來了!全球跑得最快的高鐵,。
12月29日,，CR450動(dòng)車組樣車在北京正式發(fā)布，該動(dòng)車組試驗(yàn)速度可達(dá)450公里/小時(shí),，運(yùn)營(yíng)速度可達(dá)400公里/小時(shí),。
CR450動(dòng)車組，蘊(yùn)含著哪些高科技?將帶來怎樣的新體驗(yàn)?高鐵技術(shù)領(lǐng)跑全球,，中國鐵路如何做到?
時(shí)速提高,，但制動(dòng)距離、能耗、噪聲不變
時(shí)速提升50公里,，CR450動(dòng)車組靠什么?
動(dòng)力更強(qiáng)——
眾所周知,，高鐵跑得快，靠的是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,。為了提升能量轉(zhuǎn)換的效率,，CR450動(dòng)車組采用永磁牽引電機(jī)，轉(zhuǎn)換效率較CR400動(dòng)車組異步牽引電機(jī)提升3%以上,。
阻力更小——
高速飛馳的列車,，氣動(dòng)阻力隨速度的平方增長(zhǎng)，提速至?xí)r速400公里,，阻力會(huì)增加30%,。可以說,，牽引電機(jī)產(chǎn)生的能量大部分都消耗在與空氣的“對(duì)抗”中,。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，CR450動(dòng)車組實(shí)現(xiàn)整車運(yùn)行阻力降低22%,。
體重更輕——
高鐵行駛,，輕裝上陣很關(guān)鍵。采用碳纖維復(fù)合材料,、鎂合金等新型材料,，應(yīng)用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，CR450動(dòng)車組整車較以往減重10%以上,。
性能更優(yōu)——
對(duì)動(dòng)車組列車而言,，跑得快，還得停得下,。從時(shí)速400公里到速度為0,，CR450動(dòng)車組只需要6500米。這一數(shù)字,，與CR400動(dòng)車組制動(dòng)距離一致,，做到了運(yùn)營(yíng)速度提升，制動(dòng)距離不變,。
正是憑借這些優(yōu)異的性能,，CR450動(dòng)車組可以做到時(shí)速提升50公里，能耗不變,。8編組的CR450動(dòng)車組列車,，在時(shí)速400公里運(yùn)行工況下每公里只耗電22至23千瓦時(shí)，保證了其投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性,、綠色性,。
CR450動(dòng)車組還有許多讓人眼前一亮的設(shè)計(jì)：
更智能,。CR450動(dòng)車組配有智能監(jiān)測(cè)、智能診斷系統(tǒng),，全列4000多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)收集軸溫,、壓力等數(shù)據(jù)，做到自感知,、自診斷,、自決策。
不僅如此,，CR450動(dòng)車組創(chuàng)新采用了時(shí)間敏感網(wǎng)傳輸信號(hào),，實(shí)時(shí)傳輸性能提升10倍?！皶r(shí)間敏感網(wǎng)的使用,，讓動(dòng)車組列車各系統(tǒng)間的信息交互更及時(shí)、控制精準(zhǔn)度更高,?！辫F科院集團(tuán)公司首席研究員趙紅衛(wèi)說。
更靜音,。噪聲直接關(guān)乎乘坐舒適度,。理論計(jì)算顯示，時(shí)速提升50公里,，通常會(huì)給列車帶來2至3分貝的噪聲增量,。但CR450動(dòng)車組實(shí)現(xiàn)客室內(nèi)噪聲降低2分貝，整體噪聲水平與既有動(dòng)車組時(shí)速350公里運(yùn)行時(shí)相當(dāng),。
更舒適,。仔細(xì)觀察CR450動(dòng)車組，為了“瘦身”,，它身高從4.05米下降到3.85米,，但步入車廂內(nèi)部，客室高度卻不變,。通過集成化,、小型化設(shè)計(jì)，CR450動(dòng)車組旅客使用面積增加4%,，大件行李存放區(qū)域增加一倍。
更多樣,。燈光,，可隨著室外環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度;無接觸式衛(wèi)生間，可“空中按鍵”;新增加家庭包間,、多功能間等多樣選擇……“我們致力于為旅客提供多樣化,、便利化,、個(gè)性化服務(wù)，讓乘坐體驗(yàn)更好,?！眹F集團(tuán)機(jī)輛部技術(shù)處副處長(zhǎng)任廣強(qiáng)說。
首次建立運(yùn)營(yíng)時(shí)速400公里動(dòng)車組列車標(biāo)準(zhǔn)體系
CR450動(dòng)車組列車的研制,，是一次實(shí)實(shí)在在的“無人區(qū)”探索,。
——這考驗(yàn)的是原始創(chuàng)新的能力。
CR450動(dòng)車組列車應(yīng)該是什么樣的?技術(shù)指標(biāo)應(yīng)該如何確定?各關(guān)鍵部件應(yīng)該達(dá)到怎樣的水平?如何保障安全?
