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[科技日报]高铁追梦人

——记中车四方高速动车组设计团队

来源:科技日报 2015-10-12

    国内高铁线上近一半的高速动车组出自他们之手。

    从时速200公里到380公里我国各个速度等级的首批动车组,都从他们手中诞生。

    他们将动车组打造成一张张亮丽的“中国名片”,推动我国高铁实现了从“跟随者”到“领跑者”的精彩蝶变……

    他们是高铁追梦人——中国中车四方股份公司高速动车组设计团队。

    激情演绎中国速度

    2010年12月3日,京沪高铁先导段。

    一列CRH380AL动车组沿路贴地“飞行”,划破冬日的晨空。车内速度显示屏上,数字一路攀升,最终定格在486.1km/h。世界铁路运营试验最高速诞生了!

    来自中国中车四方股份公司的设计团队难掩激动。这是一块里程碑。我国自主研发的高速动车组登上了世界高速列车技术的制高点。

    时间回到2004年。这一年,国家确立“引进先进技术,联合设计生产,打造中国品牌”的基本方针,并发布《国家中长期铁路网规划》。中国中车四方股份公司引进时速200公里动车组。由此,一条高速动车组的引进消化吸收再创新之路,在设计团队面前铺开。

    然而,技术引进远非简单的“拿来就用”。

    “外方不教你设计方法,只教你读图。也就是只告诉你是什么,但不会告诉你为什么。”而且,无论在线路条件、运用环境还是运营模式上,我国铁路都有自身独特的国情路情,照搬国外现成技术根本行不通。

    正因此,外方曾预言,设计团队对引进技术的消化吸收至少需要16年,即8年消化、8年吸收。

    事实上,设计团队的速度超出所有人的预料。仅仅2年后,我国第一列时速200-250公里的动车组就从他们手中问世。这期间,他们不仅完成所有原始图纸、资料和技术标准的消化吸收,还针对我国铁路环境完成110项优化设计,解决了引进技术“水土不服”的难题。

“买得来技术,买不来技术创新能力。”设计团队带头人、中国中车四方股份公司总工程师梁建英说。

    此后,设计团队在原有基础上自主提升,短短2年间,国内首列时速300-350公里动车组、首列长编动车组、首列卧铺动车组,又相继在他们手中诞生。

    而对设计团队来说,2008年是一个新的起点。

    这一年,原铁道部和科技部联合签署《中国高速列车自主创新联合行动计划》,全面自主创新研发时速380公里动车组的重任摆在他们面前。

    时速380公里,这是接近飞机低速巡航的速度。这个速度的动车组在全世界也尚无先例,挑战前所未有。

    靠着责任、激情和攥紧拳头的“狠劲”,设计团队整整攻关18个月。他们完成了业内规模最大、历时最长的科学试验研究,成功攻克高速条件下动车组系统集成、头型、铝合金车体、高速转向架、减震降噪、牵引制动等十大关键技术。

    2010年,CRH380A动车组震撼问世!最高运行时速380公里,在京沪高铁跑出486.1km/h的世界铁路运营试验最高速……值得骄傲的是,CRH380A拥有完全自主知识产权,形成了181项专利,189项标准,设计团队将“话语权”牢牢掌握在自己手里。

    这一连串傲人的数字宣告:依靠自主创新,我国高速动车组实现了从“跟随者”到“领跑者”的华丽蝶变。

    而这,仅用了短短6年。

    如今,CRH380A早已成为中国高铁的一张“名片”。在京沪、京广、沪昆等高铁大动脉上,CRH380A担当运营主力,已累计安全运行超过3.5亿公里,单车最高运行超过309万公里,各项技术性能达到国际领先水平。国家领导人出访推销中国高铁,频频亮出的车型也都是它。

    持续创新再攀高峰

    对创新的追求和对技术的痴迷从未停步。

    2015年6月30日,中国铁道科学研究院环形试验基地。

    一列崭新的时速350公里中国标准动车组正式开展试验。这标志着团队设计的中国标准动车组取得重要阶段性成果。

    对中国高铁来说,这又是一块新的里程碑!

    在中国铁路总公司的主导下,设计团队在动车组安全可靠、智能化、节能环保等技术领域加大创新力度,并着力建立起一成套的“中国技术标准”。这意味着,我国的高速动车组在技术标准和技术水平上又迎来了新的升级。

    身处高铁时代,可以说,设计团队是在跟高铁赛跑。

    近年来,他们在创新的轨道上从未止步,始终走在高速列车技术的前沿,担当“领跑者”。

    早在2011年,设计团队瞄准动车组在更高速度条件下的重要基础理论和前沿技术,做前瞻性、深层次的探索。

    实验室的滚动试验台上,他们设计的更高速度试验列车创造了605km/h的实验室最高速!

