国产“高强高导接触导线”助力高铁产业高质量发展
高质量发展是创新驱动的发展。习近平总书记指出,要坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位。党中央把创新的重要性提升到前所未有的高度。创新驱动是高质量发展的一个定义性特征,高质量发展就是创新作为第一动力的发展,只有创新驱动才能推动我国经济从外延式扩张上升为内涵式发展。我们必须充分认识到,由于世情国情发生深刻变化,科技创新对中国来说不仅是发展问题,更是生存问题。
时速350公里,营业里程3.6万公里,通达除西藏外的30个省区市……中国高铁以惊人的速度和广度一再刷新我国的“高铁版图”和纪录。供电系统作为高铁列车的“心脏”,在为列车提供源源不断的动力的同时,也是确保列车安全、高速、可靠、稳定运行的关键。
天津中铁电气化设计研究院有限公司总工程师王立天团队研发的“高速铁路用高强高导接触网导线关键技术及应用”,实现了我国高铁接触网导线的完全国产化。该成果经过10年在京沪、京津、京张、成渝等1.3万公里的高铁线路上的“挂网”运行,证实其性能领跑“世界高铁”。该项目也获得2020年度国家科技进步奖二等奖,同时项目获授权发明专利32件,SCI论文31篇,主编国标6项、行业标准2项。
《高速铁路用高强高导接触网导线关键技术及应用》科技创新成果的成功研制,首次实现了高强高导接触导线的规模化工程应用,支撑了京沪高铁先导段科技进步实现486.1km/h的高铁世界最高运营试验速度,是当前世界最高水平的接触导线,标志着我国高速铁路大张力接触网技术跃居世界前列。中铁电化院始终坚持科技兴企、人才强企战略,持续把增强自主创新能力、推进作为企业发展的核心竞争力,经过多年艰苦卓绝的努力,创造出了一系列具有独特竞争优势的核心技术和成果转化产品,为赢得国家科技进步奖建立了坚实的技术保障。
该项目现已推广应用至高速铁路、重载铁路和城市轨道交通等领域,累计运用超过2800条公里,安全服役8年以上。该项目的成功推广应用,为推进中国高铁实现从“跟随者”到“引领者”的跨越,为进一步研究时速400公里及以上高铁牵引供电技术发展提供了坚实的技术支撑。
动感中铁电化院:“高强高导接触导线”创新项目荣获2020年度国家科学技术进步奖二等奖
11月3日,中共中央、国务院在北京人民大会堂隆重举行了2020年度国家科学技术奖励大会。党和国家领导人习近平总书记、李克强等出席大会。中铁电化院作为第一完成单位主持完成的《高速铁路用高强高导接触网导线关键技术及应用》创新项目荣获2020年度国家科学技术进步奖二等奖,中铁六院副总工程师,中铁电化院首席专家、副总经理王立天作为第一完成人参加大会并领奖。
《高速铁路用高强高导接触网导线关键技术及应用》科技创新成果的成功研制,首次实现了高强高导接触导线的规模化工程应用,支撑了京沪高铁先导段实现486.1km/h的高铁世界最高运营试验速度,是当前世界最高水平的接触导线,标志着我国高速铁路大张力接触网技术跃居世界前列。中铁电化院始终坚持科技兴企、人才强企战略,持续把增强自主创新能力、推进科技进步作为企业发展的核心竞争力,经过多年艰苦卓绝的努力,创造出了一系列具有独特竞争优势的核心技术和成果转化产品,为赢得国家科技进步奖建立了坚实的技术保障。
该项目自2009年开始,历时12年,电化院作为此项目的第一完成单位,充分发挥产学研合作优势,与浙江大学、中铁电气化局集团有限公司、京沪高速铁路股份有限公司和相关厂家等单位合作完成。在该项目的研究过程中,得到了集团公司领导的大力支持,中铁六院副总工程师、中铁电化院首席专家、副总经理王立天,副总工程师丁为民及其余相关人员组成的项目团队,对项目研究全过程投入了大量的时间和精力,共同助力项目完成。依托此项目的相关研究成果,成功获得授权发明专利32件、SCI论文31篇,主编国家标准6项、行业标准2项。
该项目现已推广应用至高速铁路、重载铁路和城市轨道交通等领域,累计运用超过2800条公里,安全服役8年以上。该项目的成功推广应用,为推进中国高铁实现从“跟随者”到“引领者”的跨越,为进一步研究时速400公里及以上高铁牵引供电技术发展提供了坚实的技术支撑。
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时速350公里,营业里程3.6万公里,通达除西藏外的30个省区市……中国高铁以惊人的速度和广度一再刷新我国的“高铁版图”和纪录。供电系统作为高铁列车的“心脏”,在为列车提供源源不断的动力的同时,也是确保列车安全、高速、可靠、稳定运行的关键。
俗话说,火车跑得快,全靠车头带。那么“车头”的牵引动力来自于哪呢?
