112 鐵路人員升資考試佐級晉員級 技術類(選試鐵路動力車與車輛構造及原理概要) 鐵路動力車與車輛構造及原理概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查軌道車輛「車體」的基本結構與各構件的受力、承載及防護功能。車體是容納旅客、貨物或車上設備的主體結構，通常由底架、側牆、端牆及車頂組成；駕駛室車輛另有駕駛室結構。各部分接合後形成具有足夠強度與剛度的箱形結構，共同承受車體自重、載重、運轉振動與縱向衝擊等作用。

解題方法

作答時，先列出車體的主要結構，再依「承載與傳力、圍護與防護、支承與安裝」三個方向，逐一說明各結構的功能。須注意，轉向架、輪對及制動裝置屬於車輛的其他主要部分，並非本題所問的車體結構組成。

（一）車體結構組成

1. 底架：車體下部的主要承載骨架，通常包括側梁、枕梁、端梁、橫梁及地板等構件。
2. 側牆（側構）：位於車體兩側，形成車體側面的圍護結構；客車側牆通常設有車窗與車門開口。
3. 端牆（端構）：位於車體兩端，形成車體端部的圍護結構，並設有端門、通道或相關設備的開口。
4. 車頂：覆蓋車體上方的結構，與側牆及端牆相接，封閉車體上部空間。
5. 駕駛室結構：動力車或設有駕駛室的車輛，在車體前端或指定位置設置的結構，供駕駛及操作設備使用。一般客車或貨車不一定具有此項。

（二）各車體結構組成之主要功能

1. 底架

• 承受主要垂直載重：承受車體自重、旅客或貨物重量，以及設備重量，並將載重傳遞至轉向架。
• 支承車體與設備：提供車體上部結構、地板及車上設備的安裝基礎；並藉由枕梁等部位與轉向架連接。
• 傳遞縱向作用力：承受車輛起動、制動、調車連掛及列車運轉時產生的縱向拉力或壓力。
• 維持整體強度與剛度：與側牆、端牆及車頂共同構成車體骨架，抵抗彎曲、扭轉及局部變形。

2. 側牆（側構）

• 形成側面圍護：界定車體內部空間，提供旅客或貨物側面的遮蔽與保護。
• 承受並傳遞結構作用力：側牆與底架、車頂連接，可共同承受車體彎曲、扭轉及運轉振動所造成的作用力。
• 提供開口與設備安裝位置：客車側牆設置車門、車窗；貨車側牆則依用途設置裝卸或檢修所需的開口與構件。

核心觀念

轉向架是裝設於車體下方、由輪對與構架等組成的行走裝置。它把車體和軌道連接起來，負責承載、導向、緩衝，以及傳遞牽引力與制動力。動力轉向架另有驅動設備；非動力轉向架則不以自身動力驅動輪對，但仍具備承載、導向與制動等功能。

解題方法

本題可分兩層作答：第一小題依「車體與軌道間的功能」說明轉向架的作用；第二小題依「支撐結構、輪軸、懸吊、車體連接、牽引驅動、制動」整理主要構件。動力轉向架與非動力轉向架的基本構造相近，差異主要在是否設有驅動設備。

（一）轉向架之主要功能

1. 承載車體與乘客、貨物重量 車體重量及載重經由車體與轉向架間的支承裝置傳至構架，再經軸箱、軸承、輪對傳至鋼軌；軌道對車輪的反作用力也由此傳回車體。

2. 引導車輛沿軌道行駛 輪對與轉向架的配置使車輛沿軌道運行，並使車輛通過曲線時，轉向架能相對車體轉動或偏轉，以適應曲線方向，降低輪軌間不必要的作用力。

3. 緩和振動與衝擊 懸吊裝置及減振器吸收軌道不平順、車輪與鋼軌作用所產生的振動和衝擊，改善乘坐舒適度，並減少車體、轉向架及軌道受到的動態負荷。

4. 傳遞牽引力與制動力 動力轉向架將牽引設備產生的驅動力傳至輪對，再由車輪與鋼軌間的黏著作用推動車輛。制動時，制動裝置對車輪或制動盤施力，制動力經輪軌作用使車輛減速或停車。相關力也經轉向架與車體間的連接裝置傳遞。

