中國鐵道科學(xué)研究院2014年度科技成果簡介

中國鐵道科學(xué)研究院堅持“行業(yè)服務(wù)為立院之本，成果轉(zhuǎn)化為興院之策”的建院方針，以“打造行業(yè)主力院府，引領(lǐng)鐵路科技發(fā)展”為奮斗目標(biāo)，貫徹落實鐵路行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，圍繞鐵路發(fā)展重點領(lǐng)域和重大關(guān)鍵技術(shù)，充分發(fā)揮綜合技術(shù)優(yōu)勢，在科技創(chuàng)新等方面取得了顯著成績。中國鐵道科學(xué)研究院2014年共主持和參加創(chuàng)造了各類科技成果73項，其中通過技術(shù)鑒定2項(參加)，通過部級技術(shù)評審(審查)44項(主持)，通過院、局級技術(shù)審查22項(主持)，通過國家項目驗收5項。

為了做好科技成果的交流、推廣及應(yīng)用開發(fā)，使之盡快地為鐵路運輸、生產(chǎn)及國家建設(shè)服務(wù)，本刊將以連載的形式從中選擇主要的科技成果陸續(xù)簡要介紹。

1　鐵路簡支梁橋球型鋼支座試驗研究

針對地震動峰值加速度超過0.25 g以上地區(qū)鐵路簡支梁橋減隔震的需求，研究并確定球型鋼支座的設(shè)計原則、設(shè)計參數(shù)和參考標(biāo)準(zhǔn)以及合理的構(gòu)造。通過對國內(nèi)外常用滑板材料的試驗比對，使用改性超高分子量聚乙烯板作為球型支座的滑板材料；該材料與常規(guī)的滑板材料相比，具有有容許應(yīng)力高、摩擦系數(shù)小、磨耗率低、溫度適應(yīng)性強、使用壽命長、性價比高等優(yōu)點。球型鋼支座的平面摩擦副和球面摩擦副均采用不銹鋼板與滑板形成偶對，具有摩擦系數(shù)低、磨損率低、且能保持長久不變形的特點。通過方案比選，確定采用傳力明確、構(gòu)造緊湊、部件受力均勻、整體性好的側(cè)向限位結(jié)構(gòu)型式的球型鋼支座。提出了球型鋼支座的生產(chǎn)工藝要求，編制了《鐵路簡支梁橋球型鋼支座暫行技術(shù)條件》，并對關(guān)鍵部件的制造和部件檢測制定了相應(yīng)的工藝流程和實施細則；對試制產(chǎn)品的原材料及成品進行了系統(tǒng)的試驗以及經(jīng)濟效益和社會效益的分析。該支座通過摩擦阻力消耗能量，延長橋梁的振動周期，從而達到減隔震的目的；在保護梁體和基礎(chǔ)的同時，可減小橋墩與基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)尺寸，明顯降低工程造價，且使用壽命長，日常養(yǎng)護維修費用少，節(jié)約成本。球型鋼支座已應(yīng)用于蘭新、杭長、合福、沈丹等客運專線鐵路。研究成果于2014年10月通過了中國鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評審。

2　鐵路橋梁用三向測力支座

結(jié)合高速鐵路軌道技術(shù)國家重點實驗室、大秦鐵路、朔黃鐵路、巴準(zhǔn)鐵路的使用需求，在充分考慮三向測力支座對現(xiàn)有橋梁通用性和對梁端轉(zhuǎn)角、線路坡度、基礎(chǔ)沉降適應(yīng)性的基礎(chǔ)上，研究鐵路橋梁用三向測力支座的選型并進行結(jié)構(gòu)設(shè)計；通過試驗分析、性能比選，對測力支座所需的鋼件、滑板、橡膠等材料進行選擇；研制的測力系統(tǒng)包括傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠從豎、縱、橫三個方向?qū)蛄旱氖芰M行測試。試驗室試驗和實橋應(yīng)用表明，三向測力支座的結(jié)構(gòu)合理，測力精確(測量精度在5%以內(nèi))、穩(wěn)定耐用，安全可靠，能夠充分滿足橋梁承載、測力的使用要求，已被成功應(yīng)用于大秦

