中国首批高寒动车组将交付(组图)

　　中广网北京5月28日消息（记者郭淼）201米长、时速300公里的高速动车组，宛如飞奔的猎豹，在零下40度的皑皑雪原上飞奔将是一幅什么样的图景？

　　它能将列车飞奔刮起的凛冽狂风和漫天飞舞的暴雪拦截在车外，能让车内乘客在温暖舒适的客室内通过“减速”玻璃欣赏窗外的雪原风光，能够阻止列车中的洗手池、厕所等用水凝结成冰，能够确保列车高速运行时材料、结构、控制系统均充分适应极度低温环境。

　　这将是中国北车长客股份公司为哈大高铁特制的CRH380B型高寒动车组呈现出的卓越性能。这些性能的取得，需要长客股份公司从列车研发的分析论证、材质选择、列车制造和低温试验等环节充分考虑其低温适应性。

　　老大哥新创造

　　2010年长客股份公司决定启动时速350公里高寒动车组的研制时，我国的动车组只能适应零下25度到零上40度之间的环境，世界上仅有运行于北欧和俄罗斯的三条高寒高铁。这三条线路最长不到700公里；即便是运行速度最高的莫斯科到圣彼得堡的“游隼号”高寒高铁，其以250公里的最高时速运行的持续时间也不到20分钟。

　　得知中国要发展高寒高铁的消息后，这三条线路高寒动车组的开发商通过申请专利、加大保密等方式，防备高寒动车组技术被中国模仿或复制。再加上此前一年“欧洲之星”穿越英吉利海峡隧道时发生的“冻僵”梦魇还近在眼前，并不断提示全球的轨道车辆制造者们，高寒动车组是最难啃的骨头之一。

　　欧洲的三条高寒高铁留给长客股份公司借鉴的，只能是一些有限公开的资料分析，以及以普通乘客身份购票试乘的体验。要研制时速高达350公里、运行里程904公里的高寒动车组，没有经验可借鉴，没有技术可引进，长客股份公司只得另起炉灶，在没有一名“洋人”参与的条件下自主创造。

　　一般情况下，高速动车组通常采用的铝合金、碳钢、橡胶等原材料会随着温度的降低变脆变硬，在零下四十度的气温下，这些材料还能本色不改、性能不降吗？这是高寒动车组研制需要面对的问题之一。

　　随着列车时速沿160公里—200公里—250公里—300公里提升，空气产生的阻力以几何级增长，狂风压力下，列车车体的隔热能力也随之降低，普通高速动车组运行于东北低温环境中时，车外低温顺势通过隔热能力脆弱的车体传导入车厢，令乘客忍受寒冷高速之旅。这是高寒动车组研制需要解决的问题之一。

　　飞奔的列车如果把积雪卷入车体下部的设备舱内，不仅增加列车运行的重量，还会影响列车运行。这也是高寒动车组研制需要思索的问题之一。

　　面对世界首条时速300公里以上的高铁，轨道客车老大哥长客股份公司面临的诸如此类的新问题数以千计。


　　从零下40度开始创造

　　气温低到什么程度才算得上高寒？

　　长客股份公司走访哈尔滨铁路局和沈阳铁路局，调查分析了哈大高铁沿线最近三十年的气象记录，发现最近三十年来这一地区的最低气温记录是零下37.3度，于是，长客股份公司高寒高铁攻关团队将CRH380B型高寒动车组的适应最低气温锁定在零下40度，并提出要适应这一低温环境下需要攻关的重点项目车辆系统节能；材料低温特性；防雪密封；隔热保温；空调采暖；水系统防冻；电气、制动、转向架系统低温适应性改进；门、窗低温适应性改进。在CRH380BL型高速动车组基础上，测试、选材、改进、试验等一系列研发工作随之渐次展开。

