除了PRT车辆之外，车辆主要使用钢轮运行在钢轨上，因为低滚动阻力和单轮上可以支承的沉重重量。一些高速交通系统利用运行在混凝土梁或“钢轨”上的带有橡胶轮胎的车辆并且这些车辆是自动导向的，这样的车辆的缺点是较高的滚动阻力、更多的运行费用和较低的重量支承能力。橡胶轮胎系统的另一个缺点发生在穿过道岔的运转中。在一个系统中 (图19-18)，橡胶轮胎相隔足够远，以允许在道岔位置铺设带有尖轨尖端和辙叉的正规铁路轨道结构。车辆每端具有两个钢轮和一个轮轴。随着车辆接近道岔，混凝土钢轨向下倾斜以致于车辆支承在钢轮上通过道岔，在此之后混凝土钢轨向上倾斜以再次支承车辆。在这种橡胶轮胎系统中，车辆必须以较低的速度运行通过道岔。

巴黎Metro橡胶轮胎高速交通车辆的导轨和车辆横断面

注： 对于通过道岔的引导需要钢轨和车轮。

PRT系统为专门的用途设计，并使用一种最能满足这个用途的车辆。这些系统大部分用于转移机场或旅游中心的乘客。橡胶轮胎是首选的，一部分是因为它们能为陡至10%的坡度提供牵引力。如果导轨遭受雪或冰，必须在寒冷天气中加热轮胎的运行表面。磁悬浮支座也在考虑中。每个车辆的运客量从4个座变化到20个。大部分车辆以单节或两节运行，不过有些以5～8节车厢的列车运行。

1 牵引的方法

用于城市间客运和货运系统的列车主要由柴油电力机车移动。在交通密度保证的地方，电力机车和一个高架的承力索或一条导电轨一起使用。大部分通勤系统由柴油电力机车产生动力，在有些车厢带有推拉式控制机构，所以在路线的每个终端列车不需要回转。有些通勤系统是电气化的，并且每节车厢拥有它自己的电动机，因此不需要单独的机车。所有的城市高速铁路运输都是电气化的，并且每节车厢对于每个轴具有一个驱动电动机为必需的高速加速与降速给出充分的附着力。私人高速交通系统也是电气化的。不过，一些PRT系统由沿着导轨相隔一定距离安置的线性感应电动机推动。推动力由车辆底部的反应板来完成。FTA赞助的对PRT系统的研究包括下列制导的缩型车辆系统： 悬浮的单轨道，混凝土导轨上的空气悬浮，铝导轨上的橡胶轮胎以及在混凝土导轨上的橡胶轮胎。当然也能开发其他系统。

因为调车是私人高速交通的一个如此重要的部分，所以传统的双轨系统具有一个重大的优势，虽然它将是困难的但并非不可能克服。例如，示于图19-19的载人移动器车辆支承在橡胶轮胎上，并且由另外一套压在钢导梁上的橡胶轮胎制导。对于调车，导梁的一端可以来回移动以排列起想得到的轨道。示于图19-20的私人高速交通车辆支承在4个橡胶轮胎车轮上，并且在导轨上由另外一组四橡胶轮胎车轮引导。导轮可以是计算机控制的以使得车辆沿着左边或右边的导轨面。因而，在车站，通过引导导轮沿着一个导轨面，可以使车辆通过; 或者使车辆进入车站轨道稍做停留，通过引导导轮沿着另一个导轨面。在导轨上不需要其他的可动部件使车辆迂回或停在一个车站。

Westinghouse载人移动器系统的导轨和车辆的横断面

带有单个高架导轨的波音私人高速交通系统的轮廓图

注： 位于西弗吉尼亚大学，磨根城，W.V.车辆容纳8个座位和13个站位。速度范围达30mi/h。在高峰期间，这个系统运行在预定的基础上; 否则，在乘客要求的自助式服务基础上。加热轮胎运行表面以融化雪或冰。

任何类型的系统的支座可以是车轮 (钢轮胎或橡胶轮胎)，气垫悬浮 (图19-21) 或磁悬浮 (图19-22)。因为每种类型的悬浮都是昂贵的且复杂的，于是必须有高于一切的优势以证明如果使用这样的一个系统花费是应当的。

运输系统的动力可以是柴油发动机，电动机，燃气轮电力发动机，燃气轮液压发动机，喷气推进发动机和线性感应电动机 (图19-21)，或者气动的。在任一给定运输系统的推进器类型的选择中，必须考虑每种的成本和特点。关于柴油电力驱动和电动机驱动有大量经验，关于燃气轮电力发动机和燃气轮液压发动机有一些经验。经验表明，与柴油电力驱动或电动机驱动相竞争是困难的。到目前为止，涡轮电力驱动或涡轮水力驱动的效率还赶不上另外两种。

