中國(guó)鐵道科學(xué)研究院2015年度科技成果簡(jiǎn)介

中國(guó)鐵道科學(xué)研究院在全院廣大科技人員和全體職工的共同努力下，在上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)部門(mén)的直接關(guān)懷和路內(nèi)外有關(guān)單位的大力協(xié)作和支持下， 2015年共主持和參加創(chuàng)造了各類(lèi)科技成果72項(xiàng)，其中通過(guò)部級(jí)技術(shù)評(píng)審(審查)60項(xiàng)，通過(guò)院、局級(jí)技術(shù)審查10項(xiàng)，國(guó)家項(xiàng)目驗(yàn)收成果5項(xiàng)。

為了做好科技成果的交流推廣及應(yīng)用開(kāi)發(fā)，使之盡快地為鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)及國(guó)家建設(shè)服務(wù)，本刊將以連載的形式從中選擇其中主要的科技成果陸續(xù)簡(jiǎn)要介紹。

1CRH3C型動(dòng)車(chē)組牽引控制系統(tǒng)自主化替代研究

通過(guò)對(duì)自主化CRH3C型動(dòng)車(chē)組牽引控制系統(tǒng)的功能需求分析、硬件接口分析、性能參數(shù)分析，完成了該系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、軟硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)、硬件制造、軟件開(kāi)發(fā)、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試、軟件裝車(chē)?yán)袦y(cè)試等全部工作，并裝車(chē)進(jìn)行考核，單車(chē)的安全運(yùn)行里程超過(guò)64萬(wàn)km。在運(yùn)用考核過(guò)程中，自主化牽引控制系統(tǒng)工作正常，沒(méi)有出現(xiàn)影響行車(chē)安全的故障，表明該系統(tǒng)的功能、性能和技術(shù)指標(biāo)滿足350 km·h-1速度等級(jí)動(dòng)車(chē)組技術(shù)的要求，達(dá)到了國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)了與原型產(chǎn)品的對(duì)等替換。自主化的CRH3C型動(dòng)車(chē)組牽引控制系統(tǒng)突破了國(guó)外公司的技術(shù)封鎖，掌握了高速動(dòng)車(chē)組牽引控制系統(tǒng)的核心技術(shù)。研究成果于2015年1月通過(guò)了中國(guó)鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評(píng)審。

2CRH3C型動(dòng)車(chē)組列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)自主化替代研究

列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)作為高速動(dòng)車(chē)組神經(jīng)中樞系統(tǒng)，承擔(dān)列車(chē)的監(jiān)視、控制、診斷與保護(hù)任務(wù)，是動(dòng)車(chē)組的核心系統(tǒng)和關(guān)鍵技術(shù)。在CRH3型動(dòng)車(chē)組平臺(tái)的基礎(chǔ)上，研究開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的350 km·h-1速度等級(jí)列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。主要研究?jī)?nèi)容包括：列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)集成技術(shù)，動(dòng)車(chē)組的整車(chē)控制邏輯、診斷邏輯與系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)技術(shù)，列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)硬件、軟件的開(kāi)發(fā)，列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)，列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)測(cè)試及調(diào)試技術(shù)。

自主開(kāi)發(fā)的硬件包括中央控制單元(含網(wǎng)關(guān))、人機(jī)接口顯示屏、溫度采集模塊、C型輸入輸出模塊、輸入輸出工作站、MVB中繼器、遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸裝置。自主開(kāi)發(fā)的軟件包括溫度采集模塊嵌入式軟件、C型輸入輸出模塊嵌入式軟件、輸入輸出站底層通信軟件、通信數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、MVB中繼器嵌入式軟件、中央控制單元應(yīng)用軟件、通信數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、人機(jī)接口顯示屏應(yīng)用軟件、診斷數(shù)據(jù)庫(kù)軟件。

