国产列车加速迭代更新
商用磁浮3.0时代奔驰而来

来源:中央纪委国家监委网站发布时间:2022-03-28 06:00
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中央纪委国家监委网站 陈瑶丨视频制作:李诚贤 孙嘉玮 张东岳

同济大学高速磁浮试验线上,一列中国红涂装呼应耀黑嵌边、车头呈钻石外形的磁浮列车奔驰而来。

3月10日,由中车株洲电力机车有限公司(以下简称“中车株机”)研制的首列商用磁浮3.0列车完成相关动态试验和系统联调联试。这标志我国掌握了中速磁浮关键核心技术,磁浮技术创新及产业发展继续走在世界前列。

该列车是由中车株机完全自主打造的一款商用磁浮新产品,实现了多项技术突破。相较于商用磁浮1.0和2.0列车,它有哪些亮点和优势,又攻克了哪些技术难关?记者就此采访了商用磁浮3.0列车科研团队专家、中车株机磁浮系统研究所副所长张文跃。

亮点纷呈——

搭乘体验如坐云端,实现全自动化驾驶,“陆地飞行”体验感升级

磁浮列车被誉为“地面飞行器”。按照运行速度划分,磁浮列车可分为三类:时速160公里以下划为低速范畴;时速160-250公里之间称为中速;时速250公里以上即为高速。

21世纪以来,中国城市轨道交通迅猛发展。尽管我国磁浮技术起步晚,但发展迅速。其中,中速和中低速磁浮,因绿色环保、综合造价低、易于修建、维护成本低,更加适用于城市轨道交通及旅游观光等优势,其研制和应用一直是我国相关领域的发展重点,在二十多年的发展历程中,实现了从无到有的历史性突破,中车株机在商业磁浮列车研发推广方面所取得的成就便是生动注脚。

2016年5月6日,连接高铁长沙南站和长沙黄花机场的长沙磁浮快线开通试运营。这是我国首条具有完全自主知识产权的中低速磁浮商业运营示范线,也是世界上最长的中低速磁浮运营线。

“长沙磁浮快线上运营的正是中车株机研发的商用磁浮1.0列车。”张文跃告诉记者,初代商用磁浮列车设计时速为100公里,适用于中小客流的城市内线、旅游景区等对噪声、振动、选线要求苛刻的场合。

中车株机对商用磁浮列车的研制始于2006年,同步推进的还有商用磁浮2.0和3.0列车的开发研制工作。从2016年、2020年再到2022年,国产商用磁浮列车加速迭代更新,伴随每一次“上新”,是运行速度、载客容量、爬坡能力、安全性等各方面性能和技术的突破提升,以及磁浮列车优势与应用价值的不断凸显。

提起这回“登场”的商用磁浮3.0列车,它有哪些优势?备受关注的自然是磁浮技术开发第一动力——运行速度。

2020年4月,商用磁浮2.0列车在长沙磁浮快线上跑出了最快160.7公里/小时的速度,较1.0列车实现了最高运行速度60%的提升,创造了当时短定子磁浮列车的世界纪录。时隔两年,中车株机完成了我国磁浮交通的再提速,推出了能够满足更大站间距、更快速交通需求的商用磁浮3.0列车。列车设计时速定位200公里,更加适合于目前城际、城郊的快速舒适旅行,让乘客体验更快捷的“陆地飞行”。提速的背后,与列车进一步轻量化有关。记者了解到,商用磁浮3.0列车大量采用了新型复合材料,进一步为车体“减重”。不过,最重要的“减法”是突破了传统轨道交通牵引设备安装在列车上的限制,将牵引系统从车身底部转移到了地面。

智能化的升级也是一大亮点。“相比于前两版列车,3.0列车更‘聪明’,可以实现全自动驾驶。”张文跃介绍,列车通过地面运行控制系统控制。为让列车跑得又稳又快,控制系统必须“耳聪目明”,首次采用的5G高频段毫米波车地无线通信技术发挥了重要作用。

据介绍,这款无线通信技术抗干扰性好、传输效率快,能够实时“看到”“听到”包括运行速度、位置、编组、操纵状态和正晚点情况在内的列车运行状态,以及机车设备的监测和诊断情况,并同步将相关数据回传至地面控制系统,确保全自动驾驶的环境适应性更强、安全系数更高。

不止于此,磁浮交通系统的独特优势在商用磁浮3.0列车身上体现得更为明显。例如,爬坡能力提升30%后,可以像“过山车”一样在100米内陡然爬升近3层楼高;随着转弯半径缩小,避让城市建筑更加游刃有余……张文跃说,两项性能的优化带来的是体验感的升级。“坐在宽3.7米的车厢内,充裕的空间和人性化的内饰,不仅‘高端大气上档次’,还能体验如同坐飞机般轻飘飘的感觉,让人身心放松。”

