全新时速400km动车组要来了!据调查国内没有铁路能跑,有何意义

早在2017年9月,我国复兴号CR400动车组就已经在京沪高铁正式开始全面上线,并以350公里的时速成为了世界高铁的标杆。而在今年年初,根据央视官方透露,由国铁集团牵头打造的CR450动车组科技创新工程预计将在今年下线,并以400公里的商业运行时速超越CR400动车组,成为世界高铁运营速度之最。
CR450科技创新工程包括CR450动车组、时速400公里线路、桥梁以及隧道等基建创新。国铁集团在2024工作会议中表示,今年集团会持续优化CR450科技创新工程,打造更安全、环保、智能的复兴号新产品。
但CR450工程有个弊端,那就是现在国内高铁线路的最高预留时速普遍是没有400公里的,即使是国内设计标准最高的京沪高铁,最高预留时速也只有380公里,这就引发了广大群众的一个疑问:CR450科技创新工程是否过于超前?400km的时速又是否只是秀肌肉的噱头?
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国产高铁新突破
中国高铁命名有着严格准则,比如CR450动车组,CR是China Railway中国铁路的缩写,450则表示该动车组实验运行时速450公里,商业运行时速400公里。
目前中国现有复兴号动车组分别是CR400、CR300、CR200,对应时速分别为350公里、250公里、160公里
2021年1月我国正式启动CR450高速列车组研制,并被列入至国家十四五规划重大科研项目中。次年4月在先期试验中,CR450实验列车隧道单列时速达到403公里、明线单列时速435公里、相对交会时速则突破至870公里,三项均创下全新世界纪录。
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2023年6月CR450试验列车运行中,单列时速453公里、相对交会时速891公里,CR450动车组的研制再度取得了阶段性成果。人们对CR450的速度做过简单估算,如果按照时速450公里进行商业运营,京沪高铁全长不过1318公里,跑完全程大概只需要3个小时。
但这只是基于理论的计算,CR450真正行驶途中需要停靠多个站点,经历反复加速减速,实际行驶时长是无法做到3小时以内的。
具体可以参考时速350公里的CR400,加上靠站时间全程耗时要在6小时左右。并且CR450的商业运营时速最多只是400公里,也无法以450公里的实验时速投入运行。
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一列复兴号动车需要50多万个零件,组成覆盖机械、冶金、电力电子以及众多精密仪器。为了研制CR450动车组,国铁集团牵头联合行业先进企业、科研单位以及高校实现产学研的高度融合。在研发、制造、运维服务三大领域,形成了260个独立技术系统,单就设计生产零部件的核心企业就多达100余家,所关联的企业更是高达2100多家,涵盖全国20个省市。
将时速从350公里提升至400公里,看似只是数据上的小幅上升,背后却隐藏着巨大的技术挑战。让列车开的更快有两大要点,一是重量更轻、二是动力更强
就动力方面,根据中国铁道研究院首席研究院赵红卫介绍,CR400动车组牵引功率为9600千瓦,为了突破商业运行时速400公里的上限,CR450动车组将牵引功率突破到了11000千瓦
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这套上万千瓦的牵引系统,首次采用了永磁电机,在全力工作状态下,它的带电要在两千伏以上,每秒高达100转,功率提升了14.5%,CR450动车组也算开了先例。
为了降低重量,CR450动车组使用先进镁合金和碳纤维,在动力进一步提升的前提下,车体重量也要比CR400减少12%以上。同时运行阻力、能耗指标均减少20%,这无疑是一件耀眼的技术突破。
高铁列车最关键的不仅要跑得快,更要刹得住。据赵红卫介绍,CR450列车组最高时速的制动距离为6500米,与CR400保持一致。总的而言,CR450在自身时速更进一步的同时,依然保持了高标准的轻量化、高效、以及安全性。
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高铁的限制
如今中国高铁已经是全球最大的高铁运营网络,国内通车总里程超过4.5万公里,复兴号列车更是通达全国31个省市,累计22亿人次选择乘坐复兴号出行。而即将下线的CR450动车组,相信将进一步促进我国动车组技术创新,提升铁路自研能力,巩固中国高铁技术的领先优势。
CR400动车组2017年在京沪铁路投入运营时,最高运营时速为350千米,但它此前试验时所达最高时速是在400千米以上的,不过列车自动保护系统一旦触发会发生警报,接着强行降速至355公里以下。CR450也同样如此,它的试验最高时速450千米,但实际投入运营后预计不会超过400千米。
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为什么试验时速和运营时速会有差距?这无关乎车子的性能,具体与三个原因有关:
1.高铁行车压力大,像京沪高铁承担着京津翼和长三角大量的人员流动,单就徐蚌段每天客运量就高达260多列。为了让列车保持安全追踪间隔,复兴号列车不得不强行制定降速,如果在允许范围内随便跑,列车调度员随随便便就能跑到350以上。
2.铁路磨损,铁路的维修保养并非一朝一夕,而是长久之事,车速过快会加剧车轮、铁轨之间的磨损,这是铁路部门不愿看到的。
3.列车想要跑到最高试验时速,只靠自身配置是无法完成的,还需要相对应的高标准铁轨建造。比如CR450动车组想全力疾驰,就必须得上预留时速400公里的高铁线路。但这样的铁路目前几乎没有,纵然是国内建造标准最高的京沪铁路,最高预留时速也只有380公里。
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而CR450动车组,真正瞄准投入使用的,是成渝地区的成渝中线该线路设计时速350公里,但预留最高时速恰好是400公里,预计将在2027年全面建成。届时成都与重庆的群众将率先尝鲜到这一伟大科研成果。
高铁运营时速和轨道有者严格的配套标准,不会存在低速轨道升级后用来跑高速列车的事情,甚至高速轨道也不能随意跑低速列车,因为铁路的曲线半径、超高等标准必须与列车需求完美契合。
曲线半径是指铁路转弯处的弯曲度,像时速350km无砟轨道的设计曲率半径为7000米,最低不能低于5500米,一旦低于这个数值,列车在通过时就极易发生翻车脱轨,目前国内在曲率半径和车速之间制定了严格指标。
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超高则是指转弯处将外侧轨道垫高,这个指标同样严格苛刻,它关乎着乘客的舒适性和列车的安全性。380时速轨道就比350轨道的超高更高,曲率半径也更高。
有人可能会提出质疑,既然铁路建造标准如此严格,为何京沪铁路在建造时不预留400千米的最高时速呢,是否是政府眼光短浅导致?
这是因为高铁实际运营要考虑多方因素,一条轨道往往是多条列车组在运行,互相之间要保持安全追踪距离,因此轨道建设要因地制宜,并非越快越好
像京沪高铁徐蚌段的联调联试最高时速突破486.6公里,但在此之后依然保持350公里时速,测试和实际运用有着本质上的需求差别。
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无论如何,期待CR450动车组的运营能为中国高铁注入全新活力,CR450科技创新工程能让中国高铁再次前进迈出伟大的一步!