5. 維持運行穩定與安全 轉向架支承並定位輪對，使車輪保持適當的軌道位置；其構架、懸吊及阻尼配置有助於控制車輛運行時的振動與蛇行，維持直線及曲線行駛的穩定性。

（二）轉向架之主要構件

核心觀念

本題依「牽引動力配置在哪些車輛上」分類，考查兩種基本列車型式：

1. 動力集中式：由一輛或少數幾輛機車提供全列車牽引力，後方連掛無動力客車或貨車。機車可在列車一端牽引，也可採推拉式編組，在列車尾端推送。
2. 動力分散式：將牽引動力配置於列車多節車輛，動力車與無動力車編組成一列，常見形式為電聯車或柴聯車。

「集中」與「分散」指的是牽引動力的位置，不等於列車採用何種能源或傳動方式。例如，電力機車牽引客車屬動力集中式；電聯車與柴聯車則屬動力分散式。

解題方法

先說明兩種型式的判別依據，再分別從牽引性能、乘客空間、車輛維修、編組調度及軌道負荷等面向比較優缺點。作答時應避免只列「加速快」或「維修方便」等結論，宜簡要交代形成原因。

各類別及其優缺點

一、動力集中式

**配置方式：**由機車集中提供牽引力，列車其餘車輛通常為無動力車。臺鐵電力機車或柴油機車牽引客車，均屬此類；採推拉式時，機車可設於列車尾端，由另一端駕駛室操控。

優點：

1. **客車構造較單純：**客車不必裝設牽引馬達及相關動力設備，可將車底空間用於載客或設備配置。
2. **乘坐環境較安靜：**牽引設備集中在機車，客車內不必承受各車動力設備運轉所產生的噪音與振動。
3. **車輛運用彈性較高：**可依需求增減客車或貨車，機車與車輛也較容易分別調度；機車故障時，可更換機車後續行。
4. **維修分工明確：**機車動力設備集中，客車構造相對單純，機車與客車可分別維修。
5. **適合載重及長編組運輸：**機車可集中配置較大牽引功率，常用於貨運或需要牽引多輛車的列車。

缺點：

1. **起步與加速性能通常較不利：**牽引力集中於少數動力軸，列車起步時須帶動全列車，停站頻繁的路線較難維持高平均速度。
2. **機車故障影響全列車：**牽引動力集中於機車，機車發生故障時，列車可能失去主要牽引能力。
3. **機車軸重與黏著限制較明顯：**牽引力集中在少數車軸，容易受軸重、輪軌黏著條件限制。
4. **編組調頭可能耗時：**傳統機車位於列車一端時，折返常須調換機車位置或進行調車作業。推拉式可減少此問題，但須增加推拉控制設備。
5. **列車端部需配置機車：**機車占用編組位置，可能減少可載客車輛數；如採兩端機車推拉，設備與運用成本也會增加。

二、動力分散式

核心觀念

動力供電系統提供牽引馬達所需電力；輔助供電系統則將車上取得的電能轉換、調節為適合各項車載設備使用的電源。其負載包括高功率的空調、空壓機，也包括照明、控制與通訊等低壓設備。

臺鐵車輛種類與年代差異大，輔助供電設備並非單一型式。作答時宜依「電源如何產生或轉換」分類，再說明供電負載。

解題方法

先列出臺鐵車輛常見的輔助供電型式，再以負載功能分類：一類是維持乘坐環境與服務品質的設備，一類是車輛運轉、控制及安全所需設備。如此可以兼顧電聯車、客車、柴聯車及機車等不同車種。

（一）臺鐵軌道車輛輔助供電系統型式

臺鐵車輛輔助供電系統，依供電來源與電力轉換方式，可概分如下：

1. 靜態變流器供電型 由車上主變壓器或直流電源取得電力，經靜態變流器（Static Inverter，SI／SIV）轉換為設備所需的交流電，並透過充電器提供直流電及蓄電池充電。電聯車常採此型式，供應空調、照明、空壓機等負載。

2. 旋轉式發電機組供電型 以馬達帶動交流發電機組（Motor-Alternator Set，MA-Set），將輸入電力轉為車上設備所需的交流電。部分較早期電聯車或客車使用此型式。

3. 柴油引擎帶動發電機供電型 由柴油引擎帶動發電機，供應柴聯車或其他柴油車輛的空調、照明及控制等用電；部分車種由專用電源車提供客車用電。

4. 機車或電源車集中供電型 由機車上的輔助發電設備，或由電源車上的發電機組，集中提供客車電源；車廂再將電力分配至各項設備。較新的機車亦可透過輔助電源模組及客車供電裝置供電。

以上各型式的核心作用相同：將車上電源轉換或發電，供應不同電壓、相數及頻率的設備使用，並由充電器與蓄電池支援直流控制電源及必要備援。

（二）主要供電負載設備