自主创新创出“中国速度”

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  核心提示:2008年8月1日,我国投运的第一条轮轨高速铁路——京津城际铁路开始正式运营。京津城际快速铁路工程于2005年7月4日开工,总投资133.24亿元,西接北京南站东端,东至天津站,全长115.2公里,设计时速300公里/小时,最小发车间隔3分钟,最大通过能力20对/小时,每列车定员900人,最大输送能力18000人/小时。京津城际快速铁路的建成通车实现了京津两地在30分钟内通达。
  据介绍,京津城际高速铁路沿途设北京南、亦庄、武清、天津四座车站,每天将对开100趟列车,中途每个站停靠两分钟。每天可运送旅客6万多人次。
  
  轮轨极速!中国创造!
  
  时速394.3公里的“中国速度”!这是目前中国乃至世界上正在运营的轨道列车中最快的速度。“中国速度”纪录由动车组创造,但体现的是近几年我国自主创新成果。
  京津城际铁路是我国第一条时速300公里以上的高速铁路,正式开通后北京至天津的直达运行时间不超过30分钟。高速铁路列车国产化率已经达到85%,是我国大力推进原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新的集中体现。
  在最近召开的“两院”院士大会上,胡锦涛总书记强调,要把增强自主创新能力作为发展科学技术的战略基点、作为调整产业结构和转变发展方式的中心环节,把建设创新型国家作为面向未来的重大战略选择,更加自觉、更加坚定地走中国特色自主创新道路。
  京津城际铁路大量采用国际领先的铁路建设技术,大面积采用的无砟轨道技术,是经过引进消化吸收再创新的国际领先技术,具有线路寿命长、维护周期长、粉尘污染少、噪音低的特点,技术含量、质量要求之高在中国铁路建设史上前所未有。
  同样,“和谐号”动车组在引进国外先进技术的同时,结合中国实际进行了改进,成为世界上最先进技术的集成。正是具备了自主创新、引进消化吸收再创新和集成创新,“中国速度”才得以实现。
  正如“和谐号”动车组的制造企业负责人所讲,中国企业必须尽快从资源依赖型向创新驱动型转变,在若干重要领域掌握一批核心技术,拥有一批自主知识产权,用科技进步和创新成果推动国家发展,造福人民群众。
  
  速度:1小时京津打来回
  
  一列CRH3型动车组列车缓缓驶出北京南站。
  5分钟后,列车内的提速显示屏上显示:300公里。
  10分钟后:354公里。
  又过了16分26秒,列车稳稳停在改建中的天津站。
  
  目前设计上运行最快的列车
  从北京到天津120公里的路程,高速城际列车仅用了26分26秒。
  “试车时,我们跑出过394.3公里的最高时速。”铁道部有关负责人这样介绍,动车组的速度还可以再提高,但出于安全和实际需求考虑,正常运营时京津高速城际列车最高速度将控制在370公里左右,全程运行时间控制在30分钟左右。“即便如此,这也是目前设计上运行最快的轨道列车了。”
  
  最大牵引功率可达8800千瓦
  惊人的速度来自强大的动力。在京津城际高速铁路上运行的CRH3型动车组共有16台牵引电机,每台功率350千瓦,全车最大牵引功率高达8800千瓦。驱动列车的电能来源于车体上方高悬的电网。受电弓从电压为25000伏的电网上取电,再经两次变压最终转换成380伏的动力电驱动发动机。
  “别小看这动力系统,什么变频技术、防共振技术等高新技术在这个系统都有应用,节能、环保是动力系统最大的特点。”技术人员说,用不同速度驱动列车引用的就是和变频空调一样的变频技术,只不过列车的动力系统是个超大的变频设备。
  
  防共振技术依然保密
  电网和受电弓摩擦时,都会发生瞬时位移,也就是震动。这时,最要紧的就是避免电网的震动频率和受电弓相同造成共振影响行车安全。“为此我们采用了先进的防共振技术。”而且局技术人员透露,该技术仍在保密期,还不能透露。
  总造价2亿元的列车,动力系统占了五分之一。正是这4000万元打造的部件,让白色的飞龙以370公里的速度贴地飞行,让乘客可以在l小时内往返京津。
  
  安全:速控和制动的“革命”
  
  近400公里的最高时速,京津高速城际列车安全吗,速度如何控制,出现意外能刹住车吗?
  
