世界觀焦點(diǎn)：“抗凍”科技守護(hù)“中國(guó)速度”

為期40天的2023年春運(yùn)已經(jīng)正式落下帷幕。本次春運(yùn)期間，我國(guó)東北地區(qū)先后經(jīng)歷多次寒潮天氣，最低氣溫約零下50攝氏度。

但在這樣的極寒環(huán)境中，一列列高鐵列車(chē)仍在飛速馳騁，將旅客安全送達(dá)目的地。其中，既有已經(jīng)安全運(yùn)行了十個(gè)年頭的世界首條高寒高鐵——哈大高速鐵路(以下簡(jiǎn)稱(chēng)哈大高鐵)，也有剛投入運(yùn)行的我國(guó)最北端高寒地區(qū)復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車(chē)組。

(資料圖片)

在多項(xiàng)“抗凍”科技的守護(hù)下，“中國(guó)速度”正不斷拓展著高速鐵路的運(yùn)行疆域。

極寒環(huán)境下運(yùn)行面臨三大考驗(yàn)

本月中旬，黑龍江省迎來(lái)了降雪天氣，最高氣溫徘徊在零下，空氣仿佛都要被凍住。如何給需要穿越嚴(yán)寒、滿(mǎn)身精密設(shè)備的列車(chē)“保暖”，成為運(yùn)行在黑龍江省的復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車(chē)組要面臨的重要問(wèn)題。

中國(guó)鐵路哈爾濱局集團(tuán)有限公司車(chē)輛部副主任田金剛告訴科技日?qǐng)?bào)記者，動(dòng)車(chē)組在極寒環(huán)境下運(yùn)行主要面臨三大難題。

首先是車(chē)輛底部的積雪問(wèn)題。列車(chē)在高速行駛過(guò)程中，受到低溫影響，卷起的飛雪會(huì)凍結(jié)在車(chē)輛底部。車(chē)輛底部通常裝有設(shè)備艙、轉(zhuǎn)向架等。設(shè)備艙積雪會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障、車(chē)廂通風(fēng)換熱困難，同時(shí)雪水融化后還易造成電氣短路。而轉(zhuǎn)向架區(qū)域大量積雪結(jié)冰，則會(huì)導(dǎo)致機(jī)械部件卡滯、減振失效、制動(dòng)盤(pán)及閘片異常磨耗等問(wèn)題，直接影響運(yùn)行安全。

其次是車(chē)體結(jié)構(gòu)低溫防凍裂、循環(huán)系統(tǒng)防凍堵難題。冷凝水在低溫環(huán)境下結(jié)冰，會(huì)使車(chē)體枕梁等關(guān)鍵承載部位出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破裂，給安全運(yùn)行帶來(lái)極大隱患;而車(chē)體內(nèi)部的水循環(huán)系統(tǒng)及廁所用水在低溫下產(chǎn)生凍堵則會(huì)給旅客帶來(lái)不便，直接影響乘車(chē)體驗(yàn)。

最后是列車(chē)在低溫條件下易出現(xiàn)空轉(zhuǎn)滑行問(wèn)題。列車(chē)在零下40攝氏度啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)，容易出現(xiàn)空轉(zhuǎn)滑行，引起輪對(duì)擦傷。

針對(duì)上述關(guān)鍵難題，不久前投入運(yùn)行的復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車(chē)組均進(jìn)行了具有針對(duì)性的改進(jìn)設(shè)計(jì)。

在車(chē)輛底部抗積雪方面，復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車(chē)組采用全新設(shè)計(jì)的設(shè)備艙側(cè)部裙板，設(shè)置了“高寒專(zhuān)屬”濾網(wǎng)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括菱形濾網(wǎng)、氣液濾網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)、平紋濾網(wǎng)、高密平紋濾網(wǎng)等共計(jì)9層結(jié)構(gòu)，在保證實(shí)現(xiàn)通風(fēng)功能的同時(shí)，還能夠有效防止冰雪從過(guò)濾網(wǎng)區(qū)域進(jìn)入設(shè)備艙內(nèi)部。