　　为测试铝合金车体能否适应零下40度的运营环境，长客股份公司专门委托中科院金属研究所对车体用铝合金材料实施不同温度下铝合金屈服强度、抗拉强度、冲击性能和疲劳强度试验。试验结果表明，铝合金材料这四点性能受气温变化影响不大。为试验粘结车窗玻璃与铝框的胶能否适应零下40度的环境，长客股份公司在上海的实验室进行零下40度到零上80度之间的胶的粘接性能检测。结果表明，这种胶能满足低温条件下的运行。

　　为提高车厢间连接处乳白色风挡的耐寒能力，长客股份公司将这一风挡的棚布材质改为EF5型号的耐低温棚布，从而增强车辆端部的保温能力。

　　当列车运行的最低温度下降到零下40度时，若卫生间洗手盆排水直接排到车外，这些水在列车高速运行时就会成为雾状喷向车体下部的转向架、制动等设备后，使这些设备大量结冰，不仅增加车辆重量，而且还降低车辆的安全性和平稳性。为此，高寒动车组在卫生间增加收集洗手盆排水的灰水箱，使得灰水管路与排污管路在车上相连通，灰水最终收集到车下污物箱中。同时对污物箱、净水箱进行防寒加厚。

　　普通客车行至低温地区时，不时会发生塞拉门打不开的状况，这多因低温环境下，车门控制机构不适应低温运行。为确保车门开闭灵活自如，长客股份公司更换了不符合零下40度低温条件的材料，采用适应低温环境的气动和电气部件，更换适用于零下40度的限位开关、渡板电磁阀以及密封条润滑脂，在门板内表面增加集水槽，通过定期清理防止冷凝水下流结冰。

　　CRH380B型高寒动车组整车完工后，除了在线路上进行各项性能的型式试验，还于隆冬的时段在长吉线进行了低温运行采暖试验，在齐齐哈尔低温试验站完成了低至零下40度的环境中静止低温采暖试验，这些都进一步验证了高寒动车组的低温运行性能的可靠性。

　　追求22度黄金舒适乘坐

　　传统的中国普通客车中，冬季软卧车厢温度指标为20度，软座和硬卧车为18度，硬座车厢只有16度，实际上车厢内温度经常不均匀，车门、车厢连接处气温偏低。在CRH380B型高寒动车组中，长客股份公司借鉴国际上的先进标准，并结合中国人体适应温度的特征以及中国人均散热低于西方人的特点，确定了高寒动车组的热工设计参数并将车厢温度为人体最佳适应温度22度。

　　为实现这22度的舒适乘坐，除了对空调进行适合低温运行的改造以顺利提供热量外，还得进行节能式的防寒隔热改造。长客股份公司特意购买了两套仪器材料导热系数测试仪和车体组合结构隔热性能检测仪，分析和论证什么样的材料组合能达到最佳隔热效果。在此基础上，长客股份公司进行了全方位在防寒隔热优化，如车厢地板防寒中，增加6毫米的纳能材料；卫生间地板和电气柜下增加防寒材料；车厢内各部件与车体连接处采用隔断热桥结构；司机室地板增加10毫米纳能，并加5毫米沥水板；司机室铝结构的铝型材梁内增加防寒材……通过上述改造后，CRH380B型高寒动车组在高寒的环境中运行，不必增加采暖功率就能提供将22度的车内温度，保证旅客在冬季的最佳热舒适性。

　　在低至零下40度的环境中，靠近端墙的注水管路存在冬季冻堵的危险，为此，长客股份公司在水箱内注水管路加装防溢流装置，管路靠近端墙部分平铺伴热并加10毫米厚防寒装置。这样的改造保障了用水顺畅。

　　长客股份公司进一步采取降噪措施，攻克了350km/h速度等级高速列车辐射噪音、司机室、观光区噪音超标的共性技术难题，使得高寒动车组以350公里的时速运行时，车外辐射噪音降低2分贝，司机室、观光区噪音分别降低3分贝，达到国内动车组中的最低噪声水平，远远小于飞机的辐射噪音和舱内噪声。