2018年國鐵集團(tuán)啟動(dòng)了運(yùn)營(yíng)時(shí)速400公里高鐵基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究;2021年正式開始研發(fā);2022年發(fā)布總體技術(shù)條件,，開展大量仿真計(jì)算和地面臺(tái)架試驗(yàn),，在鄭萬、濟(jì)鄭高鐵開展技術(shù)條件參數(shù)試驗(yàn),，在彌蒙,、福廈高鐵開展新技術(shù)部件換裝試驗(yàn);2024年正式啟動(dòng)樣車生產(chǎn)……
“在此過程中，我們建立和完善了試驗(yàn)探索與迭代研發(fā)相結(jié)合的攻關(guān)機(jī)制,?！眹F集團(tuán)科技和信息化部裝備技術(shù)處處長(zhǎng)李永恒介紹，20余萬公里的線路試驗(yàn)積累了大量數(shù)據(jù),，再加上千余項(xiàng)仿真計(jì)算,、千余項(xiàng)地面臺(tái)架試驗(yàn)，共同支撐CR450動(dòng)車組設(shè)計(jì)方案的完成,。
——這考驗(yàn)的是對(duì)邊界極限的探索,。
“CR450動(dòng)車組項(xiàng)目在世界上首次通過實(shí)際線路試驗(yàn)來確定邊界條件并驗(yàn)證頂層指標(biāo)，從需求出發(fā)制定項(xiàng)目的技術(shù)條件,?！辫F科院集團(tuán)公司機(jī)輛所所長(zhǎng)張波介紹。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)先后完成100多項(xiàng)試驗(yàn),，探知列車速度提升相關(guān)參數(shù)變化規(guī)律,，獲取了不同速度條件及橋梁、隧道,、曲線等不同工況環(huán)境下的數(shù)據(jù)特征,，為CR450動(dòng)車組研制打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
——這考驗(yàn)的是多學(xué)科,、多領(lǐng)域的協(xié)同能力,。
在CR450動(dòng)車組的研制過程中，技術(shù)指標(biāo)間存在著許多約束,，例如跑得快與停得住,。多重技術(shù)指標(biāo)約束，每一個(gè)細(xì)節(jié)方案的確定都必須優(yōu)中選優(yōu),。
以減重為例,，速度更快,，動(dòng)車組的“筋骨”就必須更強(qiáng)壯，才能保證安全,。但為了降低能耗,、減少制動(dòng)距離，動(dòng)車組又必須盡量瘦身?
怎么辦?承力部位,，加強(qiáng);不承力部位,，減重?！盀榱藴p重,，小到電纜線，大到車體,、轉(zhuǎn)向架,，所有的部件都要稱重，達(dá)標(biāo)才能組裝,?！敝熊囁姆礁笨偣こ處熖展饢|說。
牽引系統(tǒng),，在保證功率提升的基礎(chǔ)上,，減重15%;制動(dòng)系統(tǒng)，在滿足更高制動(dòng)要求基礎(chǔ)上,，減重10%;車體減重10%……最終,，CR450實(shí)現(xiàn)了整體減重10%、“瘦身”50噸的目標(biāo),。
首次使用轉(zhuǎn)向架包覆結(jié)構(gòu),、首次使用時(shí)間敏感網(wǎng)、首次使用永磁牽引電機(jī)……通過CR450動(dòng)車組樣車的研制,，中國在全球范圍內(nèi)首次建立起商業(yè)運(yùn)營(yíng)時(shí)速400公里動(dòng)車組的標(biāo)準(zhǔn)體系,。
橫跨產(chǎn)學(xué)研，深度融合,、協(xié)同創(chuàng)新
一列高速動(dòng)車組列車,，零部件超4萬個(gè)。
“CR450動(dòng)車組是我國科技創(chuàng)新和高端裝備制造實(shí)力的綜合展現(xiàn),?！崩钣篮阏f。
這是新型舉國體制強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)的最佳體現(xiàn),。
CR450動(dòng)車組的研發(fā)團(tuán)隊(duì)是一個(gè)橫跨產(chǎn)學(xué)研的創(chuàng)新聯(lián)合體,。
國鐵集團(tuán)牽頭，中國中車,、中國通號(hào)等眾多企業(yè),，鐵科院、中國科學(xué)院等研究機(jī)構(gòu),，北京交通大學(xué),、中南大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等高校,，各機(jī)構(gòu)深度融合,、協(xié)同創(chuàng)新。
