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中国高铁设计理念大揭秘!

时间:2023-09-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:“和谐号”CRH1型电力动车组,基于水中动物“胖头鱼”的游泳理念,来设计高速列车。图3.44CRH5系高速列车阿尔斯通将 7 项高速列车的关键技术转移给中国,由长春轨道客车在国内生产,这批高速列车随后正式定型为CRH5A。

中国高铁设计理念大揭秘!

中国高速列车大多是新型的“CRH”动车组,“CRH”是中国高速铁路系统的品牌名称,即China Railway High-speed。中国原铁道部将所有引进国外技术、联合设计生产的中国铁路高速(CRH)车辆均命名为“和谐号”。2017 年,中国将现有高铁进行性能整合,形成加强版的中国“复兴号”高速列车。目前,我国高速列车已经有了三代,车头设计主要基于水中游泳动物、陆地奔跑动物和空中飞行动物来设计,而我国第四代高速列车正在研究中。

3.1.2.1 第一代高速列车的设计理念

中国高速列车“CRH”动车组中,第一代包括1系、2系、3系、5系等系列,其中1系属于南车与庞巴迪的合资公司,2 系属于南车四方公司,3系属于北车唐山公司,5系属于北车长客公司。第一代高速列车的设计理念有:胖头鱼、兔子猎豹毛驴带鱼等。

(1)CRH1 的设计理念:高速列车的“胖头鱼(Variegated carp)”模型。“和谐号”CRH1型电力动车组,基于水中动物“胖头鱼”的游泳理念,来设计高速列车。胖头鱼是淡水鱼的一种,体型侧扁,水中游泳速度极快。利用仿生学原理,借鉴胖头鱼的外形来设计高速列车造型,以减少空气阻力。所以,“和谐号”CRH1 高速列车基于“胖头鱼”理念来设计。CRH1高速列车看上去很平淡,头部呈现方形,没有流线感、性能稳定,属于平和者。CRH1内部设施简单、色调优雅。如图3.36。

图3.36 基于“胖头鱼”的CRH1系E-A高速列车

CRH1主要有CRH1A、CRH1B、CRH1E几种车型。其中:CRH1A是8节编组,运营速度 200 km/h;CRH1B和CRH1E是16节编组,运营速度250 km/h。CRH1A-A是近几年的新车型。如图3.37。

图3.37 CRH1系高速列车

CRH1 型电力动车组,自2007年2月1日起,CRH1A动车组正式开始在广深线投入载客试运行。列车采用交流传动及动力分布式,持续运行速度为 200 km/h,最大运营速度为 250 km/h。

(2)CRH2 的设计理念:高速列车的“兔子(Rabbit)”模型。“和谐号”CRH2型电力动车组,基于陆地奔跑动物“兔子”的运动理念,设计高速列车。兔(rabbit)是哺乳类兔形目兔科下属所有属的总称,俗称兔子。兔具有管状长耳,簇状短尾,比前肢长得多的强健后腿(图 3.38)。所以,“和谐号”CRH2基于“兔子”理念来设计。CRH2 像一只红眼睛的兔子,灵活和适应性强。

图3.38 兔 子

“和谐号”CRH2 主要有CRH2A、CRH2B、CRH2C、CRH2E 几种车型。其中:CRH2A、CRH2B、CRH2E运营速度 200~250 km/h;CRH2C运营速度 300~350 km/h。CRH2C 具有划时代意义,初期阶段速度 300 km/h,后期阶段速度 350 km/h;而 CRH2E 是 16 编组的卧铺动车组。如图 3.39。

“和谐号”CRH2 系列由中国南车四方股份公司生产,是第一代车型里面的主力,故障率一直很低。其中 CRH2A 为短编组,CRH2B 为长编组。CRH2C有许多重大突破,这些技术突破都被后来的CRH380A吸收。

图3.39 CRH2系高速列车

“和谐号”CRH2G(CRH2H)型电力动车组:CRH2G(原为CRH2H,后G/耐高寒、H/耐风沙及高寒两种子型号统一为 G),为速度 250 km/h 的耐高寒抗风沙动车组,是中国南车高速动车组技术平台系统产品之一,适合在高寒、风沙、高温、高海拔等恶劣环境条件下运行,能适应零下 40 °C的低温和 45 °C 的高温,还能抵抗10级狂风。如图 3.40。