鐵路、朔黃鐵路、巴準(zhǔn)鐵路和山西中南通道等的鐵路橋梁工程項目。研究成果于2014年10月通過了中國鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評審。

3　高速鐵路CRTS Ⅲ型板式無砟軌道技術(shù)系統(tǒng)研究

在前期各型無砟軌道建設(shè)、運營實踐及時速200 km等級城際鐵路的CRTS Ⅲ型板式無砟軌道技術(shù)基礎(chǔ)上，以盤營客運專線為依托，系統(tǒng)開展了時速300 km及以上高速鐵路的CRTS Ⅲ型板式無砟軌道靜動力特性、軌道結(jié)構(gòu)及接口技術(shù)、室內(nèi)外試驗及長期監(jiān)測技術(shù)、工程材料、軌道板制造技術(shù)、軌道結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)、養(yǎng)護維修技術(shù)、結(jié)構(gòu)耐久性和技術(shù)經(jīng)濟性等方面的研究，提出了荷載效應(yīng)計算方法，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，首次揭示了溫度梯度與列車荷載耦合作用下軌道結(jié)構(gòu)的受力和變形規(guī)律；系統(tǒng)形成了高速鐵路CRTS Ⅲ型板式無砟軌道的設(shè)計、制造、施工、養(yǎng)護維修等成套技術(shù)；自主創(chuàng)新了自密實混凝土配制和灌注技術(shù)，實現(xiàn)了規(guī)?；凸こ袒膭?chuàng)新目標(biāo)，研發(fā)了無砟軌道的布板和精調(diào)軟件及制造、施工和檢測成套裝備，編制了有關(guān)軌道板、自密實混凝土、土工布隔離層、彈性緩沖墊層和嵌縫材料的暫行技術(shù)條件，以及無砟軌道施工指南及工程施工質(zhì)量驗收等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。高速鐵路CRTS Ⅲ型板式無砟軌道已應(yīng)用于盤營、沈丹、成綿樂，眉樂段西寶、鄭徐等線路，鋪設(shè)里程已超過1 000 km。研究成果于2014年9月通過了中國鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評審。

4　先張法預(yù)應(yīng)力體系無砟軌道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)試驗研究

在總結(jié)、分析國內(nèi)外先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的設(shè)計和制造技術(shù)基礎(chǔ)上，提出了先張法預(yù)應(yīng)力軌道板結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，依托CRTSⅠ、Ⅲ型板式無砟軌道系統(tǒng)，進行了雙向先張、單向先張預(yù)應(yīng)力軌道板和普通鋼筋混凝土軌道板的結(jié)構(gòu)承載能力和耐久性等對比分析，優(yōu)選雙向先張預(yù)應(yīng)力軌道板進行深化研究；根據(jù)軌道板雙向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的特點，提出了矩陣單元

制造方案，通過張拉桿、連接器等工裝設(shè)備和預(yù)應(yīng)力筋張拉、放張等關(guān)鍵工序的試驗研究，首次形成了雙向先張預(yù)應(yīng)力軌道板規(guī)?；a(chǎn)工藝；結(jié)合軌道板試制，完成了張拉力均勻性、絲位偏差、放張順序等工藝性試驗和成品軌道板的靜載、疲勞和耐久性等系列試驗；開展了預(yù)應(yīng)力鋼筋端部設(shè)置錨固板以減小預(yù)應(yīng)力傳遞長度的試驗研究，并基于雙向先張預(yù)應(yīng)力軌道板結(jié)構(gòu)的特點，研發(fā)了快速封錨技術(shù)。結(jié)合在西寶客專CRTSⅢ型先張板式無砟軌道試驗段的綜合試驗，開展不同線下基礎(chǔ)軌道結(jié)構(gòu)的實車試驗，系統(tǒng)驗證了先張法預(yù)應(yīng)力體系無砟軌道結(jié)構(gòu)對高速行車條件的適應(yīng)性。先張法預(yù)應(yīng)力軌道板已應(yīng)用于西寶、沈丹客專CRTSⅢ型和哈齊客專CRTSⅠ型先張板式無砟軌道試驗段工程的建設(shè)。研究成果于2014年9月通過了中國鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評審。

