http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-08 11:05:37 來源:科學時報
2011年7月23日晚,北京開往福州的D301次列車與杭州開往福州的D3115次列車在溫州境內發生追尾事故,造成重大人員財產損失。這一天,必將定格在中國鐵路史上。
就是在這個七月,中國線路最長、速度最快、質量最高的京滬高鐵開通,全球矚目。高鐵股飆升至曆史高位,海外市場前景看好。也是在這個七月,“甬溫線動車追尾事故”一夜間使中國高鐵成為眾矢之的,相關股價一路回落,市場前景不明。
國內開始有人對鐵路建設提出異議,認為鐵路建設太快、規gui模mo太tai大da,國guo外wai對dui中zhong國guo高gao鐵tie的de質zhi疑yi不bu斷duan。而er與yu此ci同tong時shi,鐵tie道dao部bu係xi統tong展zhan開kai了le對dui在zai建jian項xiang目mu安an全quan質zhi量liang的de大da檢jian查zha,按an照zhao國guo務wu院yuan的de要yao求qiu,對dui已yi經jing批pi準zhun但dan尚shang未wei開kai工gong的de鐵tie路lu建jian設she項xiang目mu,重zhong新xin組zu織zhi係xi統tong的de安an全quan評ping估gu,暫zan停ting審shen批pi新xin的de鐵tie路lu建jian設she項xiang目mu;對已受理的項目進行深入論證,合理確定項目的技術標準、建(jian)設(she)方(fang)案(an)。加(jia)上(shang)國(guo)家(jia)經(jing)濟(ji)政(zheng)策(ce)的(de)調(tiao)整(zheng),造(zao)成(cheng)了(le)當(dang)前(qian)對(dui)鐵(tie)路(lu)投(tou)資(zi)的(de)縮(suo)減(jian)。多(duo)條(tiao)已(yi)獲(huo)批(pi)但(dan)未(wei)開(kai)工(gong)的(de)高(gao)速(su)鐵(tie)路(lu)項(xiang)目(mu),也(ye)因(yin)這(zhe)次(ci)事(shi)故(gu)而(er)變(bian)得(de)命(ming)運(yun)難(nan)料(liao)。
有調查數據顯示,今年鐵路工程建設僅有三成正常施工,實際情況可能更為嚴峻。有專家擔心:要實現2020年鐵路運營14萬公裏,像現在這樣下去根本就不可能達到。
也有人認為,中國鐵路事業的發展質量、科學管理能力與員工科學素養應該跟上發展速度,中國高鐵技術自主創新的步伐不但不應放慢,反而更要加快。
現代化鐵路建設對一個國家的重要意義眾所周知,而對於幅員遼闊、人口眾多、工業化進程加快、經濟建設取得快速發展和人民生活不斷走向富裕的中國來說,鐵路快速發展的必要性不言而喻。動車追尾事故發生後,京滬、武廣、京津等線路高鐵運輸經曆了短暫下滑,但上座率很快回升即是明證。
“沉舟側畔千帆過”。在剛剛過去的“十一”黃金周,京滬高鐵首次出現車票售罄的局麵,市民乘坐高鐵的需求依然旺盛。而放眼全球,高鐵建設勢頭不減。
動車追尾事故發生5天後的7月28日ri,國guo務wu院yuan調tiao查zha組zu首shou次ci召zhao開kai全quan體ti會hui議yi,上shang海hai鐵tie路lu局ju局ju長chang安an路lu生sheng稱cheng,由you於yu溫wen州zhou南nan站zhan信xin號hao燈deng設she備bei存cun在zai缺que陷xian,應ying該gai顯xian示shi紅hong燈deng的de時shi候hou顯xian示shi綠lv燈deng,沒mei有you給gei後hou車che提ti供gong應ying有you的de信xin號hao,相xiang關guan調tiao度du人ren員yuan也ye沒mei有you發fa出chu預yu警jing,引yin發fa追zhui尾wei事shi故gu。9月21日,國務院調查組“7·23”動dong車che事shi故gu調tiao查zha進jin展zhan情qing況kuang通tong報bao稱cheng,初chu步bu認ren定ding這zhe次ci事shi故gu既ji有you設she備bei缺que陷xian和he故gu障zhang的de原yuan因yin,又you有you設she備bei故gu障zhang後hou處chu置zhi不bu力li和he安an全quan管guan理li等deng方fang麵mian的de問wen題ti。雖sui然ran最zui終zhong的de事shi故gu調tiao查zha報bao告gao尚shang未wei正zheng式shi公gong布bu,但dan可ke以yi認ren為wei,這zhe次ci事shi故gu發fa生sheng的de原yuan因yin是shi多duo方fang麵mian的de。
整整三個月過去了,遭受重創的中國高鐵發展何去何從?麵對國內外巨大的鐵路建設市場,不可估量的高速鐵路維護、配件成本與技術依托,中國人有能力發展自己的高鐵技術嗎?
