神华集团有限责任公司副总经理  朔黄铁路发展有限责任公司董事长兼总经理 薛继连

 

　　我向大家汇报的题目是30吨神华重载装备核心装备与关键技术创新。

 

 

　　神华集团是以煤炭为基础，集煤炭、电力、铁路、港口、航运、煤制油煤化工一体化发展、产运销一条龙经营，跨地区、跨行业、多元化经营的综合能源企业集团，在国家能源产业和国民经济中占有重要地位。是我国规模最大、现代化程度最高的煤炭企业。神华铁路主要以外运神华自产煤为主，兼顾地方煤炭。神华铁路营业里程共计1765公里，包括包神铁路、神朔铁路、朔黄铁路、大准铁路、甘泉铁路，在建铁路313公里，拟建的铁路，黄大铁路刚刚由国家发改委批准，223公里。

 

　　"十二五"期间神华集团将建成多个亿吨级煤炭基地，同时将建成黄骅港四期、天津煤炭码头二期、珠海港等配套港口工程。神华铁路要适应企业快速发展需要，必须大力发展重载运输，快速提升神华铁路运输能力和重载运输技术装备水平。

 

　　神华集团在开展"大轴重重载运输成套技术的研究"等一系列重大科技创新攻关项目取得了重大突破。包括：国家863项目--朔黄重载铁路桥强和路基的检测与强化技术研究；国家科技支撑计划项目--轴重30吨以上煤炭运输重载核心准备与关键技术与核心装备研制。

 

　　神华铁路30吨轴重重载运输技术创新目标是：构建我国重载铁路技术创新平台；突破行业共性、关键与前瞻性技术；研制轴重30吨以上煤炭运输重载铁路核心装备；建立我国具有自主知识产权的既有重载铁路30吨及以上轴重条件下成套技术体系；为我国既有铁路扩能提供技术和设备支撑。

 

　　创新思路：系统规划，理论研究，工程依托，同步实施，国际合作。

 

　　产学研协作：组成了以企业为主体，科研院所、高等院校和设计咨询等领域优秀技术人员的项目团队，形成整体攻关能力。

 

　　科学研究与工程实践紧密结合，依托朔黄铁路技改扩能工程实践，走科研与工程相结合的道路，每个科研项目从"方案－实施－结题"都紧密结合具体工程，通过工程实施和应用试验，检验研究成果的正确性、可靠性和适用性。

 

　　国际合作：引进国际知名咨询机构北美铁路联盟（AAR）交通技术中心（TTCI），开展国际合作、技术咨询。新型轨枕、扣件等重载关键装备开展国际试验。开展国际合作和技术咨询。新型轨枕、扣件等重载关键装备开展国际试验。

 

 

 

　　应用最新的轻量化技术，低动力作用走行技术及重载车钩技术，最大限度降低车辆自重、提高车辆载重，增大溶剂，缩短列车长度、增加编组数量。应用沿车体横向布置的自卸式机械底门开闭机构，实现底门自动开闭及边走边卸，提高卸煤效率，降低运营成本，整体提升重载货车综合技术性能。

 

　　载重100级大轴重货车主要结构：采用自卸货底开门结构形式、30t轴重、铝合金车体，每5辆为一组，主要由车体、转向架、制动装置、车钩缓冲装置及牵引杆装置等组成。

 

　　神华和北车集团齐齐哈尔厂联合研制的KM98型煤炭漏斗车。车体：铝合金结构，枕梁及中梁等主要承载结构采用高强度耐候钢；下侧梁、侧墙和端墙等与煤接触的部位均采用铝合金板材及铝合金挤压型材。底门及机构：采用四连杆开闭机构，通过连杆机构的过轴偏心距将门锁闭，全车共有四组。具有车辆正反向行驶边走边卸、底门自动开闭功能。转向架，采用DZ4型30t轴重交叉支撑转向架，具有低动力、准径向、无焊接、轻磨耗四大特点，对基础设施损伤小，适应神华既有检修设施。

 

