中国高速列车驶入全面创新时代

　　青岛四方机车车辆股份有限公司制造的CRH380A 高速列车代表了目前中国高速列车的发展水平，5月29日，公司总经理王军在“高速列车科技创新国际论坛”上对CRH380A 高速列车技术创新进行了论述。

　　王军的《CRH380A 高速列车技术创新》报告共分三个部分：一是技术创新基础；二是CRH380A技术创新；三是创新平台建设。

　　技术创新基础

　　动车组研发历程

　　2004年以来，按照国务院的“引进先进技术，联合设计生产，打造中国品牌”的总体要求，在铁道部、科技部的统一组织和领导下，南车四方动车组研发历程主要经历了三个阶段：一是技术引进、联合设计；二是消化吸收、集成创新；三是系统提升、全面创新。

　　第一阶段是技术引进、联合设计。

　　南车四方在一次性引进时速200—250公里动车组技术基础上，分阶段实施了国产化，国产化率达到了70%。对引进动车组进行了110项优化设计，成功解决了引进技术与中国铁路环境水土不服的问题。通过对引进动车组进行全面的仿真分析、地面试验和线路试验，掌握了时速200公里设计、制造技术，构建了动车组产品设计制造平台。截至目前，一阶段共生产动车组100列。

　　第二阶段是消化吸收、集成创新。

　　在时速200—250公里动车组技术平台基础上，通过对编组型式、动力配置、网络控制系统、减振降噪及旅客界面等方面进行了优化设计，自主开发了时速250公里长编组座车动车组和世界首创的长编组卧铺车动车组。为满足京津、武广、郑西铁路运输的需求，南车四方研制了时速300—350公里动车组。重点对牵引性能、车体强度与模态、转向架等方面进行优化和提升。通过在京津、武广、郑西等线路进行的一系列科学研究试验，获得了超过15T的试验数据，掌握了时速350公里条件下的系统行为规律，建立了高速列车精确仿真模型，丰富和完善了高速列车仿真和试验验证体系，为新一代动车组的研制奠定了坚实的基础。二阶段共生产89列动车组。

　　第三阶段是系统提升、全面创新。

　　南车四方以时速350公里高速动车组技术平台为基础，历经仿真计算、台架试验、线路试验的反复分析、对比论证、试验验证，系统掌握了高速动车组的关键技术；完善了高速动车组研发、设计、制造、试验平台和标准体系；探索出具有行业特色的“产学研用”协同创新模式；培养了一批高水平的研发团队和技术带头人；构筑了自主化的高速动车组可持续研发平台。三阶段共生产82 列动车组。

　　动车组创新组织保障

　　2008年2月26日，科技部、铁道部共同签署《中国高速列车自主创新联合行动计划》，在国家层面上支持中国高速列车自主创新，南车四方成为国家新一代高速列车的主导研制单位。

　　同年4月，科技部启动了“十一五”国家科技支撑计划《中国高速列车关键技术研究及装备研制》项目。项目总投资30亿元，其中国家科技部拨款10亿元，铁道部投入和企业自筹20亿元，在科研项目和资金两个方面共同支持新一代高速列车研发。为积极推动联合行动计划实施，在科技部和铁道部共同倡导和组织下，“十一五”国家科技支撑计划项目面向全国开放，充分发挥全国科技和产业资源优势，构建国家层面最高水平的研发团队，采用“产学研用”的模式开展联合攻关，上万人参与项目。

　　技术创新历程

　　CRH380A是为京沪高速铁路的运营研制的高速列车，必须满足三点要求。一是运距长。京沪高速铁路全长1318公里，新一代高速动车组顶层技术指标设定为持续运行时速350公里、最高运行时速380公里，全程直达运行288分钟，动车组要经受住长距离持续高速运行的考验。

　　二是工况复杂。京沪高速铁路途经244座桥梁，22个隧道，桥梁占线路总长的80.6%，全线铺设无砟轨道。对动车组高速通过隧道、隧道高速会车以及乘坐舒适性等提出巨大的技术挑战。

　　三是运行环境差异大。京沪高速铁路纵贯4省3市，沿线地形地质情况复杂，跨越温带、亚热带，温度、湿度变化大，对高速列车动力学性能、减阻降噪、运行可靠性等提出巨大的技术挑战。

　　据王军介绍，为满足京沪高速铁路的运营要求，CRH380A 新一代高速动车组继承了南车四方技术平台高可靠性、轻量化、节能环保的技术特点，在9个方面达到了技术创新。

　　流线型头型

　　与CRH2C头型相比，CRH380A头型综合气动性能有较大提升:头车气动阻力减小15.4%,头车侧向力降低6.1%，列车尾车升力降低50%以上，气动噪声降低7%。

　　气密强度与气密性

　　新一代试验车表明：在车体结构重量仅增加约4%的情况下，车体气密承载能力增加50%（由±4kPa 提高到±6kPa）；车内压力从4000Pa 降到1000Pa 超过180s（标准50s）；车内最大压力变化低于800Pa（标准1000Pa）；线路试验实测车体气动载荷为±4638Pa，车体安全、可靠，乘坐舒适。

