蘭新高速線環境對動車組性能的影響分析及對策

摘 要：文章簡要闡述了蘭新高速線地區高溫、高寒、風沙、強紫外線、高海拔、長交路等環境特點，重點分析了地理環境和自然氣候對動車組性能、使用、維修等方面帶來的危害及影響，并提出提高蘭新高速線動車組適應性的對策，旨在對動車組做到合理選型、改進設計和提升維修效率，保證動車組在西北地區的安全運行。

關鍵詞：蘭新高速線；環境；動車組；影響；對策

中圖分類號：U270 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）3-0090-04

隨著蘭新高速線的即將建成，我國高寒高原風沙戈壁地區將擁有第一條高速鐵路。因蘭新高速線途經地區環境特點，在該地區運行的動車組，將會受到自然環境條件的影響和長期作用，動車組的功能、性能及可靠性等均會受到不同程度的影響，嚴重時可危及到動車組的安全運行。作為現代交通工具，其在上述地區運行將面臨嚴酷環境氣候的挑戰。因此，研究分析蘭新高速線途經地區環境對動車組使用、維修和發展的影響具有重要意義。

1 蘭新高速線途經地區環境特點

由于新疆、青海、甘肅地處西北（蘭新線高速線途經地區如圖1所示），其地理環境和自然氣候極為特殊、復雜，并呈現如下特點。

1.1 夏季氣溫高、冬季氣溫低

由于地處西北，季節特征顯著，夏季炎熱短促，冬季寒冷漫長，且晝夜氣溫變化大。以新疆地區為例，夏季炎熱極端程度出現在6月-8月，各地差異較大，南疆一般在30～40 ℃，北疆在26～34 ℃。而高速線約126.25 km途經的吐魯番地區，氣溫日平均溫度在39 ℃，歷史最高溫度達到48 ℃。冬季約有6個月左右，寒冷極端程度的極端最低氣溫出現在12月-2月，新疆地區各地均在-22 ℃以下。而動車組存放、檢修基地處于烏魯木齊市西端丘陵地帶，冬季平均溫度在-16 ℃，歷史最低溫度達到-38 ℃，如圖2所示。

1.2 四季風沙大、大風天氣多

因氣候和地理位置條件，西北地區多處為戈壁干旱地區，由于植被少、土壤及大氣濕度小，周邊有塔克拉瑪干、古爾班通古特、巴丹吉林等幾處沙漠。加之蘭新高速線途經區段大風期長，據統計年均達到200 d以上，酒泉地區最大風速為20～34.5 m/s，新疆境內三大風區平均最大風速分別為37.6 m/s，年平均風速為6.1 m/s。因此沙塵量大，沙塵量按地區不同，是低海拔多塵空氣含塵密度的5倍以上。對于干燥的極細沙粒，起動風速達4 m/s時，即可產生風沙流，如圖3所示。

1.3 光照輻射強、大氣壓力低

由于西北地區日照時間長，空氣透明度好，所以紫外線輻射強烈，全年日照時數為3200～3 300 h，輻射量在

6 680～8 400 MJ/m2·年，而海拔每上升1 000 m輻射量約增加10%，3 000 m以上趨緩。對于不同海拔的大氣壓力是由當地單位面積上垂直空氣柱的重力所決定的。一般情況下，海拔每升高1 000 m，大氣壓力則下降9%。而甘青段平均海拔達到了3 600 m左右。

1.4 高速線路長、運行時間久

自烏魯木齊至蘭州西，蘭新高速線全長約1 776 km，動車組運營時速為200～250 km/h。按照最高時速250 km/h運行也需7 h多，按實際將要運行8 h以上，如圖4所示。

2 蘭新高速線途經地區環境對動車組的影響

針對蘭新高速線的特殊運用條件綜合分析，能夠確保長期安全運行的動車組需要在統型動車組的基礎上，需解決高溫、高寒、風沙、強紫外線、高海拔、長交路等技術難題（如表1所示）。

綜上所述，蘭新高速線途經地區環境的特殊性（如圖5所示），這些因素影響動車組材料性能，也會造成零配件壽命縮短，對動車組可靠性的影響非常大，根據分析動車組故障率相對于其他地區有可能增大。因此，動車組的檢修要求將明顯提高，工作量將明顯增大，檢修成本將明顯加大。

3 提高蘭新高速線動車組適應性的對策

基于蘭新高速線動車組運用環境特點，為最大限度的降低惡劣環境對動車組的影響，結合環境因素和國內動車運用經驗，提出動車組適應性對策。

3.1 綜合考慮環境特點，選用合適類型的統型動車組

結合蘭新高速線的自然地理特征、氣候特征、工程地質特征，分析不同運行區段特殊運用環境條件，如高溫、高寒、風沙、光照輻射、海拔氣壓、長大交路等因素，以確定選用統型動車組基本類型，進行設計改造。如表2所示。

3.2 利用數字仿真試驗，檢驗動車組各系統的可靠性

應用數字仿真技術建立蘭新高速線動車組環境適應性仿真模型，對選用的統型動車組在此環境中各主要系統及部件壽命和可靠性進行仿真模擬，發現和鑒別有關動車組各系統適應性的設計缺陷，為動車組各系統在極端環境可靠性設計提供改進依據。

3.3 運用仿真試驗數據，強化動車組個別系統的設計

結合仿真模擬試驗數據，就蘭新高速線極端環境因素對各主要系統及部件壽命和可靠性的影響，強化個別系統的設計。如降低車體重心、選用耐寒耐熱材料、提升油漆抗老化性、提高空調系統保護溫度、滿足高溫環境下的散熱、提升系統密閉性等。

3.4 采納各局檢修建議，提升動車組檢測、維修效率

通過與各局動車段（所）相關人員就動車組運用、檢修情況的溝通，收集動車組在日常檢修中存在的不便于檢查、檢測、檢修部位的資料。在設計時考慮便于分解、拆卸、換裝的部位，提升動車組維修效率和質量，降低維修成本，壓縮維修停時。

參考文獻：

[1] 中國自然資源叢書編撰委員會.中國自然資源叢書·新疆卷（第一版）[M].北京：中國環境科學出版社，1995.

[2] 新疆交通科學研究院.風積沙工程性質研究[R].烏魯木齊：新疆交通科學研究院，2001.

[3] 楊晚生，張梅艷，張吉光.鐵路客車高速化對其空調系統的發展要求探討[J].鐵道機車車輛，2005，25（5）：38-39.

[4] 許翔，周廣猛，鄭智，等.高原環境對保障裝備的影響及適應性研究[J].裝備環境工程.2010，7（5）：100-103.

[5] 董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS）[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[6] 王華勝.CRH2型動車組可靠性建模與分配[J].鐵道學報，2009，31（5）：108-113.