    第二年,他们将高速动车组技术创新延伸,又成功研发首列城际动车组,填补了国内空白。而今,系列化的城际动车组将为我国城镇化和区域交通一体化注入新动力。

    2014年9月,设计团队为中国高铁再添一员虎将。他们突破耐高寒高温、抗风防沙、高海拔适应、防强紫外线等一系列技术难题,成功研发首列耐高寒抗风沙动车组。这种能适应零下40℃极寒到40℃高温、12级大风以及沙尘等恶劣环境的动车组,再次展示了中国高铁的创新能力。

    尔后,被誉为代表未来牵引方向的动车组——我国首列永磁高速动车组横空出世。

    设计团队成功攻克将永磁牵引系统应用到高速列车的关键技术,我国也因此成为世界上少数几个掌握永磁高速列车技术的国家之一。

    “创新就是要有掘地三尺的劲”

    “创新无捷径,就是要有掘地三尺的劲。”在集高精尖技术于一身的高速动车组领域,更是如此。

    副总工程师丁叁叁至今还清楚记得CRH380A车头的攻关经历。

    时速380公里,接近飞机低速巡航的速度,如此高速度头型,它的设计方法和技术标准都无先例可循,难度不亚于飞机。

    为了拿出最佳的头型方案,团队最初设计了20个概念头型。光是围绕头型的气动性能,他们就做了17项75次仿真计算、760种工况的气动力学试验和60个工况的噪声风洞试验,完成了22项多达520个测点的线路测试。

    这一连串巨量数字的背后是超乎想象的工作量。光仿真计算,设计团队就花了100多天。

    “当时仿真动车组过隧道时的压力波走势,计算单位精确到了千分之一秒。这意味着,每绘制一个压力波,就要计算数万次。”丁叁叁回忆说。最终性能最优的“火箭”头型出炉时,气动性能海量的数据堆了四米多高!

    近年来,从CRH380A的“火箭”,到更高速度等级试验列车的“青铜剑”、耐高寒抗风沙动车组的“骏马”,再到中国标准动车组的“蓝鲸”……设计团队“雕刻”的一张张“中国面孔”,也成为中国高铁创新前行的见证。

    而为中国标准动车组设计碰撞安全防护系统,设计团队整整攻关了2年。

    碰撞安全防护系统,是世界高速列车领域的一项技术“制高点”,难度极大。为了突破关键技术,设计团队前后研究了数百种不同的结构,做了18种概念模型,历经近百次的仿真计算和试验验证……这期间,仅仿真计算生成的结果数据就高达5000G,模型的单元数量达千万级。设计师陶桂东形象地说,“这好比设计人员前后制作了上千万块砖,再用上千万块砖砌成一座高楼大厦。”

    “铁军”筑就“高铁梦”

    搞科研,不仅要有敢为人先的勇气,更需要铁的意志和韧劲。

    业内公认,“高速动车组不仅是设计出来的,更是试验出来的。”设计方案可不可行,动车组能否满足设计要求?这都需要大量的试验为动车组“把脉”。

    而对设计人员来说,高速动车组的试验不啻为对精力和体力的双重考验。

    2014年,耐高寒抗风沙动车组赴兰新线风沙试验。为了抓住刮大风的时间,设计人员每天深夜试验。整整2个月,设计团队跟车跑了3万公里,没睡过一个整觉。“实在困得不行就趴在沙袋上眯会眼。”设计师程建峰回忆说。

    为了测试动车组的耐高寒性能,设计人员又远赴奥地利,蹲守在零下40℃的“冰箱”实验室里,连续22天,平均每天高强度试验18个小时。连奥地利实验室里配合试验的人员都感叹,“这是一支铁军!”

    而对设计团队来说,这只是冰山一角。

    每种车型上线运营前都要上线路试验,以解决发现的问题。10多年来,设计团队冒严寒、顶酷暑,足迹遍布京津、武广、郑西和京沪等高铁线路……

    2008年底,为了突破时速350公里动车组的技术难题,设计团队赴京津线试验攻坚。滴水成冰的寒冬,设计人员凌晨天未亮就开始跟车,上轨道、钻车底,一直试验到深夜。每天休息不超过4个小时。

    这是设计团队跟车试验的常态。

    2009年,为了攻克CRH380A动车组的关键技术,设计团队更是经历了业内规模最大、历时最长的跟车试验。

    为了摸透动车组在平原地区的运行规律,他们在京津线进行了17大类1800多种不同运行工况的试验;为了探明高速运行空气动力学规律,又在武广线整整蹲守了近一年。前后18个月里,他们跟车跑了200多万公里,相当于绕地球50多圈!

    设计师张振先背包里的两件小东西令团队动容。那是他赶赴中国标准动车组试验前的一幕,“女儿看我收拾行李,过来往我包里塞东西,说‘爸爸,你好像得很久才能回来,这是最好吃的棒棒糖,我给你装包里,路上吃吧。这是削铅笔的,叫转笔刀,可好用了!送给你,在外边工作时用吧。还有这个……爸爸,我会很想你……’”

    十年追梦。这支设计团队涌现出了一批创新能力强、具有广泛行业影响力的领军人物。梁建英、丁叁叁、邓小军、马利军、吴冬华、徐磊、陶桂东、李兵、周平宇、田爱琴、鄢桂珍、程建峰……这些高速列车系统集成、转向架、车体等设计领域的技术专家,为中国高速动车组输送着源源不断的能量。

    如今,设计团队在高速动车组领域已获得8项国家级、28项省部级奖项,拥有发明专利35项、实用新型专利420多项、外观专利近90项,并主持或参与编制百余项国家和行业标准。

    唯创新者强。

    这支高速动车组研发的先锋,如同中国高铁,高速,稳健,勇往直前。他们的梦想是让中国的高速列车驰骋世界!