蘭新高速鐵路環境對動車組性能的影響分析及對策

韓春剛，宋永順

（烏魯木齊鐵路局 車輛處，烏魯木齊 830011）

蘭新高速鐵路環境對動車組性能的影響分析及對策

韓春剛，宋永順

（烏魯木齊鐵路局 車輛處，烏魯木齊 830011）

簡要闡述蘭州—烏魯木齊高速鐵路（蘭新高鐵）地區高溫、高寒、風沙、強紫外線、高海拔和長交路等環境特點，重點分析地理環境和自然氣候對動車組性能、使用、維修等方面帶來的危害及影響，提出提高蘭新高鐵動車組適應性的對策。

蘭新高鐵；環境；動車組；影響；對策

蘭州—烏魯木齊高速鐵路（以下簡稱“蘭新高鐵”）即將建成，我國高寒、高原、風沙戈壁地區將擁有第一條高速鐵路。因蘭新高鐵途經地區環境特點，在該地區運行的動車組，將會受到自然環境惡劣的影響，動車組的功能、性能及可靠性等均會受到不同程度的影響，嚴重時可危及到動車組的安全運行。作為現代交通工具，其在上述地區運行將面臨嚴酷環境氣候的挑戰。因此，研究分析蘭新高鐵途經地區環境對動車組使用、維修和發展的影響具有重要意義。

1 蘭新高鐵途經地區環境特點

由于新疆、青海和甘肅地處西北，其地理環境和自然氣候極為特殊、復雜，并呈現如下特點：

（1）夏季氣溫高、冬季氣溫低。由于地處西北，季節特征顯著，夏季炎熱短促，冬季寒冷漫長，且晝夜氣溫變化大。夏季炎熱極端程度出現在6月～8月，各地差異較大，在新疆地區，南疆一般在30 ℃～40 ℃，北疆在26 ℃～34 ℃。而高鐵約126.25 km途經的吐魯番地區，氣溫日平均溫度在39 ℃，歷史最高溫度達到48 ℃。冬季約有6個月左右，寒冷極端程度的氣溫出現在頭年12月～來年2月，新疆地區各地均在-22 ℃以下。而動車組存放、檢修基地處于烏魯木齊市西端丘陵地帶，冬季平均溫度在-16 ℃，歷史最高溫度達到-38 ℃。

（2）四季風沙大、大風天氣多。因氣候和地理位置條件，西北地區多處為戈壁干旱地區，由于植被少、土壤及大氣濕度小，周邊有塔克拉瑪干、古爾班通古特、巴丹吉林等幾處沙漠。加之蘭新高鐵途經區段大風期長，據統計年均達到200天以上，酒泉地區最大風速為20 m/s～34.5 m/s，新疆境內三大風區平均最大風速分別為37.6 m/s，年平均風速為6.1 m/s，因此沙塵量大。

（3）光照輻射強、大氣壓力低。由于西北地區日照時間長，空氣透明度好，所以紫外線輻射強烈，全年日照時數為3 200 h～3 300 h，輻射量在6 680 MJ/m2～8 400 MJ/m2，而海拔每上升1 000 m輻射量約增加10%，而甘青段平均海拔達到了3 100m左右。

（4）高鐵線路長、運行時間久。自烏魯木齊至蘭州西，蘭新高鐵全長約1 776 km，動車組運營速度為2000 km/h～250 km/h。按照最高速度250 km/h運行也需7 h以上，按實際將要運行8 h以上。

2 蘭新高鐵途經地區環境對動車組的影響

2.1 對動力性能的影響

冬季低溫、長期沙塵天氣等因素對動車性能的影響是：（1）低溫冷車狀態下，各種潤滑脂、液壓油等油脂粘度普遍增大，各運動副因得不到有效潤滑而使摩擦阻力明顯增大。（2）在沙塵環境中，摩擦運動副、液壓系統及空氣制動系統的各零部件將加速磨損，還有可能進入到系統內部而發生堵塞，造成各系統出現功能障礙，嚴重影響使用的可靠性。（3）長期的大風天氣，動車組受側風影響，且風阻增大，其運行速度、穩定性、品質將受到巨大干擾。

2.2 對材料性能的影響

由于日照充足、紫外線輻射強烈及低溫、晝夜溫差大，對動車組材料的影響是：（1）產生老化反應和物理化學反應，使外露橡膠件易于老化，絕緣損壞，電器性能改變，失效速度加快。（2）對暴露在空氣中的金屬和非金屬零部件產生冷脆現象，易斷裂和老化。動車組焊結、連接件易松動和斷裂。動車組運行時，在撞擊情況下，其結構件易因材料的低溫脆性而損壞，影響工作的可靠性。動車組的各零部件在維修時因為分拆、連接、緊固而易發生脆性破壞。（3）車體外部油漆易起包、脫落及受風沙擊打出現剝落和掉塊。這些因素影響動車組材料性能，也會造成零配件壽命縮短。

