無接觸網供電城軌列車

李葉

中車唐山公司通過對軌道交通領域非接觸式供電技術的研究，研制出了高效、大功率的無接觸網供電城軌列車，推動“中國制造2025”高端制造業(yè)進程。在國內首次搭載感應式無線供電系統(tǒng)，創(chuàng)新了軌道交通新型供電制式，填補了該供電制式在國內軌道交通行業(yè)的空白。

全碳化硅永磁牽引系統(tǒng)高端配置，實現(xiàn)列車高效節(jié)能。通過碳纖維、無磁鋼等新型材料的應用，使車輛具有強度高、重量輕、電磁輻射安全性強等顯著優(yōu)勢。車輛充分考慮人機工程學特征和人文關懷，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，工業(yè)設計富有開放性、包容性、結構感，簡潔而富有張力。列車采用新一代城軌平臺設計，可以實現(xiàn)靈活編組，關鍵系統(tǒng)模塊化配置，車輛軸重輕，轉彎半徑小，可從容適應各種線路條件，完全覆蓋歐洲、中亞等潛在市場既有基建設施的運行標準;可以匹配世界不同地區(qū)的文化特點和特殊功能要求，滿足新興市場最新的基建限界要求和基于供電形式的新型運營模式需求。

車輛完全適應“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及規(guī)范標準體系，極大提升了我國軌道交通裝備制造業(yè)的國際競爭力、自主創(chuàng)新能力和產業(yè)化能力。技術團隊帶頭人王志偉是中車資深專家、教授級高級工程師，現(xiàn)任中車唐山機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、服務技術研究與創(chuàng)新實踐。

設計 王志偉

《設計》：城軌列車的設計有哪些特點及難點？工業(yè)設計在其中起到怎樣的作用？

王志偉：城軌列車是服務于城市內旅客的軌道交通裝備，同時也是城市公共交通系統(tǒng)的重要組成部分，它的設計首先需要滿足安全性、運載能力、速度等級等功能性指標要求，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)異的設計，用最小的空間、最輕的重量和最低的能耗實現(xiàn)上述目標。如何將眾多的需求目標在城軌列車上實現(xiàn)和諧統(tǒng)一、綜合最優(yōu)，就是它的設計難點，而工業(yè)設計恰恰是解決難點的方法和手段。優(yōu)秀的工業(yè)設計兼顧美學風格與人機工學，能夠實現(xiàn)功能與審美的完美融合。

《設計》：請介紹—下中車唐山的設計研發(fā)團隊。

王志偉：中車唐山機車車輛有限公司是中國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、檢修等產業(yè)，是國家首批91家創(chuàng)新型企業(yè)之一，也是國家確定的鐵路裝備現(xiàn)代化重點企業(yè)。中車唐山公司擁有一支具有不同專業(yè)層次、年齡結構合理的技術人員隊伍，無接觸網供電城軌列車設計團隊集合了中車唐山公司核心骨干，團隊平均年齡不到35歲，高級工程師占比達到40%，是一個經驗豐富又充滿朝氣的團隊，其中80后和90后已經成為項目設計團隊的主力軍。團隊成員專業(yè)構成合理，包括工業(yè)設計、結構設計、電氣設計、動力學、電磁兼容、減震降噪等多學科的專業(yè)工程師，具有極強的創(chuàng)新能力，為無接觸網供電技術探索和工程實踐奠定了基礎。

設計團隊的80后代表潘碩，是無接觸網供電城軌車輛的總體主管設計師。為了保證車輛能夠適應一帶一路沿線國家不同基建形式，保證車輛平臺能有更寬廣的市場應用范圍，潘碩帶領團隊開始研究車輛輕量化和綠色節(jié)能技術。要想車輛順利運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)車輛結構遠遠超過這個指標。“我們的產品要堅持‘國際標準，中國特色，歐美制定的技術路線不一定就是最優(yōu)的，歐美做不出來的技術也不意味著一定無解”，潘碩帶領著設計團隊對車輛每一個子系統(tǒng)的減重方案進行計算、試驗，對車體的每一個減重孔進行分析和研判，最終保證車輛設計既足夠“輕”，也足夠“強”，使車輛既可以在歐洲中亞的歷史街區(qū)運行，又可以滿足一帶一路新基建的技術要求，為城市軌道產品“走出去”奠定了技術基礎。

設計團隊的90后代表黃碩，是無接觸網供電城軌車輛的工業(yè)設計主管，項目成立之初就下了“要打造一款國內領先的有軌電車工業(yè)設計方案”的決心。在車輛內外部的工業(yè)設計風格定位上，選擇了進一步突出時代感和科技感的方向，通過對設計元素進行提煉與優(yōu)化，選定適合的造型、色彩、材質、工藝等體現(xiàn)產品形態(tài)的要素，最終完成方案設計，并通過設計引導了車輛造型、結構、工藝的整合優(yōu)化，推動設計與制造的融合。

《設計》：“無接觸網供電”城軌列車對于所在城市和乘客來說意味著什么？

王志偉：對于城市來說，街道空中的“網”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，過街天橋架設限制取消。總的來說，就是整個軌道交通系統(tǒng)和城市的融合更加和諧一體了，

《設計》：新型無線供電制式城軌車輛在國內首次實現(xiàn)軌道車輛供電制式由“有線”到“無線”的突破，打破了發(fā)達國家對軌道交通車輛無線供電制式的技術壟斷，這項研究進行了多長時間？攻克了哪些技術難關？

王志偉：國外對軌道交通無線供電技術進行了嚴密封鎖，論文、專利均沒有對外公開，所能了解到的僅為公開報道中的只言片語。設計團隊歷經5年的研究，實現(xiàn)了“可行性分析→拓撲結構設計→原理樣機→工程樣機→工程化運用”的技術跨越。其中電磁輻射和渦流效應的抑制是無線供電技術的核心難點，研發(fā)團隊通過選擇合適的材料并結合針對性的結構設計，結合大量的試驗及結果的采集分析，建立了可靠的仿真方法，再通過仿真計算指導結構設計，最終實現(xiàn)了設計的車輛車廂內電磁輻指標優(yōu)于國外同類產品，渦流效應對車輛外殼的影響符合標準要求的目標。

《設計》：“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)在哪個方向深耕拓展？

王志偉：“無線”是未來中低運量城市軌道交通發(fā)展的主流方向，本項目研發(fā)的非接觸供電是實現(xiàn)“無線”技術手段中的一種。中車唐山公司將在未來深入研究非接觸供電與超級電容、鋰電池等儲能元件的混合供能方式，結合城市運營模式和十四五新基建的要求，繼續(xù)提高無線供電技術在軌道交通領域的經濟性和適應性，為該技術大規(guī)模產業(yè)化應用繼續(xù)努力。

元素分析

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