無接觸網(wǎng)供電城軌列車

李葉

中車唐山公司通過對(duì)軌道交通領(lǐng)域非接觸式供電技術(shù)的研究，研制出了高效、大功率的無接觸網(wǎng)供電城軌列車，推動(dòng)“中國(guó)制造2025”高端制造業(yè)進(jìn)程。在國(guó)內(nèi)首次搭載感應(yīng)式無線供電系統(tǒng)，創(chuàng)新了軌道交通新型供電制式，填補(bǔ)了該供電制式在國(guó)內(nèi)軌道交通行業(yè)的空白。

全碳化硅永磁牽引系統(tǒng)高端配置，實(shí)現(xiàn)列車高效節(jié)能。通過碳纖維、無磁鋼等新型材料的應(yīng)用，使車輛具有強(qiáng)度高、重量輕、電磁輻射安全性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì)。車輛充分考慮人機(jī)工程學(xué)特征和人文關(guān)懷，綠色環(huán)保、輕量節(jié)能、平穩(wěn)舒適、數(shù)字智能、安全優(yōu)質(zhì)，工業(yè)設(shè)計(jì)富有開放性、包容性、結(jié)構(gòu)感，簡(jiǎn)潔而富有張力。列車采用新一代城軌平臺(tái)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)靈活編組，關(guān)鍵系統(tǒng)模塊化配置，車輛軸重輕，轉(zhuǎn)彎半徑小，可從容適應(yīng)各種線路條件，完全覆蓋歐洲、中亞等潛在市場(chǎng)既有基建設(shè)施的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn);可以匹配世界不同地區(qū)的文化特點(diǎn)和特殊功能要求，滿足新興市場(chǎng)最新的基建限界要求和基于供電形式的新型運(yùn)營(yíng)模式需求。

車輛完全適應(yīng)“一帶一路”新基建的景觀要求和靈活布局的總體規(guī)劃，車輛的研制形成自主化非接觸供電制式車輛核心技術(shù)及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系，極大提升了我國(guó)軌道交通裝備制造業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力、自主創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)化能力。技術(shù)團(tuán)隊(duì)帶頭人王志偉是中車資深專家、教授級(jí)高級(jí)工程師，現(xiàn)任中車唐山機(jī)車車輛有限公司副總工程師，一直致力于軌道交通裝備的研發(fā)、制造、服務(wù)技術(shù)研究與創(chuàng)新實(shí)踐。

設(shè)計(jì) 王志偉

《設(shè)計(jì)》：城軌列車的設(shè)計(jì)有哪些特點(diǎn)及難點(diǎn)？工業(yè)設(shè)計(jì)在其中起到怎樣的作用？

王志偉：城軌列車是服務(wù)于城市內(nèi)旅客的軌道交通裝備，同時(shí)也是城市公共交通系統(tǒng)的重要組成部分，它的設(shè)計(jì)首先需要滿足安全性、運(yùn)載能力、速度等級(jí)等功能性指標(biāo)要求，還需要具備良好的旅客界面、靚麗的外觀造型等人文元素特征，而最重要的是通過優(yōu)異的設(shè)計(jì)，用最小的空間、最輕的重量和最低的能耗實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。如何將眾多的需求目標(biāo)在城軌列車上實(shí)現(xiàn)和諧統(tǒng)一、綜合最優(yōu)，就是它的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，而工業(yè)設(shè)計(jì)恰恰是解決難點(diǎn)的方法和手段。優(yōu)秀的工業(yè)設(shè)計(jì)兼顧美學(xué)風(fēng)格與人機(jī)工學(xué)，能夠?qū)崿F(xiàn)功能與審美的完美融合。

《設(shè)計(jì)》：請(qǐng)介紹—下中車唐山的設(shè)計(jì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)。

