中国铁道科学研究院2015年度科技成果简介

中国铁道科学研究院在全院广大科技人员和全体职工的共同努力下，在上级领导部门的直接关怀和路内外有关单位的大力协作和支持下， 2015年共主持和参加创造了各类科技成果72项，其中通过部级技术评审(审查)60项，通过院、局级技术审查10项，国家项目验收成果5项。

为了做好科技成果的交流推广及应用开发，使之尽快地为铁路运输生产及国家建设服务，本刊将以连载的形式从中选择其中主要的科技成果陆续简要介绍。

1CRH3C型动车组牵引控制系统自主化替代研究

通过对自主化CRH3C型动车组牵引控制系统的功能需求分析、硬件接口分析、性能参数分析，完成了该系统的方案设计、软硬件详细设计、硬件制造、软件开发、实验室测试、软件装车例行测试等全部工作，并装车进行考核，单车的安全运行里程超过64万km。在运用考核过程中，自主化牵引控制系统工作正常，没有出现影响行车安全的故障，表明该系统的功能、性能和技术指标满足350 km·h-1速度等级动车组技术的要求，达到了国外同类产品的技术水平，实现了与原型产品的对等替换。自主化的CRH3C型动车组牵引控制系统突破了国外公司的技术封锁，掌握了高速动车组牵引控制系统的核心技术。研究成果于2015年1月通过了中国铁路总公司科技管理部组织的技术评审。

2CRH3C型动车组列车网络控制系统自主化替代研究

列车网络控制系统作为高速动车组神经中枢系统，承担列车的监视、控制、诊断与保护任务，是动车组的核心系统和关键技术。在CRH3型动车组平台的基础上，研究开发具有自主知识产权的350 km·h-1速度等级列车网络控制系统。主要研究内容包括：列车网络控制系统集成技术，动车组的整车控制逻辑、诊断逻辑与系统冗余设计技术，列车网络控制系统硬件、软件的开发，列车网络控制系统测试平台，列车网络控制系统测试及调试技术。

自主开发的硬件包括中央控制单元(含网关)、人机接口显示屏、温度采集模块、C型输入输出模块、输入输出工作站、MVB中继器、远程无线传输装置。自主开发的软件包括温度采集模块嵌入式软件、C型输入输出模块嵌入式软件、输入输出站底层通信软件、通信数据库软件、MVB中继器嵌入式软件、中央控制单元应用软件、通信数据库软件、人机接口显示屏应用软件、诊断数据库软件。

自主化CRH3C型动车组的列车网络控制系统经过了功能需求分析、接口分析、故障导向安全分析、方案设计、软硬件详细设计、硬件制造、软件编码、实验室软硬件联调测试、装车例行测试、正线动静态测试和载客运行考核，考核结果表明自主化列车网络控制系统的功能、性能和技术指标与CRH3型动车组原型产品相同，可实现对等替代；自主化CRH3型动车组网络控制系统在硬件设计制造、动车组控制与诊断软件设计开发、仿真平台测试与验证、单车与列车调试技术等

一系列网络系统集成技术、核心与关键技术上取得了突破，打破了国外公司的技术垄断和限制，满足时速350 km动车组技术指标要求。CRH3型动车组自主化列车网络控制系统与国内外同类产品相比处于先进水平行列。研究成果于2015年1月通过了中国铁路总公司科技管理部组织的技术评审。

3CRH3C型动车组辅助变流器自主化替代研究

在深入研究CRH3型动车组辅助变流器性能和主要技术指标的基础上，本着自主开发、对等替代的原则，针对CRH3C型动车组开展单辅和双辅变流器以及控制器、功率模块、交流电压传感器、直流电压传感器和隔离变压器等关键部件的研发。辅助变流器的箱体选用国内生产的高强度、耐低温、具有耐候性的低碳合金钢和耐候钢，整体性能高于引进箱体。自主化辅助变流器采用从牵引变流器中间直流环节取电、DC/AC三相逆变电路、隔离变压器+滤波器的强迫风冷散热以及并网的设计方案。为了提高系统的实时性、便于软件处理、提供网络接口和提高数据传输速度的目的，设计了由输入子系统、输出子系统、通信子系统等组成的控制器，实现对辅助变流器的控制以及多个辅助变流器输出的并网控制。辅助变流器功率模块的设计采用了6500V/400A IGBT的模块化方案，驱动板采用数字驱动，可以灵活调整驱动参数、优化驱动效果。三相输出变压器的原边采用三角形接法，副边为星形接法。隔离变压器不仅起到了降压隔离的作用，同时其漏感与滤波电容组成LC滤波电路，从而将变压器原边的PWM调制波转换成标准的正弦波。自主研制的CRH3C型动车组单辅和双辅变流器和关键部件已在CRH3C动车组上完成了30万km的运行考核，各设备运行状态良好，达到了国外同类产品技术水平。研究成果于2015年1月通过了中国铁路总公司科技管理部组织的技术评审。