履带气垫车原理示意图

注： 带有用于线性感应电动机的垂直反应轨。

对于高于100mi/h的速度，电动机驱动优于柴油电力驱动，因为电动机驱动不需要牵引发电设备的重量; 而且，对于短期时间，它可以从承力索上吸收大量电力，而柴油电动机具有固定的最大电力。

使用支承在传统轨道的钢轨上的电动电力机车的试车中已经得到了超过200mi/h的速度。

然而，为了有规则地得到200～300mi/h的速度，车辆可能必须用线性感应电动机或涡轮喷气发动机来产生动力。不过，因为噪声级后者可能是不能采用的，并且对于如此高的速度，前者在保持轨道电抗器成一精确直线和平面以及维持它免受风积的岩屑、沙、雪和冰中有困难。在这样的速度下，克服空气阻力所需要的电力是相当大的。

磁悬浮车辆原理示意图

注： 带有用于线性感应电动机的水平反应轨。

2 悬浮系统

自从1965年，在美国、英国、德国、法国、日本和加拿大对悬浮运输系统就已经实施了大量的研究、开发和试验。研究了两个概念：履带式气垫车 (图19-21) 和磁力悬浮车 (图19-22)。因为其高噪声级，能量需要量大，增加气垫风轮和发动机的重量以及缺乏关于道岔的合适设计，气垫支承系统没有得到工作在悬浮领域的很多工程师的喜爱。

一位专家声称，一个高速悬浮系统应当提供这些优势： 减少的旅行时间，舒适，安全，准时，竞争性的运费，对环境的最小破坏，与其他运输系统的相容性以及最小的失效率。对于这些因素应当添加上在所有天气状况下的可运转性条件。

最有前途的磁悬浮系统类型在导轨和车辆之间不需要电流拾取系统。磁悬浮支承车辆。为此目的，三相交流电流供给导轨中的感应器中并推进车辆。通过改变三相线圈的频率来控制悬福达到250～300mi/h范围的速度看来是实际的，每位客人每英里的能量消耗稍微低于以500mi/h运行的飞机，而稍微多于60mi/h的汽车。

图19-23显示了这样的一个磁悬浮系统的示意图。导轨可能出于实际原因而抬高，尽管它可以铺设在地下。这个系统提供了很多优势，包括与车辆没有直接的电的或机械的接触，没有导向、支承或推进摩擦，没有要磨损的可动部件，高可靠度，良好的乘客安全性，低噪声级，特别的乘坐舒适性以及没有大气污染。这也表明其建造费及运行和养护费用可能是高的。

在这个系统中土木工程师特别感兴趣的是导轨和支墩 (或隧道) 的建造，导轨定线和表面的维护，以及障碍物报警装置。

尽管车辆的悬浮通常与高速服务中的使用相联系，但用于低速和频繁停下的带有磁悬浮和线性推进力的PRT车辆已经在波音飞机公司的自动化运输系统中发展起来。

(R.D.Thornton，《用磁悬 浮低 飞火 车》，IEEE 系 列，1973.4; Gerhart W.Heumann，《德国的高速铁路》，机械设计，1973.9.6; Klaus-Glatzel，G.Khordok，和D.Rogg，《磁力支承运输系统在联邦德国的发展》，车辆科技学报，第VT-2卷，1号，1980.2，电气和电子工程师协会，345 E. 第47大街，纽约，NY10017。)

图19-23 由Transrapid EMS为德意志联邦共和国研制的高速、磁悬浮系统示意图

(a) 车辆悬浮和推进系统; (b) 导轨和支墩 (墩中心间距25m)

3 货运车厢

货运车厢的常用类型包括平板车、箱子、家畜车厢、油罐、漏斗、有盖漏斗车、敞车、冷藏库和乘务车厢。货运车厢的一些专用类型包括平板车上的拖车，双层集装车厢，自动行装架，自动填塞车厢，平板车集装箱，薄钢板，钢线圈和Hy立方体。专用车厢的目标是改善服务，例如，自动填塞车厢完全地封住汽车，并且防止使用敞棚自动装架车厢经常发生的损伤和行窃。钳夹车车厢用于运载特别重和宽的货物。自动列车组合了自动装架车厢以运输乘客的汽车以及不同类型的运输乘客的传统客车。货运车厢连结的长度，从矿石漏斗车的24ft变化到Hy立方体箱式货车的94ft。

