2023年6月28日,湄洲湾跨海大桥,由我国自主研发的复兴号高速综合检测列车以单列时速453公里、交会时速891公里的时速飞驰而过。“新技术部件性能有效”“各项指标表现良好”,听到这一结果,屏幕前参与测试的北京交通大学结构强度检测实验室团队师生终于松了一口气。
三代交大人接力守望 飞驰在轨道上的“交大梦”
从时速35公里到350公里,惊艳世界的“中国速度”背后,有众多来自高校的科研团队保驾护航,北京交通大学结构强度检测实验室团队就是其中之一。
作为轨道车辆的重要支撑,转向架等各关键部件的强度直接关系到车辆的服役安全性。一旦不能满足安全运行要求,就必须进行结构可靠性提升,否则极易造成严重的安全事故。
早在上个世纪90年代,伴随中国铁路事业快速发展,结构可靠性的重要性、紧迫性开始凸显,北京交通大学结构强度检测实验室团队应运而生,开始致力于轨道交通结构可靠性研究,并在此基础上建立了轨道车辆结构可靠性评估体系。
实验室成立以来,承担了铁路六次大提速和高铁运行的车辆结构强度评估任务,围绕轨道交通安全运营开展了大量测试工作,为保障我国轨道车辆的安全运行和正常运营秩序作出了重要贡献。
“就像医生给病人诊断病情一样,我们给轨道车辆诊断‘病情’。”实验室主任孙守光教授介绍说,通过系统地检测与评估,迅速确定轨道车辆结构是否具备足够的可靠性,能不能满足全生命周期的安全运行要求。
“这项工作并不是从零起步的,而是三代北京交大人智慧的结晶,在我们之前已经有两代交大人一直在瞄准这个领域,做了大量的研究,并在实践检验的基础上建立了一套科学有效的理论和技术体系,这些研究和应用一直到现在都在延续。”孙守光回忆道。
“当然我们也在不断开展一些前瞻性、创新性的工作,比如我们正在开展轨道车辆转向架构架的载荷谱研究,通过这项技术,我们可以把一个转向架构架所受的几十个力全都能准确地测试出来,目前我们已经建立了一套成熟可靠的载荷谱体系,并且在一定范围应用,希望未来能够以此建立相关领域的‘中国标准’乃至‘世界标准’。”
应国所需倾力集结 助力中国高铁“加速度”
作为国家“十四五”规划确定的重大科研项目,“CR450科技创新工程”旨在为我国新一代动车组研制和运营提供强有力技术支撑。为确保新一代动车组研制成功,需要对新型动车组的新技术部件开展大量仿真计算、台架试验和线路试验,这其中结构强度可靠性试验研究相关工作至关重要。
按照国铁集团CR450科技创新工程总体部署,在科信部、机辆部的统一领导下,2023年4月—7月,结构强度检测实验室参与CR450动车组新技术部件换装科学研究试验。在孙守光部署指导下,实验室全体教师、10余名科研助理及20余名研究生,开展了动车组车体和转向架等关键部件的动应力和载荷测试,为保障高速试验安全和CR450动车组研制提供了技术支持。
“作为一线科研人员,能够参与CR450科技创新工程,是我们高校科研人员的幸事,同时也是新的挑战。”作为此次试验工作组负责人,北京交通大学机电学院王文静教授此前曾全程参与了时速350公里复兴号动车组的研制,但对她而言这次测试意义还是大有不同。
“此次试验时度高达450公里,换装的新技术部件多,实验室负责的测试项目多,试验过程中的每一处细节考虑不周都有可能导致测试无效,甚至带来试验风险。”为了确保测试顺利进行,结构强度检测实验室提前做了大量的前期准备。
基于前期积累的丰富测试经验,团队模拟真实线路运行条件,综合考虑振动、气动等影响因素,提出测试方案并进行了多轮预演。试验前,团队根据现有标准和以往试验结果,对多个试验参数设置安全限值,试验过程中现场实时监控动车组关键部件振动加速度和应力等多项参数,一旦发现某项参数接近或超过安全限值,就需要立即降速运行;若试验存在一定风险,则立即停止试验。
挥洒青春见证非凡 当好中国速度“守护者”
每天凌晨4、5点起床,跟车监控参数、采集数据、下载数据,下午回到驻地与团队一起分析数据、结果讨论、布置工作……这是长达50天的福厦试验期间团队成员每天的工作状态。
“本次试验,我们团队总共布置了1000多个测点,分布在两列动车组11辆车厢的车内外各个位置,单是传感器和设备安装调试,就连续耗时一个多月,五一假期实验室全员没有休息。试验期间,团队成员每天晚上都要对测点进行维护检查,遇到测点异常问题,需要及时现场进行处理。在试验前半段,有大量数据需要分析,突发情况也比较多,大家几乎每天平均都只能休息4—5个小时。”团队成员杨广雪副教授回忆说。
时值入夏,动车组停放库比较闷热,入库作业人员需要穿工作服,在闷热的车厢内外穿梭,工作十几分钟衣服就湿透了。为了确保试验项点检查和维护顺利,团队测试人员经常会带上几瓶结冰的矿泉水,这样就能保证测试过程中不会中暑。“虽然测试现场条件艰苦,但没有一个人抱怨,能够参与到中国高铁新一代动车组研发过程中,大家都很自豪。”
此次参与测试的团队成员,其中有20余名在校学生。作为未来的“铁路人”,他们同样累并快乐着、成长着。
“作为一名北京交大车辆工程专业结构强度检测实验室的学生,能够参与到这样一次里程碑式的CR450新部件换装高速试验,感觉很荣幸,希望通过我们的努力,能保障试验顺利进行,能为CR450创新工程动车组研发贡献力量。”机电学院2022级硕士生孔帆兴奋地说。
“我的博士论文研究方向就是高速动车组包覆结构振动疲劳,通过此次参与试验,不仅真正从采集信号上看到速度、线路等变化对包覆结构振动和动应力带来的影响,而且在与学校、企业老师们的讨论过程中,感受到加强基础理论学习以及理论联系实际解决现场问题的重要性。”在参与测试过程中,机电学院博士生吴庆表示此行收获满满。
“我们迈出的每一步,都在见证中国轨道交通事业的跨越和发展。”中国高铁的速度见证着中华民族伟大复兴的光辉篇章,也承载着中国人对民富国强矢志不渝的梦想。在绵延的铁路线上、跳动的电脑屏幕前,结构强度检测实验室团队用智慧和汗水,守护中国高铁一路加速前行。