图3.40 CRH2G高速列车

(3)CRH3 的设计理念:高速列车的“猎豹(Cheetah)”模型。“和谐号”CRH3型电力动车组,基于陆地奔跑动物“猎豹”的奔跑理念,设计高速列车。猎豹(Acinonyx jubatus)是猫科动物的一种(图 3.41)。猎豹腿长,身体瘦,脊椎骨十分柔软,容易弯曲,像一根大弹簧一样,跑起来的时候前肢和后肢都在用力,而且身体也在奔跑中一起一伏;在急转弯时,它的大尾巴可以起到平衡的作用,使它不至于摔倒。猎豹身体的特殊结构使得它奔跑速度极快。

图3.41 猎 豹

“和谐号”CRH3基于“猎豹”理念来设计。因此,“和谐号”CRH3像只猎豹,呈流线型,美得让人发叹,轻盈、迅速、悄无声息地快来快去。CRH3 主要有CRH3A型和CRH3C型。CRH3C型最高运营速度 350 km/h,起动加速到 330 km/h 只要 6 min。如图 3.42。

图3.42 CRH3系高速列车

“和谐号”CRH3 列车的原型为德国铁路的 ICE3 列车(西门子Velaro),中国以引进西门子公司先进技术并吸收的方式,由中国北车唐山轨道客车在国内生产实现国产化。这是中国引进的所有型号动车组里面平台最好的,也是国产化率最低的一款,后来CRH380BL在此车基础上升级改进。制造年份:2008年;设计速度:350 km/h;编组形式:4M4T,可两列重联。

(4)CRH5 的设计理念:高速列车的“毛驴(donkey)”模型。“和谐号”CRH5型电力动车组,基于陆地奔跑动物“毛驴”的奔跑理念,设计高速列车。驴的形象似马,体质健壮,抵抗能力很强,耐粗放,不易生病,并有性情温驯、刻苦耐劳、听从使役等优点(图 3.43)。所以,“和谐号”CRH5基于“毛驴”理念来设计。

图3.43 毛 驴

“和谐号”CRH5也称“寒地列车”,与寒冷相伴而行,它的车头设有除雪设备,实现防雪保护,冰雪无法堆积。CRH5包括车型CRH5A、CRH5E、CRH5G和CRH5J。CRH5A是“5 动 3 拖 8 编组”的结构,设计营运速度250 km/h。CRH5属于寒带运营,针对寒冷地区的运营环境设计。如图 3.44。

图3.44 CRH5系高速列车

阿尔斯通将 7 项高速列车的关键技术转移给中国,由长春轨道客车在国内生产,这批高速列车随后正式定型为CRH5A。除了CRH5A以外,“和谐号”CRH5型电力动车组以“驴”为灵感,又设计了E和G的车型。

(5)CRH6 的设计理念:高速列车的“带鱼(Fish)”模型。“和谐号”CRH6型电力动车组,基于水中动物“带鱼”的游泳理念,设计高速列车。带鱼又名鱽鱼,外形狭长,头尖,在水中游速较快,因此工程师将带鱼的形状作为高速列车头部的参照(图 3.45)。所以,“和谐号”CRH6 基于“带鱼”理念来设计。“和谐号”CRH6 型城际动车组是为满足我国区域经济快速发展和城市群崛起对城际轨道交通的需求而研制的一种新型运输工具。

图3.45 带 鱼

“和谐号”CRH6 作为高速铁路城市轨道交通的纽带,具有运能大、起停速度快、乘降方便快速、疏通迅捷有效、乘坐舒适、安全可靠、节能环保的特点。如图 3.46。

图3.46 CRH6系高速列车

“和谐号”CRH6型电力动车组是由中国南车四方机车车辆股份有限公司研发设计,2012年在青岛下线。根据运输距离、站点和乘客群的不同,CRH6型动车组分为两大类型,运营速度分别为200 km/h 和 160 km/h 两个等级。速度 200 km/h 的 CRH6A 型动车组最高运营速度 250 km/h、试验速度 270 km/h,以“大站停”的模式运营;而速度 160 km/h 的 CRH6F型动车组最高运营速度200 km/h、试验速度 220 km/h,以“站站停”模式运营。

