复兴号,青岛造 探秘高速动车组列车背后的数字密码

http://www.chunyun.cn时间:2018-09-13  来源:人民日报
  一半是海水,一半是工业。工业与海洋,在青岛如此地舒展和明朗。
  
  当你关注旅游胜地时,青岛的海景山色,直入心底,美不胜收。当你关注工业品牌时,海尔、海信电器、青岛啤酒,还有响当当的“复兴号”高速列车。它们都属同一个故乡。
  
  青岛是硬朗的山东大汉,传承着豪爽、大气、硬汉的山东基因,但又是有灵性、有温度的。这也是“复兴号”高速列车的性格,气势磅礴,却又温柔多姿。它那行云流水的身姿,奔驰在祖国广袤的大地上。
  
  春天,我来到青岛采访,试图从这里探究“复兴号”高速列车的奥秘。采访中,一组组有趣的数字,似乎告诉了我破解奥秘的密码。
  
  “复兴号”高速列车试验速度可达时速400公里及以上。每四天就有三列“复兴号”高速列车从这里下线
  
  踏上青岛火车站站台,大海的吼叫声扑面而来。这是离大海最近的高铁火车站。
  
  这座1901年由德国人修建的火车站,欧式风格的红顶站舍,呈四合院式包围着一条条股道。几经扩建,旧貌换新颜,唯有那座德式钟楼,保留着久远的气息。
  
  青岛乃高铁之城。坐落于青岛城阳区的四方机车车辆公司,以生产制造“复兴号”高速列车名扬四海。青岛见证了铁路的发展,高铁也提升了青岛的城市质感。
  
  在总装配厂,我伫立在“复兴号”高速列车自动焊接生产流水线前,只见机器人乐此不疲地装配、焊接;沉重的钢铁构架如同一个个小玩具,被任意传送、翻转、输出……
  
  公司领导介绍,四方公司的高速列车生产量占全国年产量的四成以上。每四天就有三列“复兴号”高速列车从这里下线,开往祖国四面八方。
  
  “复兴号”高速列车,全称“复兴号中国标准动车组”,是建立在“和谐号”CRH380型动车组技术平台上的,我国第三代高速列车。“复兴号”高速列车的试验速度可达时速400公里及以上,与“和谐号”动车组相比,其设计寿命更长、自动化程度更高、安全控制性更强。“复兴号”高速列车的正式投入运用,标志着我国完全掌握了高速列车核心技术。
  
  一列“复兴号”高速列车,有50多万个零部件,接线点10万多个,数据确认项点56000个
  
  2018年3月5日上午,人民大会堂中央大厅。8点刚过,10位全国人大代表在工作人员引领下走到了麦克风前,开始与中外记者互动交流。四方公司转向架分厂的首席技师郭锐就是其中的一位。
  
  今年41岁的郭锐,享有“大国工匠”之誉。
  
  郭锐从事转向架生产。转向架是高速列车的关键部位,就像人的双腿。郭锐做了一个形象的比喻:“一个人的腿如果没有残疾,就会跑得很快。如果这个腿有了毛病,就麻烦了。尤其是在奔跑的过程中出现问题,会非常危险。”
  
  转向架虽然看着比较小,但是几乎所有的轴承都集中在这儿。如轴箱轴承、齿轮箱轴承,还有制动装置、电机、驱动装置等。转向架既是行走部分,也是驱动部分,对装配精度要求很高。按技术规程要求,转向架的装配精度必须控制在0.04毫米以内。
  
  几年来,郭锐先后从事了时速200公里转向架构架研磨,时速200公里转向架正、反装,时速200公里、300公里转向架落成、试验,提议开发了5项装配工艺,获得5项技术专利,解决了多个高速列车制造中的技术难题。
  
  高速列车是一项庞大的系统工程。光一张图纸,从提出方案到最终敲定,就要经历反复的研究论证,进行无数次的仿真分析、无数次的试验验证。
  
  四方公司提供的数据表明,一列“复兴号”高速列车,有50多万个零部件,其中提供电力驱动、内核控制、信号传输的电线就有5万多根,接线点10万多个;总共有56000个数据确认项点,需要进行200项试验检测;检测调试需要大约20天,最后以零缺陷状态出厂交给客户。
  
  几年来,郭锐与他的团队装配高速动车组超过1000列,安全运行超过16亿公里。郭锐说,一列高速列车的几十万个部件,每个部件都必须追求完美,这样列车的整体性能、速度和安全性才能得到保障。“复兴号”高速列车跑起来,才会安全畅快。“复兴号”高速列车的装配精度远远超过以前所有车辆的要求,我能参与其中,特别自豪。
  
  像郭锐这样位于技能人才“塔尖”的首席技能专家,四方公司一共有19人,待遇相当于副总工程师。
  
  “复兴号”高速列车流线型全新设计头型,车头两侧有双“强有力的手”,牢牢地抓住钢轨
  
  高速列车的速度正在逼近飞机。与航空飞行器相比,高速列车还要面临地面气流的扰动,两车交会时的气体激荡,以及车体通过隧道时的气流压力。因此,高速列车的头型设计比飞机更具挑战性。
  
