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中國高鐵為何能“杯水不灑、立幣不倒”(嘮“科”)

  如今,乘坐高鐵已成為人們日常出行的重要方式。從熱帶海濱到北方草原,從戈壁沙漠到崇山峻嶺,中國高鐵成為一道亮麗的風景。

  數據顯示,截至2024年底,我國高速鐵路營業里程達4.8萬公里。我國是世界上高速鐵路運營里程最長、商業運營速度最高、高鐵技術最全面、運營場景最為豐富的國家。

  中國高鐵為何又快又穩?這背后藏著不少科技奧秘。

  就動車組而言,既要采用大功率牽引動力,提供足夠的牽引力,達到列車最高速度、加速度性能和爬坡能力等動力性指標,又要有可以滿足列車安全、可靠、平穩運行要求的車體、轉向架、制動系統等。

  “快”的秘密,還藏在流線型的車頭中。因為速度越快,空氣阻力越大,采用流線型車頭、加大長細比,能夠減少阻力系數,提高運行速度。比如,復興號CR400BF的“頭型”比和諧號長2米左右,整體形態更具流線型,使其運行阻力降低了12%,因此列車更快、更節能。

  車頭兩側的導流槽,則是動車組“穩”的原因之一。當列車高速運行時,氣流會帶來向上的抬升力,讓車頭“發飄”。應用導流槽,有利于引導空氣從鼻錐流到導流槽產生向下的壓力,如同附加了一雙強有力的“手”,助力列車平穩疾行。

  動車組跑得又快又穩,還要歸功于轉向架。轉向架,被稱為高速動車組的“飛毛腿”,是在構架上裝有兩個輪對組成的“小車”。它可用于鐵路車輛轉向,配合道岔完成拐彎。

  轉向架如何適應高速運行?隨著速度的提高,車輛可能會出現失穩現象,一旦失穩,車輪將沖擊鋼軌,甚至造成脫軌。高速轉向架通過采用軸箱彈性定位、空氣彈簧、軸箱彈簧、各類減振器、弧形車輪踏面等,避免在車輛運行速度范圍內運動失穩。高速動車組轉向架的失穩臨界速度可達到500千米每小時以上,這讓我國高速鐵路運行具有較高的安全冗余。

  安全平穩運行,軌道也功不可沒。高速鐵路的線路盡可能取直,減少彎道,且力求平順。鐵路軌道由橋梁、隧道、路基來支撐,由于它們的結構不同,剛度和沉降規律也不同。為此,鐵路部門專門在它們之間設置了過渡措施,控制鐵路的豎向差異沉降。尤其是無砟軌道路基,其差異沉降的標準是嚴苛的5毫米。

  高鐵的軌道,由500米長的鋼軌無縫連接組成。其中,焊接接頭軌頂行車面導向面的平直度要控制在0.2毫米。同時,焊接接頭要能夠承受1噸重的鐵錘從5.2米高度落下的沖擊,做到不裂不斷。平時,還要用鋼軌打磨車進行養護打磨,確保高鐵軌道始終處于最佳狀態,提高平順性。

  從一個零部件到一條軌道、一列動車,高鐵蘊涵的科技含量還有許多。正是這些“黑科技”,保障高鐵跑得又快又穩,讓高鐵上“杯水不灑、立幣不倒”成為現實,也讓通達的高鐵更好便利人們生活、助力經濟社會發展。

  (作者為中國鐵道科學研究院研究員,本報記者李心萍采訪整理)

  《 人民日報 》( 2025年01月11日 06 版)

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