自主化CRH3C型動(dòng)車(chē)組的列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了功能需求分析、接口分析、故障導(dǎo)向安全分析、方案設(shè)計(jì)、軟硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)、硬件制造、軟件編碼、實(shí)驗(yàn)室軟硬件聯(lián)調(diào)測(cè)試、裝車(chē)?yán)袦y(cè)試、正線動(dòng)靜態(tài)測(cè)試和載客運(yùn)行考核，考核結(jié)果表明自主化列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的功能、性能和技術(shù)指標(biāo)與CRH3型動(dòng)車(chē)組原型產(chǎn)品相同，可實(shí)現(xiàn)對(duì)等替代；自主化CRH3型動(dòng)車(chē)組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)制造、動(dòng)車(chē)組控制與診斷軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、仿真平臺(tái)測(cè)試與驗(yàn)證、單車(chē)與列車(chē)調(diào)試技術(shù)等

一系列網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成技術(shù)、核心與關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破，打破了國(guó)外公司的技術(shù)壟斷和限制，滿足時(shí)速350 km動(dòng)車(chē)組技術(shù)指標(biāo)要求。CRH3型動(dòng)車(chē)組自主化列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品相比處于先進(jìn)水平行列。研究成果于2015年1月通過(guò)了中國(guó)鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評(píng)審。

3CRH3C型動(dòng)車(chē)組輔助變流器自主化替代研究

在深入研究CRH3型動(dòng)車(chē)組輔助變流器性能和主要技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，本著自主開(kāi)發(fā)、對(duì)等替代的原則，針對(duì)CRH3C型動(dòng)車(chē)組開(kāi)展單輔和雙輔變流器以及控制器、功率模塊、交流電壓傳感器、直流電壓傳感器和隔離變壓器等關(guān)鍵部件的研發(fā)。輔助變流器的箱體選用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高強(qiáng)度、耐低溫、具有耐候性的低碳合金鋼和耐候鋼，整體性能高于引進(jìn)箱體。自主化輔助變流器采用從牽引變流器中間直流環(huán)節(jié)取電、DC/AC三相逆變電路、隔離變壓器+濾波器的強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱以及并網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案。為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、便于軟件處理、提供網(wǎng)絡(luò)接口和提高數(shù)據(jù)傳輸速度的目的，設(shè)計(jì)了由輸入子系統(tǒng)、輸出子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)等組成的控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)輔助變流器的控制以及多個(gè)輔助變流器輸出的并網(wǎng)控制。輔助變流器功率模塊的設(shè)計(jì)采用了6500V/400A IGBT的模塊化方案，驅(qū)動(dòng)板采用數(shù)字驅(qū)動(dòng)，可以靈活調(diào)整驅(qū)動(dòng)參數(shù)、優(yōu)化驅(qū)動(dòng)效果。三相輸出變壓器的原邊采用三角形接法，副邊為星形接法。隔離變壓器不僅起到了降壓隔離的作用，同時(shí)其漏感與濾波電容組成LC濾波電路，從而將變壓器原邊的PWM調(diào)制波轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。自主研制的CRH3C型動(dòng)車(chē)組單輔和雙輔變流器和關(guān)鍵部件已在CRH3C動(dòng)車(chē)組上完成了30萬(wàn)km的運(yùn)行考核，各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好，達(dá)到了國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品技術(shù)水平。研究成果于2015年1月通過(guò)了中國(guó)鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評(píng)審。

4CRH3C型動(dòng)車(chē)組牽引變流器自主化替代研究

CRH3C型動(dòng)車(chē)組牽引變流器的主電路由2個(gè)四象限整流器、帶二次濾波電路的中間環(huán)節(jié)電壓電路、過(guò)壓限制器、短路器以及1個(gè)輸出脈寬調(diào)制逆變器組成。該牽引變流器采用兩電平電路結(jié)構(gòu)、IGBT功率模塊和水冷散熱的設(shè)計(jì)方案。功率模塊設(shè)計(jì)有邏輯保護(hù)板和IGBT驅(qū)動(dòng)板；其中，邏輯保護(hù)板具有IGBT的監(jiān)控、反饋、脈沖處理等功能，驅(qū)動(dòng)板可實(shí)現(xiàn)并聯(lián)IGBT的驅(qū)動(dòng)。功率器件的電氣連接采用復(fù)合功率母排的連接方式，以降低系統(tǒng)雜散電感和線路阻抗，從而提高兩并聯(lián)回路的均流性和系統(tǒng)可靠性。CRH3C型動(dòng)車(chē)組的牽引變流器和關(guān)鍵部件已完成30萬(wàn)km的運(yùn)行考核，達(dá)到了國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品技術(shù)水平。研究成果于2015年1月通過(guò)了中國(guó)鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評(píng)審。

