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解析中国高铁成功“密码”

时间:2022-09-23 09:41|来源:|作者:求学星空|点击:


李辽

6月20日7点40分,京广高铁 G66次列车从武汉站准点驶出,以每小时350公里的速度,一路风驰电掣,奔向北京西站,跑出了高速鐵路商业运营的世界最高速。

从技术引进到“消化吸收”再到自主设计,中国已经建成具有自主知识产权的世界先进高铁技术体系,实现了从追赶到领跑的飞跃。中车青岛四方机车车辆股份有限公司(下称“中车四方股份公司”)作为中国中车股份有限公司(下称“中国中车”)旗下的核心企业,是中国高速列车产业化的主要制造基地之一,市场占有率近43%。7月3日,《法人》记者对中国中车科学家、中车四方股份公司副总工程师吴冬华进行了专访,就中国高速列车研制的历史、现状与未来规划进行了深入了解。

从无到有消化吸收

中国早已迈入高铁时代,一条条列车犹如贴地飞行的“巨龙”,不断刷新着轨道交通的新速度。

“之前,中国对高速列车的研发并不是一片空白。”吴冬华告诉记者,作为中国高铁建设者他有幸参与了高速动车组从无到有、从追赶到领跑世界的全过程。“2004年之前是原始积累阶段,在这个时期,中国对高速铁路及高速列车技术进行了积极研究和探索。”吴冬华向记者介绍,2004年至2006年期间,中国引进时速200公里动车组。通过联合设计,根据我国国情和线路特点,做了110多项适应性改造,克服了引进产品的“水土不服”。

吴冬华当时是中车四方股份公司一名电气主管设计师,他与团队一起,对引进的车辆进行了相关适应性改造。2006年7月 , 他亲眼见证了中国首列 CRH2型时速200公里的动车组成功下线。随后数月,该动车组进行了数万公里的线路测试。

自主研发 领跑世界

2006年,中车四方股份公司刚刚下线了时速200公里的高速列车,又把目光瞄向时速300公里以上的产品,启动了时速300公里~350公里动车组的研发。这一次,联合设计的方式被抛弃,中车四方股份公司开启了初步探索自主研发的阶段。

吴冬华当时负责电气系统研发,“电气系统包括高压、驱动、网络控制、制动控制等部分,我们把高压设备、牵引电机、变流器、网络控制及制动控制等,都进行了重新设计、架构和系统匹配,突破了制约速度提升的关键技术,在原有基础上进行了提升。”一年后,时速300公里~350公里的动车组研发成功。“在这个过程中,我们还开发出长大编组动车组和卧铺动车组。”吴冬华说。

2008年,当时的铁道部与科技部签署了《中国高速列车自主创新联合行动计划合作协议》,从国家层面支持中国高速列车生产企业进行自主创新。

“从2008年开始,通过两年技术攻关和大量线路试验研究,我们在高速动车组的九大关键技术和十大关键系统,进行了全面创新升级。”2010年12月3日,具有完全自主知识产权的 CRH380A 高速动车组在京沪高铁先导段创造了时速486.1公里的世界铁路运营试验最高速。

2010年至今,基于对前沿技术不断探索以及 针对高铁不同运营需求,中国搭建了核心技术全面 提升的谱系化平台,研制了更高速度试验列车、永 磁高速动车组、耐高寒抗风沙动车组和“复兴号”动车组等系列化车型,持续丰富和完善了中国高速 列车产品的谱系。

“复兴号”成功研制是中国高速列车领跑世界 的关键一步。2012年,“复兴号”启动研发,2017 年批量生产、投入使用。吴冬华表示,“复兴号”的部分技术指标达到了世界领先水平,在安全性、智能化、舒适性和经济性方面实现了大幅提升。

“复兴号”的领跑优势体现在哪些方面?吴冬华认为,首先,速度是非常重要的指标,“复兴号”350公里的时速依然是目前世界最高运营速度。“值得一提的是,‘复兴号’2017年在京沪高铁实现了时速350公里的商业运营,使中国成为世界上高铁商业运营速度最快的国家。”