5動車組前瞻性技術(shù)及方案研究

在梳理我國既有4種動車組技術(shù)平臺總體性能的基礎(chǔ)上，制訂時速350 km中國標(biāo)準(zhǔn)動車組的頂層指標(biāo)、總體技術(shù)條件和子系統(tǒng)技術(shù)條件，為研制時速350 km中國標(biāo)準(zhǔn)動車組樣車提供依據(jù)。中國標(biāo)準(zhǔn)動車組要求實現(xiàn)互聯(lián)互通，即不同廠家生產(chǎn)的相同速度等級動車組能夠重聯(lián)運營，不同速度等級動車組能夠相互救援。中國標(biāo)準(zhǔn)動車組采用正向設(shè)計，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，首次設(shè)置接近預(yù)警系統(tǒng)、地震預(yù)警裝置、防脫線安全防護裝置和耐碰撞車體等安全裝置或措施；采用4動4拖編組方式，引入動力單元設(shè)計概念，可靈活實現(xiàn)4輛、8輛或12輛等不同數(shù)量的編組方式；列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采用兩級總線的TCN列車網(wǎng)絡(luò)，同時首次設(shè)置以太網(wǎng)用于診斷和維護等；動車組轉(zhuǎn)向架采用模塊化設(shè)計，統(tǒng)一車輪直徑，以實現(xiàn)輪對互換，采用分體式軸箱以便于檢修和快速更換輪對；制動系統(tǒng)采用制動力統(tǒng)一管理，統(tǒng)一減速度特性曲線，要求最大化

利用再生制動以有效減少基礎(chǔ)制動磨耗；牽引系統(tǒng)由2個相對獨立的基本動力單元組成，統(tǒng)一牽引和再生制動特性曲線；在無火回送時具備自發(fā)電功能，向充電機、空調(diào)、主空壓機等負(fù)載供電；動車組輔助供電采用交流輸出母線并網(wǎng)供電方式，供電制式為三相AC380 V/50 Hz；輔助變流器從牽引變流器中間直流電路取電，具有過分相不間斷供電的功能；動車組高壓系統(tǒng)優(yōu)先采用高壓箱整體密閉結(jié)構(gòu)，車頂高壓外絕緣采用185 kV，以適應(yīng)我國動車組的運行環(huán)境；動車組采用統(tǒng)一的車體斷面、車鉤連接；受電弓和空調(diào)采用下沉式安裝，以提高整車的氣動性能；統(tǒng)一司乘界面和旅客界面(如統(tǒng)一定員，統(tǒng)一司機室(含操縱臺)、乘務(wù)員室和機械師室布局等)，統(tǒng)一車門、車窗、閘片、座椅、PIS系統(tǒng)、車輪、車軸等重要零部件，統(tǒng)一動車組的可靠性、可用性指標(biāo)和修程修制，以有效降低運用和維護成本。研究成果于2014年1月通過了中國鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評審。

