高鐵是我國(guó)自主創(chuàng)新的一個(gè)成功范例，也是新質(zhì)生產(chǎn)力的重要體現(xiàn)。進(jìn)入“十四五”以來(lái)，我國(guó)高鐵在領(lǐng)跑世界的同時(shí)，不斷研發(fā)新技術(shù)，研制新產(chǎn)品。由國(guó)鐵集團(tuán)牽頭實(shí)施的CR450科技創(chuàng)新工程目前正全面推進(jìn)，這是瞄準(zhǔn)高鐵發(fā)展未來(lái)，努力實(shí)現(xiàn)高鐵更高速度商業(yè)運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵舉措。
CR450科技創(chuàng)新工程主要包括CR450動(dòng)車(chē)組和時(shí)速400公里高鐵線(xiàn)路、橋梁、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)創(chuàng)新。目前，CR450動(dòng)車(chē)組樣車(chē)正在加緊研制，樣車(chē)何時(shí)下線(xiàn)？列車(chē)提速需要哪些新技術(shù)？未來(lái)怎樣帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展？一起走進(jìn)CR450動(dòng)車(chē)組樣車(chē)研制一線(xiàn)↓↓↓
記者探訪(fǎng)CR450
關(guān)鍵系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室
走進(jìn)CR450動(dòng)車(chē)組關(guān)鍵系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)鐵道科學(xué)研究院首席研究員趙紅衛(wèi)首先帶記者看的是制動(dòng)系統(tǒng)數(shù)字模型。在她看來(lái)，從時(shí)速350公里到400公里，最關(guān)鍵的技術(shù)，不是能不能跑起來(lái)，而是能不能停得住、停得穩(wěn)、停得準(zhǔn)。
中國(guó)鐵道科學(xué)研究院首席研究員 趙紅衛(wèi)：最重要的是制動(dòng)系統(tǒng)，它要能夠停得下來(lái)。我們?cè)陧攲拥募夹g(shù)指標(biāo)要求，制動(dòng)距離要達(dá)到和CR400時(shí)速350公里時(shí)候的制動(dòng)距離保持一致，也同樣是6500米，就要提升整個(gè)列車(chē)的制動(dòng)能力。
記者隨后模擬剎車(chē)，大屏幕上顯示，制動(dòng)缸數(shù)據(jù)模塊發(fā)生明顯變化，而這些數(shù)據(jù)來(lái)自成百上千次真實(shí)的試驗(yàn)記錄。
鏡頭中燒紅的圓盤(pán)就是正在試驗(yàn)的制動(dòng)盤(pán)，它在仿真極端工況下，逐漸由黑變紅，再由紅變黑，溫差可以超過(guò)700℃。而變化過(guò)程中積累的數(shù)據(jù)都會(huì)存入“智慧大腦”，搭建數(shù)字模型，對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行精量計(jì)算。
中國(guó)鐵道科學(xué)研究院首席研究員 趙紅衛(wèi)：我們?cè)瓉?lái)的CR400制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間在2.3秒左右，這一次我們要提升到1.7秒，響應(yīng)時(shí)間可以進(jìn)一步壓縮列車(chē)制動(dòng)距離。
不只是制動(dòng)系統(tǒng)，從牽引動(dòng)力、網(wǎng)絡(luò)控制到安全監(jiān)測(cè)，每個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)都有自己的專(zhuān)屬數(shù)字模型。通過(guò)精準(zhǔn)計(jì)算，他們找到了讓列車(chē)跑得快、停得穩(wěn)、能耗低的關(guān)鍵，那就是讓它的“體力”更強(qiáng)、“體重”更輕。
中國(guó)鐵道科學(xué)研究院首席研究員 趙紅衛(wèi)：我們要想達(dá)到時(shí)速400公里，還是要提升功率。CR400的牽引功率是9600千瓦，在CR450上功率達(dá)到了11000千瓦，我們還減輕了列車(chē)的重量。
多項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)
確保CR450時(shí)速達(dá)到400公里