同时,制约高速列车速度提升的三大核心技术瓶颈之一也是弓网的受流能力。为了保证高速行驶下的列车稳定受流,接触网导线就必须具有大张力和大载流能力,这就要求导线同时具有高强度和高电导率,还要保证接触网轻量化,不能给工程方面增加投入。
“在保证高电导率的同时,接触网导线还需要保证高强度。”王立天说,列车在高速运行中,受电弓和导线之间不能脱离,必须时刻紧密接触。只有导线的波动传播速度大于列车速度的1.4倍,才能保证受电弓和接触网导线不脱离。而提升导线的波动传播速度就必须提高导线的张力,在导线重量不变的情况下,就需要增加导线强度,使导线强度达到国家标准安全系数2.0以上。也就是说,导线所能承受的最大拉断力需要达到应用所需拉力的2倍以上强度才能保证安全。
“当时国际最先进的铜镁导线强度在列车350公里时速下已达安全极限,想要进一步提速必须研发下一代更高强度和更高导电率的铜铬锆接触网导线。”王立天说,要想实现“中国速度”,这道坎必须要跨过去。
早在2006年,我国开始进行高铁建设的时候,王立天作为专家团队的一员,就开始接触到这一领域。
国外的技术封锁让王立天清楚地看到,为实现我国高铁技术的突破,就必须自立自强,进行自主创新,把铜铬锆接触网导线国产化,做出中国自己的高强高导导线。
可兴奋劲儿还没过,王立天就发现,学校实验室的材料样件研究和实现大长度导线产业化之间相差了十万八千里,实验室里的研究工作量和难度只占整个产业化项目全部工作量和难度的5%—10%,后面实现产业化的技术难度远远超乎团队的想象。
“其中第一和第二部分是最为关键也是最难实现的。当时我们走遍全国,也找不到能进行铜铬锆导线冶炼和铸造的设备,所有的工装设备必须自己研制。”王立天说,“可以说,导线产业化的研发过程就是研发生产制造导线所需各种设备、流程工艺的过程。”
“最难的是冶炼炉结晶器的研发,当时合金坯杆铸造出来后,表面非常粗糙且有裂纹,内有气孔,而且内部合金组分不合格,怎么调整数据都没有用。”王立天回忆,天天守在1000多摄氏度的冶炼炉边,一次次实验失败,让很多参研人员开始动摇。有人说,日本都研究近20年了,产品还没投入应用,咱们怎么可能研究出来。
产品性能全世界领先
“经测试,我们自主研发生产的铜铬锆导线导电率达到75%,强度也达到了560兆帕,性能可以与日本同一时期上线的同类产品‘打成平手’,而欧美此时还没有同类产品研制出来。”王立天自豪地说,而且由于我们的产品生产环节更简化,因此成本要低很多。
随着技术的不断改进提高,如今我国的铜铬锆导线最高可以实现83%的导电率,同时强度达到620兆帕。“目前准备开始建设的重庆到成都的高铁时速可达400公里,这比现有的350公里/小时高铁对各项技术的要求提升一个级别。”王立天对此充满信心,他表示,这次我国具有自主知识产权的高强高导接触网导线完全可以为新高铁的建设提供强有力的技术支撑。(记者 陈 曦)
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