6　CJ1型城際動車組基礎(chǔ)制動裝置自主化研制

根據(jù)《CJ1型城際動車組技術(shù)條件》，研制了由制動夾鉗單元、制動盤和閘片等組成的制動裝置。通過計算機仿真及1∶1制動動力臺架試驗，確定了高速制動盤的結(jié)構(gòu)、材料化學(xué)成分、力學(xué)性能。試驗結(jié)果表明，所研制的制動盤及閘片具有結(jié)構(gòu)合理、散熱好、熱容量高、耐熱疲勞性能優(yōu)良、使用壽命長的特點，試驗過程中制動盤沒有產(chǎn)生熱斑、明顯劃痕、溝槽等現(xiàn)象；制動夾鉗裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，倍率計算得當(dāng)，遠程控制動作靈活，各項技術(shù)指標(biāo)滿足CJ1型動車組的要求，具備裝車運用條件。研究成果于2014年3月通過了中國鐵路總公司科技管理部及運輸局共同組織的技術(shù)評審。

7　機車車載安全防護系統(tǒng)(6A系統(tǒng))——中央處理平臺及六個子系統(tǒng)技術(shù)條件修訂

根據(jù)機車車載安全防護系統(tǒng)(6A系統(tǒng))的實際裝車和運用情況，對鐵運[2012]227號《中央處理平臺及六個子系統(tǒng)暫行技術(shù)條件》進行補充和修訂，以指導(dǎo)6A系統(tǒng)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造、試驗、檢驗、運用、維護和認(rèn)證等工作。進一步完善了6A系統(tǒng)中央處理平臺和各子系統(tǒng)的功能，增加了與CMD系統(tǒng)通信、能耗記錄與統(tǒng)計、司機室音頻記錄、乘務(wù)員狀態(tài)提醒及預(yù)警等功能；進一步推進了6A系統(tǒng)接口的簡統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化，如規(guī)范了視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的存儲、播放格式，實現(xiàn)了不同廠商生產(chǎn)的6A系統(tǒng)視頻監(jiān)控產(chǎn)品之間的互存互播；明確了6A系統(tǒng)地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的功能，為6A系統(tǒng)的運用、維修和管理提供依據(jù)；進一步明確了6A系統(tǒng)各子系統(tǒng)的試驗和認(rèn)證要求，規(guī)范了6A系統(tǒng)及子系統(tǒng)供應(yīng)商的準(zhǔn)入資質(zhì)。研究成果于2014年4月通過了中國鐵路總公司科技管理部和運輸局共同組織的技術(shù)評審。

8　CAB型機車制動系統(tǒng)

通過對國外機車制動系統(tǒng)技術(shù)以及和諧機車制動系統(tǒng)的運用狀況、乘務(wù)員操作方式、故障統(tǒng)計、運用維護手段的深入調(diào)查和分析，研究制定了CAB型機車制動控制系統(tǒng)的整體技術(shù)框架。系統(tǒng)按照功能要求采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計和智能節(jié)點分布式控制，不依賴于某一節(jié)點，即使單個或數(shù)個模塊出現(xiàn)故障，制動系統(tǒng)仍能工作；電空控制單元由3個智能模塊、1個機械模塊和電源模塊共5個模塊組成，并采用板式安裝，不但減輕了重量，也便于維護和檢修；采用計算機控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)傳輸制動指令；集成了后備制動功能，當(dāng)列車管控制模塊或制動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時可轉(zhuǎn)入系統(tǒng)后備模式；優(yōu)化了無火回送的操作，總風(fēng)缸不排風(fēng)，不用隔離停放制動，無需手動緩解；無緊急制動先導(dǎo)排風(fēng)閥，從而減少了故障點；借助鐵科院機輛所的機車制動系統(tǒng)試驗平臺，開展了制動控制策略的試驗研究，制動控制策略包括常用制動和緩解控制、緊急制動作用方式、制動系統(tǒng)故障安全導(dǎo)向原則及列車斷鉤保護、部件或系統(tǒng)功能冗余等。研究成果于2014年9月通過了中國鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評審。