時至今日,溫家寶總理在“7·23”事故現場會上的講話言猶在耳:“在科技事業上,要有自己的發明、自己的品牌、自己的知識產權、具有國際競爭力的產品,這不是說一說就可以辦得到的,這需要大力發展科技事業,突破關鍵技術,使我們的技術設備更安全、更可靠、更具有競爭力。”
值此“7·23”事故發生百日前夕,重新梳理中國南車高速列車技術自主創新的曆程,或許能給人一些啟示。
“引進消化”之後的自主創新
位於青島的中國南車四方股份公司有著悠久的曆史,它的前身是1900年創辦的四方機車車輛工廠。新中國成立後,這家機車車輛老廠煥發勃勃生機,我國第一台蒸汽機車“八一號”就誕生在這裏。經過半個多世紀的發展,這裏已成為我國高速列車的產業化基地,研製出了時速200至350公裏的“和諧號”CRH2型係列動車組、世界首創的長大編組臥車動車組,主導了中國南車集團新一代高速列車CRH380A的整車研發製造。可以說,中國南車四方公司的技術引進與創新之路,從蒸汽機車時代就開始了。
然而,真正的全球競爭卻是在鐵路從內燃機車時代跨入電力機車時代,特別是進入高速鐵路時代之後。
2010年6月14日,青島。參加中國高鐵技術攻關的數百名科研人員和企業負責人一起走進中國南車四方公司,第一次見到了時速380公裏的新一代高速動車樣車,此時距攻關項目立項僅兩年。
2008年2月26日,北京釣魚台。科技部與鐵道部在這裏共同簽署了一份《中國高速列車自主創新聯合行動計劃合作協議》。這是科技部有史以來首次與一個行業共同構建國家級自主創新平台。其核心目標,就是設計、製造和運營時速380公裏的新一代高速列車。
根據鐵道部的設想,這一科研計劃的啟動,標誌著繼“引進消化吸收”和“集成創新”兩個階段後,中國高鐵發展開始向“全麵創新”衝刺。
2004年到2005年間,依照國務院“引進先進技術、聯合設計生產、打造中國品牌”的總體要求,鐵道部製定了“三步走”的高鐵發展戰略。在鐵道部的采購政策主導下,中國南車青島四方公司、中國北車長客公司和唐車公司等列車整車生產企業先後從日本川崎重工、法國阿爾斯通和德國西門子引進技術,聯合設計生產高速動車組。
2007年4月,全國鐵路第6次大提速。誕生於南車四方公司的我國首列時速200公裏以上的高速動車組CRH2A型“和諧號”開始批量投入運營。然而,由於之前的跨國合作背景,“和諧號”動車組甫一登台便被不少媒體詬病為“舶來品”。有專家亦表示擔心:中國高鐵會不會由於外方不願亮出“看家本領”,從而像有些產業一樣,再度陷入“引進—落後—再引進”的怪圈?
