动力分散式列车

台铁太鲁阁列车采用动力分散式及倾斜式机构克服线型较差的路线
JR货物M250系是世界少见的动力分散式货运列车

动力分散式列车是一种动力分布在多个车厢的铁路列车(俗称火车),与动力集中式的牵引方式相对,特点是动力来源分散在列车各个车厢上的发动机马达,而不是集中在机车上。动力分散式列车依动力来源可分为两类,包括使用柴油柴联车,和以架空电车线第三轨提供电力来驱动牵引马达电联车

特性

多数的动力分散式列车因加速性能较佳,适合走停很频繁的通勤客运列车或是纵坡度变化大的崎岖地形。但因列车组里面各车厢的编组需固定,难以灵活变更调度,所以货运上的使用并不普遍。

电联车的马达一般是安装在车厢底转向架之上。柴联车一般由柴油发动机透过齿轮机械传动或以液力变扭器作液力传动,但亦存在有「柴电动力」(DEMU)的设计方式,其柴油发动机所产生的动力完全只被用在产生电力上而不与车轮组之间有任何实质连结,再以电力驱动位于各动力车厢转向架上的电动马达来产生推进力。动力分散式列车的驾驶室空间一般都较为精简,通常设在列车的两端。

一列动力分散式列车之内不一定是每个车厢都带有发动机,列车内无动力的车辆称为「无动力客车」。为了方便了解列车组的动力车构成,一般为以英文字母「M」(motor / 马达)与「T」(trailer / 无动力车厢)来分别代表动力车厢与无动力车厢的分布。例如,6M2T表示这列共有8节车厢的列车组中,有6节动力车厢与2节无动力车厢,而4M则表示整列列车四个车厢都为动力客车。

相较于动力分散式,动力只集中在单独机车(机关车)的牵引方式,称为动力集中式列车

在各地的名称

  • 动力分散式列车(Multiple Units,MU)
    • 日本:动力分散方式;
    • 台湾:动力分散式;
    • 中国大陆:动车组(此外,通常编组固定但非采用动力分散式的列车也被称为动车组);
  • 柴油动力分散式列车(Diesel Multiple Unit,DMU)
    • 日本:気动车きどうしゃ)。
    • 台湾:柴联车;
    • 中国大陆:内燃动车组、柴油动车组(但通常编组固定、使用内燃机车为动力而非采用动力分散式的列车,也被称为列车组);
  • 电力动力分散式列车(Electric Multiple Unit,EMU)
    • 日本:电车でんしゃ);
    • 台湾:电联车;
    • 韩国:电动车전동차)。
    • 香港:EMU、电动客车、电动列车、电动分散式列车;
    • 中国大陆:电力动车组(即使是动力集中式而编组固定的列车,也属于电联车);

历史

ICE3型

美国人法兰克·史伯格在1897年发明同时控制多个发动机的操控系统。这发明使到在城市内行走的列车,可以像蒸汽机车一样,只需一人在前面操作;而同时又不需使用机车,改由多个自带发动机的电力车厢组成。

在未有史伯格的发明之前,使用多个串连一起的电动车厢会导致各样的问题,例如各车发动机的速度不一、车厢之间的挂钩出现黏合、车轮经常滑溜、马达磨损过度等等。而且列车的行走不顺畅,使乘客感到不适。严重时,甚至可能会导致出轨。

优点

串连运转的「隼」「小町」

与集中式相较,动力分散式的基本优点:

  • 列车的牵引动力可以分散设置,按需要增减动轴,使列车总功率不受机车功率所限制(可以是全部车厢均设马达)。
  • 通常动力分散式列车在两端都有驾驶室(甚至每一节车厢的两头都有驾驶室,如日本的Kiha 40系),列车换向时(特别是在终端式月台车站)无需先把机车在一端脱钩后再移到另一端挂钩,省却调车的时间,同时亦减少车务人员的工作及提高安全。
  • 动力分散式可以快速整并组合成长短不同的列车。有些地方的列车组会先以数组列车利用串挂方式组成同一列列车行驶,到中途的车站再拆解,分别开往不同的目的地,或相反先以不同的列车组从不同的出发点集中乘客到中途站,再串挂整并成同一列列车驶往最终目的地。类似的例子如连结日本东京与主要国际机场成田机场成田特快列车(N'EX),该列车是以东京作为中途的拆解、连结点,分别以不同的列车开往南边的横滨与北边的大宫;此外,由于东京站的路线容量有限,往新青森新函馆北斗隼号列车通常会与往秋田小町号连结,以盛冈为分离、连结点服务不同的目的地;另外,在九邦地区的绿豪斯登堡经常会以串连的方式一起行驶,然后再脱钩分别驶往三个不同的目的地。