9　TSRS-YH型臨時限速服務(wù)器

臨時限速服務(wù)器是CTCS—2/CTCS—3列控系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，它具有存儲、校驗、拆分、下達、撤銷及取消臨時限速命令的功能，還提供臨時限速命令設(shè)置時機的輔助提示。TSRS-YH型臨時限速服務(wù)器系統(tǒng)主要由邏輯處理主機、通信機、維修機、電源和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。系統(tǒng)采用二乘二取二的安全冗余結(jié)構(gòu)，并遵循結(jié)構(gòu)化、模塊化、分層次的原則進行設(shè)計。邏輯處理主機采用了具有獨立一致型校驗和拒絕機制的二取二安全冗余技術(shù)，系內(nèi)二取二比較由主、從2個CPU以及采用失效-安全設(shè)計的獨立比較器各自進行，相互獨立的2個CPU采用不對稱的方式在任務(wù)級的協(xié)調(diào)機制下同步運行，各自分別對運算結(jié)果的一致性進行比較和安全性處理。采用A、B雙機對等、互為主備、無擾切換、手動優(yōu)先，雙機在結(jié)構(gòu)上盡量獨立，以避免因單機故障而切換時對使用功能的影響，并在故障處理時有效減小或避免對工作系產(chǎn)生的不良影響，有利于故障的快速恢復(fù)，提升系統(tǒng)的可用性。采用標(biāo)準(zhǔn)的RSSP-Ⅰ及RSSP-Ⅱ安全通信協(xié)議，實現(xiàn)與CTC/TCC/RBC/相鄰TSRS等其他信號系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全傳輸；在系統(tǒng)內(nèi)部各層次的通信中普遍采用了傳輸數(shù)據(jù)安全側(cè)編碼、時間戳校驗、雙地址碼校驗、定時定長定變持續(xù)重復(fù)發(fā)送和信源編碼等信息安全技術(shù)，并嚴(yán)格遵循檢錯而不糾錯的原則，任何檢出的異常都將導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)被置為安全側(cè)。研制的TSRS-YH型臨時限速服務(wù)器工程化樣機通過了獨立第三方評估機構(gòu)的SIL4級安全評估，通過了原鐵道部專家組進行的室內(nèi)和現(xiàn)場測試，于2014年5月通過了中國鐵路總公司科技管理部組織的技術(shù)評審。

10　鐵路電務(wù)管理信息系統(tǒng)ATP車載設(shè)備管理子系統(tǒng)

立足我國鐵路ATP車載設(shè)備的運用及檢修業(yè)務(wù)，按照總公司、鐵路局兩級系統(tǒng)建設(shè)，三級應(yīng)用的模式，開發(fā)完成全路統(tǒng)一的總公司、鐵路局兩級鐵路電務(wù)管理信息系統(tǒng)ATP車載設(shè)備管理子系統(tǒng)，以滿足總公司、局、電務(wù)段、車間工區(qū)的業(yè)務(wù)需求，實現(xiàn)既有多種類型ATP車載設(shè)備的信息化管理，并適應(yīng)不同ATP車載設(shè)備的維修流程和生產(chǎn)組織模式，高效管理ATP車載設(shè)備及運用維護數(shù)據(jù)，達到“作業(yè)高效率、管理現(xiàn)代化、決策科學(xué)化”的要求。該系統(tǒng)涵蓋履歷管理、運用檢修管理、故障管理、高級檢修管理、備品備件管理、型式管理、技術(shù)資料管理和報表管理等八大功能；運用該系統(tǒng)能夠建立完整的ATP車載設(shè)備及其關(guān)鍵配件的履歷庫，規(guī)范化管理ATP車載設(shè)備的硬件更換和軟件升級，實現(xiàn)ATP車載設(shè)備檢修計劃、作業(yè)流程、實績作業(yè)的信息化管理，提供全路ATP車載設(shè)備檢修狀態(tài)的查詢、統(tǒng)計和分析。研究成果于2014年6月通過了中國鐵路總公司運輸局組織的技術(shù)評審，并在鐵路總公司、北京局和沈陽局完成試用。