时速600公里!高速磁浮交通系统在青揭盖头,“贴地飞行”将成为现实

2021-07-20 20:57 大众报业·半岛网阅读 (33275) 扫描到手机

半岛全媒体记者 马正拓

7月20日上午,一列5辆编组的时速600公里高速磁浮工程化列车,从中车四方股份公司的高速磁浮试验线上缓缓驶出,由中国中车承担研制、具有完全自主知识产权的我国时速600公里高速磁浮交通系统,在青岛成功下线。这是世界首套设计时速达600公里的高速磁浮交通系统,标志着我国掌握了高速磁浮成套技术和工程化能力。

高速磁浮项目技术总师、中车四方股份公司副总工程师丁叁叁介绍,此次下线的时速600公里高速磁浮交通系统,采用成熟可靠的常导技术,其基本原理,是利用电磁吸力使列车悬浮于轨道,实现无接触运行,具有高效快捷、安全可靠、运能强大、编组灵活、准点舒适、维护便利、绿色环保等技术优势。

据了解,时速600公里高速磁浮是当前可实现的速度最快的地面交通工具。按“门到门”实际旅行时间计算,是1500公里运程范围内最快捷的交通模式。高速磁浮交通采用“车抱轨”的运行结构,安全可靠。牵引供电系统布置在地面,随列车位置分段供电,相邻分区只有一列车运行,基本没有追尾风险。

高速磁浮列车的空间宽敞,乘坐舒适。单节载客量可超过百人,并可在2到10辆范围内灵活编组,满足不同载客量需求。行驶中不与轨道发生接触,无轮轨磨耗,维护量少,大修周期长,全寿命周期经济性好。

“经过近20年的持续研究和技术积累,我国基本实现了高速磁浮交通全系统的自主研制能力,形成了成套工程化技术,实现了自主可控的产业配套能力,我国高速磁浮已从研发阶段进入高速试验阶段,将逐步过渡到示范运营、产业化发展阶段。时速600公里高速磁浮交通系统成功下线,标志着已具备了推进线路试验和工程化示范的条件。”中国工程院副院长何华武表示,通过建设高速试验线,开展高速磁浮综合试验和示范运营技术积累,可为我国高速磁浮的持续创新和产业化奠定坚实基础。

时速600公里高速磁浮填补了航空和轮轨高铁之间的速度空白,可以助力形成由“航空、高速磁浮、高铁和城市交通”构成的多维立体交通构架,使我国的交通运输速度谱系更加丰富,速度梯度层级更加完善、高效、灵活便捷。对于提高轨道交通科技自主创新能力,保持我国高速交通领域先进优势,拉动高端装备和战略性新兴产业升级,对于抢占科技竞争和未来发展制高点,助力实现高水平科技自立自强,加快建设交通强国、科技强国具有重要意义。

亮点揭秘:

1、“贴地飞行”不仅仅靠一列车

在我国轮轨高铁速度提升的研发过程中,更加注重的是对车辆性能的提升。而此次下线的时速600公里高速磁浮列车,并不仅仅是一列车的概念,而是一整套交通系统。

高速磁浮项目技术总师、中车四方股份公司副总工程师丁叁叁介绍,高速磁浮是一项超大工程系统,车辆、牵引供电、运控通讯与线路轨道等各系统之间存在复杂的耦合作用,无法割离、孤立研究,必须建立大系统耦合模型,协同设计,共同形成全系统的成套技术方案。

为掌握高速磁浮的关键技术,在科技部“十三五”国家重点研发计划先进轨道交通重点专项课题支持下,由中国中车组织,中车四方股份公司牵头,汇集国内磁浮、高铁领域30多家高校、科研院所和企业“产学研用”联合开展了时速600公里高速磁浮交通系统的研制。

