曝一下“光谷量子號(hào)”看得見、看不見的“科技料”
充滿未來感的外形，富于靈動(dòng)美的曲線，極具科技感的碳黑色車窗，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，還以為是哪部科幻大片里的超能力人物化身成了列車——近日，由中車長春軌道客車股份有限公司(以下簡稱中車長客)研制的全球首列商業(yè)運(yùn)營復(fù)合材料車體城市軌道車輛“光谷量子號(hào)”，在中國(長春)軌道交通展上首次面向公眾展出，吸引了無數(shù)的眼球。
不過，這輛列車可不是個(gè)徒有其表的花架子，它可是很有“科技料”。
說起它的科技含量，中車長客的車體研發(fā)部部長馬艷波侃侃而談：“‘光谷量子號(hào)’最重要的兩大核心技術(shù)，一個(gè)是全碳纖維復(fù)合材料的車體，一個(gè)是超能電容存儲(chǔ)技術(shù)，這都是我們國內(nèi)的首創(chuàng)，在軌道交通行業(yè)上的首次應(yīng)用。
把碳纖維從“天上”用到“地下”
“眾所周知，航天領(lǐng)域因?yàn)樗璧妮p量化水平非常高，所以很多產(chǎn)品都在應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料，而這種復(fù)合材料的成本往往要高得多。”馬艷波介紹，而地鐵車輛眼下并沒有這么急迫的輕量化需求，但是隨著科技的進(jìn)步、軌道車輛的發(fā)展、國家節(jié)能減排的需要，“對(duì)于列車的輕量化要求越來越高，所以我們打造了這輛全碳纖維復(fù)合材料的列車。”
歷經(jīng)兩年半的研發(fā)，“光谷量子號(hào)”才得以問世。“這是我們首次在軌道行業(yè)上嘗試使用碳纖維，因?yàn)闆]有可借鑒的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，只能參考航空航天、風(fēng)電葉片等其他領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，所以從設(shè)計(jì)、計(jì)算、制造到檢測，全部都是邊摸索邊制造。”中車長客高級(jí)工程師周偉旭說。
相比由機(jī)器制造的傳統(tǒng)金屬列車，由于沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)和成熟的技術(shù)，這輛碳纖維列車幾乎全部采用手工打造——以一個(gè)部件為例，工人要將由碳纖維復(fù)合材料構(gòu)成的里蒙皮、外蒙皮進(jìn)行鋪層，每鋪3層還要抽一次真空，在不斷的鋪層后再進(jìn)入固化，如此一來，難度自然加大。
不僅如此，周偉旭感慨道，材料標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、工藝指南、質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)判定和維護(hù)策略等方面，都沒有經(jīng)驗(yàn)可循，“但是這次我們創(chuàng)造性地探索了碳纖維在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用，也為國內(nèi)建立完整的軌道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)打下了基礎(chǔ)”。
不負(fù)眾望的是，碳纖維復(fù)合材料車體不但生產(chǎn)成功，還體現(xiàn)了明顯優(yōu)于金屬車體的特點(diǎn)：整車較同類不銹鋼車體減重約30%，而且無論是運(yùn)載能力、能源消耗、壽命成本，或者是噪聲、減震、舒適度等乘客感受方面，都極大地體現(xiàn)了優(yōu)勢。“現(xiàn)在我們可以說，這個(gè)碳纖維復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、工藝生產(chǎn)制造以及整個(gè)未來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)業(yè)鏈，我們都已經(jīng)具備了。”馬艷波說。
超能電容充電2分鐘續(xù)航10公里
“這款列車還有個(gè)顯著特點(diǎn)，就是全線沒有供電網(wǎng)。我們?cè)谌珖讋?chuàng)了超能電容存儲(chǔ)技術(shù)，能夠讓列車快起快停，在著急使用的情況下，充電兩分鐘，就能滿載368名乘客，運(yùn)行10公里以上。”中車長客的高級(jí)工程師王明舉介紹。
在電動(dòng)汽車中，多數(shù)采用的都是氫電池、鋰電池或者電容等技術(shù)，這些電池、電容通過儲(chǔ)存和釋放能量驅(qū)動(dòng)汽車，而超能電容存儲(chǔ)技術(shù)就是把電容和電池的技術(shù)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的驅(qū)動(dòng)。對(duì)于軌道客車而言，瞬間啟停的需求要遠(yuǎn)高于普通汽車，這就需要超能電容來實(shí)現(xiàn)。
“比如這個(gè)列車要加速，它需要的瞬間功率就很大。單獨(dú)用電容容量不夠，單獨(dú)用電池瞬間功率又不夠，所以我們就把電池和電容結(jié)合在一起創(chuàng)造了超能電容，能夠?qū)崿F(xiàn)列車的快起快停。”馬艷波說，高鐵的加速度一般是0.3—0.5之間，而這列車能達(dá)到1.5左右，是高鐵的10倍，“因?yàn)槲覀兠空镜拈g距大概600米左右，所以這個(gè)技術(shù)完全滿足了城市交通的需求。”
輕量化的材料、超能電容的技術(shù)，在降低了車輛自重的同時(shí)，更是有效降低了能耗。馬艷波介紹：“根據(jù)我們初步保守估算，這輛列車運(yùn)行30年至少能節(jié)省40萬度電以上，無論是成本的降低或是節(jié)能環(huán)保的作用，都是非常明顯的。”(馬維維)