在美国、加拿大和墨西哥，为了货运车厢的自由互换，很多组件必须得到美国铁路协会的批准。这些组件包括耦合器、牵引装置、中梁、空气制动系统、车轮、轮轴、轴承、转向架侧架、弹簧、摩擦式减振器、枕垫和旁承。允许的总钢轨荷载通过轴颈的大小来确定。　表19-6列出了用于四轮轴车厢的几种轴颈尺寸的最大荷载。

表19-6 每条钢轨的最大容许货运车厢荷载

5.5×10

6×11

177000

220000

7×12

315000

货运车厢的宽度和高度，对于无限制的互换必须在板B的范围之内 (图19-24)，而对于在大部分铁道中的互换在板C范围内，正如AAR机务科关于货运车厢的设计、制造和施工规范中所给出的。对于具有超过41ft 3in的转向架心盘中心间距离的车厢，板B的宽度尺寸必须减少。

大部分铁路拥有一个间隙局，对于装载超过板B和板C界限的货物的车厢进行装载间隙和路线的检验。另外，超过重量限制的重型荷载也被清除，但是还要限定在指定的路线和速度，尤其当在结构上方运行是必要的时候。

图19-24 用于无限制互换服务中的货运车厢板B限界图

注： 当转向架心盘中心间距离不超过41ft³in时，车厢可以按照10ft8in的极限宽度以及这个图中的其他限制建造。带有41ft³in的转向架心盘中心间距离，在13°的曲线上，车厢末端的swingouts不应当超过车厢中心处的swingouts。按照这样尺寸的车厢定义为基本车厢。当转向架心盘中心间距离超过41ft³in时，车厢宽度应当减少以抵偿在13°曲线上车厢末端或中心处增大的swingouts，所以车厢的极限宽度凸出在轨道中心线之外不会多于基本车厢。在钢轨顶面之上2.5的净空是绝对最小值(机务科，美国铁路协会)。

连接长度45ft的货运车厢可以环绕连接在一起的45°曲线运行; 连接到一个短车厢上连接长度94ft的箱式货车可以环绕大约20°的曲线运行。曲线的流体性取决于车厢角落的间隙和缓冲器套口中的耦合器的自由角度。(《车厢和机车施工人员百科全书》，Simmons-Boardman出版公司，奥马哈，内布拉斯加。)

4 乘客车厢

乘客车厢的类型包括行李 (行李厢)，客车厢，餐车 (咖啡馆，小餐厅)，休息室(俱乐部、会客室)，卧铺以及混合室。美国铁路协会 (AAR) 机务科采用作为推荐惯例的乘客车厢尺寸是： 连接长度，85ft;宽度，10ft; 高度，13ft6in (双层车厢，16ft6in); 转向架心盘中心间距离，59ft6in。这些车厢空载重量范围是100000～160000lb。定员，在客车厢为44～89，在食品服务车厢 23 ～ 48。依照AMTRAK提供的信息，卧车具有各种组合，大部分是10间小包房和6个卧室; 可躺式座椅客车拥有24个单人小包房和8个双人包房 (《车厢和机车施工人员百科全书》，Simmons-Boardman出版公司，奥马哈，内布拉斯加。其中包含有最近的乘客车厢组合的照片和平面布置图)。乘客车厢必须建造成满足AAR关于安全和互换的要求。四轮客车通常与直径36in的工作钢车轮、滚柱轴承、螺旋弹簧或空气冷却蛇管弹簧、摩擦式减振器或振动吸收器、交叉稳定器 (横向缓冲器) 和荷载平衡器一起使用。提供客车式的空气制动设备和空中信号线路。车厢的电动空调、供暖和照明由首端的列车线供电。

当连接在一起时，乘客车厢设计成能通过最小半径250ft的曲线。

5 通勤车厢

有几种类型的通勤车厢正在使用。一种类型为机车的推拉式运行而设计，它是一种带有高强钢底架的铝制半硬壳式机身设计。车辆是85ft长，10ft 6in宽，在钢轨顶部上方12ft 8in高。转向架心盘中心间距离是59ft6in，轮轴距8ft6in。转向架是机内轴承、空气悬浮的带有直径32in的车轮，8个合成闸瓦以及电动气动式制动。重量是74000lb，定员104人。在车厢末端附近每侧有两个宽33in的门，从低站台水平面上客。