2.3 對電氣設備的影響

極端高低溫天氣、強烈日照、風沙及高海拔對動車組電氣設備的影響是：（1）運行區段內空調系統受高溫保護，易發生停機，加之動車組密閉性強，金屬外殼車體及車門、窗的導熱和陽光輻射熱，將使車廂成為“蒸籠”，嚴重危及旅客生命安全。（2）受高溫、高海拔影響，電氣設備的溫升按照每升高1 000 m增加3%～10%。各電氣設備溫升控制，牽引電機、牽引變壓器、牽引變流器等電氣設備及配電柜內電器元件、線纜的溫升和介電強度，若散熱不足，將會發生擊穿、燒損或產生火災隱患。（3）戈壁地區細膩的沙塵，對空調系統新風過濾及冷凝器清潔，對車下動力設備工作狀況以及齒輪箱、聯軸節、通氣管路等有著嚴重的影響。（4）由于冷熱交替頻繁，造成配電盤、配線分配箱等內部墻板凝聚大量冷凝水，導致配線及電器元件短路、閃絡等問題出現。

2.4 對檢修工作的影響

蘭新高鐵途經地區環境的特殊性，使得動車組故障率相對于其他地區有可能增大。例如，極端溫度、強烈日照，金屬和非金屬零部件易斷裂和老化，電器配件出現燒損、失效，車體外部油漆易起包、剝落和掉塊。風沙大，潤滑油脂易遭污染，加速各摩擦副的磨損等。因此，動車組的檢修要求將明顯提高，工作量將明顯增大，檢修成本將明顯加大。

3 提高蘭新高鐵動車組適應性的對策

基于蘭新高鐵動車組運用環境特點，為最大限度地降低惡劣環境對動車組的影響，結合環境因素和國內動車運用經驗，提出提高動車組適應性的對策。

3.1 綜合考慮環境特點，選用合適類型的統型動車組

結合蘭新高鐵的自然地理特征、氣候特征和工程地質特征，分析不同運行區段特殊運用環境條件，如高溫、高寒、風沙、光照輻射、海拔氣壓和長大交路等因素，以確定選用統型動車組基本類型，進行設計改造。

3.2 利用數字仿真試驗，檢驗動車組各系統的可靠性

應用數字仿真技術建立蘭新高鐵動車組環境適應性仿真模型，對選用的統型動車組在此環境中各主要系統及部件壽命和可靠性進行仿真模擬，發現和鑒別有關動車組各系統適應性的設計缺陷，為動車組各系統在極端環境可靠性設計提供改進依據。

3.3 運用仿真試驗數據，強化動車組個別系統的設計

結合仿真模擬試驗數據，就蘭新高鐵極端環境因素對各主要系統及部件壽命和可靠性的影響，強化個別系統的設計。如降低車體重心，選用耐寒耐熱材料，提升油漆抗老化性，提高空調系統保護溫度，滿足高溫環境下的散熱，提升系統密閉性等。

3.4 采納各鐵路局檢修建議，提升動車組檢測、維修效率

通過與各鐵路局動車段（所）相關人員就動車組運用、檢修情況的溝通，收集動車組在日常檢修中存在的不便于檢查、檢測和檢修部位的資料。在設計時考慮便于分解、拆卸和換裝的部位，提升動車組維修效率和質量，降低維修成本，壓縮維修停時。

4 結束語

本文介紹即將建成的蘭新高鐵特殊運用環境和條件，分析高溫、高寒、高海拔、風沙、強輻射以及長交路等環境條件對動車組各功能系統及零部件性能、可靠性及壽命的影響，針對上述因素和影響，從設計角度提出動車組應采取的防范對策和措施，旨在有助于動車組合理選型、改進設計和提升維修效率，保證動車組在西北地區的安全運行。

[1] 中國自然資源叢書編撰委員會．中國自然資源叢書?新疆卷 [M]．北京：中國環境科學出版社，1995．

[2] 新疆交通科學研究院．風積沙工程性質研究[R]． 烏魯木齊：新疆交通科學研究院，2001．

[3] 楊晚生，張梅艷，張吉光．鐵路客車高速化對其空調系統的發展要求探討[J]．鐵道機車車輛，2005，25（5）：38-39.

[4] 許 翔，周廣猛，鄭 智，等．高原環境對保障裝備的影響及適應性研究[J]．裝備環境T程，2010，7（5）：100-103．

[5] 董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS）[M].北京：中國鐵道出版社，2009．

[6] 王華勝．CRH2型動車組可靠性建模與分配[J]．鐵道學報，2009，31（5）：108-113．

責任編輯 楊利明

Impact analysis and countermeasures of environmental characteristics to EMU of Lanzhou-Urumuqi high-speed railway

HAN Chungang, SONG Yongshun
( Urumuqi Vehicle Department, Urumqi Railway Administration, Urumuqi 830011, China )

This paper brief l y introduced the environmental characteristics to EMU of Lanzhou-Urumuqi highspeed railway which would be in high temperature, cold, wind, strong ultraviolet ray, high altitude and long run, analyzed the harm and inf l uence of geographical environment and natural climate for performance and use and maintenance of EMU, put forward the countermeasures which would be suitable for the EMU of Lanzhou-Xinjiang high-speed railway.

Lanzhou-Xinjiang high-speed railway；environment；EMU; impact；countermeasures

1005-8451（2014）02-0051-03

U266.2∶TP39

A

2013-09-11

韓春剛，工程師；宋永順，工程師。