趙華

摘 要 為提高我國(guó)高速鐵路自主研發(fā)能力，圍繞高速列車系統(tǒng)集成及整車關(guān)鍵零部件，開展系統(tǒng)集成、輕量化、氣密性、噪聲、電磁干擾、系統(tǒng)安全與可靠性等方面的研究，為時(shí)速350公里及以上動(dòng)車組的核心技術(shù)掌握奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 高速列車；系統(tǒng)集成；試驗(yàn)工藝

中圖分類號(hào) U2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）160-0172-01

1 國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀比較

目前，國(guó)外已有少數(shù)鐵路發(fā)達(dá)國(guó)家基本掌握了時(shí)速300km～350km高速動(dòng)車組的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)。2004年前，在鐵路普通客車方面，我國(guó)鐵路裝備制造企業(yè)已掌握了時(shí)速160km及以下速度等級(jí)鐵路機(jī)車車輛成套技術(shù)；在動(dòng)車組方面，“十五”期間，隨著鐵路電氣化改造進(jìn)度的加快，也適時(shí)地試制出了各種形式的動(dòng)力分散電動(dòng)車組，但性能、速度上，均處于初始階段，未能形成批量生產(chǎn)能力。

2004年10月鐵道部全面組織實(shí)施了時(shí)速200km及以上動(dòng)車組技術(shù)引進(jìn)和國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目，以國(guó)內(nèi)鐵路動(dòng)車組制造企業(yè)為核心，以國(guó)內(nèi)鐵路動(dòng)車組核心部件、主要部件和配套零部件制造企業(yè)為支撐，以市場(chǎng)換技術(shù)，從而快速提高我國(guó)軌道裝備的研發(fā)水平和制造能力，并打造了中國(guó)自有的高速鐵路動(dòng)車組品牌；2005年底為鞏固技術(shù)引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新形成的技術(shù)、制造和管理平臺(tái)，鐵道部再次實(shí)施了時(shí)速300km動(dòng)車組項(xiàng)目，全面提升國(guó)內(nèi)企業(yè)持續(xù)研發(fā)與自主創(chuàng)新能力，建立我國(guó)高速動(dòng)車組技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了高速動(dòng)車組自主設(shè)計(jì)和國(guó)內(nèi)制造，并進(jìn)一步提高國(guó)產(chǎn)化率。我國(guó)目前已基本掌握了時(shí)速200km～300km動(dòng)車組的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)，更高速度等級(jí)動(dòng)車組的自主研發(fā)。

2 技術(shù)應(yīng)用前景分析

動(dòng)車組是集機(jī)械制造、電力電子、信息技術(shù)、材料科學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)等多門學(xué)科于一體，具有速度快、效率高、能耗低以及節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)越性能。高速列車包含動(dòng)車組總成、車體、轉(zhuǎn)向架、列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，這些關(guān)鍵技術(shù)含量高，價(jià)值比重大，是市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)，是決定動(dòng)車組技術(shù)成敗的關(guān)鍵。其中：

動(dòng)車組系統(tǒng)集成技術(shù)：是為了實(shí)現(xiàn)高速動(dòng)車組各系統(tǒng)之間性能相匹配，保證列車的整體性能和可靠性。

轉(zhuǎn)向架技術(shù)：圍繞轉(zhuǎn)向架在高速運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性、平穩(wěn)性和可靠性，進(jìn)行懸掛參數(shù)的相關(guān)性分析和總體設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

車體輕量化技術(shù)：采用新工藝、新材料，不斷優(yōu)化車體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)車體輕量化，同時(shí)進(jìn)行車體強(qiáng)度、剛度、疲勞強(qiáng)度、吸能結(jié)構(gòu)、固有頻率等的匹配研究；新型流線型車頭的設(shè)計(jì)與制造，高速列車空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)研究；車體氣密強(qiáng)度研究。