项目于2016年10月启动,2019年研制出试验样车,并于2020年6月在上海同济大学试验线上成功试跑,经过系统优化确定最终技术方案,于2021年1月研制出成套系统,并开始了六个月的联调联试。至此,历时5年攻关,成功攻克关键核心技术,系统解决了速度提升、复杂环境适应性、核心系统国产化等难题,实现了系统集成、车辆、牵引供电、运控通信、线路轨道等成套工程化技术的重大突破,时速600公里高速磁浮交通系统正式下线。

目前,时速600公里高速磁浮交通系统已完成了集成和系统联调,5辆编组列车在厂内调试线上实现了整列稳定悬浮和动态运行,各项功能性能良好。

高速磁浮具有“快起快停”的技术优点,此次下线的时速600公里高速磁浮工程化列车,从启动到加速到每小时600公里,只需要3.5分钟。

2、列车始终悬浮在轨道上方10毫米

据悉,自德国1922年提出电磁悬浮理论以来,经过数十年的持续发展,沉淀形成了基于常导电磁悬浮和超导电动悬浮两种主要的悬浮机制。此次下线的时速600公里高速磁浮交通系统,采用的是成熟度较高的常导磁浮技术。已经商业运营了近20年的上海磁浮线,采用的也是这种悬浮技术。

那么,对于列车这种“庞然大物”来说,它是如何实现悬浮的呢?原来,高速磁浮列车采用的是“车抱轨”的运行结构。在车体两侧的下方,各有一个类似于胳臂的悬浮架,“环抱”着磁浮轨道梁。悬浮架上端撑起列车,下端装有电磁铁。通电以后,电磁铁与轨道梁上的功能件会产生巨大的电磁力,从而将车辆抬升起来。

时速600公里高速磁浮列车在全速度运行时,列车会始终悬浮在轨道上方10毫米以内。今年1月30日,中车四方股份公司副总经理、总工程师梁建英参加央视《开讲啦》节目时透露,在研发过程中,仅仅是让高速磁浮样车实现首次悬浮,就经历了一波三折。

“我们在计算机上做了大量的仿真实验,所有的可能性也都想到了,没想到第一次悬浮还是失败了。”梁建英透露,研发过程中类似的失败经历了无数次,每次对研发团队来说都是不小的打击,但是大家还是静下心来,努力寻找问题所在,最终让样车稳稳地浮了起来。

3、车体激光焊接,误差仅有1毫米

“浮起来之后,还要解决动起来的问题。”高速磁浮项目技术总师、中车四方股份公司副总工程师丁叁叁介绍,在高速行驶过程中,列车与轨道之间要稳定保持10毫米的间距,对悬浮导向等系统提出了严苛的要求。为了解决这个问题,工程师们在列车上安装了多个传感器,实时向控制系统“汇报”车身与轨道的距离,而后通过调整电流强弱将间距控制在设定范围内。

“这就要求我们必须确保磁铁—悬浮架—车体间有效运动解耦,利用车轨耦合、悬挂优化、悬浮导向系统协同等办法,解决包括自激振动在内的一系列问题。”丁叁叁说,由于列车以超高速向前行进,车辆与轨道的位置时刻发生变化。因此,所安装的传感器必须非常“聪明”,在最短的时间内做出反馈。

“我们通过优化磁铁能力、响应带宽和控制算法、引入电流负反馈等办法,将响应时间从0.824秒减至0.01秒。”丁叁叁说。

列车超高速运行带来的挑战还有许多,风阻就是其中一项。当时速达到600公里,气动阻力占据90%以上。为了解决超高速工况下气动阻力、强度、刚度等系列难题,中车四方专门开发出轻质高强度的新一代车体。新一代车体使用了碳纤维密封材料,较铝合金减重30%;专门研发的3D编织悬浮架等部件,提高了部件的疲劳强度和阻尼特性。

在加工技术上,新车体采用了激光复合焊接技术,精度比弧焊提高3倍,误差仅仅有±1毫米。“安装内部组件时,几乎都是一次成功,以前是不敢想象的。”丁叁叁说,这为后期生产、维护提供了巨大便利。

正是这毫厘之间的突破,展示了中国制造的真正实力。

据介绍,此次下线的时速600公里高速磁浮交通系统,核心技术都是由我国自主研发,开发出新头型及气动方案,解决了超高速条件下的空气动力学难题;采用先进激光复合焊和碳纤维技术,研制了满足超高速气密承载要求的轻质高强度车体;自主开发悬浮导向和测速定位装置,控制精度达到国际领先水平;突破关键制造工艺,掌握了悬浮架、电磁铁及控制器等关键核心部件制造技术。

4、什么时候真正实现“贴地飞行”?