“一列‘复兴号’机车,光零部件就有50多万个。如何保证所有零部件质量可靠,在合适位置发挥最 佳性能,保证列车在全寿命周期内安全、平稳、可 靠运行,是所有高速列车设计者都要面临的难题。”吴冬华表示,从2013年到2017年,中车四方股 份公司从顶层技术指标确定到关键技术研究,从仿 真分析到试验验证,将一个个设计方案变成可行的 图纸,攻克了无数道技术难关。

CR400AF 动车组因其专利车头设计,还有个 非常中国的名字——“飞龙”。“中车四方股份公司 最初设计了46个概念头型,最后优选出23个进 入工业设计,又从中遴选出7个。经过海量的仿 真计算、动模型试验、线路试验,最后终于敲定了 ‘飞龙’。”吴冬华称,相比之前的动车组,“飞龙”的运行阻力降低了12%,也就是说,当“复兴号”以时速350公里运行时,人均百公里能耗仅为3.8 度电。这也意味着,“复兴号”往返一趟京沪比之 前可节电5000多度。

舒适性指标也十分关键。“‘复兴号’噪声最低可达65分贝,在原来的 CRH380A 车型的基础上降低了4~6分贝。”据悉,中车四方股份公司在研发“复兴号”时,最初定的目标是降低3分贝以上。但小小的3分贝,却给研发人员带来了大大的难题。在长达一年多的试验中,研究团队做了3000多次针对不同材料和结构的隔音试验。

高速列车是众多高精尖技术的集大成者,是极端复杂的系统工程,共有十大系统,需要各个领域和各个专业人员的配合。吴冬华表示,设计研发高速列车的人都知道,高铁是试验出来的。在长达5年的研发时间中,“复兴号”共经历了503项仿真计算、5278项地面试验和2362项线路试验。吴冬华回忆:“特别是在线路试验期间,研发团队每天凌晨4点开始整备,白天跟车试验,晚上整理数据,几乎没睡过好觉。那段日子,大家最热时呆在接近50摄氏度的车厢里,最冷时则在零下20摄氏度的户外作业。”

智能舒适 高效低碳

吴冬华表示,动车组是载客装备,具有公共属性,天生对安全、可靠、稳定、舒适的要求非常高。“因此对设计人员形成了很多约束,我们需要辨识所有风险,这是我们在设计中一贯坚持的原则。”

在中国,高铁的吸引力越来越大,吴冬华认为这离不开高铁车辆服务性能的提升。“随着百姓生活水平的提高,人们对乘坐体验的要求越来越高,希望在高铁上能得到人性化的关怀、定制化的享受。”

虽已领跑世界,但如何持续领跑是高速列车研发人员一直追寻和思考的问题。吴冬华表示,结合国家战略,更智能、更低碳、更舒适、更高效的车辆是高速列车未来的发展方向。

据他介绍,今年在武汉站担当京武段高标运营首发的车辆,就是“复兴号”的“智能版”。该动车组融合了云计算、大数据、人工智能、5G 等新技术,在智能服务、智能运维等方面实现了全面升级。“车厢具备智能照明、智能温控、自动语音播报、自动关门红外检测、智能交互等智能化服务功能,提升了旅客的出行体验。而长编组智能‘复兴号’设置了基于5G 技术的 WiFi 系统,提供更优质移动网络服务。”

“新一代动车组应该具有更强大的智能感知、智能诊断功能。”吴冬华介绍,该车辆的安全监测项(点)增加了700多个,信息传输速率提高了100倍,开发了140余个故障预测与状态检修智能分析模型,实现了列车状态全息化感知、故障智能化诊断、车辆预测性维护。

在节能方面,智能“复兴号”更是成绩突出:人均百公里能耗降低7.9%;增加了灰水回收装置,节水17%以上;客室选用新型环保材料,更加绿色环保。

人类对速度的追求永无止境。作为久经沙场的高速列车设计师,吴冬华与团队正在研发时速600公里的高速磁浮交通系统,填补高铁与飞机两大交通工具之间的速度空白,为中国构建高速的综合立体交通体系贡献力量。

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