最高时速394.2公里,创两列车“重联”运营速度世界第一跑完武广客运专线1068.6公里全程仅2小时55分
2009年12月9日,中国北车唐山轨道客车有限责任公司制造的时速350公里CRH3型“和谐号”动车组,在武广铁路客运专线成功完成两列“重联”1068.6公里长距离高速试运行,从广州南站发车至武汉站,用时2小时55分。其间,列车创造了394.2公里的世界铁路“重联”运营最高时速,凸显了我国高速动车组技术自主创新的最新成果。
CRH3型高速动车组作为我国高速客运铁路网的主型车,代表着世界高速动车组制造技术的先进水平,在京津城际铁路曾创出394.3公里的新时速,被誉为“中国铁路第一速”,拥有完全自主知识产权。经过一年多的高速铁路运营考验,CRH3动车组已安全可靠运行超过550万公里,运送国内外旅客2000余万人次。
武广铁路客运专线是迄今为止世界上一次建成里程最长、运营速度最高的无砟轨道长大客运专线,穿越湖北、湖南、广东三省,北起新武汉站,南到广州南站,1068.6公里的全程中共有桥梁684座468公里、隧道226座177公里,桥隧比达66.7%,线路条件十分复杂。武广CRH3动车组在如此复杂的高速线路上实现“重联”持续高速运行,远远超过京津城际列车持续高速运行的里程,充分表明唐车公司CRH3动车组制造技术更加成熟可靠。按照铁道部制定的计划,武广客运专线将于12月26日正式投入运营,武汉至广州“千里半日还”,运行时间将由现在的10小时30分缩短至3小时08分,缩短旅程7小时,列车最高运行时速可达350公里,平均运行时速超过341公里,行车密度可达每3分钟开行一列。
有媒体用“才饮‘珠江水’又食武昌鱼”,生动描绘了武广高速动车组的速度之快,方便快捷的出行生活,给城市带来惬意的阳光。
与我国首条京津高速铁路上飞驰的动车组相比,武广高速动车组,究竟在哪儿技高一筹?在中国高速动车组生产基地——中国北车唐山轨道客车有限责任公司,公司总工程师孙帮成为我们揭开武广高速动车组研发的秘密。
“武广高速动车组是京津城际动车组的升级版。”孙帮成总工程师首先明确了它是自主创新的品牌。他说,武广高速动车组是在铁道部统一组织下,依托国内一流科研资源,全面系统总结京津城际动车组开行一年来的试验、运用等情况后,结合武广线前期科学试验数据和经验,自主创新开发出的又一具有完全自主知识产权的新一代高速动车组。根据武广铁路客运专线里程长、线路复杂、桥梁隧道多等特点,以确保运营安全为中心,唐车公司通过大量的仿真分析与试验,对牵引、制动、受流性能等28个方面72大项的型式试验和试运行,理论与实践相结合,在武广CRH3动车组集成设计技术、综合试验及评估技术等方面进行技术创新,系统创新了高速动车组大断面宽车体、高速轮轨、高速受流、高速制动、人机界面等关键技术,在牵引系统、制动系统、高速转向架、车体空气动力学等方面的技术处于世界领先地位,系统解决了外部噪声、振动传递、电磁辐射对环境的影响,确保动车组运行安全可靠、平稳舒适。
作为迄今为止世界运营速度最高的武广高速铁路,如何使列车在长距离上保持持续的高时速,是对铁路客车装备制造业提出的一大技术挑战。孙帮成介绍说:“与短距离京津城际动车组相比,长距离武广高速动车组,在创新方面实现了三大突破。”
短跑变长跑 加大的不只是距离
京津城际铁路全长120公里,京津两地用时30分钟,动车组最高运行时速350公里,但是这个速度只维持短短的十分钟左右,全程平均旅行时速为260公里左右。
武广客运专线全长1068.6公里,武广两地3小时08分到达,CRH3动车组至少要在1个小时以上保持350公里的最高运行时速,全程平均旅行时速达341公里以上。这对动车组牵引动力系统性能,各系统和部件的疲劳强度和列车安全可靠性都提出新的要求。