就拿降噪的研發(fā)來說,，中國科學(xué)院聲學(xué)所研究員隋富生分析,，噪聲既有氣動(dòng)噪聲，也有輪軌振動(dòng)噪聲,，頻率范圍廣,，速度的提升和輕量化的設(shè)計(jì)給噪聲控制帶來很大挑戰(zhàn)。
不同的噪聲,，需要不同的解決方案,。中車四方聯(lián)合船舶研究所，解決低頻振動(dòng)噪聲問題;中車長(zhǎng)客聯(lián)合西南交大,，在整車級(jí)聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室開展了10余次試驗(yàn)……
最終,，花了1年半時(shí)間進(jìn)行新材料新結(jié)構(gòu)噪聲試驗(yàn)，測(cè)試了300余種降噪方案,，研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過分車,、分區(qū)、分頻的降噪方案,，讓CR450動(dòng)車組客室內(nèi)噪聲降低2分貝,。
這是產(chǎn)業(yè)體系配套完整供給優(yōu)勢(shì)的最好例證。
一列動(dòng)車組列車,，從研發(fā),、制造到運(yùn)維服務(wù)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)動(dòng)車組零部件的主要企業(yè)超100家,、參與企業(yè)超2100家,。“僅僅是牽引系統(tǒng),，就有近40家配套企業(yè)參與研發(fā),，涉及材料、制造,、試驗(yàn)等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè),。”中國中車首席科學(xué)家馮江華說,。
減重,，用到了碳纖維復(fù)合材料,、鎂合金等新型材料;降噪，用到了地板減振器,、聲學(xué)超材料共振單元,、聲學(xué)超構(gòu)吸聲間壁、高阻尼內(nèi)飾板等新材料新結(jié)構(gòu);牽引電機(jī),，使用了高水平國產(chǎn)化絕緣材料……
這是擁有大量高素質(zhì)勞動(dòng)者人才優(yōu)勢(shì)的最好證明,。
研發(fā)過程中，一大批科研工作者矢志創(chuàng)新,，攻克一個(gè)又一個(gè)難關(guān),。
全身降阻，深入挖潛,。到底哪里最能降低空氣阻力?研發(fā)人員通過大量仿真和試驗(yàn),，分析車輛不同部位受到的空氣阻力，探索各個(gè)部位減阻的理論極限值,。
“最終,，我們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架區(qū)域還有很大的減阻潛力?！敝熊囬L(zhǎng)客副總工程師朱彥介紹,，可是轉(zhuǎn)向架是動(dòng)車組列車的腿，承擔(dān)著負(fù)重,、牽引,、制動(dòng)、減振等任務(wù),，減阻如何進(jìn)行?
通過無數(shù)個(gè)日夜的仿真試驗(yàn),，研發(fā)人員終于逐步掌握轉(zhuǎn)向架區(qū)域復(fù)雜流場(chǎng)的運(yùn)行規(guī)律，創(chuàng)新提出包覆結(jié)構(gòu),?！鞍步Y(jié)構(gòu)相當(dāng)于給轉(zhuǎn)向架穿上了‘褲子’，既要考慮減阻效果,，又要兼顧散熱,、強(qiáng)度和剛度等多重目標(biāo)，設(shè)計(jì)上是個(gè)很大挑戰(zhàn),?！北本┙煌ù髮W(xué)教授王文靜介紹。
制造過程中,，大國工匠們精益求精,，匠心筑夢(mèng)。
“CR450樣車車體采用了更輕量化的長(zhǎng)大薄壁鋁合金型材，車身更輕,，強(qiáng)度要求更高,，對(duì)車體的焊接制造提出了極大挑戰(zhàn)?！敝熊囁姆绞紫に噹燀n曉輝說,，為此,，產(chǎn)線首次引入激光電弧復(fù)合焊接技術(shù),，使車體連接強(qiáng)度提高20%，平面度提高3到5倍,。
國鐵集團(tuán)有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹,，下一步將安排CR450動(dòng)車組樣車開展一系列線路試驗(yàn)和考核，進(jìn)一步檢驗(yàn)各項(xiàng)性能指標(biāo),，爭(zhēng)取早日投入商業(yè)運(yùn)營(yíng),。（記者 李心萍）
編輯：周大為
