整个中国距离与时空的概念 被这项工程彻底改变!

来源:互联网新闻 时间:2020-04-29 14:50

假期出行,很多人都会选择乘高铁,但你恐怕不知道,在你假日生活里扮演了重要角色的,是有史以来规模最大的高速铁路网络,其2万公里的运行里程远超世界其他国家的总和,在上面以300公里时速奔跑的是处于世界领先地位的高速机车。从冰雪覆盖的高寒地带到热带海岛,这些高速机车让100多座城市紧密的连接在一起。

排名全球前列的高速车体

与空气对抗中跑出飞机的速度

青岛郊区,世界上最大的高速列车制造基地,中国近一半的高速列车在此被设计和制造出来,而车头焊接是整车制造最为关键的环节之一。在这里,72块特种铝合金板材,被无缝焊接在一起,自动焊接机器人以平均每分钟70厘米的速度向前推进。一列高铁机车的8节车厢,全部焊接长度达到18.4公里。它们绝大多数都由自动机器人来完成,最大程度地保证了焊接的精度。

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△ 自动焊接机器人

关系行车安全的转向架的生产工艺,是车辆生产中的另一个核心机密,特别是它的核心部件车轴的生产。空心车轴被精准地加工,精度误差被严格地控制在了0.1毫米以下。

这里每4天就可以为中国的高速网络提供3列全新的高铁机车,这种新型列车曾在正式运营线路上跑出了迄今为止的世界最高速度——时速486公里,不过对于这款高速列车的设计师丁叁叁来说,最难对付的敌人却是空气:当高铁列车以300公里/小时的速度行驶时,列车的阻力百分之八九十都来自于空气。

时速380公里就相当于飞机低速巡航的速度,而与飞机相比,高速列车还要面对地面气流的扰动、两车交汇时车体的激荡,以及车体通过隧道时气流的剧烈变化,这些环境都比天空要更为复杂。

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△ 丁叁叁团队设计的高速列车测试模型

尽管设计的车体已经是世界上具有最佳气动性能的车体之一,然而丁叁叁团队决定继续挑战自己,找到更加优化的车头设计方案。利用最先进的计算机虚拟技术计算出几种理论上最佳的车头优化方案,他们带着按照1:8实际比例缩小的高速列车测试模型,来到中国西南腹地中一个全球顶级的风洞群,验证设计的成败。

安装结束后的模拟测试,数据让他们有点沮丧。数据结果和理论值差异较大,他们需要马上找到产生这个结果的原因,这将是一个漫长的排查过程,意味着这一夜又是一个不眠之夜。

最后问题似乎找到了,之后最终的测试数据令人满意,优化后的列车不仅气动阻力减少了6%,其他的关键性能指标也更加优异。未来,经过空气动力学优化的车体将会被设计和制造出来,它会具有更高的强度、更光滑的车身、和更好的气密性能,相关数据在这个星球上可以骄傲地排在同类的前列。

高难度的高铁钢轨焊接

焊接精度在十分之一毫米级

一列高铁列车重量在460吨以上,以每小时300公里以上的速度飞驰,车轮跟铁轨的接触面积只有100多平方毫米,这个面积甚至还不及指尖的大小,这么小的面积上承载不断变化的复杂载荷,这要求轨道必须绝对的平整。因为当列车高速行驶时,如果轨道上有两根头发丝直径的凸起,轨道和车轮产生的冲击力将会达到七吨,这个力量对于高速行驶的列车,绝对是一个挑战。为了避免这种情况的发生,高速轨道的安装,被要求不能留下缝隙。

怎样才能焊接出一根真正的无缝钢轨呢?问题的答案来自安徽芜湖,中国最大的焊轨基地之一。在这里,为了尽量减少焊接,钢轨从出厂时长度就达到100米,几乎是普通钢轨的八倍多。这些“原始钢轨”被运到焊接基地后,焊接机将把这些100米长的钢轨再延长5倍。

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△ 钢轨焊接

焊轨车间内,两根钢轨相邻两端被电流加热到了1000度以上,然后通过压力让它们连接在一起。接下来通过安装团队研发的立体切削机床对焊接点进行高精度的打磨,同时完成检测。最终这个接口的精度被控制在十分之一毫米级,这是目前全球轨道焊接上的最高精度。

接下来有一个问题出现了:这根焊接过的钢轨已长达500米,如何才能把它吊装运往野外的施工地点呢?因为500米的长度让钢轨远远看去软得像根面条,如果吊装设备不能精准同步,钢轨受到挤压后,结构上产生的任何微小的变化都会对它的质量产生重大影响。不过焊接团队想出了解决之道:上百根钢轨被整齐堆放在一起,36台龙门吊成列排开进行吊装。

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△ 钢轨吊装

未来所有这些500米长的钢轨会被拉到施工现场焊接在一起,形成一根超长无缝轨道,然后被铺设到中国正在建设的高铁网络中,连接起无缝的超级钢铁高速交通网。

高铁上的神秘部件IGBT

为高铁机车的“心脏”嵌入中国标准

青岛四方,为沪昆铁路生产的机车已到了最后的收尾阶段。所有人都在等待着一个核心部件的到达,只有这个部件安装到位,一列高铁机车才能真正被激活。而这个部件的生产流程和参数,至今被看作是高铁列车生产的最高商业机密。

1000公里外的中国中部城市株洲就是这个核心部件的生产基地。此次是这个神秘区域第一次被许可进入拍摄。进入这里最为隐秘的车间,需要先完成一个复杂的仪式:换上消毒过的内衣,然后穿上全密封的一体化操作服、防尘鞋、消毒口罩,同时带上全密封手套进行消毒。全套过程至少要花费30分钟以上的时间,确认无误后才能被允许进入,因为这个车间洁净度要求达到十级,意味着每立方米内的微尘粒子不能超过10个,这是一个几乎可以用苛刻来形容的数据。

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△IGBT

这里生产的这个神秘的部件被叫做IGBT。列车高速奔跑的动力来源于电力,而IGBT正是对高速列车复杂的电力系统进行控制的芯片,可以毫不夸张地说,这里生产的芯片就是高铁机车的心脏。这个车间里的8英寸生产线是目前全球最先进的IGBT生产线,达到这个工艺水准的全世界也仅仅只有两条,而在这里生产出的这些指甲盖大小的芯片上,哪怕任何一个微小失误,对于高铁机车都将是致命的后果。

这里生产的是目前世界上最大功率等级的芯片,功率越高意味着发挥的效能越大,正是这款新型IGBT的出现,让中国新型的高铁列车能耗降低了近三分之一。今天一列中国标准的高速列车就需要3000枚以上IGBT芯片,只有它们同时精确完美的运转,才能保证列车以每小时300公里以上速度高速、安全运行。

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△停靠站台的高铁列车

每年临近春节时,中国的春运就会拉开大幕,40天的时间内将会发生30多亿人次的人口流动,相当于把这个星球近一半的人口都运输一次,而在中国通达高铁的100多个城市,高铁已经成为客运的绝对主力,以占铁路总量六分之一的里程承担了超过60%的运量。它覆盖人口达到7亿,每年连接数万亿美元的经济活动。

而到2025年,中国高速铁路网络将达到惊人的3.8万公里,覆盖中国240座中型以上的城市,它将彻底改变这片土地上距离与时空的概念,同时也将成为中国实力一个绝佳的展示!

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