　　神华集团与南车集团合作研制的KM98H型煤炭漏斗车。车体采用铝合金材料摩擦搅拌焊车体结构及铝合金配件，自重系数比C80低约12%，达到国际先进水平。它的转向架采用DZ5型低动力作用摆式转向架，侧架可横向摆动，降低轮轨横向动作用力及轮轨磨耗 ；具有良好的曲线通过性能和直线运动稳定性。采用我国自主知识产权的DAB-1型集成制动装置，采用自主研制的停车自动装置。采用机械碰撞式底门开闭机构，卸货效率是翻车机的四倍。自主创新设计了二级锁闭机构，提高车辆运行安全可靠性。

 

　　技术创新要点：最大载重100t、名义载重98t，自重约22t，自重轻、载重大。单车载重量较C80型敞车提高23～25％。采用5辆一组、短牵引杆时，车辆平均长度14m（国际通用车型为16m），在1700m站场长度条件下，每列车较C80型敞车多运输1720t煤炭，运能提高18。5%。采用铝合金车体，车体内部平滑，卸净率高，有利于防止冬季冻煤，保障车辆运行安全。创新自卸式底门机构，实现正反向边走边卸、底门自动开闭。设有二级锁闭功能，安全可靠性高。

 

 

　　针对神华铁路12‰长大下坡道、起伏坡道、小半径曲线多的特点，结合神华铁路机车操纵及运行模式，成功研制具有自主知识产权的单轴轮周功率1200KW、总功率9600KW（八轴）/14400KW（12轴）的大功率交流传动电力机车。神华号大功率机车主要结构，神华八轴机车是一种8轴双节、轴式为2（B0B0）的电力机车。每节车各设有1个司机室，两节机车之间通过连挂风挡连接。神华十二轴机车是一种12轴三节、轴式为3（B0B0）的电力机车。在八轴机车的基础上增加1节不带司机室的动力单元。

 

　　技术创新要点：

 

　　1。采用以动力单元为基础的模块化设计，形成八轴、十二轴编组形式，是新型机车组牵引动力方式的发展方向，达到了世界领先水平；

 

　　2。神华十二轴电力机车为目前世界上功率最大（14400kW）、牵引力最大（启动牵引力1140kN，持续牵引力798kN）的电力机车。

 

　　3。自主研发的国际先进的大功率水冷IGBT主-辅一体化变流器，集成化程度及可靠性更高。鼠笼式交流传动异步牵引电机采用国际先进水平的轴控方式，机车粘着控制更优、运用可靠性更好。

 

　　4。车体采用整体承载式结构，能承受3000kN的纵向压缩载荷，达到国际领先水平。转向架采用低位推挽式牵引装置及轮盘制动等国际先进技术，具有优越的动力学性能。

 

　　5。采用自主研发的微机网络模拟控制DK-2制动系统，能实现列车自动制动、机车单独制动、空电联合制动、断钩保护等功能，具备单机自检、故障诊断与数据记录等智能化功能。

 

　　6。首次将机车无线电台、列尾装置、机车重联电话进行整合，高度集成，实现一个界面完成三个功能部件的操作。

 

　　7．通风系统采用独立通风方式，保持机械间微正压，提高了整个机械间内的部件运用环境。

 

　　8。司机室引入汽车设计理念，操纵台整体设计及司机室精细化内装饰设计达到汽车内装水平。

 

　　9。在机车中首次采用视频后视系统，对车钩、受电弓、机械间等实时监视，大大提高了机车的运用安全性。

 

 

　　为更好地适应重载铁路长大编组列车的开行需求，研究开发了基于新一代无线宽带通信TD-LTE技术，在朔黄铁路建设示范工程，研究开发了重载铁路1。8GHz新型宽带移动通信系统，实现重载列车同步操控、可控列尾、调度通信、视频传输等语音和数据移动通信业务。

 

　　重载铁路LTE宽带移动通信系统构成：由无线数据承载网络、业务应用系统、运行与支持系统和终端设备等四部分组成。

 

　　核心网架构：由移动管理实体（MME）、归属签约用户服务器（HSS）、服务网关（S-GW）、分组数据网网关（P-GW）等网元组成。

 