另一种类型是双层或走廊类型的推拉式车厢。这种类型的一种典型的车厢是85ft长、10ft宽、15ft10in高。挂车车厢中定员161人，驾驶车厢155人。驾驶车厢重1285001b，挂车车厢123400lb。这些在火车中的车厢通过一辆电力传动内燃机车来推拉。带着火车司机使用的控制机构的驾驶车厢位于一端，柴油电动组件位于列车的另一端。需要的多个挂车车厢连接在它们之间，这些车厢具有中心间距59ft6in的四轮转向架，在车厢中段的两扇或三扇门加速了低站台地面上的装卸工作。

自力推进式钢轨柴油机车厢在某种程度上用于通勤服务中。典型的车厢是85ft长、10ft宽、14ft7in高。它具有两个中心间距59ft6in的四轮转向架。车厢重量是112800lb，定员89人。带有电力驱动的550hp的柴油机为车厢供以动力。这些车厢也用于邮政、快递和具有轻量交通的客运业务线路中。从低站台地面上客。

通勤车厢的第四种类型是电力多组 (MU) 卧车。这种类型仅用于高交通密度。MU车厢的一种设计是长85ft、宽10ft、高12ft6in。转向架心盘中心间距离59ft6in，转向架具有中心间距8ft6in的两个轮轴。车厢重105600lb，定员122人。通常，一列火车使用几节车厢，而每一节都有它自己的承力索触轮，由四个156hp的电动机产生动力。从底板上客。

第五种类型是在邻接车厢的相对端带有司机室控制的双层MU车厢。这种类型长85ft、宽10ft53/4in、钢轨顶面之上15ft10in。重量是134000lb，定员156人，在接近车厢中线的两侧双道门之间平均分配。在驾驶室末端的一侧也有一扇单扇门。它自一个1500V的直流承力索体系运行。为每节车厢收集电流的受电弓位于驾驶室末端的车顶突层内，度量是深1ft10in，长。从底板上客。

通勤车厢的第六种类型建造成能脱离电气化地域内的导电轨而依靠其自身的电力供应运行在非电气化轨道上。这些车厢组合成带有一个电源的一对。每节车厢长85ft，重140000lb，已经连接在一起的一对车厢定员240人。从底板或者地面高度上客。电力由两个550hp的燃气轮发电机组件供应，直接安装在车顶下以便于维修。两个燃气轮驱动供应420Hz、277～480V的三相电力的交流发电机。整流输出输送到一个控制它励牵引电动机的直流—直流消波电路中。斩波器 (固态电子开关设备) 是控制直流牵引电动机输入功率的先进方法，对于乘客的舒适，提供平滑的、有效的、无冲击的加速。

电力自力推进式通勤和高速交通车厢可以存储蓄电池中或高速飞轮中的反馈制动形成的能量，以稍后用于列车的加速中。如果发生电源故障，这个备用能源可以用于将车厢运行到下一个车站，并且使用蓄电池推动车厢进入或退出车场和车间轨道，于是消除使轨道电气化的需要 (形成更少的成本和更大的安全性)。

前面描述的通勤车厢的所有类型具有有色玻璃窗，装有空气调节设备，且具有舒适的座椅，有吸引力的装饰，良好的照明，行李或衣物行李架以及盥洗间。

6 城市高速铁路运输车厢

高速交通车厢的基本特征是飞快的加速与降速，迅速的进出，最大量的定员以及乘客舒适。这些分别由高输出功率电动机、动力和空气制动的组合以及轻型结构，每节车厢几个门，在底板高度的装卸工作，为最佳利用空间而设计的座椅和布置; 以及填塞的软坐席、空调、良好的照明和有吸引力的装饰来提供。　表19-7给出了用于几种高速交通系统的参照车厢数据。车厢可以运载350个乘客，提供的座椅是56～83个。图19-25举例说明了用于丹佛轻轨系统中的车厢类型。

表19-7 一些高速交通车厢的特点

①用于A车厢和70ft的B车厢;

②用于A车厢，550001b的B车厢;

③用于A车厢，B车厢为76;

④低顶棚，对于高顶棚7ftin;

⑤用于A车厢，840001b的B车厢;

⑥干线箱结构和圆形隧洞的最小理想值为1000ft;

⑦高速率，低速率为1.9;

⑧用于编组站调车线，干线为500ft;

⑨抛物线，最小长度=(G₁-G₂) 100ft，但至少200ft;

⑩在1%坡度上;

(11)低于50 mi/h;

(12)用于A和B车厢，C车厢=62;

(13)用于A和B车厢，C车厢=23.5;

(14)用于A和B车厢，C车厢=75 ft 4 in;

(15)用于A和B车厢，C车厢=79700lb;

(16)抛物线;

