无接触网供电城轨列车
2021-11-21李叶
李叶
中车唐山公司通过对轨道交通领域非接触式供电技术的研究，研制出了高效、大功率的无接触网供电城轨列车，推动“中国制造2025”高端制造业进程。在国内首次搭载感应式无线供电系统，创新了轨道交通新型供电制式，填补了该供电制式在国内轨道交通行业的空白。
全碳化硅永磁牵引系统高端配置，实现列车高效节能。通过碳纤维、无磁钢等新型材料的应用，使车辆具有强度高、重量轻、电磁辐射安全性强等显著优势。车辆充分考虑人机工程学特征和人文关怀，绿色环保、轻量节能、平稳舒适、数字智能、安全优质，工业设计富有开放性、包容性、结构感，简洁而富有张力。列车采用新一代城轨平台设计，可以实现灵活编组，关键系统模块化配置，车辆轴重轻，转弯半径小，可从容适应各种线路条件，完全覆盖欧洲、中亚等潜在市场既有基建设施的运行标准;可以匹配世界不同地区的文化特点和特殊功能要求，满足新兴市场最新的基建限界要求和基于供电形式的新型运营模式需求。
车辆完全适应“一带一路”新基建的景观要求和灵活布局的总体规划，车辆的研制形成自主化非接触供电制式车辆核心技术及规范标准体系，极大提升了我国轨道交通装备制造业的国际竞争力、自主创新能力和产业化能力。技术团队带头人王志伟是中车资深专家、教授级高级工程师，现任中车唐山机车车辆有限公司副总工程师，一直致力于轨道交通装备的研发、制造、服务技术研究与创新实践。
设计 王志伟
《设计》：城轨列车的设计有哪些特点及难点？工业设计在其中起到怎样的作用？
王志伟：城轨列车是服务于城市内旅客的轨道交通装备，同时也是城市公共交通系统的重要组成部分，它的设计首先需要满足安全性、运载能力、速度等级等功能性指标要求，还需要具备良好的旅客界面、靓丽的外观造型等人文元素特征，而最重要的是通过优异的设计，用最小的空间、最轻的重量和最低的能耗实现上述目标。如何将众多的需求目标在城轨列车上实现和谐统一、综合最优，就是它的设计难点，而工业设计恰恰是解决难点的方法和手段。优秀的工业设计兼顾美学风格与人机工学，能够实现功能与审美的完美融合。
《设计》：请介绍—下中车唐山的设计研发团队。
王志伟：中车唐山机车车辆有限公司是中国中车股份有限公司核心子企业，主要从事轨道交通装备的研发、制造、服务、检修等产业，是国家首批91家创新型企业之一，也是国家确定的铁路装备现代化重点企业。中车唐山公司拥有一支具有不同专业层次、年龄结构合理的技术人员队伍，无接触网供电城轨列车设计团队集合了中车唐山公司核心骨干，团队平均年龄不到35岁，高级工程师占比达到40%，是一个经验丰富又充满朝气的团队，其中80后和90后已经成为项目设计团队的主力军。团队成员专业构成合理，包括工业设计、结构设计、电气设计、动力学、电磁兼容、减震降噪等多学科的专业工程师，具有极强的创新能力，为无接触网供电技术探索和工程实践奠定了基础。
设计团队的80后代表潘硕，是无接触网供电城轨车辆的总体主管设计师。为了保证车辆能够适应一带一路沿线国家不同基建形式，保证车辆平台能有更宽广的市场应用范围，潘硕带领团队开始研究车辆轻量化和绿色节能技术。要想车辆顺利运行在欧洲中亚的大地，车辆轴重必须控制在11T以下，而采用传统车辆结构远远超过这个指标。“我们的产品要坚持‘国际标准，中国特色，欧美制定的技术路线不一定就是最优的，欧美做不出来的技术也不意味着一定无解”，潘硕带领着设计团队对车辆每一个子系统的减重方案进行计算、试验，对车体的每一个减重孔进行分析和研判，最终保证车辆设计既足够“轻”，也足够“强”，使车辆既可以在欧洲中亚的历史街区运行，又可以满足一带一路新基建的技术要求，为城市轨道产品“走出去”奠定了技术基础。
设计团队的90后代表黄硕，是无接触网供电城轨车辆的工业设计主管，项目成立之初就下了“要打造一款国内领先的有轨电车工业设计方案”的决心。在车辆内外部的工业设计风格定位上，选择了进一步突出时代感和科技感的方向，通过对设计元素进行提炼与优化，选定适合的造型、色彩、材质、工艺等体现产品形态的要素，最终完成方案设计，并通过设计引导了车辆造型、结构、工艺的整合优化，推动设计与制造的融合。
《设计》：“无接触网供电”城轨列车对于所在城市和乘客来说意味着什么？
王志伟：对于城市来说，街道空中的“网”不见了，车辆的“辫子”全部剪掉了，不但城市景观得到了极大提升，更重要的是，轨道交通沿线的建筑规划将更加自由，轨道交通沿线商业开发可以大幅提升，如车站处商业综合体的限高完全解除，过街天桥架设限制取消。总的来说，就是整个轨道交通系统和城市的融合更加和谐一体了，
《设计》：新型无线供电制式城轨车辆在国内首次实现轨道车辆供电制式由“有线”到“无线”的突破，打破了发达国家对轨道交通车辆无线供电制式的技术垄断，这项研究进行了多长时间？攻克了哪些技术难关？
王志伟：国外对轨道交通无线供电技术进行了严密封锁，论文、专利均没有对外公开，所能了解到的仅为公开报道中的只言片语。设计团队历经5年的研究，实现了“可行性分析→拓扑结构设计→原理样机→工程样机→工程化运用”的技术跨越。其中电磁辐射和涡流效应的抑制是无线供电技术的核心难点，研发團队通过选择合适的材料并结合针对性的结构设计，结合大量的试验及结果的采集分析，建立了可靠的仿真方法，再通过仿真计算指导结构设计，最终实现了设计的车辆车厢内电磁辐指标优于国外同类产品，涡流效应对车辆外壳的影响符合标准要求的目标。
《设计》：“无线”是否是轨道列车发展的主流方向？中车唐山未来将继续在哪个方向深耕拓展？
王志伟：“无线”是未来中低运量城市轨道交通发展的主流方向，本项目研发的非接触供电是实现“无线”技术手段中的一种。中车唐山公司将在未来深入研究非接触供电与超级电容、锂电池等储能元件的混合供能方式，结合城市运营模式和十四五新基建的要求，继续提高无线供电技术在轨道交通领域的经济性和适应性，为该技术大规模产业化应用继续努力。
元素分析
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