早在2017年9月,我國復興號CR400動車組就已經在京滬高鐵正式開始全面上線,並以350公裡的時速成為瞭世界高鐵的標桿。而在今年年初,根據央視官方透露,由國鐵集團牽頭打造的CR450動車組科技創新工程預計將在今年下線,並以400公裡的商業運行時速超越CR400動車組,成為世界高鐵運營速度之最。
CR450科技創新工程包括CR450動車組、時速400公裡線路、橋梁以及隧道等基建創新。國鐵集團在2024工作會議中表示,今年集團會持續優化CR450科技創新工程,打造更安全、環保、智能的復興號新產品。
但CR450工程有個弊端,那就是現在國內高鐵線路的最高預留時速普遍是沒有400公裡的,即使是國內設計標準最高的京滬高鐵,最高預留時速也隻有380公裡,這就引發瞭廣大群眾的一個疑問:CR450科技創新工程是否過於超前?400km的時速又是否隻是秀肌肉的噱頭?
國產高鐵新突破
中國高鐵命名有著嚴格準則,比如CR450動車組,CR是China Railway中國鐵路的縮寫,450則表示該動車組實驗運行時速450公裡,商業運行時速400公裡。
目前中國現有復興號動車組分別是CR400、CR300、CR200,對應時速分別為350公裡、250公裡、160公裡。
2021年1月我國正式啟動CR450高速列車組研制,並被列入至國傢十四五規劃重大科研項目中。次年4月在先期試驗中,CR450實驗列車隧道單列時速達到403公裡、明線單列時速435公裡、相對交會時速則突破至870公裡,三項均創下全新世界紀錄。
2023年6月CR450試驗列車運行中,單列時速453公裡、相對交會時速891公裡,CR450動車組的研制再度取得瞭階段性成果。人們對CR450的速度做過簡單估算,如果按照時速450公裡進行商業運營,京滬高鐵全長不過1318公裡,跑完全程大概隻需要3個小時。
但這隻是基於理論的計算,CR450真正行駛途中需要停靠多個站點,經歷反復加速減速,實際行駛時長是無法做到3小時以內的。
具體可以參考時速350公裡的CR400,加上靠站時間全程耗時要在6小時左右。並且CR450的商業運營時速最多隻是400公裡,也無法以450公裡的實驗時速投入運行。
一列復興號動車需要50多萬個零件,組成覆蓋機械、冶金、電力電子以及眾多精密儀器。為瞭研制CR450動車組,國鐵集團牽頭聯合行業先進企業、科研單位以及高校實現產學研的高度融合。在研發、制造、運維服務三大領域,形成瞭260個獨立技術系統,單就設計生產零部件的核心企業就多達100餘傢,所關聯的企業更是高達2100多傢,涵蓋全國20個省市。
將時速從350公裡提升至400公裡,看似隻是數據上的小幅上升,背後卻隱藏著巨大的技術挑戰。讓列車開的更快有兩大要點,一是重量更輕、二是動力更強。
就動力方面,根據中國鐵道研究院首席研究院趙紅衛介紹,CR400動車組牽引功率為9600千瓦,為瞭突破商業運行時速400公裡的上限,CR450動車組將牽引功率突破到瞭11000千瓦。
這套上萬千瓦的牽引系統,首次采用瞭永磁電機,在全力工作狀態下,它的帶電要在兩千伏以上,每秒高達100轉,功率提升瞭14.5%,CR450動車組也算開瞭先例。
為瞭降低重量,CR450動車組使用先進鎂合金和碳纖維,在動力進一步提升的前提下,車體重量也要比CR400減少12%以上。同時運行阻力、能耗指標均減少20%,這無疑是一件耀眼的技術突破。
高鐵列車最關鍵的不僅要跑得快,更要剎得住。據趙紅衛介紹,CR450列車組最高時速的制動距離為6500米,與CR400保持一致。總的而言,CR450在自身時速更進一步的同時,依然保持瞭高標準的輕量化、高效、以及安全性。
高鐵的限制
如今中國高鐵已經是全球最大的高鐵運營網絡,國內通車總裡程超過4.5萬公裡,復興號列車更是通達全國31個省市,累計22億人次選擇乘坐復興號出行。而即將下線的CR450動車組,相信將進一步促進我國動車組技術創新,提升鐵路自研能力,鞏固中國高鐵技術的領先優勢。
CR400動車組2017年在京滬鐵路投入運營時,最高運營時速為350千米,但它此前試驗時所達最高時速是在400千米以上的,不過列車自動保護系統一旦觸發會發生警報,接著強行降速至355公裡以下。CR450也同樣如此,它的試驗最高時速450千米,但實際投入運營後預計不會超過400千米。
為什麼試驗時速和運營時速會有差距?這無關乎車子的性能,具體與三個原因有關:
1.高鐵行車壓力大,像京滬高鐵承擔著京津翼和長三角大量的人員流動,單就徐蚌段每天客運量就高達260多列。為瞭讓列車保持安全追蹤間隔,復興號列車不得不強行制定降速,如果在允許范圍內隨便跑,列車調度員隨隨便便就能跑到350以上。
2.鐵路磨損,鐵路的維修保養並非一朝一夕,而是長久之事,車速過快會加劇車輪、鐵軌之間的磨損,這是鐵路部門不願看到的。
3.列車想要跑到最高試驗時速,隻靠自身配置是無法完成的,還需要相對應的高標準鐵軌建造。比如CR450動車組想全力疾馳,就必須得上預留時速400公裡的高鐵線路。但這樣的鐵路目前幾乎沒有,縱然是國內建造標準最高的京滬鐵路,最高預留時速也隻有380公裡。
而CR450動車組,真正瞄準投入使用的,是成渝地區的成渝中線,該線路設計時速350公裡,但預留最高時速恰好是400公裡,預計將在2027年全面建成。屆時成都與重慶的群眾將率先嘗鮮到這一偉大科研成果。
高鐵運營時速和軌道有者嚴格的配套標準,不會存在低速軌道升級後用來跑高速列車的事情,甚至高速軌道也不能隨意跑低速列車,因為鐵路的曲線半徑、超高等標準必須與列車需求完美契合。
曲線半徑是指鐵路轉彎處的彎曲度,像時速350km無砟軌道的設計曲率半徑為7000米,最低不能低於5500米,一旦低於這個數值,列車在通過時就極易發生翻車脫軌,目前國內在曲率半徑和車速之間制定瞭嚴格指標。
超高則是指轉彎處將外側軌道墊高,這個指標同樣嚴格苛刻,它關乎著乘客的舒適性和列車的安全性。380時速軌道就比350軌道的超高更高,曲率半徑也更高。
有人可能會提出質疑,既然鐵路建造標準如此嚴格,為何京滬鐵路在建造時不預留400千米的最高時速呢,是否是政府眼光短淺導致?
這是因為高鐵實際運營要考慮多方因素,一條軌道往往是多條列車組在運行,互相之間要保持安全追蹤距離,因此軌道建設要因地制宜,並非越快越好。
像京滬高鐵徐蚌段的聯調聯試最高時速突破486.6公裡,但在此之後依然保持350公裡時速,測試和實際運用有著本質上的需求差別。
無論如何,期待CR450動車組的運營能為中國高鐵註入全新活力,CR450科技創新工程能讓中國高鐵再次前進邁出偉大的一步!