2010年12月3日,中国南车四方股份公司研制的和谐号CRH380A新一代高速动车组创出时速486.1公里的世界铁路最高运营试验速度。
最高运营时速380公里,持续运营时速350公里;在低阻力流线型头型、气密强度、旅客界面、智能化等多个方面实现了系统创新……诸多优良的指标让和谐号CRH380A成为目前在世界上运营速度最快、科技含量最高的高速列车。
甫一亮相,世人惊艳。
随着和谐号380A高速动车组陆续“飞”进火热的高速铁路运营线中,带着好奇和自豪,记者近日走进了南车青岛四方机车车辆股份有限公司,探寻380A动车组“飞”出来的轨迹。
加大投入自主创新
“试验项目:动车组蛇行运动临界速度,瞬时速度490公里/小时”,当显示屏出现上述字样时,CRH380A高速动车组在滚动试验台上依旧飞速旋转。
一走进南车四方股份公司,便被引入高速列车系统集成国家工程实验室,看到了这个令人欣喜的场景。
实验室负责人介绍说,高速列车系统集成国家工程实验室建设有振动模态试验台、车体及部件气密性试验台、整车滚动综合性能试验台、核心关键零部件可靠性试验台和产品虚拟现实中心等五大重点试验平台。这个实验室的建设不仅进一步完善了高速列车试验验证体系,而且为公司乃至我国高速列车产业自主持续研发能力的提升提供了支撑和保证。
高速动车组是世界轨道交通装备产品高新技术的大集成,南车四方股份公司是如何发挥后发优势,快速取得领先优势的?
2004年,铁道部决定围绕铁路装备现代化实施“对国外技术引进消化吸收再创新”战略。成为生力军的南车四方股份公司紧抓机遇,加快进行技术储备和创新平台建设,并以时速200—250公里高速列车项目的引进为突破口,消化吸收国外技术。在留下数百兆的电子数据记录,开展了长达6万公里的线上试验后,迅速掌握了九大关键技术和主要配套技术。
紧接着,在铁道部组织指导下,南车四方股份公司启动了全面的自主创新实践,拉开了研发制造新一代高速动车组的大幕。
在引进消化吸收的同时,公司就把眼光瞄向了再创新和超越发展上,努力通过自主创新,拥有自主研发的核心技术。据统计,公司2007年以来在科技研发上投入的费用,年均占销售收入6%以上。
2008年6月,南车青岛四方股份公司开工建设的高速列车系统集成国家工程实验室,成为实施自主创新的重大基地。
如今的南车青岛四方股份公司,已拥有高速列车系统集成国家工程实验室、国家级技术中心、博士后工作站以及经国家实验室认可委员会认可的检测实验中心,形成了完整的产品研发、设计、试验、检测体系,为中国高速列车产业化制造基地自主持续研发高速列车提供了强大的科技支撑。
搭建平台联合创新
“看这个车头,像不像火箭?”站在总装分厂一列即将下线的和谐号380A动车组前,南车四方股份公司一位技术人员问道。
确实像,而且像长征号运载火箭。
这位技术人员说,和谐号380A动车组的速度接近飞机低速巡航的速度,但与飞机相比,高速动车组头型设计还要解决地面气流扰动、两车交汇时车体激荡、车体通过隧道时气流变化等难题,比飞机更富挑战性。
这么高难的工程怎么快速研发?
只有搭建平台联合创新。
为快速给京沪等高铁配备新一代时速380公里的高速动车组,南车四方股份公司依托科技部和铁道部联合签署的高速列车联合行动计划,与清华大学、西南交通大学、中科院等高校院所签署合作协议,建立了以企业为主体、市场需求为导向、“产学研用”相结合的开放式技术创新平台。仅在380A动车组的研制中,与科研院所签订的合作课题就多达125项。
和谐号380A高速动车组有十大系统创新,而头型首当其冲。在采访中,记者获知了这个头型的设计全过程。
首先在系统研究各设计要素和不同线路条件的基础上,通过32个设计变量和200次模型优化,设计出20种列车头型;接着,研发人员对这20种头型进行综合分析技术性、文化性和工程可实施性,初选了10种头型基本方案;再通过三维流场数值仿真分析和多目标优化,确定了5种备选头型,共进行了17项75次仿真计算。
把5种备选头型各制作1∶8模型,分别进行了19个角度、8种风速的风洞气动力学实验和3种风速、4种编组的风洞噪声试验,对优选出的方案进行了样车试制,完成了22项试验验证,最终才确定了新一代高速列车的头型方案,也就是呈现在记者眼前的“长征号运载火箭”造型的头型,成功实现了现代科技与中国文化的完美融合。在列车总成、车体、转向架等关键技术研究和装备研制上取得了实质性的突破。
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围绕核心系统创新
和谐号380A列车的零部件数量达到近10万个,独立成子系统的有260余个,涉及机械、电力、信息、计算机、精密仪器等大量上下游产业。而生产这些零部件涉及的核心层企业达到近100家,紧密层企业达500余家,形成了一个庞大的高新技术研发制造产业链。
只有保证整个产业链的系统创新,才能保证列车的顺利研制。
在创新的征程中,南车四方股份公司探索出系统创新模式。所谓系统创新,就是主机企业通过对产业链上下游企业的技术引导、研发协作、联合攻关和标准制定,提升整个产业链的技术水平和竞争力。
作为高速铁路装备制造的主力企业,公司对动车组零部件有着巨大需求,吸引了一批创新能力强的配套企业集聚。仅在2010年7月和8月,就有3家为高速列车制造配套的大企业落户青岛高新区,其中,今创集团是全球最大的轨道交通内饰装备企业,拥有高速列车座椅、轨道车辆新型复合材料等20余项专利。
据了解,目前在高速列车产业化制造基地,围绕南车四方股份公司已拥有80余家零部件骨干配套企业,他们与该公司组成技术产业联盟,全面开展系统创新。例如,为达到动车组的轻量化,南车青岛四方股份公司先后投入5000多万元,联合配套商以及科研单位共同攻关,最终在短时间内掌握了关键技术,打破了国外垄断,使动车组轻量化所需的大断面型材全面实现了国产化。
自主创新、联合创新和系统创新,成就了和谐号380A新一代高速动车组。经过系统的理论研究、数据分析、仿真计算、方案比选以及零部件、子系统、整车等大量试验,掌握了累计5243万兆的科学试验数据,历时两年零8个月,首批和谐号380A新一代高速动车组2010年8月竣工下线。
和谐号CRH380A新一代高速动车组的研制成功,是中国高速铁路发展进程中的一个里程碑,不仅建立了具有中国特色、完全拥有自主知识产权的高速列车技术标准和规范,而且已形成满足我国高速铁路技术和产业可持续发展的研发、设计和制造体系。