如果将铁轨看作是一条跑道的话,京津城际高速动车组好比是短跑运动员,而武广客运专线高速动车组就是中长跑运动员。有这样一个常识,人在跑800米的时候,从开始到结束很难保持以百米的速度冲刺。要跑下800米,必须科学合理地分配和使用力气,以保存体力。该加速的时候不能减慢,该冲刺的时候一定得开足马力。
武广高速动车组的设计,比照了800米中长跑运动员的节拍,唐车公司通过自主创新,优化了牵引系统的参数设计,提升牵引性能,使动车组8800kW的功率得到充分的发挥,具有更好的启动加速和持续高速运行能力。通过仿真计算以及动应力测试的结果,进行了裙板、设备仓底板等部件的强度优化,抗疲劳能力更优良,这种优化已经达到诸如锁、螺栓、垫圈等细节部件,使CRH3动车组在长距离持续高速运行中更加安全可靠。此外,由于武广CRH3动车组运行时间是京津城际铁路的6倍,为了给旅客创造更加舒适温馨的旅行环境,武广CRH3动车组内装设备继承了京津动车组的特点,采用独特的旋转座椅,柔和色彩的灯光、人机工程学的设备外型设计使动车组更加舒适。
跨越重重障碍 像刘翔一样飞越千山万水
横跨天堑江河,跨越重峦叠嶂,武广客运专线是中国人创造的一个多项奇迹:全长从南到北1068.6公里,桥梁和隧道的总长度占到线路总长的66.7%,其中,桥梁684座468公里、隧道226座177公里,两组数字,毫无疑问,成为已建世界高速铁路之最。
如何在重重障碍下保持高速动车组安全运行和飞一样的速度,牵引动力性能和制动性能显得至关重要。有专家介绍,武广高速动车组在优化轮轨关系,使其在高速运行时有充足的安全余量上做了大胆的尝试。安装在地面的无线闭塞中心系统,能让高速动车组的大脑更灵活。
专家进一步解释,目前国产高速动车组在牵引系统、制动系统等方面均处于世界领先。时速350公里的高速动车如果瞬间刹车制动,需要减速滑行6500米。我国自行研发的“列控”技术智能化程度相当高,遇到紧急情况,通过地面主控室信号指令,动车组可以保证在5公里内安全停下来。常规的在线运行列车,32公里范围内互通信息数据,自动保持14公里的安全车距,实现“盲跑”。
波音747型飞机的起飞速度大约220公里每小时,时速350公里的火车会不会脱离钢轨飞上天?有数据显示,时速200公里列车经过时,铁道两侧掀起的风速值相当于7级大风。可以想象,时速350公里动车组会是怎样的一种咆哮。特别是在两车交汇和穿越隧道时,车辆会产生活塞效应会对车体造成很大的压力波动,这不仅影响到列车运行的稳定性和乘车的舒适度,还会给环境带来噪音。
解决这一难题,唐车公司主要采用优化动车组空气动力学性能来实现技术要求,对动车组外形进一步的平滑设计,增加外风挡,对受电弓导流罩、空调导流罩、转向架裙板和前端总成等车体空气动力外形进行了优化设计,有效减少动车组高速运行阻力,降低了高速动车组对内以及对外的噪音。通过武广客运专线的实验证明,新一代高速动车组实现了在原有基础上降低空气阻力5%的目标。
为了确保旅客舒适度,唐车公司结合空气动力学减阻设计,为CRH3动车组设置了良好的密封性能,通过对动车组车体气密性试验,使车体内部压力从4000帕降低到1000帕的平均时间在75秒以上,远远高于50秒的国际标准。唐车还在空调系统设置空气压力自动保护装置,避免了在列车高速汇车及通过隧道时因压力波对旅客身体产生的不适,提高了动车组在武广客运专线的通行能力。
两车“重联”,跑出世界第一速。
京津CRH3动车组是单列8辆编组,单受电弓受流,在120公里的全程中采用CTCS-3D列车控制系统,就好比一个人进行百米冲刺。