　　业务应用系统：

 

　　1。 重载无线重联信息传送子系统：完成机车同步操作和列尾业务数据承载。

 

　　2。 车地通用数据通信子系统：完成无线车次号校验、调度命令等车地通用业务数据承载。

 

　　3。 列车调度集群语音子系统：主要提供列车无线调度通信和其他铁路公务通信业务。

 

　　4。 视频监控子系统：提供视频监控及车地数据传输业务，主要由地面监控终端和前端视频设备等构成。

 

　　运行与支持系统：是网络运行和业务支撑的综合管理平台，提供网络管理、资源管理、用户管理、业务开通、业务保障等功能。

 

　　终端设备，包括列车调度通信机车台、作业手持台和通用手持台、重载无线重联车载数据通信设备和可控列尾车载通信设备等终端。

 

　　技术创新要点：

 

　　1。 在全世界范围内首次实现重载列车控制、调度指挥等铁路运输专用业务与LTE技术融合。

 

　　2。 设备研发、工程设计和安装、实验室测试和现场试验各个环节实现完全自主创新，研制具有自主知识产权的重载列车新型移动宽带系统。

 

　　3。 通过与重载列车动力学试验结合，掌握机车同步操控及可控列尾等应用系统的关键性能指标，满足重载铁路的业务需求和安全可靠性需求。

 

　　4。 在朔黄铁路有代表性的山区地段建设了50km示范工程，建立了系统、设备、工程、维护等方面的系列标准体系。

 

 

　　通过大轴重列车对桥涵、隧道、路基和轨道结构作用特征的理论分析、状态检测和试验研究，分析大轴重重载运输条件下基础设施薄弱环节，开展基础设施强化改造技术研究。桥涵、隧道、路基和轨道结构加固新技术、新工艺，新型重载轨道结构与部件研制，示范工程应用。

 

　　大轴重综合实车试验。针对神华铁路不同类型桥梁、不同衬砌结构隧道、不同曲线半径不同路基结构，选取50km典型区段进行了大轴重综合实车试验，通过大轴重试验列车与运营列车对既有朔黄铁路基础设施的动静态作用测试，掌握了大轴重条件下基础设施的受力状态和荷载特性，获得30吨轴重重载列车对基础设施作用特征。

 

　　重载列车的试验段选择了朔黄铁路北大牛-回风区间，这当中有24条曲线，最大线路坡度达11。4‰，19座桥梁、97孔，涵洞188座，隧道3座，路基包括高路堤、低路堑、路桥过渡段、路隧过渡段、小半径曲线段。试验采用地面测试与车载测力轮对测试相结合方式进行。通过不同轴重（21t、23t、25t、27t、30t）和不同速度（5km/h、65km/m、75km/h、80km/h）组合的试验运行，获得大量基础设施动力性能实测数据，经过综合分析和与理论计算的对比研究，掌握了大轴重列车对既有基础设施动力作用特性和荷载分布范围。

 

　　30吨轴重条件下基础设施改造活载标准研究。神华铁路既有基础设施设计采用"中-活载图式"。开展30吨轴重条件下既有基础设施改造活载标准研究，综合考虑既有基础设施安全性、改造可行性、经济性各方面因素，研究提出1。1倍ZH活载图式（修订）改造活载方案。

 

　　适用于30吨及以上轴重运输的新型轨道部件研发。新研制的重载轨枕：轨下断面正弯矩达到22。57kN。m，枕中负弯矩达到21。33kN。m，单根轨枕横向阻力达到15。52kN；新研制的配套弹条扣件：有效弹程12mm，扣压力达到12。5kN，相对于目前使用的II型弹条，可有效防止弹条松弛，同时延长扣件使用寿命；新研制的橡胶垫板：采用了优质材料，具有2级刚度，通常情况下胶垫刚度为120～140 kN/mm，当出现轮轨冲击荷载时，胶垫刚度变化为200kN/mm。

 