　　防雪设备舱密封智慧

　　漫天飘舞的雪花不会停留于圆滑的车体之上，但可能被卷入车体下部的设备舱内。此前，同类型的动车组设备舱均为自然风冷半封闭结构，端部挡板、侧部裙板、底板存在很多缝隙，有的车型每节车厢的缝隙总面积达2平方米，为风雪的进入留下了可乘之机，若不采取措施，每节车厢卷入的雪花重量可达数百公斤。

　　防雪是高寒动车组不可省略的环节。CRH380B型高寒动车组为此全新设计了自然通风全密封防雪设备舱，经过长期的试验证明，具备阻拦风雪攻入的功能。

　　跳出“冷凝水陷阱”

　　高寒动车组面临的最大难题并非临近零下40度的极限低温环境，而是暖湿气流交换之际产生的“冷凝水陷阱”。特别是列车在零下10度到零上10度之间的暖湿气流交换运营时，列车从0度以下的低温环境中进入36度的暖库时。

　　列车从冰冻环境瞬时进入湿热环境，暖湿气流与低温车体相遇，除了车体下部的细小冰块会融化外，车体设备以及管路之间还会产生冷凝水。冷凝水的产生则可能导致电气原件发生短路或损坏，影响列车运行。这对高度智能化的高速动车组来说，影响更为显著，“欧洲之星”屡屡发生的“冻僵”故障大多源于这一原因。

　　长客股份公司的高寒动车组研制者们，为跳出“冷凝水陷阱”煞费苦心。在电气系统上，进行了冷凝水防护结构优化，将车体外部接线盒材料更换为非金属材料，并增加排水孔，车体外部采用防护等级达IP68(即连接器防水等级标准的最高级别)、耐低温的连接器。在制动系统上，对管路系统采用了冷凝水处理技术，使得冷凝水能及时排掉。

　　尽管高寒动车组的研制方向为哈大高寒高铁，但由于其具备零下40度到零上40度之间的运行能力，使得CRH380B型高寒动车组也是我国目前惟一能从哈尔滨直抵深圳、贯穿南北的高速动车组。

　　高速列车本身就是一个高科技的系统工程，设计制造高寒高速列车更是一项复杂、繁琐的系统工程。高寒高速列车是当代高新技术的集成，涵盖了机械设计与制造、电力电子、材料、自动控制、流体力学、车辆动力学和牵引传动、制动及车辆与沿线的环境控制等多学科、多专业，是世界各国科学技术和制造产业创新能力、综合国力以及国家现代化程度的集中体现和重要标志之一。CRH380B型高寒高速列车的持续运营速度将达到300公里，以此为标志，中国铁路将站在世界高速铁路技术发展的前沿。

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　　中国高寒动车组的关键突破

　　1.首创高寒动车组系统集成、系统兼容技术。

　　2.首创基于高寒条件下高速动车组空调采暖与车辆隔热保温等系统的综合节能技术。开发出高效保温车体隔热结构，降低了车体传热系数；合理分配原型车的空调采暖能力，当外温零下40度环境下，确保车厢内温度大于22度。

　　3.国内首创开发出了密封的设备舱，解决了车下设备舱防雪密封问题。

　　4.首次集成开发出密封型前端模块和耐低温的自动车钩。

　　5.首次开发出耐低温内风挡。

　　6.首次研究出给水和排污设备的耐低温设计技术，开发出给水、卫生系统取消运行过程中灰水排放，解决防冻结冰问题。

　　7.开发出适用于高寒环境的受电弓、牵引变压器、牵引变流器、辅助变流器、蓄电池箱等电气大部件低温适应性问题。

　　8.采用冷凝水防护结构，辅助系统采用供电控制优先控制以及低温环境润滑介质选型等技术问题。

　　9.制动系统采用了风源装置低温启动技术、管路系统冷凝水处理技术、管路系统低温密封技术、低温环境下制动装置精度及可靠性技术以及基础制动低温防护技术。

　　10.新型隔热降噪材料及结构设计试验技术。

　　11 将高速列车试验分析与声学结构优化相结合，有效控制了高寒动车组的车外辐射噪声和司机室、观光区的噪声，创国内同速度等级噪音最佳低指标。

　　作者：郭淼