5高速鐵路CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土制備工藝及施工工藝深化研究

根據(jù)對(duì)CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土常見(jiàn)問(wèn)題的調(diào)研和分析，建立了問(wèn)題庫(kù)軟件；提出了基于多元膠凝組分、全尺度粒度匹配和適當(dāng)增黏與引氣技術(shù)的高穩(wěn)健性低膠凝材料制備方法；通過(guò)研究材料特性對(duì)自密實(shí)混凝土性能的影響，提出了基于不同地方材料品質(zhì)的自密實(shí)混凝土的制備和生產(chǎn)技術(shù)；研究并提出了一般工況和特殊工況下自密實(shí)混凝土大規(guī)模施工工藝及關(guān)鍵參數(shù)和通用化模板與工裝設(shè)備；通過(guò)缺陷模擬、灌板驗(yàn)證和工程實(shí)測(cè)，提出了用沖擊回波法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)自密實(shí)混凝土層實(shí)體的缺陷(離縫、灌注不滿和空洞)進(jìn)行快速檢測(cè)的方法；通過(guò)對(duì)自密實(shí)混凝土損耗降低技術(shù)的系統(tǒng)研究，創(chuàng)新性地提出了基于移動(dòng)攪拌站的自密實(shí)混凝土生產(chǎn)、施工工藝。在室內(nèi)，采用用水量敏感度法、柱狀離析法和靜態(tài)穩(wěn)定性法評(píng)價(jià)自密實(shí)混凝土的穩(wěn)定性；在工程現(xiàn)場(chǎng)，采用坍落擴(kuò)展度法和砂漿層厚度針入度法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)自密實(shí)混凝土拌和物的質(zhì)量進(jìn)行快速檢測(cè)和評(píng)定。編制了《高速鐵路CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土》(送審稿)和《高速鐵路CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土施工指南》(建議稿)。研究成果于2015年2月通過(guò)了中國(guó)鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評(píng)審。

6大型養(yǎng)路機(jī)械防碰撞技術(shù)研究

針對(duì)清篩機(jī)污土帶作業(yè)的特點(diǎn)，提出了以無(wú)線測(cè)距與無(wú)線遙控技術(shù)為主的技術(shù)方案，研究開(kāi)發(fā)了清篩機(jī)污土帶輔助避障裝置，滿足了清篩機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)需求。結(jié)合大型養(yǎng)路機(jī)械施工機(jī)組區(qū)間作業(yè)的特點(diǎn)，開(kāi)展了大型養(yǎng)路機(jī)械車(chē)車(chē)間防碰撞技術(shù)的研究，提出了以無(wú)線測(cè)距技術(shù)為主、衛(wèi)星定位技術(shù)為輔的檢測(cè)方案，研制了車(chē)間距離監(jiān)測(cè)裝置，可以對(duì)作業(yè)車(chē)前后車(chē)輛的間距進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)警提示，避免車(chē)輛間碰撞事故的發(fā)生?；诤撩撞ɡ走_(dá)測(cè)距技術(shù)以及高效、高性能的數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工人員的定位。激光測(cè)距與編碼技術(shù)相結(jié)合，研究檢測(cè)大型養(yǎng)路機(jī)械與鐵路設(shè)施間距離的技術(shù)，為操作員和駕駛員提供作業(yè)車(chē)周?chē)奶摂M環(huán)境和障礙分布；并基于機(jī)器視覺(jué)理論，結(jié)合仿射幾何原理，建立了鐵路配砟車(chē)對(duì)鐵路設(shè)施進(jìn)行識(shí)別和定量檢測(cè)的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，有效地驗(yàn)證了系統(tǒng)的可用性和有效性。研究成果于2015年1月通過(guò)了中國(guó)鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評(píng)審。