麵對這一擔憂,中國南車集團提出,技術可以引進,創新能力卻是買不來的,所有參與項目的企業必須靠引進技術與自主創新“兩條腿”走路。中國南車四方公司董事長江靖對這一理念作出了詮釋:“guowaixianjinjishudexiaohuaxishou,yuyinjinfangshihexiaohuanengliyouguan。jiunanchesifanggongsieryan,yinjindezhuyaoshishejijishuhezhizaojishu。shejijishudeyinjinzhuyaotongguojishupeixun、資料轉讓以及聯合設計實現,製造技術的引進主要通過轉讓工藝方法和工藝標準來實現。”zaijishuyinjinguochengzhong,zhongguonanchesifanggongsibujinquanmianzhangwolexiangguanjishu,haiwanchenglegongyiwenjiandezhuanhuahezhengtijishufangandegaizao,shideyuancailiaojilingbujiandeguochanhualvdadaole70%。
中國南車提供的資料顯示,在這一時期,僅四方公司一家就留下了600多頁的試驗記錄、數百兆的電子數據記錄,進行了長達6萬公裏的線路運行試驗,完成了110項優化設計,在編組形式、動力配置、車型設置、旅客界麵、減震降噪等方麵開展了大膽創新,成功解決了引進技術和中國鐵路環境的“水土不服”,並構建了產學研用深度結合的動車組產品研製平台。
CRH2A型時速200~250公裏動車組投入運營後,在中國南車主導下,其旗下的整車製造商南車四方、關鍵部件供應商南車株洲所以及南車電機等單位立即啟動了時速300至350公裏的動車組研製工作。據介紹,在京津、武廣、鄭西等高速線路上,研發人員開展了一係列綜合線路試驗,對高速條件下的係統行為進行了全麵研究,對動車組的牽引性能、車體強度與模態、轉向架等方麵進行了係統提升與優化,突破了製約速度提升的關鍵技術。加之有了線路基礎,僅用了一年多時間,CRH2C型時速300至350公裏高速動車組便研製完成。
2008年,“聯合行動計劃”簽署半年後,科技部以“973”、“863”和“科技支撐”三大國家科技計劃項目的形式,開始下達新一代高速動車組的科研任務。其中,“973”側重氣動力學基礎研究,“863”側重車輪材料和檢測技術研發,“科技支撐計劃”側重高速輪軌和列車研製。
作為新一代高速動車組的主導研製單位,中國南車四方公司承擔了其中最關鍵的國家科技支撐計劃項目——“中國高速列車關鍵技術研究及裝備研製”,負責課題兩項,參與五項。據了解,這是該公司成立以來經曆的規模最大、難度最高的國家級科技項目。
高含金量的“中國臉”
2010年4月,CRH380A新一代高速動車組首列車在中國南車四方股份公司下線。一個月後,新一代高速動車組的頭車亮相上海世博會。經媒體報道後,CRH380A的流線型車頭作為中國新一代高速列車的標誌性形象被廣為傳播。那麼,這個“中國臉麵”的含金量究竟如何?
一般人看來,CRH380A的流線型車頭具有一個漂亮的外形,而按現代工業設計的標準和要求,其設計過程是對產品、服務及其係統進行優化的一項創造性活動,工業設計的主體是產品設計,而產品設計是企業技術創新的載體。
與日本新幹線機車的子彈頭造型相比,我國CRH380A的頭型在波浪形楔形結構頂部,呈現出一個圓突形的旋轉拋物麵。這個設計概念源自於我國的長征火箭,可以使車頭造型圓潤、光滑,線條流暢,形態飽滿。不過,在工業設計領域,造型上的真正差異和設計竅門,絕非外表看上去那麼簡單。
頭(tou)型(xing)是(shi)決(jue)定(ding)列(lie)車(che)氣(qi)動(dong)性(xing)能(neng)的(de)關(guan)鍵(jian)。與(yu)航(hang)空(kong)飛(fei)行(xing)器(qi)相(xiang)比(bi),高(gao)速(su)列(lie)車(che)由(you)於(yu)還(hai)要(yao)麵(mian)臨(lin)地(di)麵(mian)氣(qi)流(liu)的(de)擾(rao)動(dong),兩(liang)車(che)交(jiao)會(hui)時(shi)車(che)體(ti)的(de)激(ji)蕩(dang),以(yi)及(ji)車(che)體(ti)通(tong)過(guo)隧(sui)道(dao)時(shi)的(de)氣(qi)流(liu)變(bian)化(hua),因(yin)此(ci),高(gao)速(su)列(lie)車(che)的(de)頭(tou)型(xing)設(she)計(ji)比(bi)飛(fei)機(ji)更(geng)具(ju)挑(tiao)戰(zhan)性(xing)。我(wo)國(guo)CRH380A的頭型設計是從基礎理論、關鍵技術到試驗體係深度融合的結晶。
