高速列車系統集成試驗的工藝淺談

趙華

摘 要 為提高我國高速鐵路自主研發能力，圍繞高速列車系統集成及整車關鍵零部件，開展系統集成、輕量化、氣密性、噪聲、電磁干擾、系統安全與可靠性等方面的研究，為時速350公里及以上動車組的核心技術掌握奠定基礎。

關鍵詞 高速列車；系統集成；試驗工藝

中圖分類號 U2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）160-0172-01

1 國內外技術現狀比較

目前，國外已有少數鐵路發達國家基本掌握了時速300km～350km高速動車組的設計、制造技術。2004年前，在鐵路普通客車方面，我國鐵路裝備制造企業已掌握了時速160km及以下速度等級鐵路機車車輛成套技術；在動車組方面，“十五”期間，隨著鐵路電氣化改造進度的加快，也適時地試制出了各種形式的動力分散電動車組，但性能、速度上，均處于初始階段，未能形成批量生產能力。

2004年10月鐵道部全面組織實施了時速200km及以上動車組技術引進和國產化項目，以國內鐵路動車組制造企業為核心，以國內鐵路動車組核心部件、主要部件和配套零部件制造企業為支撐，以市場換技術，從而快速提高我國軌道裝備的研發水平和制造能力，并打造了中國自有的高速鐵路動車組品牌；2005年底為鞏固技術引進消化吸收再創新形成的技術、制造和管理平臺，鐵道部再次實施了時速300km動車組項目，全面提升國內企業持續研發與自主創新能力，建立我國高速動車組技術體系，實現了高速動車組自主設計和國內制造，并進一步提高國產化率。我國目前已基本掌握了時速200km～300km動車組的設計、制造技術，更高速度等級動車組的自主研發。

2 技術應用前景分析

動車組是集機械制造、電力電子、信息技術、材料科學、空氣動力學等多門學科于一體，具有速度快、效率高、能耗低以及節能、環保等優越性能。高速列車包含動車組總成、車體、轉向架、列車網絡系統、制動系統等關鍵技術，這些關鍵技術含量高，價值比重大，是市場核心競爭力的體現，是決定動車組技術成敗的關鍵。其中：

動車組系統集成技術：是為了實現高速動車組各系統之間性能相匹配，保證列車的整體性能和可靠性。

轉向架技術：圍繞轉向架在高速運行時的穩定性、平穩性和可靠性，進行懸掛參數的相關性分析和總體設計驗證。

車體輕量化技術：采用新工藝、新材料，不斷優化車體設計結構，實現車體輕量化，同時進行車體強度、剛度、疲勞強度、吸能結構、固有頻率等的匹配研究；新型流線型車頭的設計與制造，高速列車空氣動力學試驗研究；車體氣密強度研究。

電磁兼容性和噪聲控制技術：檢測并研究高速列車在電磁兼容性、噪聲等性能指標，從而保證產品的安全性和可靠性。

電磁兼容性和噪聲控制技術可不斷提高是產品核心競爭力的體現。產品電磁干擾直接影響高速列車運行的安全和性能，同時對環境也將造成污染，噪聲將直接影響乘客的舒適度和車輛的壽命，對周邊環境的影響將制約高速動車組的長遠發展。是系統提高我國高速列車技術水平，改善周邊環境，提高乘坐舒適度，促進產品長遠發展的關鍵因素。

3 系統集成實驗

3.1 主要任務

以整車滾動綜合性能試驗臺為中心，通過網絡控制綜合試驗臺，聯合制動模擬試驗臺、輔助供電試驗臺、空調配套試驗臺等模擬車輛實際運行狀態，對整車如牽引系統、制動系統和列車網絡控制系統等之間的相互作用，系統的匹配關系進行試驗，完成各系統的參數匹配和優化。同時完成車輛臨界速度的測試。

3.2 試驗內容

進行整車系統集成及關鍵部件的設計驗證；進行整車牽引、輔助、列車網絡、制動等系統的研究；進行列車控制、監測、診斷等功能的技術研究；進行整車系統集成及關鍵部件標準、技術模式的研究；進行整車線性穩定性研究。