7大西客專(zhuān)曲線調(diào)超高扣件

在總結(jié)國(guó)內(nèi)外曲線欠超高允許值的基礎(chǔ)上，仿真分析高速鐵路不同欠超高條件下行車(chē)的舒適性與安全性，以及超高調(diào)整方案，研制出無(wú)砟軌道曲線調(diào)超高扣件。該扣件不需要調(diào)整無(wú)砟軌道板的高程即可實(shí)現(xiàn)曲線調(diào)超高量的調(diào)整，滿足了列車(chē)通過(guò)曲線時(shí)速度提高的需要。該扣件的最大調(diào)超高量為60 mm，最大允許欠超高120 mm。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證了該扣件的組裝靜剛度和組裝疲勞性能滿足要求。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車(chē)試驗(yàn)，驗(yàn)證了該扣件能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車(chē)試驗(yàn)提速至385 km·h-1的要求。相關(guān)成果在大西客專(zhuān)高速綜合試驗(yàn)段上應(yīng)用，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，并且填補(bǔ)了我國(guó)高速鐵路無(wú)砟軌道調(diào)整超高的空白。研究成果于2015年通過(guò)了中國(guó)鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評(píng)審。

8客貨共線鐵路12號(hào)無(wú)砟道岔技術(shù)

以滿足我國(guó)鐵路對(duì)客貨共線無(wú)砟道岔的需求為目的，設(shè)計(jì)、試制了客貨共線12號(hào)無(wú)砟單開(kāi)道岔。該道岔主要適用于27 t軸重及以下客貨共線的無(wú)砟軌道線路，其允許通過(guò)速度為：直向重載貨物列車(chē)(牽引質(zhì)量8 000 t及以上或27 t軸重)100 km·h-1，其他貨物列車(chē)120 km·h-1；客車(chē)直向200 km·h-1，側(cè)向45 km·h-1。該道岔前長(zhǎng)16 592 mm，后長(zhǎng)26 608 mm，總長(zhǎng)43 200 mm；導(dǎo)曲線采用相離40.8 mm、半徑為350 m的單圓曲線側(cè)線線形；曲線尖軌采用直曲組合線型，基本軌工作邊刨切5 mm；采用可動(dòng)心軌轍叉，翼軌采用60TY鋼軌制造，心軌為拼裝結(jié)構(gòu)，采用60AT1鋼軌制造；轉(zhuǎn)轍器、可動(dòng)心軌采用兩點(diǎn)分動(dòng)外鎖閉牽引點(diǎn)牽引；采用預(yù)埋鐵座式扣件系統(tǒng)，其中Ⅱ型彈條扣壓鋼軌，W1型彈條扣壓鐵墊板，鐵墊板下設(shè)20 mm厚硫化彈性橡膠墊層并預(yù)設(shè)4 mm調(diào)高塑料墊板。扣件系統(tǒng)的剛度為30～40 kN·mm-1；岔區(qū)采用軌枕埋入式無(wú)砟軌道系統(tǒng)，岔枕頂寬270 mm，底寬300 mm，高140 mm。研究成果填補(bǔ)了我國(guó)鐵路以貨運(yùn)為主、客貨共線無(wú)砟道岔的技術(shù)空白，于2015年3月通過(guò)了中國(guó)鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評(píng)審。

9曲線用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器替換技術(shù)研究

調(diào)研了國(guó)內(nèi)外高速鐵路應(yīng)用曲線鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的現(xiàn)狀，基于高速鐵路道岔鐵墊板結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，采用硫化墊板工藝和在鐵墊板上設(shè)置鋼套和緩沖調(diào)距塊，實(shí)現(xiàn)曲線上正矢調(diào)整。在設(shè)計(jì)上，有砟軌道曲線用調(diào)節(jié)器的靜剛度為50 kN·mm-1，

而無(wú)砟軌道曲線調(diào)節(jié)器的靜剛度為25 kN·mm-1，調(diào)節(jié)器范圍內(nèi)軌頂?shù)撵o剛度與區(qū)間長(zhǎng)鋼軌的靜剛度一致，以確保列車(chē)通過(guò)時(shí)鋼軌的垂向平順度。試制的曲線用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器已在大西客專(zhuān)進(jìn)行試用，服役狀態(tài)良好，填補(bǔ)了我國(guó)鐵路在該領(lǐng)域的空白。研究成果于2015年3月通過(guò)了中國(guó)鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評(píng)審。