4CRH3C型动车组牵引变流器自主化替代研究

CRH3C型动车组牵引变流器的主电路由2个四象限整流器、带二次滤波电路的中间环节电压电路、过压限制器、短路器以及1个输出脉宽调制逆变器组成。该牵引变流器采用两电平电路结构、IGBT功率模块和水冷散热的设计方案。功率模块设计有逻辑保护板和IGBT驱动板；其中，逻辑保护板具有IGBT的监控、反馈、脉冲处理等功能，驱动板可实现并联IGBT的驱动。功率器件的电气连接采用复合功率母排的连接方式，以降低系统杂散电感和线路阻抗，从而提高两并联回路的均流性和系统可靠性。CRH3C型动车组的牵引变流器和关键部件已完成30万km的运行考核，达到了国外同类产品技术水平。研究成果于2015年1月通过了中国铁路总公司科技管理部组织的技术评审。

5高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土制备工艺及施工工艺深化研究

根据对CRTS Ⅲ型板式无砟轨道自密实混凝土常见问题的调研和分析，建立了问题库软件；提出了基于多元胶凝组分、全尺度粒度匹配和适当增黏与引气技术的高稳健性低胶凝材料制备方法；通过研究材料特性对自密实混凝土性能的影响，提出了基于不同地方材料品质的自密实混凝土的制备和生产技术；研究并提出了一般工况和特殊工况下自密实混凝土大规模施工工艺及关键参数和通用化模板与工装设备；通过缺陷模拟、灌板验证和工程实测，提出了用冲击回波法对现场自密实混凝土层实体的缺陷(离缝、灌注不满和空洞)进行快速检测的方法；通过对自密实混凝土损耗降低技术的系统研究，创新性地提出了基于移动搅拌站的自密实混凝土生产、施工工艺。在室内，采用用水量敏感度法、柱状离析法和静态稳定性法评价自密实混凝土的稳定性；在工程现场，采用坍落扩展度法和砂浆层厚度针入度法对现场自密实混凝土拌和物的质量进行快速检测和评定。编制了《高速铁路CRTS Ⅲ型板式无砟轨道自密实混凝土》(送审稿)和《高速铁路CRTS Ⅲ型板式无砟轨道自密实混凝土施工指南》(建议稿)。研究成果于2015年2月通过了中国铁路总公司科技管理部组织的技术评审。

6大型养路机械防碰撞技术研究

针对清筛机污土带作业的特点，提出了以无线测距与无线遥控技术为主的技术方案，研究开发了清筛机污土带辅助避障装置，满足了清筛机施工现场需求。结合大型养路机械施工机组区间作业的特点，开展了大型养路机械车车间防碰撞技术的研究，提出了以无线测距技术为主、卫星定位技术为辅的检测方案，研制了车间距离监测装置，可以对作业车前后车辆的间距进行检测和预警提示，避免车辆间碰撞事故的发生。基于毫米波雷达测距技术以及高效、高性能的数据处理和逻辑判断算法，实现对施工人员的定位。激光测距与编码技术相结合，研究检测大型养路机械与铁路设施间距离的技术，为操作员和驾驶员提供作业车周围的虚拟环境和障碍分布；并基于机器视觉理论，结合仿射几何原理，建立了铁路配砟车对铁路设施进行识别和定量检测的数学模型。通过实验检测，有效地验证了系统的可用性和有效性。研究成果于2015年1月通过了中国铁路总公司科技管理部组织的技术评审。

7大西客专曲线调超高扣件

在总结国内外曲线欠超高允许值的基础上，仿真分析高速铁路不同欠超高条件下行车的舒适性与安全性，以及超高调整方案，研制出无砟轨道曲线调超高扣件。该扣件不需要调整无砟轨道板的高程即可实现曲线调超高量的调整，满足了列车通过曲线时速度提高的需要。该扣件的最大调超高量为60 mm，最大允许欠超高120 mm。通过室内试验验证了该扣件的组装静刚度和组装疲劳性能满足要求。通过现场实车试验，验证了该扣件能够满足现场实车试验提速至385 km·h-1的要求。相关成果在大西客专高速综合试验段上应用，具有较好的技术经济性，并且填补了我国高速铁路无砟轨道调整超高的空白。研究成果于2015年通过了中国铁路总公司科技管理部组织的技术评审。