  “小黄块”连起控制中心
  “大家看,京津高速城际铁路轨道中间有很多黄色的小块,这些不起眼的小装置就是控制列车速度的核心部件之一。”铁路部门工作人员说,小块就是信息源,北京控制中心通过信号线与之相连,再通过这些设备将各个路段的速度信号传给列车。当列车经过时,车载雷达会读取信息源上的指令,传输到车上的计算机中,由计算机控制车速。为了确保安全,驾驶舱配备了两台电脑,互为热备机,保证对列车的高效控制,避免超速。
  
  时速300公里不用系安全带
  乘坐在列车上,起步、加速、减速或过弯道,乘客在车上并不会有摇晃或者失去重心的感觉,整列列车运行非常平稳。铁道部副总工程师张曙光说,CRH3型高速列车是唯一不使用安全带的时速超过300公里的交通工具。如此高的速度却并不需要安全带,主要是列车的制动系统做了安全性设计,无论是在常用制动还是紧急制动的情况下,都不会使旅客的重心发生很严重的偏离。
  
  时速降至90公里后再物理制动
  CRH3型高速动车组还采用了全新的制动系统,使用“电机(械)结合制动”模式。列车制动时脱开动力,利用惯性驱动将电动机变为发电机发电上网,同时反转的电动机将像飞机发动机反喷那样快速降低列车的速度。时速降低至90公里时,列车再使用常规的物理制动,确保列车安全停下。
  
  多项新工艺解决转弯难题
  高速行驶的列车转弯,对转向架提出了近乎苛刻的要求。为了满足转弯需求,工程师们通过不对称技术解决了转弯难题。但改造后的转向架在直轨道上运行时容易产生蛇形运动。工程师们又采用了多项新工艺成功解决难题。如今,乘客坐在车上,不管是转弯还是直行,都十分平稳。
  
  “长鼻子”防止车头“起飞”
  防止列车“起飞”也是一项重要的安全技术。近400公里的时速,会产生很大的升力,弄不好就会让列车像飞机那样“起飞”。为了解决这个问题,设计师在列车的造型上下足了功夫。列车车头被设计成“长鼻子”形状,重心在下部,车头采用弧形设计,尽量降低风阻和升力。与以往的列车不同,CRH3型列车驾驶员上方采用了钢化玻璃材料同时辅装了遮光格栅。设计人员告诉记者,选用玻璃材料就是为了让外形最大程度上符合空气动力学要求。
  
  全车45000多个零件严格检测   防撞车体结构和独特的防火结构等设计使列车具备了极高的安全性能。
  此外,配载的车载技术诊断系统,可以高效率地完成对各种功能设备故障的检测、预报和排除。防灾报警系统,还可以使列车遇到自然灾害时自动实施防护。全车45000多个零部件和长达42万公里的各种线路都经过了严格的检测,确保将每一位旅客安全运抵目的地。
  
  内饰:科学的人性化设计
  
  ■VIP乘客能看列车正面风景
  在列车驾驶舱后,设有8个宽大的座位。这几个座位与驾驶舱只隔了一道玻璃墙,乘客可以透过玻璃墙看到列车司机操纵机车的全过程,同时乘客还首次可以直观地看到列车正面的风景。这就是列车的VIP席。
  枕垫、安睡槽、可调节靠背,“VIP坐席”简直就像飞机上的头等舱。座椅扶手上还设有耳机插口和各种按钮,旅客长途旅行时可以享受丰富多彩的娱乐节目。车座一侧,还设有一排灯光按钮,乘客可以根据需要自行开关顶灯。
  走进车厢连接处,原来都是白色的储藏问、厕所、开水间的外墙都换上了黄色的实木板材。CRH3型车的生产企业唐山轨道客车有限责任公司工程师姜东杰说:“这种面板不仅改变了内饰的颜色搭配,让车厢看起来更舒适,还有防火功能,环保指标符合欧盟相关标准要求。”
  
  ■卫生间内安有落地穿衣镜
  在卫生间的设计上,除了采用与青藏线列车相同的密闭搜集罐集中贮藏粪便外,CRH3型车全车都使用了坐式马桶,并在卫生间内安装了高达2米多的落地穿衣镜,方便乘客整理仪容。“残疾人卫生间的空间也比其他车型大。”设计人员称,京津问旅客量大,不可预见状况多,为此专门增大了残疾人卫生间的空间,方便有需要的乘客。为了保障安全,残疾人卫生间的自动推拉门还加装了防夹手装置,行动不便的残疾旅客不用担心动作慢而被夹伤。
  
  ■钢骨玻璃制作行李架
  在车厢上部,最大的变化就是行李架。京津高速城际列车的行李架采用了钢骨玻璃材质。设计人员说,玻璃材质美观、易维护,但其强度一点儿都不比原来的钢架差。除了行李架,卫生间旁边的大件行李存放处也增加了面积。乘务人员表示,虽然行李存放处挤占了座位,但旅客乘车不用为无处存放大件行李犯愁,旅途会更加愉快。此外,为了满足旅客的需求,每节车厢内还设置了220伏电源接口备用。
  