(17)超速最大值。

图19-25 用于丹佛 (科罗拉多州) 地方性运输区段 (RTD) 的典型轻轨车辆

海湾地区高速交通 (BART) 车厢是一个良好的车厢实例，提供卓越的服务，舒适且安全。类型A车厢具有一个带有用于列车控制 (当需要室) 的单值班人员驾驶室的倾斜末端，自动列车运行传感器和一个通信系统。

A车厢与列车前部或后部的倾斜末端一起放置，这样的布置给出了一个令人喜爱的流线型外观。按照所需量达8节的B车厢放置在两个A车厢之间。在中部走廊的两侧放置乙烯基衬垫双座位。底板是铺地毯的，不允许抽烟。车厢内部由简易的、耐久的和防火的结构组成，并设计成便于清理。不需要涂漆，且不使用广告牌。照明器材使用聚焦透镜，在阅读高度提供30～35fc (尺烛光)，在底板水平20fc。在每节车厢的两个位置分别有一个小的按键通话对讲机装置允许乘客报告紧急事件或从值班人员处寻求信息。值班人员或中央办公室可以通过在每节车厢内的扬声器向乘客发表公告。车厢之间带有双向滑动门的封闭宽大通道以及宽大的门墙玻璃块允许乘客察看相邻车厢内的座位，这也便于值班人员在夜晚对两节车厢的观察。

每节车厢都具有其自己的空调系统，提供自由通风，带有新鲜空气注入的均匀配风，12t的供冷量，30W供热量，并且湿度控制到低于60%的相对湿度。

提供了自动列车控制和机车信号，但是在紧急事件中值班人员可以操纵列车调度。自动耦合器贯穿列车配齐了24个电路。

车轮设计为轻型重量和低的噪声。它们含有AAR锻钢，热处理轮圈和铝制轮轴。车厢支座和转向架包括电平控制的风箱、绕着轴颈滚柱轴承的橡胶大垫圈和液压减震器。

直流斩波器用于控制流向每个电动机的450V直流电以给予平滑的启动和制动。每节车厢上带有色码标签，使用车号自动识别系统。扫描仪位于车场导轨上，以记录为了维修行驶的英里数并确定每节车厢的位置。

列车和中央控制之间的通信通过无线电，穿过地铁节段时使用天线。

关于BART系统更加详细的描述参见《现代铁路高速交通》 (1972.2) 和 《海湾地区高速交通车辆系统》 (L.A.Irvin和J.R.Asmus，论文680544，汽车工程师协会)。

7 铁路服务车

这些是不收税的以及线路养护材料车和设备车辆及其他用途车辆。线路养护车辆包括用于运载碎石和填筑材料的气动翻卸车、石渣车、轨枕车、带有用于运载焊接钢轨串的支架的车组、限界测定车、用于测定轨道在负荷状态下的质量的轨道几何形位车以及凸缘机、延辗机和旋转式除雪机。其他专业设备包括规模试验车、用于测验机车的动力试验车和包含检修车的救援列车、轨道材料和车厢以及达250t能力的机车起重机。

代替使用救援车，一些大型铁路采用约定劳务。承包商使用施工设备，包括固定轨道机器、改进为处理车厢和机车的履带机器，去移除出轨的设备并修复轨道。承包商通常用卡车和挂车移动它们的设备并对烹饪和睡眠设备使用另外的挂车。

8 机车

在美国，几乎所有的货运和客运列车用柴油电动机车运行和完成调车操作。少于1.5%的机车是电动的，剩下的大部分是柴油电动的。使用中有一些其他类型的机车，例如柴油液压传动机车和燃气轮电动机车。机车能力基于额定功率、牵引力和机车的钢轨附着特点，这些决定了牵引车可用的拉杆牵引力。

柴油电动机车使用车上的柴油机来推动发电机，为驱动轮轴的电动机供应电流。早期的柴油电动机车使用直流电 (DC) 电气系统，新式柴油机使用DC或交流电 (AC)。

柴油电动机可以以多个组件运行，由一个引擎提供所需的功率和牵引力。它需要相对较少的为了燃料和水的停车，并且拥有良好的启动特点，因为所有的重量在驱动轮上。在长单元列车上，柴油电动机车用在列车中部和/或在列车的一端作为辅助机车。

电动机车具有良好的效率，但是因为所需的电力通常在一个固定的单独设备中产生，在线路输送中有一些电力损失，并且承力索系统象征着相当大的投资和维护费用。所以，一般而言，电动机车仅仅在具有快速频繁的列车时刻表的线路上是经济的。这些机车具有能在高速下形成高输出功率并需要比柴油电动机更少的维护的优点。