7月9日在国度铁道试验中心展区拍摄的CR450BF动车组。。新华社记者 才扬摄
【创新故事】
◎本报记者 何 亮
7月9日,,第十二届世界高速NG官网大会期间,,位于北京向阳的国度铁道试验中心,,成为国内外参会嘉宾关注的焦点。。这里,,各人争相试乘履历世界首款试验运行时速450公里、、贸易运营时速400公里的新一代高速动车组——CR450。。
当前,,CR450动车组已实现样车下线、、型式试验、、互联互通调试等一系列研发工作,,正在发展查核试验和机能验证,,为正线试运行做各项筹备。。
“这意味着中国NG官网已进入高铁科技创新‘无人区’。!被馗春哦底樽芴寮际踝摇、中国铁道科学钻研院集团有限公司(以下简称“铁科院”)首席钻研员赵红卫通知科技日报记者,,为了将贸易运营时速再提升50公里,,国铁集团牵头组建创新结合体,,先后攻克永磁牵引、、气动减阻、、短距离制动等难题,,在全球领域内初次创建时速400公里动车组技术系统。。
1.6倍功率提升
提高列车速度,,首先要思考提升动力牵引系统机能。。
为加强牵引机能,,研发人员决定将拥有自主知识产权的大功率永磁牵引系统搬上CR450动车组,,标志取我国高铁开启了“永磁时期”。。
“装车难度很大!”赵红卫介绍,,“永磁系统有一大隐患,,即电机在产生匝间或相间短路时,,因永磁体缘故,,并不会终场动弹,,可能导致电机败坏,,影响行车安全。!
为排除这一隐患,,研发团队一头扎进尝试室三个多月,,从优化电机设计参数和节制战术动手,,反复进行规划对比、、试验钻研和实证验证。。
“我们创制出了‘三相自动短路防护技术’。!碧圃夯舅暄性币笳窕汾故,,“这项技术就像一个精密的‘安全阀’,,能在0.2秒内急剧鉴别短路故障,,并自动将故障相绕组切换成闭环回路,,阻止电机进一步败坏。!
技术成型后,,部件靠得住性还需在线路上“实战”验证。。
2023年6月至7月,,一场列车交会试验在福厦高铁线路上发展。。经测算,,要实现时速450公里冲高达速工作,,列车功率需提升至额定功率的1.6倍。。
试验前夕,,殷振环组织团队连夜召开技术论证会,,系统评估执行规划、、明确工作分工。。牵哄动力系统部件合用性评估、、软件调换测试、、地面仿照试验……只管各项工作都已有序实现,,殷振环心中仍在打鼓,,“冲高真能实现?”
“发车!”6月28日,,福厦高铁湄洲湾跨海大桥,,首列试验列车率先启动,,1.5秒后对开列车跟进。。经测算,,搭载新技术部件的试验列车以单列最高时速453公里、、双向两列相对交会最高时速891公里运行。。新的世界纪录诞生了!
“我们先后在郑万、、济!、弥蒙和福厦高铁发展20余万公里的线路试验,,验证了永磁牵引系统不只动力十足,,并且安全靠得住。!币笳窕匪。。
22%气动减阻
“高速奔腾的列车,,95%的运行阻力来自空气。!碧圃夯舅暄性鄙劬ㄖ钦,,理论测算批注,,时速提高50公里,,阻力增长30%,,能耗也随之增长。。
想要提速,,又要节约能耗,,“减阻”势在必行。。突破口在哪里?
此前研制“回复号”动车组时,,科研人员已将车头的“平顺化”做到了极致。。各人感触,,通过调整外形进一步降阻的空间有限。。
但研发人员并未懈怠。。他们在天然界中寻找灵感,,基于仿生学道理索求新规划。。百余种设计规划经过大量仿照仿真微风洞试验层层筛选,,最终,,以高速飞舞的鹰隼和箭矢为原型的规划脱颖而出。。仿真测试批注,,新头型可将运行阻力降低约2.6%。。
“这与整体减阻20%以上的指标仍有很大差距。!闭院煳浪。。面对挑战,,团队持续深刻钻研气动仿真与测试,,分析列车各部件的阻力散布,,探寻减阻的理论极限。。
突破口出现了!“我们发现,,此前被忽视的列车下部转向架区域,,蕴藏着较大的减阻潜力。!鄙劬樯,,有成员提出了一个斗胆设想——能否用包覆结构将转向架袒露区域覆盖起来,,从而形成更齐全的气动外形,,以降低阻力?
这个被称为“穿裤子”的思路带来了不测之喜。!懊幌氲匠尚绱讼灾。!币笳窕沸Φ,,经过反复钻研确认,,该规划的确能大幅减阻。。
团队随即集中力量,,重点攻关包覆结构的最优状态与地位,,同时解决包覆后可能出现的检修难题。。
一遍遍仿真、、一次次规划修改……终于,,一个既能有效减阻,,又能两全结构强度、、刚度以及检修需要的规划诞生了。。
“在此基础上,,结合流线型车头、、低阻力受电弓等多项措施,,列车运行阻力可有效降低22%。!鄙劬,,这意味着CR450动车组在时速提升50公里后,,能耗水平仍与CR400动车组相当。。
6500米制动停稳
CR450动车组不仅要“跑得快”,,更要“停得稳”。。研发伊始,,团队就设定了一个极具挑战的指标——提速后,,制动距离与CR400动车组一样。。即在6500米内,,实现400公里时速降至零。。
这意味着巨大的制动能量要平衡。。铁科院机辆所副钻研员蔡田形象地比喻::这一过程开释的能量,,足以在2分钟内将6.8吨水从冰点加热至沸点。。
显然,,CR400动车组使用的制动资料已无法满足要求,,必须研发机能更强的新资料。。为此,,团队成立了专项小组,,攻坚具备耐高温、、抗变形、、耐委顿等个性的新型制动资料。!敖鋈范ㄗ柿系摹浞健途松习俅问匝。!辈烫锘毓,,“后续的资料机能和工艺验证又持续了一年多。!
挑战不止于资料。。此前,,为降低空气阻力,,将头车和尾车转向架包覆起来的规划,,此时却造成了制动散热难题。。
为平衡空气阻力与散热这对矛盾,,研发团队又从系统耦合动手,,提出结构性调整规划::削减头车和尾车的制动盘数量,,将削减的制动力改由其他系统分管。。蔡田介绍,,这一调整不仅解决了散热问题,,更深入了各人对整车系统间相互作用的认知。。
制动过程中,,制动力能否有效转化为减速力,,关键在于车轮与钢轨间的黏着个性。。CR450选取多阶黏着制动技术,,即刹车时逐级加强制动力。。蔡田诠释::“如同‘雪天行车预防急刹防滑’的意思,,关键在于精准把控黏着力的极限点。!
然而,,全球领域内,,高铁高速制动黏着个性的钻研均止步于时速350公里。。400公里时速下的黏着个性曲线是未知领域。。团队为此进行了数千次制动机能测试,,精准推算出大功率盘形制动摩擦副,,在短功夫内分歧功夫点上应施加的压力值。。
最终,,他们成功绘制出时速350公里至400公里制动工况下的黏着个性曲线。。这一重要成就添补了国际空缺,,为CR450的精准高效制动奠定了坚实的理论基础。。
样车下线只是起点,,运营交付才是指标。?蒲型哦诱袈嗝芄牡亟凶詈蟮氖匝楹脱橹,,全力买通迈向贸易运营的“最后一公里”,,让这列时速400公里的“国之重器”驰骋神州。。