3.1.2.2 第二代高速列车的设计理念

中国第二代高速列车作为新一代CRH380系列,主要包括CRH380A、CRH380B、CRH380C、CRH380D等。第二代高速列车的核心就是:最高运营速度 380 km/h。而CRH380A(L)是中国南车四方股份公司生产的,CRH380BL由长客、唐山共同生产,其中长客又研制了380B短编高寒车以及CRH380CL;CRH380D的技术完全在庞巴迪的控制之下。第二代高速列车的设计理念主要有:子弹、猎豹、鲨鱼、蜡蝉、箭、剑等。

(1)CRH380A:高速列车的“子弹(Bullet)”模型。“和谐号”CRH380A型电力动车组,基于“子弹(也叫“子弹头”列车)”的运行理念,设计高速列车。子弹也可以说是集物理学、化学、材料学、空气动力学以及工艺于一身的文明产物(图 3.47)。但基于子弹的列车设计,是以子弹运行时空气阻力最小化来设计的。

图3.47 子 弹

“和谐号”CRH380A型电力动车组,或称CRH2-380型,是在CRH2C(CRH2-300)型电力动车组基础上自主研发的 CRH 系列高速动车组,也是“中国高速列车自主创新联合行动计划”的重点项目,最高运行速度380 km/h,持续运行速度达到 350 km/h。曾在京沪高铁先导段试验中创造486.1 km/h 的世界轮轨运行最高速纪录。制造年份:2010 年;设计速度:380 km/h。如图 3.48。(www.xing528.com)

图3.48 “和谐号”CRH380A(AL)型高速列车

“和谐号”CRH380A 动车组分为 8 编组和 16 编组两种车型,8 编组车CRH380A,16 编组车CRH380AL。

(2)CRH380B:高速列车的“猎豹”模型。“和谐号”CRH380B(BL)型电力动车组,基于陆地奔跑动物“猎豹”的奔跑理念,设计高速列车。

“和谐号”CRH380B(BL)型电力动车组(或称 CRH3-380 型),是在CRH3C 型电力动车组基础上自主研发的 CRH 系列高速动车组。2011 年,唐山厂制造的国产新一代速度 380 km/h的“和谐号”CRH380B 动车组,在京沪高速铁路徐州蚌埠先导段的运行试验中,创出当时 487.3 km/h 的中国铁路第一速度纪录,再次刷新世界运行铁路的最高试验速度纪录。如图 3.49。

图3.49 “和谐号”CRH380B(BL)型高速列车

(3)CRH380C:高速列车的“鲨鱼(Shark)”模型。“和谐号”CRH380CL型电力动车组,基于水中游泳动物“鲨鱼”的游泳理念,设计高速列车。

“和谐号”CRH380C型电力动车组,是由中国北车集团长春轨道客车股份有限公司在CRH3C、CRH380BL型电力动车组基础上,自主研发的CRH380B高寒动车组后又一款高寒动车组,也是国内首款 16 辆大编组高寒动车。最高运行速度由 350 km/h 提高到 380 km/h,最高试验速度超过400 km/h。如图 3.50。

图3.50 “和谐号”CRH380CL型高速列车

(4)CRH380D:高速列车的“蜡蝉”模型。“和谐号”CRH380D型电力动车组,基于陆地动物“长鼻子蜡蝉”(Fulfora candelaria)的运动理念,设计高速列车。长鼻子蜡蝉又叫龙眼鸡,昆虫名(图 3.51)。长鼻子蜡蝉是东方蜡蝉属的模式种,一如其他同属物种,龙长鼻子蜡蝉以吸食树液为生,本种主要吸食龙眼以及荔枝的树液,而方法是以其细长的啄刺破树皮吸食流出的树液。

图3.51 长鼻子蜡蝉

CRH380D(CRH1-380)电力动车组是基于庞巴迪ZEFIRO平台研发的CRH系列高速动车组。设计标称运行速度为 380 km/h。2013年4 月,在宁杭甬高铁的试验中,跑出最高速度 420 km/h。如图3.52。