  采访得知,经过上百次仿真计算、上千次空气动力学试验、上万次线型测试,高速列车研发团队设计出了30种概念头型。通过仿真计算、不同环境的气动力学试验和噪声风洞试验,定型5种头型做筛选试验,最后形成了“圆润光滑、线条流畅、形态饱满”的“复兴号”高速列车全新设计头型。这种全新低阻力流线型车头设计优化了头型结构,提高了抗风能力和高速下的列车安全性,更加适合中国铁路路线环境。
  
  专家告诉我,为了减少列车气流阻力,“复兴号”还采用了车体平顺化设计,在车头两侧设计了一种“导流槽”,尾车气动升力被“导流”产生的向下压力抵消,就像一双强有力的手,牢牢地抓住钢轨,不让火车飞起来。
  
  与“和谐号”动车组相比,“复兴号”高速列车体态姣好,看起来线条更优雅,跑起来也更节能。“和谐号”动车组的车顶有个“鼓包”,那里装着受电弓和空调系统。“复兴号”高速列车把这个“鼓包”下沉到了车顶下的风道系统中,使列车看起来更美。
  
  镁合金、碳纤维等先进轻量化材料的大量运用,大大减轻了车体重量,扩展了车厢容积。“复兴号”高速列车的高度从3700毫米增高到了4050毫米,座位间距更宽敞。在车体断面增加、空间增大的情况下,按时速350公里运行,人均百公里能耗下降17%左右。列车运行阻力和车内噪声明显下降,有效减少了持续运行能量消耗,表现出良好的节能环保性能。
  
  “蓝海豚”与“金凤凰”是网民早期献给中国标准动车组的昵称。“复兴号”高速列车的两个车型,分别由四方公司和长客公司生产。两者均为流线型车体,以白色为基调,分别点缀以蓝色或黄色标色,以示区别。于是,就有了网民奉送的昵称。
  
  细心的人们会发现,新命名的“复兴号”中国标准动车组,原来的那列有着蓝色标识的“蓝海豚”不见了,取而代之的是鲜艳的红色标识。火车迷们赞叹道,红色比蓝色更耀眼。人们所感到的不仅仅是标色的变化,更是“复兴号”高速列车从里到外的全面创新。
  
  当然,最关键的不是它的“高颜值”,而在于它卓越的性能表现。“复兴号”高速列车各项性能优异:列车气动阻力降低了15.4%,隧道交会压力波降低20%,明线压力波降低18%,气动噪声降低了7%,均达到国际领先水平。
  
  不断优化和规范车载设备的降噪要求和设计,对不同材料和结构的隔音进行对比试验,达到3000多次。“复兴号”高速列车的噪音下降了1至5分贝,超越设计目标
  
  试验证明,随着速度的不断提升,高速列车的气动噪声会显著增加。当时速达到300公里时,高速列车的气动噪声已超过轮轨噪声成为主要噪声源。这样不但大大降低了乘客的舒适性,而且对铁路沿线造成噪声污染。“和谐号”CRH380型动车组噪音已经较小,优于很多发达国家的高速动车组。在此基础上,哪怕降低1分贝,也是世界性难题。“复兴号”挑战了这个难题。
  
  为了让旅客乘车感觉更舒适,中国铁道科学研究院、中车集团以及相关高校科技人员共同携手,凝心聚力,顽强攻克高速列车噪音控制难题。
  
  针对高速列车的主要气动噪声源是受电弓与转向架,科研人员积极组织课题攻关,建立受电弓、转向架气动噪声分析模型,取得数据,模拟试验,逐项改进。
  
  四方公司技术团队前后探索了3年时间,光是隔音材料的对比试验,就做了3000多次。为了获得一组准确的数据,常常通宵达旦,即使出现一点误差,整个实验都要从头再来。
  
  降噪是个系统工程,刚开始制造工厂采取了运用最新降噪材料、加装吸音装置等措施,但降噪效果不明显。四方公司请来国内的结构、流体、材料等领域的专家共同会商。集中力量办大事的优势在这里得到充分体现。大家拧成一股绳,经反复研究发现,一些车载空调、风机等设备的吸气排气造成压差,也影响降噪。于是,他们优化和规范车载设备的降噪要求和设计,终于让噪音下降1至5分贝,超越设计目标。
  
  如今,当你乘坐“复兴号”高速列车时,基本上听不到噪音。哪怕是座位底下车轮与钢轨的摩擦声都很轻微、很遥远。要知道这可是350公里的时速。车外雷霆万钧之力,车内一片静悄悄,这是一幅多么诗情画意的景象啊。
  
