科学视点

总书记对高铁发展提出了新要求,高铁人该如何再发力再创新?

19日,习近平总书记乘坐京张高铁赴张家口赛区考察工作时指出,我国自主创新的一个成功范例就是高铁,从无到有,从引进、消化、吸收再创新到自主创新,现在已经领跑世界。要总结经验,继续努力,争取在“十四五”期间有更大发展。

如今,高铁已成为我国装备制造的一张亮丽名片。那么,我国高铁经历了哪些发展阶段,实现了哪些重大突破?“十四五”期间,又将如何再发力再创新,实现更大发展?1月21日,科技日报记者走访了高铁领域的相关领导与专家。

我国线路建设起步晚

50多年在中车人眼里,我国铁路百年沧桑巨变,高铁的快速发展全面开启了现代化铁路强国新征程。这段波澜壮阔的发展历程,凝聚着一代又一代铁路人的梦想和奋斗,更是见证着中华民族百年复兴伟业。

“2015年以来,习近平总书记先后三次视察中国中车,指出‘高铁是我国装备制造的一张亮丽的名片’,勉励中车要持续领先领跑,实现新旧动能转换,永远掌握主动权,给我们全体中车人以极大的鼓舞和激励。”中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司(以下简称“中车戚墅堰所”)党委书记、董事长王洪年说。

王洪年告诉记者,我国铁路根据发展特征,可以分为萌芽期、再萌芽期、成长期和跃迁期。最早出现的铁路是1876年通车营业的吴淞至上海的铁路,首台机车出现的时间是1881年,而完全自建的铁路是1905年开始修建的京张铁路,也是首条不使用外国资金和人员、由中国自行建设完成并投入营运的干线铁路。

所以从这个起步时间来看,我国铁路无论是装备还是线路建设,要比英美等国家晚50多年的时间。

我国是在怎样背景下,加速发展轨道交通,推动铁路大提速?

“一定程度上是被逼出来的,是市场竞争的结果,如果当时再不提速,中国铁路就要步入‘夕阳时代’了。”王洪年说,进入90年代后,随着改革开放的推进,空运、高速公路得到了快速发展,抢走了铁路大部分市场,铁路的生存和发展面临着有史以来最严峻的考验,并且当时全国列车平均旅行时速只有48公里多一点。

王洪年介绍,当时的情形与国外六七十年代有些类似,发达国家的突围方式是积极研究、采用高新技术和先进手段,推动铁路科技进步,所以世界轨道交通也是在六七十年代得到复兴,并在客运高速、货运重载等方面取得了很多突破性的进展。

“那时,尽管我国铁路经过90年代之前的发展,铁路机车车辆的生产能力大幅提高,结束了靠进口机车车辆的历史,但升级换代的产品不足,不能满足提速、高速、重载运输发展的要求,机车车辆工艺还停留在传统设备和工艺阶段,制造水平和国际先进水平相比,存在着很大的差距。”王洪年说。

中车戚墅堰所总经理王文虎告诉记者,当时我国铁路发展明确了两大重心,一是加快产品升级,开发满足提速、高速、重载运输需要的机车车辆,以及发展城际快速列车等新产品;二是生产制造“上质量、上水平、上档次”,这些都对材料工艺等基础技术及关键零部件制造提出了更高的要求。

“到1997年,我国铁路开始产业跃迁期。近20多年来,铁路产业再次焕发新的活力,开启了新的发展,包括前后6次大面积提速以及高速铁路、客运专线、城际铁路等创新技术运用、新型轨道交通装备的出现等等,都是出现在这一阶段。”王洪年说。

“应该说,这期间,中国城市轨道交通也开始起步,我们开展了城市轨道交通车辆关键零部件的开发,包括齿轮箱、联轴节等关键零部件,也就是在这个时候开始全面进入城市轨道交通领域。”中车戚墅堰所副总经理、总工程师靳国忠说。

铁路提速是一个系统工程

“铁路提速是一个系统工程,包括机车车辆的各个部分以及线路的改造升级,不仅要跑得快,还要跑得稳、停得住。所以,我们集中力量也研制了适应开行速度达到200公里动车及客车的盘形制动装置,以及用于铁路养护的大型养路机械产品,包括清筛机、捣固装置、稳定车、碴车等等,都有效的支撑了无论是车辆,还是到线路的改造升级。”靳国忠说。

王文虎告诉记者,中国实现铁路大提速,是举国之力和多方协同创新的成果。其中,1998年,中车戚墅堰所参与研制的“春城号”,用于昆明世博会的电动车组,时速200公里。2000年以来,通过产学研合作,我国先后研制出试验速度达到260公里的“蓝箭号”、最高时速292.8公里的“先锋号”、曾创造了当时“中国铁路第一速”321.5公里的“中华之星”。

“这些代表性自主动车组的齿轮传动系统都是戚墅堰所研发的,其中‘中华之星’的齿轮箱在试验速度达到400公里的时候,也未出现任何异常,并在后来经受住了53万公里的运行试验。”王文虎说,这是在技术引进之前,中国自主研发水平的顶峰,也是技术积累非常关键的阶段。

王洪年还介绍,2004年4月,国务院召开专题会议研究铁路机车车辆装备问题,提出“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的总体要求,促使2004年成为中国铁路发展的转折年。