電磁兼容性和噪聲控制技術(shù)：檢測(cè)并研究高速列車在電磁兼容性、噪聲等性能指標(biāo)，從而保證產(chǎn)品的安全性和可靠性。

電磁兼容性和噪聲控制技術(shù)可不斷提高是產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)。產(chǎn)品電磁干擾直接影響高速列車運(yùn)行的安全和性能，同時(shí)對(duì)環(huán)境也將造成污染，噪聲將直接影響乘客的舒適度和車輛的壽命，對(duì)周邊環(huán)境的影響將制約高速動(dòng)車組的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。是系統(tǒng)提高我國(guó)高速列車技術(shù)水平，改善周邊環(huán)境，提高乘坐舒適度，促進(jìn)產(chǎn)品長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

3 系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)

3.1 主要任務(wù)

以整車滾動(dòng)綜合性能試驗(yàn)臺(tái)為中心，通過網(wǎng)絡(luò)控制綜合試驗(yàn)臺(tái)，聯(lián)合制動(dòng)模擬試驗(yàn)臺(tái)、輔助供電試驗(yàn)臺(tái)、空調(diào)配套試驗(yàn)臺(tái)等模擬車輛實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)整車如牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等之間的相互作用，系統(tǒng)的匹配關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)，完成各系統(tǒng)的參數(shù)匹配和優(yōu)化。同時(shí)完成車輛臨界速度的測(cè)試。

3.2 試驗(yàn)內(nèi)容

進(jìn)行整車系統(tǒng)集成及關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)驗(yàn)證；進(jìn)行整車牽引、輔助、列車網(wǎng)絡(luò)、制動(dòng)等系統(tǒng)的研究；進(jìn)行列車控制、監(jiān)測(cè)、診斷等功能的技術(shù)研究；進(jìn)行整車系統(tǒng)集成及關(guān)鍵部件標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)模式的研究；進(jìn)行整車線性穩(wěn)定性研究。

3.3 試驗(yàn)項(xiàng)目

主要包括交流電傳動(dòng)系統(tǒng)、列車輔助供電系統(tǒng)配套試驗(yàn)、制動(dòng)系統(tǒng)性能參數(shù)及制動(dòng)控制模式、列車通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)等。

主要設(shè)施配置：整車滾動(dòng)綜合性能試驗(yàn)臺(tái)、輔助供電系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)、制動(dòng)模擬試驗(yàn)臺(tái)、整列車網(wǎng)絡(luò)控制綜合試驗(yàn)臺(tái)、空調(diào)配套試驗(yàn)臺(tái)、車端關(guān)系綜合試驗(yàn)臺(tái)、人機(jī)工程試驗(yàn)臺(tái)、靜態(tài)調(diào)試廠房及設(shè)備、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)線、環(huán)線及正線綜合性能試驗(yàn)裝備等。

4 車體及部件氣密性實(shí)驗(yàn)

4.1 主要任務(wù)

主要任務(wù)是圍繞車體結(jié)構(gòu)輕量化開展高速列車車體及其零部件的車體氣密性研究和能量吸收研究。

4.2 試驗(yàn)內(nèi)容

整車結(jié)構(gòu)氣密疲勞強(qiáng)度、研究車體材料、焊縫對(duì)氣密疲勞強(qiáng)度的影響。

4.3 試驗(yàn)項(xiàng)目

整車結(jié)構(gòu)氣密疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)、零部件的氣密性試驗(yàn)。

主要設(shè)施配置：車體及部件氣密性試驗(yàn)臺(tái)。

5 振動(dòng)模態(tài)實(shí)驗(yàn)室

5.1 主要任務(wù)

主要任務(wù)是開展車體、轉(zhuǎn)向架及整車的振動(dòng)模態(tài)試驗(yàn)，通過路譜再現(xiàn)等方法，對(duì)轉(zhuǎn)向架懸掛參數(shù)與車體模態(tài)響應(yīng)進(jìn)行深入研究，解決列車振動(dòng)、噪音等問題。