8客货共线铁路12号无砟道岔技术

以满足我国铁路对客货共线无砟道岔的需求为目的，设计、试制了客货共线12号无砟单开道岔。该道岔主要适用于27 t轴重及以下客货共线的无砟轨道线路，其允许通过速度为：直向重载货物列车(牵引质量8 000 t及以上或27 t轴重)100 km·h-1，其他货物列车120 km·h-1；客车直向200 km·h-1，侧向45 km·h-1。该道岔前长16 592 mm，后长26 608 mm，总长43 200 mm；导曲线采用相离40.8 mm、半径为350 m的单圆曲线侧线线形；曲线尖轨采用直曲组合线型，基本轨工作边刨切5 mm；采用可动心轨辙叉，翼轨采用60TY钢轨制造，心轨为拼装结构，采用60AT1钢轨制造；转辙器、可动心轨采用两点分动外锁闭牵引点牵引；采用预埋铁座式扣件系统，其中Ⅱ型弹条扣压钢轨，W1型弹条扣压铁垫板，铁垫板下设20 mm厚硫化弹性橡胶垫层并预设4 mm调高塑料垫板。扣件系统的刚度为30～40 kN·mm-1；岔区采用轨枕埋入式无砟轨道系统，岔枕顶宽270 mm，底宽300 mm，高140 mm。研究成果填补了我国铁路以货运为主、客货共线无砟道岔的技术空白，于2015年3月通过了中国铁路总公司科技管理部组织的技术评审。

9曲线用钢轨伸缩调节器替换技术研究

调研了国内外高速铁路应用曲线钢轨伸缩调节器的现状，基于高速铁路道岔铁垫板结构的优点，采用硫化垫板工艺和在铁垫板上设置钢套和缓冲调距块，实现曲线上正矢调整。在设计上，有砟轨道曲线用调节器的静刚度为50 kN·mm-1，

而无砟轨道曲线调节器的静刚度为25 kN·mm-1，调节器范围内轨顶的静刚度与区间长钢轨的静刚度一致，以确保列车通过时钢轨的垂向平顺度。试制的曲线用钢轨伸缩调节器已在大西客专进行试用，服役状态良好，填补了我国铁路在该领域的空白。研究成果于2015年3月通过了中国铁路总公司科技管理部组织的技术评审。

10CTCS2+ATO列控系统ATO及CCS设备

通过系统需求分析，研究制定了基于C2+ATO的城际铁路列控系统的技术方案，成功研发了城际铁路列控系统的地面及车载系统设备，包括地面通信控制服务器(CCS)、车载ATO系统、扩展单元(ECU)以及无线通信单元(RTU)，并针对200C ATP系统进行了适应性修改。搭建了基于C2+ATO应用的城际轨道交通信号系统仿真试验平台，在该平台上集成了基于C2+ATO的城际轨道交通信号系统，进行了C2+ATO的城际轨道交通信号系统实验室功能测试及互联互通测试。2015年7月至9月，在莞惠试验段进行的城际铁路列控系统车载设备及地面CCS设备现场测试表明,设备运行稳定、可靠。研究成果于2015年10月通过了中国铁路总公司科技管理部组织的技术评审。

11CTCS智能运维系统试验方案

CTCS智能运维系统(简称运维系统)是为“中国标准高速动车组及高铁关键装备研发试验工程项目”配套研发的高铁信号智能化运维系统。该运维系统利用采集到的地面和车载信号系统信息，建立地面、车载一体化综合运维平台。采用智能分析和故障诊断技术，对采集到的地面及车载信号系统信息进行关键数据比对和信号逻辑分析，实现设备故障的预警，防患于未然。运维系统根据监测的数据自动发起运维处理的规范流程，做到消息找人，实现设备状态修。运维系统在进行日常和应急处置时能够协同人员、设备、器材、通信等，实现多种元素无缝融合，提升设备的维护效率和维护水平。研究成果于2015年10月通过了中国铁路总公司科技管理部组织的技术评审。

12高速铁路综合接地系统回流指标的研究

利用联调联试测试得的大样本数据进行数理统计分析，得到不同类型线路实测数据的统计特征值(如均值、方差等)和累计概率分布曲线。根据牵引网基础理论建立了高速铁路综合接地系统测试断面回流分析模型，通过理论计算与实测曲线的对比，验证计算了曲线的符合性和正确性。提出了对高铁线路和牵引变电(或AT、分区)所综合接地系统工程的质量进行考核的指标参数；对于实测得出的回流比例数据，从统计学角度依其偏离大样本均值的程度分为优良、合格和较差3个质量等级，填补了现阶段联调联试相关试验评判依据的空缺。通过建模计算，比较了不同测试断面和不同取值时刻点的优劣，进而确定最佳测试断面和最佳取值时刻，提出了综合接地系统回流指标的测量方法。研究成果于2015年3月通过了中国铁路总公司科技管理部组织的技术评审。