  ■防撞头设计考虑周全
  由于全车都采用了玻璃隔断,车体十分通透。但一些旅客却担心穿越车厢时会不会因为没注意到玻璃门而撞头。当乘客走到距车厢隔断门10厘米处时,玻璃门会自动向一侧滑开。乘务员介绍说,这是因为在玻璃门两侧各5厘米处的车顶分别装配了红外感应装置,当人走近时,车厢门会自动打开,人过去后还可以自动关闭,以减小车厢内的噪音。
  二等座车内的蓝色软席座椅前后排距离约有50公分,身高两米的旅客坐上去也不会有紧张感,座椅的高度还可以根据客人的需求调节。此外,列车上还设有酒吧,并提供宽带上网服务。
  
  权威揭秘
  
  还有哪些关键技术未攻克
  铁道部副总工程师张曙光说:“沪宁城际铁路经过技术优化,速度肯定会比京沣城际铁路350公里/小时快。具体快多少,我给你们留一个小悬念!”他同时透露,未来京沪、武广、郑西等高速铁路都将采用京津城际列车的技术。
  目前,中国高速列车的总成、车体、转向架、牵引电机、牵引变压器、牵引变流器、牵引控制、列车网络控制和制动系统九大关键技术,均实现了国产化,整车国产化率超过75%。那么,目前还有哪些关键技术没有攻克?
  张曙光介绍,目前我国尚不能制造的高速列车部件只有三种——车轮、车轴及IDBC芯片。“当列车的时速达到300公里时,高速列车车轮的杂质含量必须严格控制。在钢铁冶炼的时候,就必须要求车轮钢杂质含量极低且分布均匀。由于车轮不过关,曾经导致德国高速列车脱轨,人员伤亡。车轴是空心轴,列车所有的重量都压在车轴上,技术虽然不是特别尖端,但批量生产的时候单件产品质量控制必须非常严格。目前我们正在和马鞍山的生产厂家合作,争取用两年时间生产出200公里/小时级别的车轮,用四年的时间生产出400公里/小时级别的车轮。而铁道部也在和生产炮管的军工企业合作攻关车轴技术,预计任务完成时间和车轮同步。”
  IDBC芯片将是未来中国高速列车上唯一暂不国产化的元件,“因为这个元件必须要实现很大的产量才能支撑工厂的运转,目前全世界只有日本、欧洲共三家公司生产这种芯片。由于我国高速列车的芯片用量不到此类工厂日常产量的1%,因此是否攻关这项技术,要看我国今后的电子工业发展方向。”
  
  列车运行是否环保?
  铁道部副总工程师张曙光介绍,京津城际列车的空调系统采用外循环装置,制冷时设备所用空气70%来自车内,30%来自车外,新鲜空气不停地进入车内,废气不断通过车厢底部排出,保证了车内空气质量。
  列车在高速行驶时,特别是与其他列车迎面会车时,会产生非常高的负压,负压会使空调系统吸进灰尘。这时列车可能变成“大吸尘器”,如果入站在2米开外,可能被吸进列车。张曙光说:“如何保证列车不吸灰尘、旅客不会感觉耳膜不适?我们采用控制阀解决了这个问题。机舱是采用全密封加压,飞机在降落时是突然释放压力,会导致乘客不适。高铁列车虽然也是全密封,但我们采用的技术是差压控制,设备根据车速快慢不断调整车内气压,非常人性化。”
  此外,京津城际铁路沿线采用了我国拥有知识产权的隔音墙,其隔音效果比机场、高速公路隔音墙效能有很大提升,铁路沿线居民几乎不会受到噪音干扰。列车还利用车身的巨大动能进行发电,并将这些电能用于自身,最大限度利用了能源。
  
  如何应对恶劣天气?
  在全球变暖背景下,各种灾害天气频发。如何保证高速列车在恶劣天气条件下的安全运行?张曙光说:“我们在试车时,列车行驶的时速达到394公里,即使在这样的高速下,列车的脱轨系数仅0.42(危险指数是0.8)。列车正式载客运行时,我们给列车设计的极限是350公里/小时,司机可以在这个限速下自由操作,一旦超过这限度,列车就会自动减速运行。”
  张曙光还介绍,由于列车采用自动运行系统,大雾和普通的恶劣天气不会影响列车正常运行。但如果发生降雪覆盖轨道的情况,列车会按照预定的减速方案减速行驶。如果发生大雨淹没轨道的情况,列车也有相应的应急预案。当然,列车最常见的“天敌”是风,“我们为此在全线安装了风速监测设备,当侧风速度超过15米/秒时,列车会逐步减速;当侧风速度超过35米/秒时,列车会停运。”
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