在王洪年看来,我国第6次大提速相对前5次提速是一个质的飞跃,不同于原来在既有线路上的再提速,而是着眼于新建高速客运专线,并将最高运营时速逐步提升到350公里。在第6次大提速,以及引进消化吸收再创新的过程中,我们承担了基础制动、车钩缓冲、减振降噪等关键零部件的技术引进和国产化,也经历了与齿轮传动产品类似的蜕变历程,为攻克高速动车组的9大关键技术和10项配套技术做出了贡献。”王洪年说。

中车戚墅堰所副总工程师、技术研发中心主任、首席技术专家王有虹介绍,齿轮传动系统由齿轮、箱体、轴承及润滑机构等组成,是高铁列车的动力传动装置,负责将电机的动力传送到列车上,让列车实现高速行驶,是高铁列车核心部件之一。380公里的时速,从动齿轮的线速度需要达到每秒100米以上。如此高的转速,对齿轮本身的性能、齿轮间的啮合、箱体的密封可靠等,都提出了极大的挑战。

“当时,我们也考虑到国外技术虽然有优势,但未必能完全适应国内的各种工况,所以在项目进展过程中,我们不仅进行了全面的技术消化吸收,更开展了一些创新性的研究,其中最关键的就是从动齿轮的研制。”王洪年说,这正好发挥我们材料工艺的优势和数十年的技术积累,在经历了反复的研究和数十次的试验后,最终选用了一种新的合金钢材料,热处理和加工工艺要求更高,性能也比原型产品更好。”

“我国自主研制的CRH380型高速动车组,是中国高速列车的一个标志性产品。这标志着我国真正掌握了350公里的高速列车技术平台。”靳国忠说。

CRH380A动车组齿轮箱驱动装置的试验验证也是非常复杂和苛刻的,各种模拟工况的加载,温度、噪音的测量等等,都有严格的要求。虽然看起来只是一个齿轮传动系统,但包括箱体、齿轮、联轴节等10大部件,共计95个类别,近460多个小零件,统筹协调、同步推进都很重要。功夫不负有心人。

2010年,该项目组用“5+2”、“白加黑”的工作模式,提前完成研制任务,顺利试装到CRH380A高速动车组上。紧接着,CRH380A高速动车组在京沪线上跑出了486.1公里的最高运营时速,刷新了世界高铁速度,宣告了中国高铁开始进入高速发展的新时代。

值得一提的是,这一阶段中车戚墅堰所无论是设计技术能力,还是批量制造能力都跨上了一个新的台阶。研制的齿轮传动系统、减振降噪装置、钩缓制动系统等关键零部件,助力“复兴号”高速列车迈出从追赶到领跑的关键一步,让列车跑得快、行得稳、停的住,安全奔驰在祖国广袤的大地上。

目前,他们在动车领域已经实现160-350公里速度等级的全覆盖,城轨领域也实现时速120公里、140公里速度等级各型产品的全覆盖,整体技术处于国际领先水平。

再创新实现技术自立自强

中国中车党委书记、董事长刘化龙谈道,几十年来,中国中车始终坚持把科技创新作为第一动力,瞄准科技创新制高点,主动承接国家科技体制改革先行先试任务,积极承建国家高速列车技术创新中心,全面推动实施重大科技攻关专项,持续深化原始创新、集成创新、引进消化吸收再创新,持续加强自主创新,探索出一条依靠科技攀高峰的强企之路。

实践证明,只有秉持明志笃行、固本培元的创新方略,坚定不移自主创新,走科技自立自强之路,掌握核心技术方能成就“国之重器”。

近5年多来,我国高铁重大科技创新成果不断涌现,让“复兴号”奔驰在祖国广袤的大地上,让重载列车技术在大秦线创造了重载铁路世界纪录,让城轨地铁形成系列化、多样化、多制式的产品谱系。2019年5月23日,时速600公里高速磁浮试验样车成功试跑。

记者了解到,“十三五”期间,我国高铁公里时翻了近一番。目前,全国铁路营业里程由12.10万公里增加到14.63万公里、增长20.9%,高铁由1.98万公里增加到3.79万公里,复线率由53.5%增长到59.5%,电气化率由61.8%增长到72.8%,“四纵四横”高铁网提前建成,“八纵八横”高铁网加密成型。

“铁路总体技术水平迈入世界先进行列,高速、高原、高寒、重载铁路技术达到世界领先水平,推进智能高铁技术全面实现自主化,复兴号高速列车迈出从追赶到领跑的关键一步,铁路事业呈现出勃勃生机。”中国国家铁路集团有限公司相关领导说。

站在“两个一百年”奋斗目标的历史交汇点上,面对新时代新形势新要求,按照“十四五”发展规划,2021年,我国将高质量推进川藏铁路工程建设,扎实推进西部陆海新通道、长江沿岸高铁、京津冀城际铁路网等重点工程建设,投产铁路新线3700公里,以优异成绩庆祝中国共产党成立100周年。

“今年起,我们将着力构建产学研用深度融合、开放协同、自主可控的科技创新体系。加快推进国家创新中心、国家工程实验室、国家重点实验室等国家级研发机构建设,进一步提升仿真测试、检测试验、智能制造等基础平台能力。加速突破关键技术短板,加强关键共性、前沿引领、颠覆性技术创新,全面掌握轨道交通装备核心技术,实现技术自立自强。同时,加快动车组、新一代电力、内燃、新能源及多源制机车等创新成果转化,为建设交通强国提供强大装备支撑。”刘化龙表示。(受访者供图)


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