作为高速交通运输模式,高速磁浮可以成为高速高品质出行的有效途径之一,丰富我国综合立体交通网。它的应用场景多样,可用于城市群内的高速通勤化交通、核心城市间的一体化交通和远距离高效联接的走廊化交通。当前,我国经济发展带来的商务客流、旅游客流和通勤客流对高速出行的需求日益攀升。作为高速交通的有益补充,高速磁浮可以满足多元化出行需求,促进区域经济一体化协同发展。

那么,距离时速600公里高速磁浮列车商业化运营,究竟还有多远?

据悉,时速600公里高速磁浮交通系统成功下线以后,接下来就要筹建高速试验示范线,开展达速试验。

“目前已具备了推进线路试验和工程化示范的条件。”中国工程院副院长何华武表示,通过建设高速试验线,开展高速磁浮综合试验和示范运营技术积累,可为我国高速磁浮的持续创新和产业化奠定坚实基础。

“从启动到加速到时速600公里,需要运行20多公里,再算上达速运行、减速停驻的距离,理想的试验示范线起码在50公里左右。”丁叁叁表示,还要对运控通信等系统进行测试,如果要筹建商业示范线,最好是“三站两区间”的轨道规模。

      由于高速磁浮研发团队集合了各种技术力量,目前,不仅攻克了大功率IGCT牵引变流、高精度同步牵引控制等关键技术,完成了高速磁浮牵引供电系统的自主化研制,还掌握了高速条件下车地通信超低时延传输、分区交接控制等关键技术,创新建立了适应长大干线自动追踪运行的高速磁浮运控系统。更重要的是,团队已经研发出了多种磁浮轨道方案,完全具备筹建示范线的条件。在系统集成方面也进行了创新,突破运用场景和复杂环境适应性技术瓶颈,使高速磁浮满足长途、通勤多场景运用需求,适应江河隧道、高寒、高温高湿等复杂地理气候环境。

至于首条高速磁浮示范线究竟将落子何方,目前尚未最终确定。不过,多地政府已经提出了建设高速磁浮线的规划。今年2月,国务院印发《国家综合立体交通网规划纲要》,其中提到,要研究推进超大城市间高速磁悬浮通道布局和试验线路建设。

3月23日,交通运输部发布《关于下达2021年交通运输战略规划政策项目计划的通知》,对今年重点战略规划政策项目进行公示。在今年新开项目中,有一项为“京沪磁悬浮高速铁路工程研究”,这是国家层面首次提出有具体线路走向的高速磁悬浮研究项目。

时速600公里高速磁浮填补了航空和轮轨高铁之间的速度空白,可以助力形成航空、高铁、高速磁浮和城市交通速度梯度层级完善、高效、灵活便捷的多维立体交通构架,丰富我国交通运输速度谱系,提高轨道交通科技自主创新能力,保持我国高速交通领域先进优势,拉动高端装备和战略性新兴产业升级,对于抢占科技竞争和未来发展制高点,助力实现高水平科技自立自强,加快建设交通强国、科技强国具有重要意义。

从“一寸高速铁路都没有”,到如今拥有世界上运营里程最长的高速铁路;从时速200公里到350公里,再到正在研发中的时速400公里等级高速动车组,我国在高铁领域已经形成了先进的技术装备和运用经验。而时速600公里高速磁浮交通系统的正式下线,让我国、让青岛再度抢占了世界轨道交通领域的一大“制高点”。

相信在不久的未来,“贴地飞行”将成为现实!