109 鐵路人員升資考試士級晉佐級 技術類(選試鐵路動力車與車輛構造及原理大意) 鐵路動力車與車輛構造及原理大意 考古題詳解

核心觀念

本題比較三種動力車的牽引方式：電力、柴電與柴液。應從「能源如何轉成車輪牽引力」出發，再比較行駛性能、維修需求、噪音與污染。

• 電力動力車：由外部電力供應牽引電動機，電源通常來自架空電車線或第三軌。
• 柴電動力車：車載柴油引擎帶動發電機或交流發電機，將電力供給牽引電動機。
• 柴液動力車：車載柴油引擎經液體傳動裝置（如液力變矩器、液力傳動器）將動力傳至車軸。

比較時要注意：電力車的能源來自外部供電；柴電、柴液車則以柴油作為車載能源。污染比較也要區分「車上直接排放」與「發電端排放」。

解題方法

依序比較下列六項：

1. 構造型式：動力傳遞路徑有何不同。
2. 使用能源：能源是否由車上攜帶，或仰賴沿線供電設備。
3. 行駛性能：起步牽引力、加速、速度控制及適用運轉型態。
4. 維修度：車上設備、沿線設施與系統複雜度所造成的維護需求。
5. 噪音：柴油引擎及傳動設備運轉時的聲響。
6. 空氣污染：車輛排氣與能源供應端排放的差異。

三種牽引系統比較

核心觀念

本題考查輪對的錐形踏面與輪緣導向。鋼輪踏面通常不是平面，而是由輪對中心向兩側逐漸變小的錐形；同一輪對兩個車輪固定在同一車軸上，轉速相同。輪對橫向偏移時，左右車輪與鋼軌的接觸位置改變，使兩側的有效滾動半徑不同，進而產生恢復車輛至軌道中心的作用。

輪對與鋼軌接觸輪廓圖

以下為輪對在軌道上的正視示意圖，輪對向右偏移時，右輪接觸半徑增大，左輪接觸半徑減小：

 輪對向右偏移 →
 左輪 右輪
 輪緣 錐形踏面 錐形踏面 輪緣
 ╲ ╲ ╱ ╱
 ╲______╲ ╱______╱
 ●────╲_______________________╱────●
 ↑ r左較小 r右較大 ↑
 ═══════════════════════════════════
 左鋼軌 右鋼軌

 ←──── 軌道中心線 ────→

圖中輪對兩輪剛性固定於同一車軸，故兩輪角速度相同；左右有效滾動半徑則會隨輪對的橫向位置改變。

解題方法與自我導向原理

1. 輪對居中時：左右車輪的接觸位置對稱，有效滾動半徑相等，兩輪每轉一圈所走的距離相同，輪對沿直線前進。

2. 輪對偏向一側時：以輪對向右偏移為例，右輪接觸錐形踏面上半徑較大的位置，左輪則接觸半徑較小的位置，因此 $r_{\text{右}}>r_{\text{左}}$。

核心觀念

動力分散式列車是指將牽引動力設備分散配置在列車多節車廂上，由多節動力車廂共同提供牽引力；其餘車廂則可為無動力車廂。電聯車、部分柴油動力列車常採此方式。相對地，動力集中式列車由一輛或數輛機車集中提供牽引力，後方拖曳無動力客車或貨車。

本題重點不在計算固定比例，而在說明：**動力車廂的數量比例及配置位置，須配合列車的牽引需求、車輛條件、載客需求與運轉環境共同決定。**題目未提供特定車型或運轉條件，因此沒有唯一的動力車廂比例或固定編組位置。

解題方法

可分成兩部分作答：

1. 先用「牽引設備分散於多節車廂」界定動力分散式列車。
2. 再分別說明影響數量比例與配置位置的因素。兩者相關，但並不相同：增加動力車廂數量可提高可用牽引力；把動力車廂安排在不同位置，則會影響牽引力分布、黏著利用、車間作用力及載客空間。

影響動力車廂數量比例的因素

一、列車性能需求

列車所需的起動加速度、加速時間、最高速度及運轉密度，會影響牽引動力需求。需要較大起動牽引力或較快加速時，通常須配置較多動力車廂，或提高每節動力車廂的功率。

二、列車重量與載客量

車廂自重、乘客人數及行李重量都會增加列車總重量。列車越重，要達到相同加速度所需的牽引力越大，因此動力車廂比例須與預期載重相配合。

三、路線條件與運轉方式

路線坡度、停站間距、曲線、運轉速度及班距，會改變列車的起動與持續牽引需求。坡度較大、站距較短而需頻繁加減速的路線，通常較重視足夠的牽引能力。

四、輪軌黏著與軸重限制

牽引力須透過車輪與鋼軌間的黏著傳遞。若牽引力集中在少數車軸上，容易超出可用黏著力而空轉；把動力分配到更多車軸，可增加黏著重量並改善牽引力利用。但動力設備也會增加車廂重量，仍須符合軸重限制。

五、載客與設備配置需求

動力設備會占用車廂內部空間並增加重量；動力車廂比例提高，可能減少可用載客空間。設計須在牽引性能、載客量、車廂設備配置及維修需求間取得平衡。

六、牽引與供電系統能力

核心觀念

本題比較電力列車兩種集電方式：架空接觸線（架空線）供電與第三軌供電。比較重點在供電導體的位置、用電安全、常見電壓，以及系統對列車速度與運用條件的適應性。

• 架空接觸線供電：接觸線架設於軌道上方，列車以集電弓接觸導線取電。常見系統包括直流 1,500 V、直流 3,000 V，以及交流 15 kV 或 25 kV；幹線與高速鐵路常採高電壓交流系統。
• 第三軌供電：在走行軌旁另設帶電導電軌，列車以集電靴接觸取電。常見為直流 600～750 V，部分系統採用較高電壓，但整體仍以低壓直流為主。

解題方法

可依「安全性、供電電壓、列車速度與適用場景」逐項比較。作答時須分清楚：電壓高低不是安全性的唯一標準，還要看帶電導體是否容易被人員接近；速度則與集電裝置的接觸穩定性、供電能力及沿線環境有關。