早在1994年,鐵道部所屬的長沙鐵道學院就成立了“高速列車研究中心”。“九五”、“十五”期間,我國啟動國產高速列車研製計劃,“中華之星”、“中原之星”、“奧星”等一批優秀的國產車頭就是在這裏做的風洞試驗。
jujieshao,zairiben,weileceshiliangchejiaohuishidechewaiqiya,tongchangcaiyongzaicheshenshangdakongdebanfa,bujinyingxiangmeiguan,erqiehaozijuda。keyanrenyuanjiejianlewoguohangtianhangkonglingyudexianjinchengguo,zhizuochuyizhongpaishiganyapian,suizhiyouyingbidaxiao,danjiangqitiezaijicheshang,biankeceshiliangchejiaohuishideqiyabodong。
“十五”moqi,woguogaotiezhanlvefashenglezhongdatiaozheng,congyiguochanweizhudaoyinjinxiaohuaxishouweizhu,liechetouxingyanzhizhutidanweiyefashenglebianhua。raner,jiejianbenguohangtiankejichengguodezuofaqueyanxulexialai。
作為“聯合行動計劃”十大攻關課題之一“高速列車空氣動力學優化設計及評估技術”的承擔單位,中科院力學所為我國航天航空事業作出過重要貢獻。此次又圍繞高速列車的減阻、降噪和運行安全,參與到CRH380A的研製中來。他們采用2836個核的計算機機群,有1位院士、1名博導和25個博士生參與,與南車四方公司的設計骨幹一起,4個月內共進行了超過300個工況的空氣動力學仿真分析。
據南車四方公司副總工程師丁叁叁介紹,CRH380A的頭型設計,先後經過了概念設計、仿真計算、風洞試驗、樣車試製等研發流程,眾多國內一流科研院所參與其中。其中,南車四方公司負責整體組織,主導完成方案設計、優化和製造;中科院力學所負責氣動性能仿真分析;清華和北大負責側風穩定性計算;中國空氣動力研發中心負責氣動力學風洞試驗;同濟大學負責氣動噪聲風洞試驗;鐵科院、西南交大等單位完成實車測試。
這個過程中,研發人員首先設計出20種概念頭型,經技術、文化和工程可實施性綜合評估後,被初篩為10種;經多達17項75次的數值仿真和循環優化後,留下5個進入備選,並製作出1∶8模型;在完成760個工況下的風洞氣動力學實驗和60個工況下的風洞噪聲試驗後,優選出兩種進入施工設計;最後,其中的一個被製作成1∶1的實車模型,並送往鄭西、武廣高鐵,在完成520個測點上的22項線路測試後,經進一步優化,CRH380A頭型才最終確定。
可見,最關鍵的不是“長相”,而在“性能”。後來的連續試驗數據表明:經過調整優化後的CRH380A頭車各項性能表現優異:氣動阻力降低了15.4%,隧道交會壓力波降低20%,明線壓力波降低18%,氣動噪聲降低了7%,均達到國際領先水平。此外,由於在車頭兩側采用了一種叫做“導流槽”的設計,尾車氣動升力被“導流”產生的向下壓力抵消,接近於零,使得它就像一雙強有力的手,牢牢地抓住鐵軌,不讓火車飛起來。
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實至名歸的“國家一等獎”
2010年1月,由中國南車四方公司承擔的“時速250公裏動車組高速轉向架及應用”科研項目,榮獲2009年度國家科學技術進步獎一等獎。國家科學技術獎勵評審委員會在授獎詞中寫道:CRH2型高速動車組轉向架的研製成功,不僅推動了材料、機電、控製、牽引製動、信息等技術進步和產業升級,而且使中國鐵路由普速跨入了高速時代。
在上述研究成果基礎上發展起來的CRH380A的轉向架部分被稱為“完全是自主研製的”。這一點在外界幾乎沒有引起爭議。
轉向架是高速動車組的走行裝置,它相當於汽車的底盤,整個係統由車輪、減震、傳動、製動裝置等組成,是決定車輛行駛性能和安全性的關鍵部件,決定了列車運營速度和運行品質。
由於高速列車的軌道實際上並非絕對平整,而是存在非常細微的起伏。當列車高速運行時,這種不平整會加大列車的振動,橫向出現“蛇形運動”,縱向產生“鐵軌激擾”。當兩車高速交會時,產生的瞬間氣流變化則會導致這種振動加劇,使列車出現失穩,嚴重時甚至可能導致脫軌。
