復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車組投入運(yùn)行 “抗凍”科技守護(hù)“中國(guó)速度”
動(dòng)車組在運(yùn)行時(shí)對(duì)外界環(huán)境比較“敏感”,一旦溫度、風(fēng)力等不利于高速行駛,列車便會(huì)自動(dòng)降速。這依靠的是在高鐵沿線設(shè)置的自然災(zāi)害及異物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)配有各類傳感器,可以利用紅外線掃描等判斷風(fēng)速、積雪厚度等。
為期40天的2023年春運(yùn)已經(jīng)正式落下帷幕。本次春運(yùn)期間,我國(guó)東北地區(qū)先后經(jīng)歷多次寒潮天氣,最低氣溫約零下50攝氏度。
但在這樣的極寒環(huán)境中,一列列高鐵列車仍在飛速馳騁,將旅客安全送達(dá)目的地。其中,既有已經(jīng)安全運(yùn)行了十個(gè)年頭的世界首條高寒高鐵——哈大高速鐵路(以下簡(jiǎn)稱哈大高鐵),也有剛投入運(yùn)行的我國(guó)最北端高寒地區(qū)復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車組。
在多項(xiàng)“抗凍”科技的守護(hù)下,“中國(guó)速度”正不斷拓展著高速鐵路的運(yùn)行疆域。
極寒環(huán)境下運(yùn)行面臨三大考驗(yàn)
本月中旬,黑龍江省迎來(lái)了降雪天氣,最高氣溫在零攝氏度上下,空氣仿佛都要被凍住。如何給需要穿越嚴(yán)寒、滿身精密設(shè)備的列車“保暖”,成為運(yùn)行在黑龍江省的復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車組面臨的重要問(wèn)題。
中國(guó)鐵路哈爾濱局集團(tuán)有限公司車輛部副主任田金剛告訴科技日?qǐng)?bào)記者,動(dòng)車組在極寒環(huán)境下運(yùn)行主要面臨三大難題。
首先是車輛底部的積雪問(wèn)題。列車在高速行駛過(guò)程中,受到低溫影響,卷起的飛雪會(huì)凍結(jié)在車輛底部。車輛底部通常裝有設(shè)備艙、轉(zhuǎn)向架等。設(shè)備艙積雪會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障、車廂通風(fēng)換熱困難,同時(shí)雪水融化后還易造成電氣短路。而轉(zhuǎn)向架區(qū)域大量積雪結(jié)冰,則會(huì)導(dǎo)致機(jī)械部件卡滯、減振失效、制動(dòng)盤(pán)及閘片異常磨耗等問(wèn)題,直接影響運(yùn)行安全。
其次是車體結(jié)構(gòu)低溫防凍裂、循環(huán)系統(tǒng)防凍堵難題。冷凝水在低溫環(huán)境下結(jié)冰,會(huì)使車體枕梁等關(guān)鍵承載部位出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破裂,給安全運(yùn)行帶來(lái)極大隱患;而車體內(nèi)部的水循環(huán)系統(tǒng)及廁所用水在低溫下產(chǎn)生凍堵則會(huì)給旅客帶來(lái)不便,直接影響乘車體驗(yàn)。
最后是列車在低溫條件下易出現(xiàn)空轉(zhuǎn)滑行問(wèn)題。列車在零下40攝氏度啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí),容易出現(xiàn)空轉(zhuǎn)滑行,引起輪對(duì)擦傷。
針對(duì)上述關(guān)鍵難題,不久前投入運(yùn)行的復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車組均進(jìn)行了具有針對(duì)性的改進(jìn)設(shè)計(jì)。
在車輛底部抗積雪方面,復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車組采用全新設(shè)計(jì)的設(shè)備艙側(cè)部裙板,設(shè)置了“高寒專屬”濾網(wǎng)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括菱形濾網(wǎng)、氣液濾網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)、平紋濾網(wǎng)、高密平紋濾網(wǎng)等共計(jì)9層結(jié)構(gòu),在保證實(shí)現(xiàn)通風(fēng)功能的同時(shí),還能夠有效防止冰雪從過(guò)濾網(wǎng)區(qū)域進(jìn)入設(shè)備艙內(nèi)部。
而為了保證車輛用水正常,防止出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象,列車的水箱、污物箱、水管都“穿”上了厚厚的“棉衣”。“棉衣”中間有電伴熱線,污物箱底部還增加了電熱“暖寶寶”,讓水循環(huán)系統(tǒng)在天寒地凍時(shí)依舊可以正常運(yùn)行,保證旅客的正常使用。
在更為重要的車輛制動(dòng)方面,復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車組還首次大規(guī)模使用自動(dòng)化防凍結(jié)功能。車輛在靜止時(shí),每節(jié)車廂依次激活防凍結(jié)功能,使制動(dòng)閘片和制動(dòng)盤(pán)每分鐘松開(kāi)55秒、抱住5秒,以確保制動(dòng)系統(tǒng)安全可靠。
田金剛表示,總體來(lái)說(shuō),復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車組所使用的材料、電氣元件以及車體、轉(zhuǎn)向架、供風(fēng)制動(dòng)等系統(tǒng)部件均進(jìn)行了耐低溫設(shè)計(jì),使動(dòng)車組具備了更強(qiáng)的抗寒性能,能夠承受零下40攝氏度的低溫以及冰雪天氣等極端惡劣運(yùn)行條件的考驗(yàn)。