王志偉：中車唐山機(jī)車車輛有限公司是中國(guó)中車股份有限公司核心子企業(yè)，主要從事軌道交通裝備的研發(fā)、制造、服務(wù)、檢修等產(chǎn)業(yè)，是國(guó)家首批91家創(chuàng)新型企業(yè)之一，也是國(guó)家確定的鐵路裝備現(xiàn)代化重點(diǎn)企業(yè)。中車唐山公司擁有一支具有不同專業(yè)層次、年齡結(jié)構(gòu)合理的技術(shù)人員隊(duì)伍，無接觸網(wǎng)供電城軌列車設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)集合了中車唐山公司核心骨干，團(tuán)隊(duì)平均年齡不到35歲，高級(jí)工程師占比達(dá)到40%，是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富又充滿朝氣的團(tuán)隊(duì)，其中80后和90后已經(jīng)成為項(xiàng)目設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的主力軍。團(tuán)隊(duì)成員專業(yè)構(gòu)成合理，包括工業(yè)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)、電磁兼容、減震降噪等多學(xué)科的專業(yè)工程師，具有極強(qiáng)的創(chuàng)新能力，為無接觸網(wǎng)供電技術(shù)探索和工程實(shí)踐奠定了基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的80后代表潘碩，是無接觸網(wǎng)供電城軌車輛的總體主管設(shè)計(jì)師。為了保證車輛能夠適應(yīng)一帶一路沿線國(guó)家不同基建形式，保證車輛平臺(tái)能有更寬廣的市場(chǎng)應(yīng)用范圍，潘碩帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始研究車輛輕量化和綠色節(jié)能技術(shù)。要想車輛順利運(yùn)行在歐洲中亞的大地，車輛軸重必須控制在11T以下，而采用傳統(tǒng)車輛結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個(gè)指標(biāo)?！拔覀兊漠a(chǎn)品要堅(jiān)持‘國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)特色，歐美制定的技術(shù)路線不一定就是最優(yōu)的，歐美做不出來的技術(shù)也不意味著一定無解”，潘碩帶領(lǐng)著設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)車輛每一個(gè)子系統(tǒng)的減重方案進(jìn)行計(jì)算、試驗(yàn)，對(duì)車體的每一個(gè)減重孔進(jìn)行分析和研判，最終保證車輛設(shè)計(jì)既足夠“輕”，也足夠“強(qiáng)”，使車輛既可以在歐洲中亞的歷史街區(qū)運(yùn)行，又可以滿足一帶一路新基建的技術(shù)要求，為城市軌道產(chǎn)品“走出去”奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的90后代表黃碩，是無接觸網(wǎng)供電城軌車輛的工業(yè)設(shè)計(jì)主管，項(xiàng)目成立之初就下了“要打造一款國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的有軌電車工業(yè)設(shè)計(jì)方案”的決心。在車輛內(nèi)外部的工業(yè)設(shè)計(jì)風(fēng)格定位上，選擇了進(jìn)一步突出時(shí)代感和科技感的方向，通過對(duì)設(shè)計(jì)元素進(jìn)行提煉與優(yōu)化，選定適合的造型、色彩、材質(zhì)、工藝等體現(xiàn)產(chǎn)品形態(tài)的要素，最終完成方案設(shè)計(jì)，并通過設(shè)計(jì)引導(dǎo)了車輛造型、結(jié)構(gòu)、工藝的整合優(yōu)化，推動(dòng)設(shè)計(jì)與制造的融合。

《設(shè)計(jì)》：“無接觸網(wǎng)供電”城軌列車對(duì)于所在城市和乘客來說意味著什么？

王志偉：對(duì)于城市來說，街道空中的“網(wǎng)”不見了，車輛的“辮子”全部剪掉了，不但城市景觀得到了極大提升，更重要的是，軌道交通沿線的建筑規(guī)劃將更加自由，軌道交通沿線商業(yè)開發(fā)可以大幅提升，如車站處商業(yè)綜合體的限高完全解除，過街天橋架設(shè)限制取消?？偟膩碚f，就是整個(gè)軌道交通系統(tǒng)和城市的融合更加和諧一體了，

《設(shè)計(jì)》：新型無線供電制式城軌車輛在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)軌道車輛供電制式由“有線”到“無線”的突破，打破了發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)軌道交通車輛無線供電制式的技術(shù)壟斷，這項(xiàng)研究進(jìn)行了多長(zhǎng)時(shí)間？攻克了哪些技術(shù)難關(guān)？

王志偉：國(guó)外對(duì)軌道交通無線供電技術(shù)進(jìn)行了嚴(yán)密封鎖，論文、專利均沒有對(duì)外公開，所能了解到的僅為公開報(bào)道中的只言片語(yǔ)。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)5年的研究，實(shí)現(xiàn)了“可行性分析→拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→原理樣機(jī)→工程樣機(jī)→工程化運(yùn)用”的技術(shù)跨越。其中電磁輻射和渦流效應(yīng)的抑制是無線供電技術(shù)的核心難點(diǎn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過選擇合適的材料并結(jié)合針對(duì)性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合大量的試驗(yàn)及結(jié)果的采集分析，建立了可靠的仿真方法，再通過仿真計(jì)算指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的車輛車廂內(nèi)電磁輻指標(biāo)優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品，渦流效應(yīng)對(duì)車輛外殼的影響符合標(biāo)準(zhǔn)要求的目標(biāo)。

《設(shè)計(jì)》：“無線”是否是軌道列車發(fā)展的主流方向？中車唐山未來將繼續(xù)在哪個(gè)方向深耕拓展？

王志偉：“無線”是未來中低運(yùn)量城市軌道交通發(fā)展的主流方向，本項(xiàng)目研發(fā)的非接觸供電是實(shí)現(xiàn)“無線”技術(shù)手段中的一種。中車唐山公司將在未來深入研究非接觸供電與超級(jí)電容、鋰電池等儲(chǔ)能元件的混合供能方式，結(jié)合城市運(yùn)營(yíng)模式和十四五新基建的要求，繼續(xù)提高無線供電技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性，為該技術(shù)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用繼續(xù)努力。

元素分析

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