根據(jù)已知的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，CR450車(chē)體的重量大約10噸，比既有的CR400復(fù)興號(hào)列車(chē)減少12%左右；同時(shí)運(yùn)行阻力、能耗指標(biāo)各降低20%；制動(dòng)性能和牽引效率分別提升20%和3%，讓列車(chē)在制動(dòng)距離、噪聲、能耗指標(biāo)不變的情況下，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)時(shí)速提高50公里，達(dá)到時(shí)速400公里。
CR450動(dòng)車(chē)組樣車(chē)將在年內(nèi)下線(xiàn)
2017年9月起，復(fù)興號(hào)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組CR400型列車(chē)在京滬高鐵上線(xiàn)運(yùn)營(yíng)，它以時(shí)速350公里，打造了世界高鐵運(yùn)營(yíng)速度的新標(biāo)桿。
正在研制的CR450動(dòng)車(chē)組，又將在速度上實(shí)現(xiàn)哪些新突破，什么時(shí)候可以下線(xiàn)呢？
在中車(chē)長(zhǎng)客的焊接車(chē)間里，一排排機(jī)械手正在焊接CR450轉(zhuǎn)向架。工作人員告訴記者，廠(chǎng)里主要用機(jī)械手代替人工焊接，生產(chǎn)效率大幅提升。
中車(chē)長(zhǎng)客股份公司首席操作師 謝元立：速度等級(jí)的提升，對(duì)我們的焊接工藝提出了更高的要求。機(jī)械手焊接完全按照程序編輯的行走路徑，避免了人為因素的干擾，可以達(dá)到無(wú)缺陷。
CR450動(dòng)車(chē)組的研制是在2017年下線(xiàn)的復(fù)興號(hào)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組CR400的基礎(chǔ)上又一次技術(shù)突破，列車(chē)運(yùn)行時(shí)速將從350公里提升到400公里。
CR450科技創(chuàng)新工程自2021年啟動(dòng)以來(lái)，先后完成了17項(xiàng)新技術(shù)部件樣機(jī)研制，搭載CR400綜合檢測(cè)列車(chē)開(kāi)展57項(xiàng)科研試驗(yàn)，創(chuàng)造了動(dòng)車(chē)組明線(xiàn)單列時(shí)速453公里、相對(duì)交會(huì)時(shí)速891公里和隧道交會(huì)時(shí)速840公里新紀(jì)錄。
國(guó)鐵集團(tuán)科技和信息化部主任 張大勇：目前，時(shí)速400公里鐵路基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)創(chuàng)新和更高速度綜合試驗(yàn)段建設(shè)取得重要進(jìn)展。CR450動(dòng)車(chē)組已完成頂層指標(biāo)和總體方案制定，進(jìn)入施工設(shè)計(jì)和樣車(chē)研制階段，樣車(chē)將在年內(nèi)下線(xiàn)，并將開(kāi)展一系列試驗(yàn)。
輕質(zhì)新材料廣泛應(yīng)用
撬動(dòng)高鐵大市場(chǎng)
記者在采訪(fǎng)中了解到，按照設(shè)計(jì)要求，CR450動(dòng)車(chē)組在時(shí)速提高50公里的同時(shí)，噪聲和能耗等環(huán)保指標(biāo)都不超過(guò)CR400復(fù)興號(hào)列車(chē)。這得益于輕質(zhì)高效的新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，與此同時(shí)，這些新材料新技術(shù)也帶動(dòng)了高鐵產(chǎn)業(yè)鏈不斷提質(zhì)升級(jí)。
CR450牽引系統(tǒng)的永磁電機(jī)，是第一次應(yīng)用在我國(guó)商業(yè)運(yùn)營(yíng)的高鐵列車(chē)上。工作狀態(tài)下，它的帶電在兩千伏以上，轉(zhuǎn)數(shù)每秒一百轉(zhuǎn)，功率提高14.5%。
不只是含有稀有金屬的永磁材料，CR450動(dòng)車(chē)組采用了大量碳纖維復(fù)合材料，這種材料相比傳統(tǒng)材料密度更低，擁有輕量化、高強(qiáng)度、耐高溫、抗疲勞等一系列技術(shù)指標(biāo)優(yōu)勢(shì)，為高速列車(chē)輕量化提供了優(yōu)選方案，有利于車(chē)輛減重、提速和降低能耗。
