在中國標準動車組“復興號”在京滬高鐵實現雙向首發后,圍繞“復興號”的前世今生一一展現。
據《人民鐵道》7月3日報道,作為中國鐵路總公司牽頭組織研制、具有完全自主知識產權、達到世界先進水平的新一代高速列車,“復興號”集成了大量現代高新技術,在安全性、經濟性、舒適性、節能環保等方面表現出色。
上述題為《復興路上風笛揚》報道提及,列車網絡控制系統,負責完成動車組上的高壓、牽引、制動、輔助供電、車門、空調等的控制、監視,以及車上所有控制信息和故障信息的傳輸、處理、存儲和顯示功能,是動車組最關鍵的核心技術之一,也是國外技術封鎖的重點。
中國鐵道科學研究院牽引傳動項目研發骨干鄭雪洋介紹,中國標準動車組擁有“中國心”,牽引傳動系統硬件和軟件全部實現了自主設計、自主制造,中國成為世界上少數全面掌握這一技術的國家之一。
下為《復興路上風笛揚》摘要:
“復興號”誕生前動車組的互聯互通問題
面對我國地域廣闊、環境復雜和長距離、高強度運行的需求,以前的動車組在運用過程中出現了一些不適應性問題。
比如,因引進的CRH2型車與CRH3型車定員不同,前者有610個座位,后者只有556個,導致若前者在運行途中突然發生故障,中途更換車體后,會出現旅客無法找到對應車票的情況。其次,兩種車各成一體,旅客界面、司機操作界面、動拖比例等不一樣,也會帶來不小的麻煩。
不同型號動車組存在很多差異,不能實現互聯互通、難以互為備用,已帶來很大的問題。更有甚者,車型之間沒有做到簡統化,檢修維護零部件尚未統型,運用部門備品備件品種多,檢修維護復雜,成為了動車檢修部門的最大麻煩。
廣州動車段工程師何旭升對《人民鐵道》表示,“動車組每天上線運營,每天都要檢修,零部件損耗或壞掉,就要及時更換。從前,我們段配有多個車型,同一種零件要準備至少5種型號,購買成本高不說還占地方,但又不能不備。”
同時,盡管當時國內已掌握了“和諧號”動車組的技術,許多技術還是國內團隊自主創新研發改進的,但由于始終是使用國外的技術平臺、采用國外標準,進一步發展受到制約。
因此,2013年6月,根據中國高速鐵路發展和“走出去”的要求,中國鐵路總公司正式啟動“中國標準動車組研制項目”。
“復興號”的中國標準:光技術方案設計就花費了一年多時間
動車組是當今世界制造業尖端技術的高度集成,涉及牽引、制動、網絡控制、車體、轉向架等9大關鍵技術,以及車鉤、空調、風擋等10項主要配套技術。將4個技術平臺、17種車型統一標準非常困難。
中國鐵道科學研究院首席研究員王悅明回憶,“在研究統一采用中國標準的過程中,光技術方案設計就花費了一年多時間,僅技術設計聯絡協調會就開了60多次,基本每周一次。僅僅是圍繞一個互聯互通的協議文件,就在會議室里摞了半人多高。”
中國鐵路總公司科技管理部組織對中國標準動車組研制中的重要技術問題進行反復論證研究,確定了前期研究討論時爭議較大的,影響動車組技術性能、互聯互通、司乘人員操作、檢修維護、旅客界面等方面的主要技術指標和關鍵方案。
比如,既有CRH系列動車組有4動4拖、5動3拖、6動2拖等多種動拖比,為了實現互聯互通、促進關鍵部件統型互換、方便司乘人員操作,中國標準動車組統一確定為4動4拖。
經過爭論和反復比選,2013年12月,中國標準動車組完成了總體技術條件制定。
最終,中國標準動車組采用的254項重要標準中,中國標準占到84%,整體設計和關鍵技術全部自主研發,具有完全自主知識產權。11個系統96項主要設備采用了統一的中國標準和型號,實現不同廠家零件互換。
“復興號”突破核心技術封鎖
列車網絡控制系統,負責完成動車組上的高壓、牽引、制動、輔助供電、車門、空調等的控制、監視,以及車上所有控制信息和故障信息的傳輸、處理、存儲和顯示功能,是動車組最關鍵的核心技術之一,也是國外技術封鎖的重點。
