復(fù)興號高寒智能動車在京哈高速鐵路線上飛馳
動車組在運行時對外界環(huán)境比較“敏感”，一旦溫度、風(fēng)力等不利于高速行駛，列車便會自動降速。這依靠的是在高鐵沿線設(shè)置的自然災(zāi)害及異物監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)配有各類傳感器，可以利用紅外線掃描等判斷風(fēng)速、積雪厚度等。
為期40天的2023年春運已經(jīng)正式落下帷幕。本次春運期間，我國東北地區(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，一列列高鐵列車仍在飛速馳騁，將旅客安全送達目的地。其中，既有已經(jīng)安全運行了十個年頭的世界首條高寒高鐵——哈大高速鐵路（以下簡稱哈大高鐵），也有剛投入運行的我國最北端高寒地區(qū)復(fù)興號高寒智能動車組。
在多項“抗凍”科技的守護下，“中國速度”正不斷拓展著高速鐵路的運行疆域。
極寒環(huán)境下運行面臨三大考驗
本月中旬，黑龍江省迎來了降雪天氣，最高氣溫在零攝氏度上下，空氣仿佛都要被凍住。如何給需要穿越嚴(yán)寒、滿身精密設(shè)備的列車“保暖”，成為運行在黑龍江省的復(fù)興號高寒智能動車組面臨的重要問題。
中國鐵路哈爾濱局集團有限公司車輛部副主任田金剛告訴科技日報記者，動車組在極寒環(huán)境下運行主要面臨三大難題。
首先是車輛底部的積雪問題。列車在高速行駛過程中，受到低溫影響，卷起的飛雪會凍結(jié)在車輛底部。車輛底部通常裝有設(shè)備艙、轉(zhuǎn)向架等。設(shè)備艙積雪會導(dǎo)致設(shè)備故障、車廂通風(fēng)換熱困難，同時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，則會導(dǎo)致機械部件卡滯、減振失效、制動盤及閘片異常磨耗等問題，直接影響運行安全。
其次是車體結(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，會使車體枕梁等關(guān)鍵承載部位出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破裂，給安全運行帶來極大隱患；而車體內(nèi)部的水循環(huán)系統(tǒng)及廁所用水在低溫下產(chǎn)生凍堵則會給旅客帶來不便，直接影響乘車體驗。
最后是列車在低溫條件下易出現(xiàn)空轉(zhuǎn)滑行問題。列車在零下40攝氏度啟動和運行時，容易出現(xiàn)空轉(zhuǎn)滑行，引起輪對擦傷。
針對上述關(guān)鍵難題，不久前投入運行的復(fù)興號高寒智能動車組均進行了具有針對性的改進設(shè)計。
在車輛底部抗積雪方面，復(fù)興號高寒智能動車組采用全新設(shè)計的設(shè)備艙側(cè)部裙板，設(shè)置了“高寒專屬”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9層結(jié)構(gòu)，在保證實現(xiàn)通風(fēng)功能的同時，還能夠有效防止冰雪從過濾網(wǎng)區(qū)域進入設(shè)備艙內(nèi)部。
而為了保證車輛用水正常，防止出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象，列車的水箱、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)在天寒地凍時依舊可以正常運行，保證旅客的正常使用。
在更為重要的車輛制動方面，復(fù)興號高寒智能動車組還首次大規(guī)模使用自動化防凍結(jié)功能。車輛在靜止時，每節(jié)車廂依次激活防凍結(jié)功能，使制動閘片和制動盤每分鐘松開55秒、抱住5秒，以確保制動系統(tǒng)安全可靠。
田金剛表示，總體來說，復(fù)興號高寒智能動車組所使用的材料、電氣元件以及車體、轉(zhuǎn)向架、供風(fēng)制動等系統(tǒng)部件均進行了耐低溫設(shè)計，使動車組具備了更強的抗寒性能，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行條件的考驗。
高鐵線路也在幫助列車御寒
在高寒地區(qū)行車，車輛不僅在工作時要注意“保暖”，“下班”后同樣需要精心養(yǎng)護，以確保安全運行。
中國鐵路哈爾濱局集團有限公司動車段副段長溫元尊向科技日報記者介紹，經(jīng)過多年實踐摸索，公司已經(jīng)形成了一套應(yīng)對嚴(yán)寒、冰雪天氣的運營安全措施。該公司自主研發(fā)的HTK-CBX01型高寒高鐵融冰除雪裝置，能夠通過圖像智能識別技術(shù)，自動識別轉(zhuǎn)向架積雪結(jié)冰狀況。在動車組“下班”入庫后，即可靶向?qū)χ攸c部位進行低壓溫水噴掃，快速剝離、融解轉(zhuǎn)向架積雪結(jié)冰。
“以往需要16人、耗時4小時才能完成一組動車組列車的融冰除雪作業(yè)，如今僅需要2人操作1小時便可完成，極大壓縮了動車組除冰作業(yè)時間，加快列車周轉(zhuǎn)效率。”溫元尊表示。
最新投入運行的復(fù)興號高寒智能動車組則吸取前期各車型的經(jīng)驗，不僅在“抗凍”方面進行了結(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的技術(shù)難度。
例如，復(fù)興號高寒智能動車組新加的“高寒專屬”濾網(wǎng)，相比此前車型，其裙板的開關(guān)檢查操作更加簡便，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)興號高寒智能動車組采用了高壓部件集成車頂高壓箱方案，能夠減少因雨雪等天氣造成的高壓設(shè)備額外維護，進而減少工作量、降低維護成本。
除了列車自身性能的不斷加強，高鐵線路也在幫助列車“御寒”。
溫元尊介紹，動車組在運行時對外界環(huán)境比較“敏感”，一旦溫度、風(fēng)力等不利于高速行駛，列車便會自動降速。這依靠的是在高鐵沿線設(shè)置的自然災(zāi)害及異物監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)配有各類傳感器，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)助列車穿越風(fēng)雪，高鐵線路本身也具備強大的“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)，會造成道岔尖軌尖端與鋼軌貼合不密。為此，鐵路部門改進了道岔融雪裝置，在道岔岔尖位置加裝電熱融雪板，采用電加熱方式和自動感溫、自動控制技術(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，地動山搖。這句話同樣適用于動車“抗寒”，“保暖”工作要從解決凍土問題做起。
“道路路基穩(wěn)定耐久是實現(xiàn)陸地交通功能的決定因素。”東北林業(yè)大學(xué)寒區(qū)科學(xué)與工程研究院教授、院長單煒在接受科技日報記者采訪時表示，我國東北地區(qū)地處歐亞多年凍土區(qū)南緣，面積廣闊，從南至北，跨越10個緯度，夏季最高氣溫達到45攝氏度，冬季極端低溫可達零下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，動車下的路基、鋼軌隨之沉降。凍土的反復(fù)凍結(jié)、融化就會使路基產(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)定與行車安全。
“由于動車行車速度快，對路面、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)變化對路基變形的影響，才能保證路基穩(wěn)定、道路運營安全和工程耐久。”單煒介紹道。
因此，中鐵五局集團有限公司哈牡高鐵項目部總工程師王志強介紹，在哈牡高速鐵路建設(shè)過程中，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”，對路基起到保溫作用，有效防止了路基凍脹變形。（◎?qū)嵙?xí)記者 都 芃）