　　车体振动模态

　　高速列车本身是一种复杂的系统，随着列车速度的提升，线路激扰、轮轨振动、气流扰动急剧增加，激励的复杂性导致车辆系统的各部分呈现出不同的频率与振型的模态特性。

　　车体整体和局部刚度明显提高，车体重量仅增加6%，车体结构模态的一阶垂向弯曲频率提高10%，地板一阶固有频率增加22%，端墙一阶固有频率增加21%。与轨道周期性激扰频率无重叠，未发生共振。车体、转向架与无砟轨道模态匹配良好。

　　高速转向架

　　转向架主要承担着导向、承载、减振、牵引和制动等功能，是决定高速列车运行安全和运行品质的核心。

　　试验结果表明：转向架台架试验速度达到586km/h，满足了临界速度550km/h 以上的目标。线路试验420km/h 条件下，实测构架横向加速度最大值为标准限值（8m/s2）的45%；脱轨系数0.13 为标准限值（0.8）的16.3%；实测轮轴横向力最大值为标准限值(53kN)的43.6%，运行安全性指标具有足够的安全裕量。

　　运行平稳性改善了30%至50%。转向架构架动应力降低了30%，疲劳寿命提高了2 倍，可以确保转向架结构在30 年全寿命周期内的安全可靠性。

　　噪声控制

　　CRH380A 试验车郑西线试验结果表明，在时速300公里速度下，客室噪声水平小于65dB(A)，时速350公里速度下，客室噪声水平小于68dB(A)，均达到UIC660-2002 标准的最优值。

　　牵引传动系统

　　试验结果表明：CRH380A 16辆编组总功率20440kW，单电机功率365kW,相比原6M2T的8辆编组动车组(总功率8760kW)，牵引系统单元功率提升了23%，而重量仅增加了10%左右，牵引设备单位重量功率提高了10%。列车以380km/h运行时，人均百公里能耗5.12kWh，能耗指标优良。

　　制动系统

　　试验结果表明：充分利用再生制动，最大再生制动功率30000千瓦以上。初速度380公里，紧急制动距离7500米，低于8500米的标准值，满足安全平稳停车需要。

　　高速双弓受流

　　线路试验表明：平均接触压力不超过200N,离线火花率低于6.25 次/公里，在运行时速380公里，保证实现稳定受流，满足最高试验速度420公里时的受流需要。

　　旅客界面

　　以乘客的基本需求为基础，调查不同乘客的生活习惯和行为特点，系统分析旅客的需求与车辆设置功能之间的关系，确定了列车车种配置为VIP、一等、二等、餐车等车厢（座椅比例按照1∶5∶28配置），服务设施功能完备。

　　试验表明CRH380A 高速动车组在运行速度、安全性、舒适性和节能环保四个方面，满足顶层技术指标要求。在持续350km/h、最高380km/h速度范围内，列车各项性能指标优良；试验速度420km/h 时，动力学、弓网受流及空气动力性能指标满足标准要求。

　　2010年12月3日，CRH380A高速动车组在京沪高铁枣庄至蚌埠段试验运行最高时速达486.1公里，创造运营列车世界最高试验速度纪录。

　　创新平台建设

　　通过“十一五”国家科技支撑计划项目的实施，在铁道部、科技部共同指导和推动下，依托国家工程技术研究中心和国家工程实验室建设，南车四方的技术创新能力显著提升，为持续创新奠定了坚实基础。主要体现在以下四方方面：一是建立了CRH380A动车组产品平台；二是构建了产学研用的创新体系；三是建成了协同仿真平台和实验验证平台；四是形成了关键技术储备。

　　CRH380A动车组产品平台

　　通过科学跟踪试验和运营质量信息反馈，不断改进和完善CRH380A高速动车组服役性能和运用维护体系，形成成熟的动车组产品平台。截至目前，CRH380A高速动车组共交付82 列，累计安全运行2997万公里；单列最高运行里程62.4万公里。

　　产学研用的创新体系

　　南车四方先后与中国科学院、清华大学、西南交通大学、北京交通大学等21家国内一流高校和科研院所，以及41家配套企业签署合作协议，建立了开放的“产学研用”创新体系，共同开展了大量的研究工作，为攻克高速列车关键技术、解决动车组核心零部件依赖进口的发展“瓶颈”提供有力支撑。

　　多学科协同仿真平台

　　在产品设计和仿真平台方面，现已建成结构强度、空气动力学、车辆动力学和振动噪声四大类协同仿真平台，实现系统和部件间的多学科、多目标优化，指导轨道交通装备产品设计达到综合性能最优。

　　完善的实验验证平台

　　依托国家工程实验室和国家工程技术研究中心建设，围绕高速列车系统集成、车体、转向架技术，建成了16个研究试验平台。全面涵盖系统集成、结构强度、可靠性、电磁兼容、人机工程等试验领域，形成了具有国际先进水平的、相对完整的试验能力。实现牵引、制动、辅助供电、网络系统联调联试，开展动力学、模态测试、转向架、车体、噪声、视觉等实验研究，支撑公司产品研发和技术创新。

　　关键技术储备

　　在系统研究轮轨关系、流固耦合关系、弓网关系的基础上，掌握了高速动车组研发的诸多关键技术，形成大量的知识产权和标准规范。CRH380A 动车组申请授权专利及著作权共计213 项，制定国家、行业和企业标准共计192 项。