國外的高速列車通常采用4毫米至6毫(hao)米(mi)輪(lun)軌(gui)間(jian)隙(xi)的(de)限(xian)值(zhi)。而(er)我(wo)國(guo)的(de)高(gao)速(su)動(dong)車(che)組(zu)要(yao)求(qiu)既(ji)能(neng)在(zai)既(ji)有(you)線(xian)路(lu)運(yun)行(xing),又(you)能(neng)在(zai)客(ke)運(yun)專(zhuan)線(xian)上(shang)安(an)全(quan)運(yun)行(xing),所(suo)以(yi)必(bi)須(xu)製(zhi)訂(ding)自(zi)己(ji)的(de)輪(lun)軌(gui)匹(pi)配(pei)技(ji)術(shu)標(biao)準(zhun)。
麵mian對dui這zhe一yi係xi列lie難nan題ti,南nan車che四si方fang公gong司si的de技ji術shu人ren員yuan首shou先xian建jian立li起qi了le精jing確que的de動dong力li學xue模mo型xing,並bing確que立li了le我wo國guo高gao速su轉zhuan向xiang架jia輪lun軌gui匹pi配pei技ji術shu標biao準zhun。在zai此ci基ji礎chu上shang,研yan究jiu人ren員yuan圍wei繞rao提ti高gao臨lin界jie失shi穩wen速su度du、降低脫軌係數、改善平穩性三大指標,通過仿真分析進行了一係列迭代優化,完成了涉及動力學、結構強度、磨耗、潤滑、溫升等數十項分析計算。
該成果的獲獎資料上顯示,CRH2型高速轉向架,不僅突破了傳統車輛動力學的單車和多剛體假設,發展了係統動力學理論;而且在高速轉向架的減震懸掛匹配技術、保證結構安全性的輕量化技術上,均作出了係統創新。
在CRH380A的研發中,設計團隊在CRH2型轉向架基礎上,經過係統分析京津、武廣高鐵累計裏程百萬公裏線路的跟蹤試驗數據,提出了進一步的優化設計方案。據統計,共開展了45項動力學及結構強度仿真分析,52項台架試驗,15次線路試驗,此外還給轉向架安裝了空氣彈簧和係列減震裝置,有效解決了在列車更高速度下運行的穩定問題。
列車時速每提高一公裏,帶來的磨損都是巨大的。針對這一難題,CRH380A的研製人員迎難而上,不僅在車輪材料上下足了功夫,還在超出標準限值載荷條件下,對轉向架進行了多達1000萬次的疲勞強度試驗,通過反複的樣機台架試驗和整車線路試驗,才最終確定轉向架各項參數。
為防止轉向架上的軸承因溫度過高導致類似汽車的“抱死”等現象發生,設計人員在車輪、電dian機ji和he齒chi輪lun箱xiang的de軸zhou承cheng上shang還hai安an裝zhuang了le溫wen度du傳chuan感gan器qi,一yi旦dan超chao溫wen,車che輛liang控kong製zhi係xi統tong就jiu自zi動dong限xian速su。這zhe些xie輔fu助zhu裝zhuang置zhi,進jin一yi步bu保bao障zhang了le轉zhuan向xiang架jia的de安an全quan可ke靠kao性xing。
試驗結果表明:我國的CRH380A在運行時速為380公裏時,脫軌係數小於0.1,遠小於0.8,安全裕量充足;客室振動舒適度小於1.5,達到優級;“踏麵接觸應力”比歐洲標準降低了10%~12%,安全係數則提高到了2.7,部件疲勞壽命可滿足20年使用要求。在速度更快的同時,轉向架各項性能不但沒有降低,反而得到大幅提升,整體技術性能達到了國際先進水平。
在2007年第六次鐵路大提速中,南車四方公司研製的高速轉向架先在京廣、京滬等9條共計6000多公裏的主要幹線上得到運用,後又應用於京津、武廣等新建高速線路,累計運營裏程已超過9000萬公裏,成為我國高速轉向架的主型產品。
京滬高鐵開通時,不少媒體人員在試乘CRH380A後發回的報道中,紛紛感歎“雞蛋不滾,杯水不晃”,列車車廂底下的“高速轉向架”這一自主創新成果功不可沒。
高水準技術平台的支撐
“技術可以引進,但自主創新能力卻要自己培育,隻有具備了自主創新能力,才能永站潮頭,永續發展。CRH380A就是我們站在了國家層麵的技術創新平台上研製成功的。”南車四方公司總工程師龔明如是說。
高速動車組是尖端技術的高度集成,涉及總成、車體、轉向架、牽引變流器、牽引變壓器、牽引控製、牽引電機、製動係統、網絡控製等九大關鍵技術以及10項配套技術,涉及零部件超過5萬個。特別是被譽為高速動車組“心髒”和“大腦”的de牽qian引yin電dian傳chuan動dong及ji網wang絡luo控kong製zhi的de兩liang大da核he心xin技ji術shu,是shi國guo外wai公gong司si明ming確que不bu予yu轉zhuan讓rang的de核he心xin技ji術shu。要yao在zai短duan時shi間jian內nei消xiao化hua吸xi收shou如ru此ci紛fen繁fan複fu雜za的de技ji術shu,為wei我wo所suo用yong,談tan何he容rong易yi!