技术突破——

从短定子到长定子,牵引系统能力更强,“跑”起来更快更稳

说起磁浮列车,最显著的特点就是列车悬浮在轨道上。而悬浮的秘诀,是利用电磁铁产生的电磁吸力抵消地球引力。

磁浮列车在悬浮系统、牵引系统、制动系统、运控系统等各个子系统的联合作用下,不仅能“浮起来”还可以“跑起来”。可要让列车“跑得快”,关键还靠直线电机。通过布置在轨道上的直线电机所产生的磁力,列车就能被牵引前行。

根据结构不同,直线电机又可分为长定子和短定子。长定子、短定子有何不同?简单来讲,“长定子”直线电机的定子在轨道上,“短定子”直线电机的定子在列车上。

张文跃说,因结构简单且经济成本低,商用磁浮1.0和2.0列车都采用短定子直线电机提供牵引动力。但随着运行速度的提升,加速度、容量等各方面性能需要得到匹配性的提高,短定子直线电机已无法满足需求。

技术受限,亟须突破。针对商用磁浮3.0列车的性能要求,科研人员变更电机本体结构、优化磁路、提升控制系统性能……经过一系列技术攻关和调试验证,最终突破了长定子直线同步电机牵引技术,同时把逆变器等牵引设备由车身移至地面,不仅满足了高速运行的大功率需求,还进一步减轻了列车自身重量,获得更高的载客能力和加减速性能。

突破速度障碍的同时,安全性也是科研人员的关注重点。据了解,商用磁浮3.0列车配置了主动导向控制系统,借助主动控制的电磁导向系统,提升其抗侧风能力、转弯能力和横向稳定性控制等各方面能力。

经过高速化、安全化、智能化的提升,商用磁浮3.0列车可更好地满足大众绿色舒适出行需求。在得知列车完成联调联试消息后,不少人开始期待其正式载客运营。那么,3.0列车走进我们的生活,还要多久才能实现呢?

“此次联调联试成功意味着从试验方面证明,中速磁浮系统车辆、牵引供电、运控系统等系统的整体性达到了设计目标,系统整体具有可用性。”张文跃介绍,“随着以一小时通勤圈为基本范围的城镇化空间形态的逐渐形成,能够实现点对点快速到达的磁浮交通的优势也将越来越大。目前,3.0列车交通技术已经达到工程化和商业化的阶段。未来,只要市场环境成熟就可以投入使用。通过气密性提升、气动外形进一步优化、加大地面牵引功率等技术升级,还能满足高速运行的需求。”

升级优化——

完全取消车轨接触,采用非接触式感应发电技术进一步实现“降噪消音”,“3.0列车十分安静”

商用磁浮3.0列车设计时速为200公里,填补了该速度等级磁浮交通系统空白。

“填补空白”的背后依然有关键技术的突破。在采访中,张文跃不时提到一句话,“3.0列车十分安静”。没有了车、轨的接触摩擦,磁浮列车的噪音本就比普通轮轨列车低了很多。而“在车上放空、发呆都没问题”,是因为采用了无接触式供电方式,彻底消除供电的噪声。

磁浮列车的车载空调、通风、照明、乘客设施等用电设备,都由随车配备的可充电电池提供电能。一般来说,为车载电池以及用电设备供电的传统方法,是地面供电系统与列车之间的接触式供电。

“在列车运行过程中,接触式供电会造成不可避免的磨损,这些磨损除了会增加维修成本外,同样也会引发异常噪声。”张文跃表示,从严格意义上讲,传统接触式供电的最大制约还是运行速度受限。为突破供电的桎梏,科研人员尝试探索全新的高速受流技术。经多年努力,最终成功通过感应耦合电能传输方式,完全取消了车和轨道间的接触,实现非接触式的感应发电。

从1.0列车到3.0列车,通过商用磁浮项目实施,中车株机已攻克了包括牵引、制动、悬浮、受流等所有关键技术,构建起我国磁浮交通完整的产业链体系,为交通发展注入科技动力。回顾16年的研发历程,张文跃认为,“当前磁浮技术研发及应用的成就是以国家经济快速发展为根基,国家大力支持轨道交通创新发展是成功的决定性因素。”

交通是兴国之要、强国之基。从《交通强国建设纲要》到《国家综合立体交通网规划纲要》《新时代交通强国铁路先行规划纲要》,推进现代化铁路强国建设、构筑立体交通运输网的规划设计,为磁浮交通的发展提供了舞台。张文跃说,作为新型的轨道交通产品,中速及中低速磁浮未来将加强数字化、智能化方向的技术升级和工程化应用。同时,理性应对市场推广过程中的挑战,提高市场接受度,让产业链的培育得以完善提升。