　　其中新研制的重载轨枕与配套扣件在美国TTCI试验中心HTL高吨位环形线铺设了长度为181。2m试验段，分别包括直线和5°小半径圆曲线（R-350m）。试验段于2012年9月开始进行大轴重实车运行，货车最大轴重为35。4吨，至2013年9月通过总重约1。32亿吨，新型重载轨枕和扣件使用状态良好。

 

　　研制新型75-12号重载道岔。开展尖轨型面优化、尖轨和导曲线线性优化、辙叉材质优化及新的铸造和后处理工艺研究。研发3种类型的辙叉，新技术包括爆炸硬化、叉心加宽、翼轨抬高心轨降低、轮轨型面优化匹配等。

 

　　30吨及以上轴重桥涵结构强化技术。朔黄铁路采用快速换梁技术换取既有32m预应力混凝土梁进行静载开裂及重复开裂试验，精确测试既有梁体有效预应力，掌握了常用跨度梁体预应力现状，指出提高跨中截面抗裂性能是普通高度预应力混凝土梁适应大轴重重载运输的关键。

 

　　桥梁体外碳纤维板加固技术。通过碳纤维破断、疲劳、松弛试验，模型梁施工工艺试验，实梁加固与静载试验，研发预应力碳纤维板材加固技术，显著提高桥梁底部混凝土结构的抗裂性能。

 

 

　　神华铁路重载运输桥梁和路基现状及特点：研究桥梁和路基静、动力性能检测技术，桥梁结构实时监测技术、道床和路基状态连续检测技术；建立桥梁和路基状态评估指标体系。形成桥梁和路基运行中快速加固以及维修技术；掌握重载铁路路基与桥梁的动力特性，形成路基与桥梁检测与强化技术理论体系。

 

　　技术创新要点：

 

　　一，试验研究成果。研制了目前国内唯一的重载铁路路基列车作用仿真试验系统，建立了目前国内最大的路基模型试验槽，可实现不同速度、不同列车轮对同时对路基的作用。进行轴重23t、25t、28t、30t，时速为80km/h的1：1模型路基动力响应试验，揭示了重载铁路路基在不同轴重列车作用下的动力响应特性、分布规律和路基极限承载力。

 

　　二，理论研究成果。获得了重载列车在21吨轴重车辆普通编组和23吨、25吨、27吨、30吨和33吨轴重车辆1万吨、2万吨编组列车的运营荷载谱。分析了该运营谱作用下跨度为8m、10m、12m、16m、20m、24m和32m简支桥梁的荷载响应和铁路线路的荷载响应，提出了相应的结构荷载效应谱。

 

　　三，检测和强化技术研究成果。桥梁静动力检测与在线监控监测技术；混凝土桥梁耐久性自动监测和成套检测技术；车载道床与路基结构层及其病害连续检测技术；轨下高精度弹性波勘探系统；道床纵、横向阻力及枕下道床刚度快速检测设备。

 

 

　　构建以重载列车为核心，以重载列车关键部件状态感知为基础，以信息智能处理与交互为支撑，研究具有自检测、自诊断、自决策能力的大轴重重载列车运行状态监控系统，实现大轴重重载列车运行状态监测，为其安全可靠运行提供技术支撑。

 

 

　　开发适用于重载列车智能化操控系统智能核心设备与辅助自动控制设备，构建完整的重载列车智能化操控系统，实现列车智能操控，提供列车辅助自动控制等功能，保证列车运输安全，优化运行效率，提升线路运输能力。

 

 

　　研究重载铁路调度优化构架及关键技术，通过调度优化系统与既有综合调度系统及信息系统，以及重载列车智能操控系统的信息交互与融合技术研究，构建系列支撑平台，实现重载列车调度实时调整和优化控制，提升系统的综合运输效率。

 

 

　　以企业为主导；以需求为导向；产学研联合；优势互补；引进国际咨询；开展国际合作；突出既有线重载运输特点；实现科学研究与工程实践验证紧密结合；取得了一大批具有自主知识产权的创新成果；开辟了既有铁路开展30吨轴重重载运输的新途径；形成了独具特色的神华重载铁路技术创新发展模式；显著提升了神华铁路运输能力；为保障国家能源安全做出一定的贡献。