  “复兴号”高速列车采用的254项重要标准中,中国标准占到84%;11个系统96项主要设备,采用了统一的中国标准和型号,具有完全自主知识产权
  
  “中国标准”即“以我为主,为我所有”的技术标准。
  
  一个新标准的确立,需要智慧、话语权和技术底气。
  
  中国高速列车制造借力世界先进技术,经过十多年的努力,在较短时间实现了重大跨越。当初从欧洲、日本引进的多个技术平台,经过“兼收并蓄”,在实现“为我所用”的同时,也带来了诸多不便和“尴尬”,如车型不能兼容、零配件不能互换等。
  
  2012年春,中国铁路总公司主导,集合国内有关企业、高校科研单位等优势力量,启动了“时速350公里的中国标准动车组”研制工作。2014年,国家发改委将中国标准动车组纳入国家战略性新兴产业示范工程项目,力求构建体系完整、结构合理、先进科学的中国高速列车技术标准体系。
  
  承担中国标准动车组设计制造的四方公司和长客公司,以“中国标准动车组”技术条件为依据,对动车组顶层技术指标进行分解,周密制定了各子系统的功能规范并开展相关技术方案设计,完成了动车组的总体设计、各子系统的技术参数匹配与相关结构设计。
  
  “复兴号”中国标准动车组采用的“中国标准”,涵盖了列车总装、车体、转向架、牵引电气、司机室布置及设备、制动及供风、网络控制、运用维修等10多个方面关键技术和配套技术,涉及动车组的空气动力学仿真、车辆动力学性能仿真等几十种设计验证与校核计算。一切都是自主设计,具有创新性、安全性、智能化、人性化、经济性等特点,居于国际领先水平。
  
  以“和谐号”动车组驾驶台上的操纵手柄为例,有的车型只有一个,有的车型有两个,还有的车型是三个,牵引、制动、恒速手柄各不相同。为了让“复兴号”驾驶台的手柄统一,开发团队从20多个设计方案中遴选,经过上万次机械、物理特性测试、论证,最后定型。有的时候一个故障代码、一个控制信号,甚至在显示屏上显示的一个图标,大家都要讨论很久。
  
  2015年6月30日,两列具有完全自主知识产权、时速350公里“中国标准动车组”分别在青岛四方公司和长客公司下线。集物联网、传感网、列车控制网络、车载传输网络的多网融合技术于一体的中国智能化高速列车由此诞生。在高速列车254项重要标准中,中国标准占84%;中国标准动车组的“标准”,意味着今后中国大地奔跑的所有高速列车都能连挂运营,互联互通。“复兴号”高速列车整体设计和关键技术全部自主研发,具有完全自主知识产权。在时速350公里中国标准动车组基础上,“复兴号”高速列车更在积极推进自主化、标准化、系列化发展。
  
  “复兴号”高速列车设置了2500余项自动监测点,采集车辆动态信息达到1500余项,实现了全列车、全方位、多维度的实时监测和故障诊断、处置
  
  2017年6月26日11时05分,“复兴号”高速列车分别在北京南站和上海虹桥站双向首发,一个形似“飞龙”,一个神似“金凤”,分别担当起G123次和G124次高速列车值乘任务。
  
  由此,中国高铁进入“中国标准动车组时代”。
  
  就在前一天,位于北京西郊的北京动车段喜气洋洋,一片欢腾。中国铁路总公司在这里举行命名仪式,中国标准动车组被正式命名为“复兴号”。从这一刻起,“复兴号”高速列车闪亮登场,承载着中华民族伟大复兴的中国梦奔向未来。
  
  我国地域广阔,气候、地质差异显著,南北温度横跨达±40℃,长距离、高强度的复杂运行环境,对高速列车的适应性提出了极高要求。“复兴号”高速列车进行了60万公里运行考核,比欧洲标准还多了20万公里。降低全寿命周期成本,提高了安全冗余,整车性能指标实现较大提升。“复兴号”高速列车的设计寿命达到了30年或运行1500万公里,而“和谐号”动车组则是20年。
  
  为了让旅客放心乘坐“复兴号”高速列车,强大完善的智能化感知系统,渗透到中国标准动车组的每个毛细血管里,大大提升了列车的“警惕性”。全车设置了2500余项监测点,比以往监测点最多的车型还多出约500个,采集车辆动态信息达到1500余项,包括安全性能、环境信息(如温度)等,并记录各部件运用工况。为全方位、多维度故障诊断、维修提供支持。
  
  同时,“复兴号”高速列车的头部和车厢连接处,还增设碰撞吸能装置,若在低速运行中出现意外碰撞时,可通过装置变形,提高动车组被动防护能力。列车出现异常时,可自动报警或预警,并能根据安全策略自动采取限速或停车措施。此外,还采用远程数据传输,可在地面实时获取车辆状态信息,提升地面同步监测、远程维护能力。
  
  “复兴号奔驰在祖国广袤的大地上。”习近平主席在2018年新年贺词中的诗意表达,被中国铁路人视为对近年来中国高速铁路成就的充分肯定,极大地鼓舞着广大铁路人奋勇争先的激情和斗志。
  
  “复兴号”奔驰在祖国广袤的大地上,承载着中华民族伟大复兴中国梦,承载着人民群众对美好生活的向往,风驰电掣,勇往直前。
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