高鐵線路也在幫助列車御寒
在高寒地區(qū)行車,車輛不僅在工作時(shí)要注意“保暖”,“下班”后同樣需要精心養(yǎng)護(hù),以確保安全運(yùn)行。
中國(guó)鐵路哈爾濱局集團(tuán)有限公司動(dòng)車段副段長(zhǎng)溫元尊向科技日?qǐng)?bào)記者介紹,經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐摸索,公司已經(jīng)形成了一套應(yīng)對(duì)嚴(yán)寒、冰雪天氣的運(yùn)營(yíng)安全措施。該公司自主研發(fā)的HTK-CBX01型高寒高鐵融冰除雪裝置,能夠通過(guò)圖像智能識(shí)別技術(shù),自動(dòng)識(shí)別轉(zhuǎn)向架積雪結(jié)冰狀況。在動(dòng)車組“下班”入庫(kù)后,即可靶向?qū)χ攸c(diǎn)部位進(jìn)行低壓溫水噴掃,快速剝離、融解轉(zhuǎn)向架積雪結(jié)冰。
“以往需要16人、耗時(shí)4小時(shí)才能完成一組動(dòng)車組列車的融冰除雪作業(yè),如今僅需要2人操作1小時(shí)便可完成,極大壓縮了動(dòng)車組除冰作業(yè)時(shí)間,加快列車周轉(zhuǎn)效率?!睖卦鸨硎?。
最新投入運(yùn)行的復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車組則吸取前期各車型的經(jīng)驗(yàn),不僅在“抗凍”方面進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性的優(yōu)化與功能的提升,還大大降低了日常檢修維護(hù)的技術(shù)難度。
例如,復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車組新加的“高寒專屬”濾網(wǎng),相比此前車型,其裙板的開(kāi)關(guān)檢查操作更加簡(jiǎn)便,大大減少了工作量。除此之外,由于東北地區(qū)雨雪、霧霾天氣較多,復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車組采用了高壓部件集成車頂高壓箱方案,能夠減少因雨雪等天氣造成的高壓設(shè)備額外維護(hù),進(jìn)而減少工作量、降低維護(hù)成本。
除了列車自身性能的不斷加強(qiáng),高鐵線路也在幫助列車“御寒”。
溫元尊介紹,動(dòng)車組在運(yùn)行時(shí)對(duì)外界環(huán)境比較“敏感”,一旦溫度、風(fēng)力等不利于高速行駛,列車便會(huì)自動(dòng)降速。這依靠的是在高鐵沿線設(shè)置的自然災(zāi)害及異物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)配有各類傳感器,可以利用紅外線掃描等判斷風(fēng)速、積雪厚度等。
不僅能夠協(xié)助列車穿越風(fēng)雪,高鐵線路本身也具備強(qiáng)大的“抗寒”能力。
例如,在連續(xù)降雪后,鋼軌、道岔等被冰雪覆蓋,積雪融化后易結(jié)冰,將道岔凍結(jié),會(huì)造成道岔尖軌尖端與鋼軌貼合不密。為此,鐵路部門(mén)改進(jìn)了道岔融雪裝置,在道岔岔尖位置加裝電熱融雪板,采用電加熱方式和自動(dòng)感溫、自動(dòng)控制技術(shù),快速融化、烘干積雪,保證道岔轉(zhuǎn)換自如。
攻克多年凍土區(qū)施工難題
基礎(chǔ)不牢,地動(dòng)山搖。這句話同樣適用于動(dòng)車“抗寒”,“保暖”工作要從解決凍土問(wèn)題做起。
“道路路基穩(wěn)定耐久是實(shí)現(xiàn)陸地交通功能的決定因素?!睎|北林業(yè)大學(xué)寒區(qū)科學(xué)與工程研究院教授、院長(zhǎng)單煒在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示,我國(guó)東北地區(qū)地處歐亞多年凍土區(qū)南緣,面積廣闊,從南至北,跨越10個(gè)緯度,夏季最高氣溫達(dá)到45攝氏度,冬季極端低溫可達(dá)零下53攝氏度。除此之外,東北地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜,古老地層分布廣泛,受特殊氣候條件影響,地表層風(fēng)化程度高,黏土覆蓋范圍廣,北方森林覆蓋為多年凍土發(fā)育和賦存提供了良好條件。其中,多年凍土相態(tài)變化給交通線路建設(shè)帶來(lái)的挑戰(zhàn)異常嚴(yán)峻。
在低溫環(huán)境下,凍土?xí)S著溫度的降低體積發(fā)生膨脹,建在凍土之上的路基和鋼軌會(huì)因凍土膨脹而被頂起。到了夏季,凍土發(fā)生融化、體積縮小,動(dòng)車下的路基、鋼軌隨之沉降。凍土的反復(fù)凍結(jié)、融化就會(huì)使路基產(chǎn)生不均勻變形,導(dǎo)致鋼軌出現(xiàn)波浪起伏、高低不平的現(xiàn)象,造成路塹邊坡涎流冰和邊坡滑塌等,嚴(yán)重影響線路穩(wěn)定與行車安全。
“由于動(dòng)車行車速度快,對(duì)路面、軌道平整度要求非常嚴(yán)格,需要完全消除多年凍土相態(tài)變化對(duì)路基變形的影響,才能保證路基穩(wěn)定、道路運(yùn)營(yíng)安全和工程耐久?!眴螣樈榻B道。
因此,中鐵五局集團(tuán)有限公司哈牡高鐵項(xiàng)目部總工程師王志強(qiáng)介紹,在哈牡高速鐵路建設(shè)過(guò)程中,為了克服凍土熱脹冷縮難題,建設(shè)單位創(chuàng)造性地采用一系列新技術(shù),例如在路基坡腳兩側(cè)設(shè)置“保溫層”,對(duì)路基起到保溫作用,有效防止了路基凍脹變形。(◎?qū)嵙?xí)記者都 芃)
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