高速列车系统集成试验的工艺浅谈

赵华

摘 要 为提高我国高速铁路自主研发能力，围绕高速列车系统集成及整车关键零部件，开展系统集成、轻量化、气密性、噪声、电磁干扰、系统安全与可靠性等方面的研究，为时速350公里及以上动车组的核心技术掌握奠定基础。

关键词 高速列车；系统集成；试验工艺

中图分类号 U2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）160-0172-01

1 国内外技术现状比较

目前，国外已有少数铁路发达国家基本掌握了时速300km～350km高速动车组的设计、制造技术。2004年前，在铁路普通客车方面，我国铁路装备制造企业已掌握了时速160km及以下速度等级铁路机车车辆成套技术；在动车组方面，“十五”期间，随着铁路电气化改造进度的加快，也适时地试制出了各种形式的动力分散电动车组，但性能、速度上，均处于初始阶段，未能形成批量生产能力。

2004年10月铁道部全面组织实施了时速200km及以上动车组技术引进和国产化项目，以国内铁路动车组制造企业为核心，以国内铁路动车组核心部件、主要部件和配套零部件制造企业为支撑，以市场换技术，从而快速提高我国轨道装备的研发水平和制造能力，并打造了中国自有的高速铁路动车组品牌；2005年底为巩固技术引进消化吸收再创新形成的技术、制造和管理平台，铁道部再次实施了时速300km动车组项目，全面提升国内企业持续研发与自主创新能力，建立我国高速动车组技术体系，实现了高速动车组自主设计和国内制造，并进一步提高国产化率。我国目前已基本掌握了时速200km～300km动车组的设计、制造技术，更高速度等级动车组的自主研发。

2 技术应用前景分析

动车组是集机械制造、电力电子、信息技术、材料科学、空气动力学等多门学科于一体，具有速度快、效率高、能耗低以及节能、环保等优越性能。高速列车包含动车组总成、车体、转向架、列车网络系统、制动系统等关键技术，这些关键技术含量高，价值比重大，是市场核心竞争力的体现，是决定动车组技术成败的关键。其中：

动车组系统集成技术：是为了实现高速动车组各系统之间性能相匹配，保证列车的整体性能和可靠性。

转向架技术：围绕转向架在高速运行时的稳定性、平稳性和可靠性，进行悬挂参数的相关性分析和总体设计验证。

车体轻量化技术：采用新工艺、新材料，不断优化车体设计结构，实现车体轻量化，同时进行车体强度、刚度、疲劳强度、吸能结构、固有频率等的匹配研究；新型流线型车头的设计与制造，高速列车空气动力学试验研究；车体气密强度研究。

电磁兼容性和噪声控制技术：检测并研究高速列车在电磁兼容性、噪声等性能指标，从而保证产品的安全性和可靠性。

电磁兼容性和噪声控制技术可不断提高是产品核心竞争力的体现。产品电磁干扰直接影响高速列车运行的安全和性能，同时对环境也将造成污染，噪声将直接影响乘客的舒适度和车辆的寿命，对周边环境的影响将制约高速动车组的长远发展。是系统提高我国高速列车技术水平，改善周边环境，提高乘坐舒适度，促进产品长远发展的关键因素。

3 系统集成实验

3.1 主要任务

以整车滚动综合性能试验台为中心，通过网络控制综合试验台，联合制动模拟试验台、辅助供电试验台、空调配套试验台等模拟车辆实际运行状态，对整车如牵引系统、制动系统和列车网络控制系统等之间的相互作用，系统的匹配关系进行试验，完成各系统的参数匹配和优化。同时完成车辆临界速度的测试。

3.2 试验内容

进行整车系统集成及关键部件的设计验证；进行整车牵引、辅助、列车网络、制动等系统的研究；进行列车控制、监测、诊断等功能的技术研究；进行整车系统集成及关键部件标准、技术模式的研究；进行整车线性稳定性研究。

3.3 试验项目

主要包括交流电传动系统、列车辅助供电系统配套试验、制动系统性能参数及制动控制模式、列车通讯网络实验等。

主要设施配置：整车滚动综合性能试验台、辅助供电系统试验台、制动模拟试验台、整列车网络控制综合试验台、空调配套试验台、车端关系综合试验台、人机工程试验台、静态调试厂房及设备、动态试验线、环线及正线综合性能试验装备等。

4 车体及部件气密性实验

4.1 主要任务

主要任务是围绕车体结构轻量化开展高速列车车体及其零部件的车体气密性研究和能量吸收研究。

4.2 试验内容

整车结构气密疲劳强度、研究车体材料、焊缝对气密疲劳强度的影响。

4.3 试验项目

整车结构气密疲劳强度试验、零部件的气密性试验。

主要设施配置：车体及部件气密性试验台。

5 振动模态实验室

5.1 主要任务

主要任务是开展车体、转向架及整车的振动模态试验，通过路谱再现等方法，对转向架悬挂参数与车体模态响应进行深入研究，解决列车振动、噪音等问题。

5.2 试验内容

实现整车、车体的路谱回放，用以研究整车的振动性能、悬挂系统减振效率，研究车体、内装及车下吊挂的结构振动特性；研究车上局部结构弹性振动特点，为提高乘坐舒适性提供研究工具。

测定转向架的特性参数，包括：悬挂系统的刚度、阻尼，转向架的质量特性参数，柔度系数、倾覆系数；验证动力学强度仿真分析模型；研究不同转向架结构形式对整车振动状态的影响；噪声源研究。

5.3 试验项目

整车振动模拟试验、噪音试验。

主要设施配置：整车模拟振动试验台、噪音试验台。

6 可靠性实验室

6.1 主要任务

通过开展转向架构架、轮轴、车体及其它与之相关的核心关键零部件试验研究，从而优化结构，提高产品可靠性。

6.2 试验内容

对高速动车组轮轨关系进行研究，主要包括轮轨接触区域的力学计算分析；车轮踏面接触区域的几何特性分析；车轮踏面对行车安全性的影响，及车轮踏面和钢轨型面的几何匹配关系。

对转向架动力学性能进行可靠性研究，主要包括转向架安全通过曲线模型的建立、非线性运动稳定性和运行平稳性的研究、转向架两系悬挂参数的动力学仿真等。

对研究转向架的参数进行可靠性研究，主要包括转向架系统的性能与零部件性能匹配性研究；转向架零部件损伤与运营环境的关系；关键部件损伤对转向架系统整体性能的影响等研究。

对转向架的结构进行可靠性研究，主要包括车轴与车轮的疲劳强度、构架的疲劳强度、弹簧的疲劳强度等，同时实验研究制造工艺、材料选择对其的影响。

铝合金轻量化车体结构及其强度研究、大型中空薄壁挤压型材研究、焊接结构变形控制技术研究、其他关键部件强度分析技术。

6.3 试验项目

转向架静强度及疲劳试验、轮轴试验、列车集成结构件振动冲击试验、车体强度试验。

主要设施配置：转向架静强度及疲劳试验台、轮轴试验台、列车集成结构件振动冲击试验台、车体强度试验台。

7 结论

针对高速列车系统集成、车体、可靠性等关键技术的研发，是自主开发200km/h以上等级自重轻、性能好、满足不同层次需求和不同运用条件的新型客车系列产品；开发满足既有线提速要求的200km/h等级摆式列车系列产品，是掌握时速350km及以上动车组核心技术的技术保障。

参考文献

[1]熊伟.高速列车系统集成国家工程实验室的关键研究领域[J].城市轨道交通，2010（2）：73-76.