本报记者 陈彬

高铁的车轮不能像汽车那样左右摆动，它们是怎样转弯的？相信很多人在乘坐高铁时，都会有这样一个疑问。

这个问题的答案在于一个叫作“转向架”的结构。

“转向架就像一个带轮子的‘底盘’。”北京交通大学机电学院教授、高速动车组结构可靠性行业重点实验室主任李强介绍，该结构一般被安装在车体底部，它既要支撑车体以及其内部乘客或货物的重量，又要借助其相对车体可以回转的特性，帮助机车车辆顺利过弯。

作为铁路机车车辆的重要组成部分，转向架很少为人所知，但它的结构可靠性却承担着保障机车车辆安全运行的重要使命。这一点有些像李强——从事科研工作几十年，李强同样习惯于“低调”行事，但他却通过对转向架乃至整个轨道车辆结构可靠性的研究，默默保护着高铁动车在祖国大地上平稳、安全地驰骋。

不久前，凭借在轨道交通安全领域的重要贡献，李强获得了2026北京市“最美科技工作者”称号。北京市“最美科技工作者”由北京市科协联合市委宣传部等部门遴选产生。

李强

“这个方向是正确的”

对于转向架构架的结构疲劳可靠性对轨道车辆运行安全的作用，我国曾经历过一个逐渐认识的过程。

20世纪90年代之前，国内火车的时速普遍只有几十公里。在低速环境下，转向架受到的冲击力度并不大，其疲劳问题也不明显。但随着铁路技术的发展，我国在1996年迎来了第一次铁路大提速。

“那时，国内火车的时速从几十公里一下子提到了一百多公里。”李强回忆说，速度的提升会大幅度增加轮轨的磨损以及转向架构架金属的疲劳程度，但当时国内轨道交通领域对此并没有完全意识到。

然而，风险却不会因为人们的忽视而迟到。事实上，就在“大提速”后的不到3个月，某列提速客车的转向架构架便出现了疲劳裂缝，幸亏发现及时，否则后果不堪设想。

正是在这一年，李强拿到了北京交通大学机电学院的首个博士学位。

李强本是力学专业出身，硕士毕业并工作多年后，他决定重新读博，而他所在的团队，所从事的正是轨道车辆结构可靠性的研究。

“彼时，我们已经意识到提速会给轨道车辆结构带来风险，而那次事故隐患的发现，以及此后我国对所有轨道车辆结构安全的大检查，让我们再次确认这个方向是正确的。”李强回忆说。

此后，他的工作便再没有离开过这个方向——从先后五次铁路大提速到“和谐号”“复兴号”的飞驰，从重载货车到城市地铁，李强完整经历了我国轨道交通的所有“大事”。

在此过程中，他带领北京交通大学轨道车辆结构可靠性研究团队，结合我国铁路装备技术从追赶到引领的发展需要，系统开展了机、客、货及动车组的结构疲劳可靠性评估与结构改进工作。

“不夸张地说，国内几乎所有时速超过200公里的高速铁路机车的转向架，都经过了我们试验检测与疲劳可靠性评估。”说出这句话时，李强的语气中满是骄傲。

“见过猪跑的”赢了“吃过猪肉的”

在我国，高铁技术革新走的是一条“引进—消化—吸收—再创新”的路子，这就决定了在起步阶段，李强团队少不了和国外企业打交道。

“最初，我们引进的是德国、日本、法国等高铁建设强国的技术装备，但这些装备是否适应我国的铁路运营环境，甚至其自身质量是否符合标准规定，任何人都不能给出明确答案，需要我们通过线路实测进行验证。”李强说。

然而，彼时国内的相关技术水平相较国外仍有不小差距，用李强的话说，“人家是吃过猪肉的，我们却只见过猪跑。在这种情况下进行设备检测，心里总是有些发虚”。

然而，这并不意味着评估检测工作可以有一丝一毫的马虎。

2008年前后，我国引进了一套德国工业巨头西门子公司的高铁动车组装备及其技术。李强团队在对该型动车组进行仔细检测和评估后，断定其转向架的电机吊架在结构上存在安全隐患，这将导致设备不足以支撑其稳定行驶至设计寿命年限。随即，他们向西门子公司提供了检测结果以及相关的结构改进意见。

然而，彼时的西门子公司对此并不以为然，毕竟“在他们眼里，我们就像小学生一样”。然而，当机车行驶120万公里，按规定回厂作例行检查时，他们却吃惊地发现，那些中国同行提出的问题确实存在。而更令他们震惊的是，当他们着手解决相关问题时，发现李强团队给出的解决方案更具可行性。

“那是我们和国际巨头们的第一次‘正面交锋’。”李强说。

此后，这样的“交锋”还有过多次，除西门子外，还包括法国工业巨头阿尔斯通，而这些交锋的最终结果，无一例外都是我国获胜。

这一“战果”的背后，是李强及其团队成员的几十年如一日的刻苦攻关。

“高速列车的结构安全问题关乎国家的尊严和人民的安全，是一丝一毫都不能马虎的事情。”李强告诉《中国科学报》，为了获得最真实的载荷数据，他们仅针对高速动车组的追踪测试里程就达到数百万公里。其间，他们不但积累了海量的数据，更通过一遍遍耐心细致的计算与复核，大海捞针般发现了一个个潜在的风险点。正是这种一丝不苟的严谨，数次将重大安全隐患消弭于无形。

跨过一个挑战，再迎接下一个

传统的转向架检测有些像“守株待兔”——只有当相关结构参数已经形成，甚至已经形成样车后，检测团队才能依据现有数据进行检测。能不能将这一过程“翻转”，即根据未来机车车辆的载荷、需要的强度和耐久度，反向推导出合适的设计参数？

这就涉及到李强团队的另一项重要工作——“载荷谱”的研究。

“载荷谱就是高铁关键结构的‘疲劳日记’。”李强说，通过在列车上装传感器，像戴手环一样实时记录它每时每刻承受的力。这样，设计师不再是“估计”结构能扛多久，而是能精准算出它什么时候需要体检、什么时候该退休。靠着这套技术，未来的高铁就能跑得更快，也跑得更安全。

在2000年前后，我国铁路货车、提速客车均没有自主实测的载荷谱，转向架设计主要照搬欧美标准，这显然不符合国内轨道路况。为弥补这一短板，李强带领团队在全国各干线铁路装车布传感器，通过实车线路运行测试获取应力、载荷数据，编制了国内第一代提速客车、重载货车转向架实测载荷谱。

在高铁时代，他们不仅率先在国际上开展了高速列车转向架构架损伤一致性载荷谱研究，提出了载荷谱建立方法与损伤一致性准则，并成功应用于“复兴号”高铁的研发与试验中，还首次构建了覆盖350公里/小时运营速度的转向架构架服役载荷谱，实现了关键结构部件载荷的精确表征和服役寿命的准确评估。

这些工作对“复兴号”动车组的设计寿命提高50%起到了巨大作用，更为我国时速400公里高速动车组研制提供了基础数据。

如今，李强团队还在为我国400公里时速高铁的设计工作而努力钻研。“高铁的行驶速度越快，对于转向架等结构的轻量化要求也就越高，而轻量化的提升往往意味着结构强度的下降，这是一对矛盾。我们要做的就是找到它们的最佳平衡点。”李强说。

这项工作显然并不容易，好在经历了我国铁路从几十公里时速到400公里时速的沧桑巨变后，李强和他的团队对于“啃硬骨头”这件事已经有了足够信心，正如李强所言，“做科研不就是跨过一个挑战，再迎接下一个挑战吗？”