由於我國的製造業整體水平不如發達國家,像高速動車組這樣的多係統、大體量、高技術產品,其製造難度絲毫不亞於設計。如果沒有良好的技術集成能力,沒有可靠的試驗平台,要實現國產化是根本無法想象的。
weiletishenggaosudongchezudezizhuchuangxinnengli,jinjinian,guojiafagaiweihekejibuxianhouzainanchesifanggongsijianlilegaosuliechexitongjichengguojiagongchengshiyanshiheguojiagaosudongchezuzongchenggongchengjishuyanjiuzhongxin,jiazhinanchezhuzhousuoyiyoudebianliujishuguojiagongchengjishuyanjiuzhongxin,yijizhongguonanchejianshedejichehedongchezuqianyinyukongzhiguojiazhongdianshiyanshi、國家級技術中心和博士後科研工作站,該公司已成為行業內國家級研發試驗機構最多的企業。
高速列車係統集成實驗室是目前國內軌道交通行業實驗設備最全的實驗室,擁有整車滾動試驗台、轉向架疲勞試驗台、電磁兼容試驗台、製zhi動dong試shi驗yan台tai以yi及ji產chan品pin虛xu擬ni中zhong心xin等deng。該gai實shi驗yan室shi的de建jian設she不bu僅jin完wan善shan了le高gao速su列lie車che試shi驗yan驗yan證zheng體ti係xi,而er且qie為wei南nan車che四si方fang公gong司si乃nai至zhi我wo國guo高gao速su列lie車che自zi主zhu研yan發fa能neng力li的de提ti升sheng提ti供gong了le重zhong要yao支zhi撐cheng和he保bao證zheng。
“創新體係建設中另一個很重要的環節就是試驗驗證體係。設計運行時速達380公裏的動車組,世界上沒有先例可循,完全靠自主研發。我們經曆了目前曆史上規模最大、曆時最長的科學研究試驗,一步步探索高速動車組高速運行的規律。”CRH380A總體設計師梁建英介紹說。
在京津高鐵,研究人員進行了半年17大類1800多種不同運行狀況的科學試驗研究,探明了高速列車在平原運行的規律。在武廣高鐵,針對其隧道多、橋梁多、運營裏程長等線路特點,進行了11個月的試驗研究,完成了高速運行空氣動力學等項目的研究試驗。在京滬高鐵,這些試驗進行得更為密集。
在京津、武廣、鄭西、滬杭、京滬高鐵,以及全國近百家試驗研究單位,累計達152大類、2800餘項的試驗,相當於繞地球50多圈200多萬公裏的行程,不僅確保了CRH380A的研製成功,而且全麵驗證了CRH380A的各項技術性能。
隨著凝練各項創新成果的CRH380A的誕生,中國南車四方股份公司也因此獲得了國家科技計劃執行優秀團隊獎。科學嚴謹的研發流程、聯合創新的有效平台、完善的試驗驗證體係、層次結構合理的研發團隊,形成了南車四方強大的創新能力,成就了CRH380A的自主創新、成功研製。