上述二特性亦可用动力集中式列车以并组设计的方式达到相似的效果,但编组较麻烦且因部分列车组的机车会被夹在整组列车的中段,而占用月台的有效长度。

更显著的优点:

  • 动力分散式列车通常拥有较动力集中式列车更高的启动加速度,有利于提高行车密度,更适合高密度停车、站距短的路线,同时可有更快的运转速度,增强铁路客运对旅客的吸引力。
  • 由于加减速性能更好,减少列车进出站时间的损失,有利增加升降及发车次数。动力分散式列车可以保持高速更久,对近郊、通勤、地下铁路的模式来说,用同样的营运时间可以停靠更多站点。而然,由于动力集中式的电力机车和高速铁路机车的牵引力因交流传动技术成熟使加速性能不逊于动力分散式,运转城际、干线、高速铁路的动力分散式列车尤其对于「推拉」式动力集中式列车来说此项优点不明显。
  • 动力分散式列车的轴重比动力集中式列车的机车部分小,列车运转时轮对对路基损害较低,有利降低路基沉降维修费用。
  • 动力分散式因为有较多的牵引马达,再生制轫的效果较动力集中在单一机车上的设计佳。对于停站较多的近郊通勤铁路、地下铁路,这优点特别明显。而也因马达多,即使有一、两组马达发生故障,列车也能正常行驶。同时,动轴多,粘着利用低,即使很恶劣的天气,相对打滑机率较低。
  • 线路适应力强。由于动轴多,所以更能适应陡坡,一些设计优良的车种甚至可爬上纵坡度最大达8%的路线。

因为动力分散式启动加速快、占地小,行走市郊的通勤铁路很多都是动力分散式列车。而轻轨运输地下铁路等领域亦几乎全是动力分散式。

缺点

可随意加减挂的N700S型电联车
  • 动力分散式列车由于马达多并分散在各节动力车,所以其零组件和维护也较为复杂,维修成本及生产成本也较高。
  • 车内噪音可能较大,因为动力部件或者空气压缩机等设备被平均分布在客车车下,或会造成明显噪音。
  • 动力分散式列车对于轨道来说,可能产生明显的波状磨耗造成列车颠簸感,需要时常打磨轨道。
  • 动力设备重复设置,列车总重较集中式列车为大。
  • 马达悬挂于转向架上列车簧下质量易较动力集中式列车高,又因动轴数目较多对轨道接头损坏较大。
  • 动力分散式列车,其首尾两节之间的编制通常需固定,因为不同用途机电设备分别安装在不同车厢,只能依组连结并行,而很难依需要临时加挂或脱钩(如日本新干线E5系,无论高峰期或闲散期,永远是10节编组);而动力集中式列车只要其机车头牵引动力许可,就能对车厢数略做调整,对长途客车或货物列车较灵活。
    • 但市郊型(近距离)列车可以做到短编成串连,例如JR东日本701系电车Kiha110系柴油动车组等是以1-2节为单位编组的,车辆端部可以互相连通或隔断,因此可以依不同路段的客运密度,在几分钟内将2节编成的车变成4、6、8节编成,而不必考虑动力是否足够。适合于城市近郊的中短途运输。
    • 一些特急型动力分散式列车则以基本编组与附属编组的设计,在乘客多的区间联挂行驶,乘客较少的区间则仅以基本编组或附属编组其中之一行驶,可降低运作成本,例如JR东日本651系电联车的基本编组有7节车厢、附属编组只有4节车厢。
    • JR东海开发了「标准车辆」概念的N700S,该款动力分散式电车的设计允许列车以一辆为单位进行加减挂,令车厢数可在4~16辆间自由变化

相关题目

参考资料

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