而為了保證車(chē)輛用水正常，防止出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象，列車(chē)的水箱、污物箱、水管都“穿”上了厚厚的“棉衣”。“棉衣”中間有電伴熱線，污物箱底部還增加了電熱“暖寶寶”，讓水循環(huán)系統(tǒng)在天寒地凍時(shí)依舊可以正常運(yùn)行，保證旅客的正常使用。

在更為重要的車(chē)輛制動(dòng)方面，復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車(chē)組還首次大規(guī)模使用自動(dòng)化防凍結(jié)功能。車(chē)輛在靜止時(shí)，每節(jié)車(chē)廂依次激活防凍結(jié)功能，使制動(dòng)閘片和制動(dòng)盤(pán)每分鐘松開(kāi)55秒、抱住5秒，以確保制動(dòng)系統(tǒng)安全可靠。

田金剛表示，總體來(lái)說(shuō)，復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車(chē)組所使用的材料、電氣元件以及車(chē)體、轉(zhuǎn)向架、供風(fēng)制動(dòng)等系統(tǒng)部件均進(jìn)行了耐低溫設(shè)計(jì)，使動(dòng)車(chē)組具備了更強(qiáng)的抗寒性能，能夠承受零下40攝氏度的低溫以及冰雪天氣等極端惡劣運(yùn)行條件的考驗(yàn)。

高鐵線路也在幫助列車(chē)御寒

在高寒地區(qū)行車(chē)，車(chē)輛不僅在工作時(shí)要注意“保暖”，“下班”后同樣需要精心養(yǎng)護(hù)，以確保安全運(yùn)行。

中國(guó)鐵路哈爾濱局集團(tuán)有限公司動(dòng)車(chē)段副段長(zhǎng)溫元尊向科技日?qǐng)?bào)記者介紹，經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐摸索，公司已經(jīng)形成了一套應(yīng)對(duì)嚴(yán)寒、冰雪天氣的運(yùn)營(yíng)安全措施。該公司自主研發(fā)的HTK-CBX01型高寒高鐵融冰除雪裝置，能夠通過(guò)圖像智能識(shí)別技術(shù)，自動(dòng)識(shí)別轉(zhuǎn)向架積雪結(jié)冰狀況。在動(dòng)車(chē)組“下班”入庫(kù)后，即可靶向?qū)χ攸c(diǎn)部位進(jìn)行低壓溫水噴掃，快速剝離、融解轉(zhuǎn)向架積雪結(jié)冰。

“以往需要16人、耗時(shí)4小時(shí)才能完成一組動(dòng)車(chē)組列車(chē)的融冰除雪作業(yè)，如今僅需要2人操作1小時(shí)便可完成，極大壓縮了動(dòng)車(chē)組除冰作業(yè)時(shí)間，加快列車(chē)周轉(zhuǎn)效率。”溫元尊表示。

最新投入運(yùn)行的復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車(chē)組則吸取前期各車(chē)型的經(jīng)驗(yàn)，不僅在“抗凍”方面進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性的優(yōu)化與功能的提升，還大大降低了日常檢修維護(hù)的技術(shù)難度。

例如，復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車(chē)組新加的“高寒專(zhuān)屬”濾網(wǎng)，相比此前車(chē)型，其裙板的開(kāi)關(guān)檢查操作更加簡(jiǎn)便，大大減少了工作量。除此之外，由于東北地區(qū)雨雪、霧霾天氣較多，復(fù)興號(hào)高寒智能動(dòng)車(chē)組采用了高壓部件集成車(chē)頂高壓箱方案，能夠減少因雨雪等天氣造成的高壓設(shè)備額外維護(hù)，進(jìn)而減少工作量、降低維護(hù)成本。