而武广CRH3动车组采用两列“重联"运行方式,列车共有16节车厢,双受电弓同时受流,好比一个在前一个在后的两个人,手牵手串联在一起,以同样的速度同样的姿势飞奔向前。这对两列车之间的耦合、控制等都提出新的挑战。“在武广高速动车组自主研发中,我们已经系统解决了动车组高速‘重联’的双弓受流技术,使动车组能够安全可靠通过双受电弓将能量传递到动力部件上。”唐山轨道客车公司总工程师孙帮成自信地说。
据介绍,目前发达国家在运高铁主要采用单车运营模式,平均运营时速都不超过300公里:法国277公里,日本243公里,德国232公里。我国京津城际高速动车组的平均运营时速为320公里,而武广铁路客运专线,是在两车“重联”的制式下,跑出了时速394公里,平均旅行时速341公里的世界第一速度,创造了一个神话。
在武广CRH3动车组自主研发中,首次集成了我国自主研发的适合中国国情的世界上最先进的CTCS-3级列车控制系统,在京津CTCS-3D系统基础上,地面增加了无线闭塞中心RBC,车载ATP集成了CTCS2模块,增加了无线接收模块。可以对列车前方32公里范围内的线路和车辆情况进行自动报告和预警,满足时速350公里以上,动车组行车间隔3分钟以内的列车运行指挥和控制要求,配合动车组5公里内安全停车的能力,可以确保运行安全万无一失。
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“重联”列车的主要目的是增加载客量,一般的高速动车组只有8节车厢,载客610人,而“重联”列车有16节,载客数量翻了一倍,一趟车拉了两趟车的客人。这也是从适应我国国情出发,专门采用的一种“多拉快跑”的编制形式。据铁路部门透露,武广铁路将于本月26日全线开通,选择这个时段开通,也是为缓解春运客流高峰提供准备。
12月9日,上午7时56分,由国产CRH3013动车组和CRH3017动车组重联组成的D55002次试验列车加速驶出广州南站站台,像飞机在跑道上快速滑行一样,CRH3动车组强大的牵引加速性能,使列车在开动后短短16分钟内就提速到时速350公里,超过了飞机起飞时的速度,之后一直稳定在这个区间,两列CRH3动车组重联高速行驶,却相当平稳舒适,车内噪音很小,各系统运行正常。8时54分,列车经过湖南郴洲段后,开始向更高的速度冲击,时速很快突破360公里、380公里,一路向北速度不断飚升。9时05分,列车时速达到394.2公里,创造了在两列车重联情况下的世界高速铁路运营速度最高记录。10时51分,列车圆满完成武广铁路客运专线全程1068.6公里的试运行任务,平稳停靠在新武汉站,共用时2小时55分,完全实现了武汉广州两地间3小时到达的目标。
在9日的试运行中,铁道部党组书记、部长刘志军始终在CRH3动车组驾驶室添乘指导工作。当天的试运行结束后,刘志军部长充分肯定了唐车公司为武广客运专线开通运营所作的准备工作。他指出,试验充分证明,武广客运专线作为世界上第一条时速350公里的长大客运专线,质量是可靠的,技术是先进的,安全是有充分保障的,完全有把握实现12月26日开通运营的目标,完全有把握实现武汉至广州间动车组列车在3小时08分到达,完全有把握保证武广客运专线的高速动车组运行品质达到世界一流水平。
目前,中国北车唐车公司在国内首家形成了月产6列时速350公里动车组生产能力,正快速向月产8列的目标迈进。截至12月14日,唐车公司共为武广客运专线提供了15列CRH3动车组,已累计安全可靠试验运行超过15万公里,为确保武广铁路客运专线开通运营提供了一流的装备支持。