嚴格控制。在鋼鐵冶煉的時候，就必須要求車輪鋼雜質含量極低且分布均勻。由于車輪不過關，曾經(jīng)導致德國高速列車脫軌，人員傷亡。車軸是空心軸，列車所有的重量都壓在車軸上，技術雖然不是特別尖端，但批量生產(chǎn)的時候單件產(chǎn)品質量控制必須非常嚴格。

    鋼軌

    就線路而言， 高速鐵路區(qū)別于一般鐵路最主要的特點是曲率半徑大、應變速率高、軸重輕和牽引力大， 鋼軌的磨耗較小， 疲勞損傷相對突出， 因此對鋼軌材料的選擇要求較高。

    對于鋼軌材料而言， 歐洲鐵路一直在合金鋼軌上進行研究，如非熱處理的Cr-Mo。合金鋼軌除了有較高的循環(huán)軟化抗力外，也有較好的抵抗短波磨損的能力， 是今后鋼軌材料的重點選擇對象之一。

    此外， 還應從鋼軌鋼的 強韌化 和 純凈化方面進行努力， 大力發(fā)展全長熱處理鋼軌、稀土鋼軌和降噪降振新鋼軌。

    接觸網(wǎng)導線材料

    高速列車通常采用電力牽引。需要保證接觸網(wǎng)導線與受電弓滑板之間在高速運行時具有良好的受流性能，目前高速鐵路研究開發(fā)了銅合金導線，主要品種有高速列車通常采用電力牽引。需要保證接觸網(wǎng)導線與受電弓滑板之間在高速運行時具有良好的受流性能，目前高速鐵路研究開發(fā)了銅合金導線，主要品種有 銅銀合金導線 、 銅鎘合金 及 銅錫合金導線等。

    隨著車速進一步提高，導線材料已由 單一材料 向 復合材料的方向發(fā)展，其中一個品種是 鋼芯銅皮的銅— 鋼復合材料 。

    受電弓滑板材料

    受電弓滑板是機車供電系統(tǒng)中的重要集電元件， 高速運行的電力機車上的滑板一旦失效， 將嚴重危及行車安全， 因此要求它的使用必須經(jīng)濟安全， 既對接觸網(wǎng)導線磨耗小， 自身有足夠的使用壽命， 又不影響弓網(wǎng)關系。

    目前， 國內外研究的浸金屬碳滑板已步入了實用化的階段，它主要是利用了碳滑板材料的多孔性質， 將熔融的銅或銅合金等高導電性金屬， 在高溫高壓下浸入到碳滑板基體中去， 使它既有碳材料的自潤滑和抗電弧性能， 又具備金屬材料的集電、強度高、抗彈撞擊力強的特點， 成為最理想的滑板材料。

    與此同時， 還應加強 碳纖維一金屬復合材料滑板的研究， 這種滑板在集電、潤滑、抗撞擊性能方面都會超過現(xiàn)有的的研究， 這種滑板在集電、潤滑、抗撞擊性能方面都會超過現(xiàn)有的金屬滑板、碳滑板、浸金屬碳滑板和粉末冶金滑板金屬滑板、碳滑板、浸金屬碳滑板和粉末冶金滑板 , 其應用前景十分廣闊。

    無砟軌道系統(tǒng)

    板式無砟軌道是由長鋼軌、扣件系統(tǒng)、軌道板、水泥瀝青砂漿、混凝土底座及凸形擋臺組成長鋼軌、扣件系統(tǒng)、軌道板、水泥瀝青砂漿、混凝土底座及凸形擋臺組成 的一種新型軌道結構。

    為了使板式軌道具有一定的彈性，并固定軌道結構的位置，在混凝土底座和軌道板之間，以及凸形擋臺周圍填充緩沖材料層，同時消除混凝土構件施工誤差。

    作為緩沖充填材料，應既有一定的彈性，又有一定的強度，水泥砂漿強度足夠高，但彈性不足，瀝青彈性好，但強度低，受溫度影響大，因此采用了將二者結合的水泥瀝青砂漿，一般采用水泥、乳化瀝青、砂及各種摻和料混合而成，通稱作為緩沖充填材料，應既有一定的彈性，又有一定的強度，水泥砂漿強度足夠高，但彈性不足，瀝青彈性好，但強度低，受溫度影響大，因此采用了將二者結合的水泥瀝青砂漿，一般采用水泥、乳化瀝青、砂及各種摻和料混合而成，通稱CA 砂漿。