列車網絡控制系統的軟件開發,需要有一套仿真測試平臺。中國鐵道科學研究院首席工程師、研究員趙紅衛回憶,當其向國外企業詢價購買時,要么石沉大海音信全無,要么明確表示拒絕報價和出售。于是,她帶著團隊從零做起,從方案設計、畫圖實施到接線測試等,僅用一年的時間,自己搭建起了仿真平臺。
同時,網絡芯片和網卡全部自己制作,網絡軟件的所有源代碼全部自己編寫,研發團隊實現了中國標準動車組列車網絡控制系統的硬件和軟件全部自主化,使動車組真正有了“中國腦”。
“復興號”高顏值的背后,隱藏著一系列不同尋常的設計數據。
其中,有一項氣動阻力下降12%以上,意味著,動車組以時速350公里運行時人均能耗下降17%。在減少動車組阻力上,車體采用了高強度、輕量化鋁合金車體,車頭采用流線型,車頂采用平順化設計,空調及受電弓設備采取沉入式安裝等。
車頭設計是關鍵中的關鍵。經過上百次仿真計算、上千次空氣動力學試驗、上萬次線型測試,最終樣式從30多個設計頭型中脫穎而出。
中國標準動車組的轉向架也是中國自主設計制造,承載能力提升10%,滿足時速350公里及以上持續高速運行,實驗室安全穩定試驗時速達到600公里。它具有輪對軸溫、齒輪箱軸溫、轉向架橫向運行穩定性等安全系統全面監測功能,確保動車組運行起來又快又穩。
在降噪方面,據中車青島四方機車車輛股份有限公司副總工程師丁叁叁介紹,光對不同材料和結構的隔音對比試驗就做了3000多次。后經反復研究發現,一些車載空調、風機等設備的吸氣排氣造成壓差,影響降噪。于是,研發團隊更改和規范車載設備的降噪要求和設計,噪音進一步下降1至5分貝,超越設計目標。
在牽引動力方面,“復興號”的牽引動力強勁,從9600千瓦提升到10000千瓦以上。中國鐵道科學研究院牽引傳動項目研發骨干鄭雪洋介紹,中國標準動車組擁有“中國心”,牽引傳動系統硬件和軟件全部實現了自主設計、自主制造,中國成為世界上少數全面掌握這一技術的國家之一。
值得注意的是,設計中國標準的牽引傳動系統,需要使用專業的圖形化軟件開發平臺,將牽引領域專家從程序員的工作中解放出來。這種軟件國內沒有,中國人想要,必須綁定國外牽引系統高價進口,而且還要接受外方的種種限制。
為此,研發團隊開發中國的圖形化牽引系統軟件開發平臺,代碼共計100多萬行。
“復興號”安全分秒在控
中國標準動車組“復興號”的各類檢測項點有2500多項,能夠對走行部狀態、軸承溫度、冷卻系統溫度、制動系統狀態、環境進行全方位實時監測,這些數據都能通過通信網絡傳輸到后臺。
在中國鐵路調度指揮中心,控制臺屏幕上實時顯示著標準動車組運行位置、速度以及牽引電機電壓等各種運行參數。同時,屏幕上還顯示著標準動車組經過區域的風速、降雨量、是否地震等數據。
“如果列車出現異常,或風速、降雨,或地震報警,動車組能自動采取限速或停車措施。”中國鐵道科學研究院研發中心常務副主任、研究員王俊彪說。作為長期參與標準動車組的安全防控系統研發的負責人,其所在團隊研發出的地震預警系統是中國首創。
中國標準動車組“復興號”還增設了碰撞吸能裝置、防脫軌裝置、防車廂與車架分離裝置,確保遇到極端情況可以起到緩沖保護作用。
中國鐵道科學研究院地震系統試驗項目負責人宣言介紹,為了實現地震時高速動車組及時降速、停車,保障運行安全,中國標準動車組加裝了自己研發的地震緊急處置裝置,沿線布設聯網的監測臺站,與牽引變電所和行車系統的信息數據科學組合、共同作用,構成這一套地震預警系統。它將在動車組遭遇地震時做到自動緊急降速、停車,最大限度地減少人員傷亡和財產損失。
中車集團青島四方股份公司副總工程師陶桂東則透露,在“復興號”的試驗過程中,類似發生地震的危險場景現場模擬超過2000個。
只要車輪在轉就能發電,突發情況下車廂用電可自給自足,這是中國標準動車組研發過程中的創新之一。