3.3 試驗項目

主要包括交流電傳動系統、列車輔助供電系統配套試驗、制動系統性能參數及制動控制模式、列車通訊網絡實驗等。

主要設施配置：整車滾動綜合性能試驗臺、輔助供電系統試驗臺、制動模擬試驗臺、整列車網絡控制綜合試驗臺、空調配套試驗臺、車端關系綜合試驗臺、人機工程試驗臺、靜態調試廠房及設備、動態試驗線、環線及正線綜合性能試驗裝備等。

4 車體及部件氣密性實驗

4.1 主要任務

主要任務是圍繞車體結構輕量化開展高速列車車體及其零部件的車體氣密性研究和能量吸收研究。

4.2 試驗內容

整車結構氣密疲勞強度、研究車體材料、焊縫對氣密疲勞強度的影響。

4.3 試驗項目

整車結構氣密疲勞強度試驗、零部件的氣密性試驗。

主要設施配置：車體及部件氣密性試驗臺。

5 振動模態實驗室

5.1 主要任務

主要任務是開展車體、轉向架及整車的振動模態試驗，通過路譜再現等方法，對轉向架懸掛參數與車體模態響應進行深入研究，解決列車振動、噪音等問題。

5.2 試驗內容

實現整車、車體的路譜回放，用以研究整車的振動性能、懸掛系統減振效率，研究車體、內裝及車下吊掛的結構振動特性；研究車上局部結構彈性振動特點，為提高乘坐舒適性提供研究工具。

測定轉向架的特性參數，包括：懸掛系統的剛度、阻尼，轉向架的質量特性參數，柔度系數、傾覆系數；驗證動力學強度仿真分析模型；研究不同轉向架結構形式對整車振動狀態的影響；噪聲源研究。

5.3 試驗項目

整車振動模擬試驗、噪音試驗。

主要設施配置：整車模擬振動試驗臺、噪音試驗臺。

6 可靠性實驗室

6.1 主要任務

通過開展轉向架構架、輪軸、車體及其它與之相關的核心關鍵零部件試驗研究，從而優化結構，提高產品可靠性。

6.2 試驗內容

對高速動車組輪軌關系進行研究，主要包括輪軌接觸區域的力學計算分析；車輪踏面接觸區域的幾何特性分析；車輪踏面對行車安全性的影響，及車輪踏面和鋼軌型面的幾何匹配關系。

對轉向架動力學性能進行可靠性研究，主要包括轉向架安全通過曲線模型的建立、非線性運動穩定性和運行平穩性的研究、轉向架兩系懸掛參數的動力學仿真等。

對研究轉向架的參數進行可靠性研究，主要包括轉向架系統的性能與零部件性能匹配性研究；轉向架零部件損傷與運營環境的關系；關鍵部件損傷對轉向架系統整體性能的影響等研究。

對轉向架的結構進行可靠性研究，主要包括車軸與車輪的疲勞強度、構架的疲勞強度、彈簧的疲勞強度等，同時實驗研究制造工藝、材料選擇對其的影響。

鋁合金輕量化車體結構及其強度研究、大型中空薄壁擠壓型材研究、焊接結構變形控制技術研究、其他關鍵部件強度分析技術。

6.3 試驗項目

轉向架靜強度及疲勞試驗、輪軸試驗、列車集成結構件振動沖擊試驗、車體強度試驗。

主要設施配置：轉向架靜強度及疲勞試驗臺、輪軸試驗臺、列車集成結構件振動沖擊試驗臺、車體強度試驗臺。

7 結論

針對高速列車系統集成、車體、可靠性等關鍵技術的研發，是自主開發200km/h以上等級自重輕、性能好、滿足不同層次需求和不同運用條件的新型客車系列產品；開發滿足既有線提速要求的200km/h等級擺式列車系列產品，是掌握時速350km及以上動車組核心技術的技術保障。

參考文獻

[1]熊偉.高速列車系統集成國家工程實驗室的關鍵研究領域[J].城市軌道交通，2010（2）：73-76.