10CTCS2+ATO列控系統(tǒng)ATO及CCS設(shè)備

通過(guò)系統(tǒng)需求分析，研究制定了基于C2+ATO的城際鐵路列控系統(tǒng)的技術(shù)方案，成功研發(fā)了城際鐵路列控系統(tǒng)的地面及車(chē)載系統(tǒng)設(shè)備，包括地面通信控制服務(wù)器(CCS)、車(chē)載ATO系統(tǒng)、擴(kuò)展單元(ECU)以及無(wú)線通信單元(RTU)，并針對(duì)200C ATP系統(tǒng)進(jìn)行了適應(yīng)性修改。搭建了基于C2+ATO應(yīng)用的城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)，在該平臺(tái)上集成了基于C2+ATO的城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)，進(jìn)行了C2+ATO的城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室功能測(cè)試及互聯(lián)互通測(cè)試。2015年7月至9月，在莞惠試驗(yàn)段進(jìn)行的城際鐵路列控系統(tǒng)車(chē)載設(shè)備及地面CCS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明,設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。研究成果于2015年10月通過(guò)了中國(guó)鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評(píng)審。

11CTCS智能運(yùn)維系統(tǒng)試驗(yàn)方案

CTCS智能運(yùn)維系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)運(yùn)維系統(tǒng))是為“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)高速動(dòng)車(chē)組及高鐵關(guān)鍵裝備研發(fā)試驗(yàn)工程項(xiàng)目”配套研發(fā)的高鐵信號(hào)智能化運(yùn)維系統(tǒng)。該運(yùn)維系統(tǒng)利用采集到的地面和車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)信息，建立地面、車(chē)載一體化綜合運(yùn)維平臺(tái)。采用智能分析和故障診斷技術(shù)，對(duì)采集到的地面及車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)信息進(jìn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)比對(duì)和信號(hào)邏輯分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的預(yù)警，防患于未然。運(yùn)維系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)起運(yùn)維處理的規(guī)范流程，做到消息找人，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)修。運(yùn)維系統(tǒng)在進(jìn)行日常和應(yīng)急處置時(shí)能夠協(xié)同人員、設(shè)備、器材、通信等，實(shí)現(xiàn)多種元素?zé)o縫融合，提升設(shè)備的維護(hù)效率和維護(hù)水平。研究成果于2015年10月通過(guò)了中國(guó)鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評(píng)審。

12高速鐵路綜合接地系統(tǒng)回流指標(biāo)的研究

利用聯(lián)調(diào)聯(lián)試測(cè)試得的大樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，得到不同類(lèi)型線路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征值(如均值、方差等)和累計(jì)概率分布曲線。根據(jù)牽引網(wǎng)基礎(chǔ)理論建立了高速鐵路綜合接地系統(tǒng)測(cè)試斷面回流分析模型，通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)測(cè)曲線的對(duì)比，驗(yàn)證計(jì)算了曲線的符合性和正確性。提出了對(duì)高鐵線路和牽引變電(或AT、分區(qū))所綜合接地系統(tǒng)工程的質(zhì)量進(jìn)行考核的指標(biāo)參數(shù)；對(duì)于實(shí)測(cè)得出的回流比例數(shù)據(jù)，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度依其偏離大樣本均值的程度分為優(yōu)良、合格和較差3個(gè)質(zhì)量等級(jí)，填補(bǔ)了現(xiàn)階段聯(lián)調(diào)聯(lián)試相關(guān)試驗(yàn)評(píng)判依據(jù)的空缺。通過(guò)建模計(jì)算，比較了不同測(cè)試斷面和不同取值時(shí)刻點(diǎn)的優(yōu)劣，進(jìn)而確定最佳測(cè)試斷面和最佳取值時(shí)刻，提出了綜合接地系統(tǒng)回流指標(biāo)的測(cè)量方法。研究成果于2015年3月通過(guò)了中國(guó)鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評(píng)審。