图3.52 “和谐号”CRH380D型高速列车

(5)CRH380AM:高速列车的“剑(Sword)”和“箭(Arrow)”模型。CRH380AM型高速综合检测动车组,基于“剑”“箭”的设计理念,设计高速列车(图 3.53、图 3.54)。剑是一种兵器,两边都开了刃,有着笔直的剑身和尖锐的剑尖。箭,又名矢,是一种借助于弓、弩,靠机械力发射的具有锋刃的远射兵器。无论是“剑”还是“箭”,在使用中速度快,空气阻力小,所以基于“剑”和“箭”的理念,设计高速列车。

图3.53 剑

图3.54 箭

CRH380AM 是国内设计的速度最高的高速试验列车,该车曾经在试验台上跑出速度 605 km/h,设计灵感一端源于“火箭”,另一端源于“剑”和“箭”,实现了头车降低阻力、尾车升力接近于零的最优技术匹配。如图 3.55。

图3.55 CRH380AM高速列车

制造年份:2011 年;设计试验速度:500 km/h;编组形式:6 辆编组,全部为动力车,没有拖车,动力十足。

(6)CRH400A 高速综合检测车。CRH400A 高速综合检测车安装了最新技术的专用检测设备,同时,还设置了列车专用网络、定位同步、环境视频信息采集处理、多媒体显示和数据综合处理等系统,实现信息的精确采集与综合分析处理。目前,国外尚无此速度等级的综合检测车。该综合检测车的研制成功,不仅进一步保障了高速列车运营的安全性、平稳性、舒适性,同时还可进一步提高高速铁路基础设施检测效率,为高速铁路各系统的养护维修提供重要依据。如图 3.56。

制造年份:2011 年;设计试验速度:400 km/h;编组形式:8 节编组动车。

图3.56 CRH400A高速综合检测车

3.1.2.3 第三代高速列车的设计理念

中国第三代动车组新命名规则是2016年11月底由铁总党组会议确定的,未来的中国动车组都会采用类似命名,包括 CR200、CR300、CR400等三个子系列,分别对应 100~200 km/h、200~300 km/h、300~400 km/h的速度等级。中国第三代高速列车主要有 CR400AF和CR400BF两个系列,而且第三代高速列车的命名也有了变化。中国第三代高速列车的中文名是“复兴号”,而新的命名方式摒弃了“CRHXXX”的名称而简化为“CRXXX”。见表 3.3。

① 400 代表目标速度值。目标速度值的梯度比较宽泛,比如 400 代表速度 300~400 km/h,300 和 200 以此类推。

②“F”代表动力分散式。动力集中/分散这种动力配置区别是列车的重大属性区别,而非子型号区别(子型号应该是长编组 L、高寒 G 这样的差别)。

表3.3 第三代动车组新命名规则

(1)CR400AF 的设计理念:高速列车的“海豚(Dolphin)”模型。中国第三代高速列车CR400AF(“蓝海豚”动车组),基于水中动物“海豚”的游泳理念,设计高速列车。海豚(Delphinidae)具有齿鲸类典型的形态学性状。海豚游速迅捷,通常最快速度为 40 km/h 左右,个别种类的海豚的速度可以超过 55 km/h,并能维持很长时间,是海洋中的长距离游泳冠军(图 3.57)。因此,基于“海豚”的水中游泳理念,来设计高速列车。

图3.57 海 豚

中国高铁 CR400AF 是由中车青岛四方机车车辆股份有限公司(简称四方)研制的动车组。2017年1月3日,中国动车组采用全新命名,四方生产的“蓝海豚”动车组被命名为CR400AF。如图3.58。

图3.58 CR400AF高速列车

(2)CR400BF 的设计理念:高速列车的“凤凰(Phoenix)”模型。中国第三代高速列车CR400BF(“金凤凰”动车组),基于空中飞行动物“凤凰”的设计理念,构建高速列车。凤凰,亦作“凤皇”,古代传说中的百鸟之王(图 3.59)。雄的叫“凤”,雌的叫“凰”,总称为凤凰,亦称为丹鸟、火鸟、威凤等,常用来象征祥瑞。凤凰齐飞,是吉祥和谐的象征,自古就是中国文化的重要元素。因此,基于“凤凰”的飞行理念,来设计高速列车。

图3.59 凤凰造型图

中国高铁 CR400BF 是由中车长春轨道客车股份公司(简称长客)研制的动车组。2017年1 月3日,中国动车组采用全新命名,长客生产的“金凤凰”动车组被命名为 CR400BF。如图 3.60。

图3.60 CR400BF高速列车

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