5.2 試驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)現(xiàn)整車、車體的路譜回放，用以研究整車的振動(dòng)性能、懸掛系統(tǒng)減振效率，研究車體、內(nèi)裝及車下吊掛的結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性；研究車上局部結(jié)構(gòu)彈性振動(dòng)特點(diǎn)，為提高乘坐舒適性提供研究工具。

測(cè)定轉(zhuǎn)向架的特性參數(shù)，包括：懸掛系統(tǒng)的剛度、阻尼，轉(zhuǎn)向架的質(zhì)量特性參數(shù)，柔度系數(shù)、傾覆系數(shù)；驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)強(qiáng)度仿真分析模型；研究不同轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式對(duì)整車振動(dòng)狀態(tài)的影響；噪聲源研究。

5.3 試驗(yàn)項(xiàng)目

整車振動(dòng)模擬試驗(yàn)、噪音試驗(yàn)。

主要設(shè)施配置：整車模擬振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)、噪音試驗(yàn)臺(tái)。

6 可靠性實(shí)驗(yàn)室

6.1 主要任務(wù)

通過開展轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、輪軸、車體及其它與之相關(guān)的核心關(guān)鍵零部件試驗(yàn)研究，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品可靠性。

6.2 試驗(yàn)內(nèi)容

對(duì)高速動(dòng)車組輪軌關(guān)系進(jìn)行研究，主要包括輪軌接觸區(qū)域的力學(xué)計(jì)算分析；車輪踏面接觸區(qū)域的幾何特性分析；車輪踏面對(duì)行車安全性的影響，及車輪踏面和鋼軌型面的幾何匹配關(guān)系。

對(duì)轉(zhuǎn)向架動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行可靠性研究，主要包括轉(zhuǎn)向架安全通過曲線模型的建立、非線性運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和運(yùn)行平穩(wěn)性的研究、轉(zhuǎn)向架兩系懸掛參數(shù)的動(dòng)力學(xué)仿真等。

對(duì)研究轉(zhuǎn)向架的參數(shù)進(jìn)行可靠性研究，主要包括轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的性能與零部件性能匹配性研究；轉(zhuǎn)向架零部件損傷與運(yùn)營(yíng)環(huán)境的關(guān)系；關(guān)鍵部件損傷對(duì)轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)整體性能的影響等研究。

對(duì)轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性研究，主要包括車軸與車輪的疲勞強(qiáng)度、構(gòu)架的疲勞強(qiáng)度、彈簧的疲勞強(qiáng)度等，同時(shí)實(shí)驗(yàn)研究制造工藝、材料選擇對(duì)其的影響。

鋁合金輕量化車體結(jié)構(gòu)及其強(qiáng)度研究、大型中空薄壁擠壓型材研究、焊接結(jié)構(gòu)變形控制技術(shù)研究、其他關(guān)鍵部件強(qiáng)度分析技術(shù)。

6.3 試驗(yàn)項(xiàng)目

轉(zhuǎn)向架靜強(qiáng)度及疲勞試驗(yàn)、輪軸試驗(yàn)、列車集成結(jié)構(gòu)件振動(dòng)沖擊試驗(yàn)、車體強(qiáng)度試驗(yàn)。

主要設(shè)施配置：轉(zhuǎn)向架靜強(qiáng)度及疲勞試驗(yàn)臺(tái)、輪軸試驗(yàn)臺(tái)、列車集成結(jié)構(gòu)件振動(dòng)沖擊試驗(yàn)臺(tái)、車體強(qiáng)度試驗(yàn)臺(tái)。

7 結(jié)論

針對(duì)高速列車系統(tǒng)集成、車體、可靠性等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，是自主開發(fā)200km/h以上等級(jí)自重輕、性能好、滿足不同層次需求和不同運(yùn)用條件的新型客車系列產(chǎn)品；開發(fā)滿足既有線提速要求的200km/h等級(jí)擺式列車系列產(chǎn)品，是掌握時(shí)速350km及以上動(dòng)車組核心技術(shù)的技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)

[1]熊偉.高速列車系統(tǒng)集成國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室的關(guān)鍵研究領(lǐng)域[J].城市軌道交通，2010（2）：73-76.