中車(chē)四方股份公司高速動(dòng)車(chē)組總體高級(jí)主任設(shè)計(jì)師 聶穎：我手里拿的是一個(gè)碳纖維的墊片，像CR450，設(shè)備艙還有排障器都應(yīng)用了碳纖維材料，比傳統(tǒng)材料能夠降低30%的重量，這樣車(chē)身更輕，跑起來(lái)能耗更低。
從時(shí)速300公里、350公里到400公里，高鐵列車(chē)越跑越快，不僅是材料越換越新，也帶動(dòng)整個(gè)高鐵產(chǎn)業(yè)鏈不斷提質(zhì)升級(jí)。目前，我國(guó)已經(jīng)在吉林長(zhǎng)春、山東青島、湖南株洲等地建成了與高鐵密切關(guān)聯(lián)的特色產(chǎn)業(yè)集群。
中國(guó)鐵道科學(xué)研究院首席研究員 趙紅衛(wèi)：像一些主機(jī)企業(yè)，他們周邊有很多的配套供應(yīng)商，形成了千億級(jí)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。高鐵的發(fā)展，對(duì)于整個(gè)的工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)還是有非常大的拉動(dòng)作用。
數(shù)據(jù)洞察：
“數(shù)”說(shuō)高鐵科技創(chuàng)新
即將在年內(nèi)下線(xiàn)的CR450動(dòng)車(chē)組，將促進(jìn)我國(guó)高速鐵路動(dòng)車(chē)組、基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新，填補(bǔ)時(shí)速400公里高鐵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系空白。CR450科技創(chuàng)新工程取得的相關(guān)科研成果將廣泛運(yùn)用于鐵路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域，進(jìn)一步提升鐵路科技自立自強(qiáng)能力，鞏固擴(kuò)大我國(guó)高鐵技術(shù)世界領(lǐng)跑優(yōu)勢(shì)。
科技創(chuàng)新，讓高鐵越跑越快。中國(guó)高鐵依靠自主創(chuàng)新，基礎(chǔ)設(shè)施和移動(dòng)裝備水平不斷提升，一步一個(gè)臺(tái)階，經(jīng)歷了時(shí)速200公里、250公里、300公里、350公里，未來(lái)將開(kāi)啟時(shí)速400公里的新時(shí)代。如今，中國(guó)高鐵已經(jīng)形成全球最大的運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)，國(guó)內(nèi)通車(chē)?yán)锍坛^(guò)4.5萬(wàn)公里，復(fù)興號(hào)通達(dá)31個(gè)省區(qū)市，超過(guò)22億人次乘坐復(fù)興號(hào)旅行。
科技創(chuàng)新，讓距離越來(lái)越近。從時(shí)速350公里到時(shí)速400公里，提速50公里，這不僅是一個(gè)數(shù)字，更是一種時(shí)空距離的重構(gòu)。研究表明，乘坐時(shí)速200公里以上的動(dòng)車(chē)組，最佳旅行距離在800公里以?xún)?nèi)；時(shí)速300公里的高鐵，最佳旅行距離在1200公里左右；時(shí)速達(dá)到400公里等級(jí)，最佳旅行距離將延長(zhǎng)到1600公里。
科技創(chuàng)新，讓產(chǎn)業(yè)越做越大。一列復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)組大概由50多萬(wàn)個(gè)零件組成，涵蓋了機(jī)械、冶金、材料、電力電子、化工、信息控制、計(jì)算機(jī)、精密儀器等眾多技術(shù)領(lǐng)域。國(guó)鐵集團(tuán)牽頭組建了涵蓋鐵路行業(yè)內(nèi)外重點(diǎn)企業(yè)、高校和科研單位的鐵路科技創(chuàng)新聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研深度融合。從研發(fā)、制造，到運(yùn)維服務(wù)的全鏈條協(xié)同發(fā)展，已經(jīng)形成260個(gè)獨(dú)立的技術(shù)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)動(dòng)車(chē)組零部件的核心企業(yè)超過(guò)100家、關(guān)聯(lián)企業(yè)2100多家，覆蓋國(guó)內(nèi)20多個(gè)省區(qū)市。
（總臺(tái)記者 鄭連凱 王朝朋 王偉 吳剛 浙江臺(tái)）