除了列車(chē)自身性能的不斷加強(qiáng)，高鐵線路也在幫助列車(chē)“御寒”。

溫元尊介紹，動(dòng)車(chē)組在運(yùn)行時(shí)對(duì)外界環(huán)境比較“敏感”，一旦溫度、風(fēng)力等不利于高速行駛，列車(chē)便會(huì)自動(dòng)降速。這依靠的是在高鐵沿線設(shè)置的自然災(zāi)害及異物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)配有各類(lèi)傳感器，可以利用紅外線掃描等判斷風(fēng)速、積雪厚度等。

不僅能夠協(xié)助列車(chē)穿越風(fēng)雪，高鐵線路本身也具備強(qiáng)大的“抗寒”能力。

例如，在連續(xù)降雪后，鋼軌、道岔等被冰雪覆蓋，積雪融化后易結(jié)冰，將道岔凍結(jié)，會(huì)造成道岔尖軌尖端與鋼軌貼合不密。為此，鐵路部門(mén)改進(jìn)了道岔融雪裝置，在道岔岔尖位置加裝電熱融雪板，采用電加熱方式和自動(dòng)感溫、自動(dòng)控制技術(shù)，快速融化、烘干積雪，保證道岔轉(zhuǎn)換自如。

攻克多年凍土區(qū)施工難題

基礎(chǔ)不牢，地動(dòng)山搖。這句話同樣適用于動(dòng)車(chē)“抗寒”，“保暖”工作要從解決凍土問(wèn)題做起。

“道路路基穩(wěn)定耐久是實(shí)現(xiàn)陸地交通功能的決定因素?！睎|北林業(yè)大學(xué)寒區(qū)科學(xué)與工程研究院教授、院長(zhǎng)單煒在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，我國(guó)東北地區(qū)地處歐亞多年凍土區(qū)南緣，面積廣闊，從南至北，跨越10個(gè)緯度，夏季最高氣溫達(dá)到45攝氏度，冬季極端低溫可達(dá)零下53攝氏度。除此之外，東北地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，古老地層分布廣泛，受特殊氣候條件影響，地表層風(fēng)化程度高，黏土覆蓋范圍廣，北方森林覆蓋為多年凍土發(fā)育和賦存提供了良好條件。其中，多年凍土相態(tài)變化給交通線路建設(shè)帶來(lái)的挑戰(zhàn)異常嚴(yán)峻。

在低溫環(huán)境下，凍土?xí)S著溫度的降低體積發(fā)生膨脹，建在凍土之上的路基和鋼軌會(huì)因凍土膨脹而被頂起。到了夏季，凍土發(fā)生融化、體積縮小，動(dòng)車(chē)下的路基、鋼軌隨之沉降。凍土的反復(fù)凍結(jié)、融化就會(huì)使路基產(chǎn)生不均勻變形，導(dǎo)致鋼軌出現(xiàn)波浪起伏、高低不平的現(xiàn)象，造成路塹邊坡涎流冰和邊坡滑塌等，嚴(yán)重影響線路穩(wěn)定與行車(chē)安全。

“由于動(dòng)車(chē)行車(chē)速度快，對(duì)路面、軌道平整度要求非常嚴(yán)格，需要完全消除多年凍土相態(tài)變化對(duì)路基變形的影響，才能保證路基穩(wěn)定、道路運(yùn)營(yíng)安全和工程耐久?！眴螣樈榻B道。

因此，中鐵五局集團(tuán)有限公司哈牡高鐵項(xiàng)目部總工程師王志強(qiáng)介紹，在哈牡高速鐵路建設(shè)過(guò)程中，為了克服凍土熱脹冷縮難題，建設(shè)單位創(chuàng)造性地采用一系列新技術(shù)，例如在路基坡腳兩側(cè)設(shè)置“保溫層”，對(duì)路基起到保溫作用，有效防止了路基凍脹變形。

關(guān)鍵詞： 多年凍土 東北地區(qū) 高速鐵路 投入運(yùn)行 科技日?qǐng)?bào)