    鐵路軌道扣件分類

    木制枕木扣件、水泥枕木扣件、高速鐵路扣件系統(tǒng)

    每公里客運專線需要的扣件在6200-6600 套之間，以1.6萬公里計算，高鐵共需要萬公里計算，高鐵共需要9920-10560萬套扣件，如果按照現(xiàn)在的萬套扣件，如果按照現(xiàn)在的300元左右的價格，市場空間為元左右的價格，市場空間300億元左右。

    高速鐵路無砟軌道系統(tǒng)用高分子材料

    高鐵鐵軌所用到的高分子減振、降噪材料多達十幾種。聚氨酯、碳纖維復合材料、熱塑性彈性體、聚氯乙烯、硅橡膠、環(huán)氧樹脂、丁基橡膠、丁苯橡膠、三元乙丙膠等。

    CA 砂漿及專用瀝青乳液

    微粒帶正電荷；貯存穩(wěn)定性好；配制砂漿外加水少，有利于防止砂漿泌水；與水泥、細骨料附著力好，可有效防止砂漿離析；抗凍性與耐候性好，有效延長了使用壽命。

    凸形擋臺填充聚氨酯樹脂

    粘度小，易于施工；防沉降效果好，具有較高的承載強度及韌性，抗沖擊性能優(yōu)秀，并擁有良好粘結強度，優(yōu)異的抗疲勞性、耐熱老化性及耐腐蝕性。

    聚脲彈性體涂層在高鐵中的應用由于高鐵采用無碴軌道，要求防護層不僅具有防水、防滲和抗裂等基本性能，還要能經(jīng)受火車高速行駛帶來的高速、重載、交變沖擊等作用。聚脲涂層無接縫，粘結力強，真正做到了整體防水，同時還具有優(yōu)異的耐磨性、抗沖擊、抗開裂、耐紫外光和耐高低溫性能，可滿足高鐵的特殊要求。

    PU 枕木

    PU枕木是一種玻纖增強的硬質PU微孔彈性體，具有比強度大、減震、降噪、耐電氣絕緣、高耐久和環(huán)保等優(yōu)良性能。在日本，塑料枕木的應用歷史已超過25年，且已應用於新乾線高速列車的鐵軌上。

    PU枕木目前已受到PU和鐵路業(yè)界高度關注，是全球PU材料界研究的一個熱點課題。根據(jù)國家發(fā)展高速鐵路長遠計劃，為了適應高速列車提速要求，開發(fā)PU枕木以取代或部分取代混凝土枕木必將是未來發(fā)展趨勢。按國外經(jīng)驗1km高速鐵路需用1800根左右軌枕計，則7000km高速鐵路PU枕木市場規(guī)模將達到500億元，這無疑將給我國新型PU彈性體帶來巨大市場空間。

    高鐵會給我們帶來什么投資機會？

    年均投資將達8000億元，為高速鐵路系統(tǒng)配套的化工材料將扮演越來越重要的角色。中國高速鐵路這塊大蛋糕吸引的不僅僅是中國企業(yè)，國外的供應商同樣嗅到了商機。德國巴斯夫公司專門組建了高速鐵路團隊，向中國提供從防水材料

    到沙漿材料、從道碴膠到土工布膠、從外加劑到防腐劑、從涂料到地坪、從保溫到吸音等系列解決方案。

    中國的高速鐵路建設不僅僅給新材料企業(yè)帶來了發(fā)展機會，同時也給新材料產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求。用于高速鐵路路基和軌道之間的減振材料中國的高速鐵路建設不僅僅給新材料企業(yè)帶來了發(fā)展機會，同時也給新材料產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求。用于高速鐵路路基和軌道之間的減振材料——聚酯聚醚彈性體，目前國內生產(chǎn)企業(yè)還不能滿足需求，主要從國外進口。 而美國杜邦公司的聚酯聚醚彈性體材料售價在每噸10萬元左右甚至更高。如果該材料實現(xiàn)國產(chǎn)化，價格可以降低一半。

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責任編輯：王元

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