西南交通大学多项成果见证技术创新丨助力中国轨道交通发展
助力中国轨道交通发展
西南交通大学多项成果见证技术创新
机车车辆
轨道耦合动力学理论体系、关键技术及工程应用
CIT400综合检测列车
被称为“翟(翟婉明)-孙(孙翔)模型”的机车车辆-轨道耦合动力学理论,提出了机车车辆与线路最佳匹配设计原理与方法,为铁路六次大提速所涉及的各种车型、山区铁路扩能改造、重载运输、铁路特大型桥梁的安全评估、客运专线和高速铁路建设等都提供了重要的保证。由该理论应用的成果分获国家科技进步一等奖、二等奖等多项国家级和省部级科学技术奖励。
提出了高速列车耦合大系统动力学理论体系,构建了基于车-线、弓-网、流-固耦合的高速动车组动力学性能分析设计平台,实现大系统的耦合仿真,完成了CRH2、CRH3、CRH5和CRH380A、CRH380B等动车组动力学参数的设计和整车动力学性能优化,解决了高速动车组自主创新动力学性能设计及安全运营的难题,支撑了我国高速列车的自主创新。其研究成果“时速250公里动车组高速转向架及应用”获2009年国家科技进步一等奖。
常导磁悬浮
1986年,西南交大就成为国内较早启动该领域研究的高校科研单位。在1988年,交大磁浮团队完成了单自由度铁球悬浮实验,对电磁吸力悬浮原理有了本质的认识。1990年,交大磁浮团队研究成功了由 4台小电磁铁构成的磁浮模型车,并实现了模型车的稳定悬浮和基于直线电机的驱动。1994年10月,成功地研制出了我国第一辆可载人4吨磁浮车及其试验线,并实现了系统的稳定悬浮与运行,这是我国在磁浮列车领域的首次突破,标志着我国开始拥有自主知识产权的磁浮列车技术。
此后,西南交通大学开始正式启动磁浮列车的工程化研究:1997年3月,青城山磁浮车工程试验线的可行性研究通过国家科委工业科技司组织的专家评审;1998年,青城山磁浮列车工程试验示范线工程立项,并开始筹备建设青城山磁浮列车工程试验线;2001年,开始动工修建长430m的青城山磁浮列车工程试验线。
2006年4月30日,我国磁浮交通科研又一次在西南交大取得进展:采用三悬浮架结构,长11.2米,宽2.6米,高3.3米,轨距1700毫米的“青城山中低速磁浮车工程实验线”联调成功,一辆具有自主知识产权的中低速磁浮列车实地正式实验运行。
这标志西南交大初步掌握磁浮列车系统设计技术,验证并初步掌握中低速磁浮交通系统关键技术,为以后的中低速磁浮车工程化和应用打下必要的技术基础。
2015年12月26日,中国首条完全自主设计、自主制造、自主施工和管理的中低速磁悬浮商业运营示范线“长沙磁浮快线”正式试运行。
2016年5月6日,在经过近五个月的空载调试后,我国首条具有完全自主知识产权的中低速磁悬浮商业运营示范线——长沙磁浮快线开通试运营。这条中低速磁浮运营线是由西南交大提供核心技术。
目前,西南交大已参与建立了中低速磁浮交通工程的基础、通用和专用等三类标准体系,参与颁布了《中低速磁浮交通车辆通用技术条件》、《中低速磁浮交通轨排技术条件》等国家、行业标准5项;《中低速磁浮交通设计规范》、《中低速磁浮交通运行控制技术规范》等相关国家、行业标准亦将陆续颁布。
4吨载人常导磁悬浮车试验线
长沙中低速磁浮列车
高温超导磁悬浮
西南交通大学研制的世界第一辆载人高温超导磁悬浮实验车“世纪号”在问世。“世纪号”采用国产高温超导块材,悬浮净高大于20毫米,悬浮总重量530公斤,可乘载5人。该车行驶稳定,时速最高可达每小时300公里。
磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成。尽管可以使用与磁力无关的推进系统,但在目前的绝大部分设计中,这三部分的功能均由磁力来完成。由西南交通大学研制成功的第一辆载人高温超导磁悬浮车亮相“国家高技术研究发展计划(863计划)15周年成就展”。该车孕育多年,于20世纪末研制成功,为新世纪献上了一份厚礼。高温超导磁悬浮车采用国产YBaCuO高温超导块材,工作在液氮温度(77K),底部3 mm厚的车载薄底液氮低温容器连续工作时间大于6 h。在车载5人、悬浮总质量530 kg时,悬浮高度大于20 mm,悬浮稳定性好,悬浮刚度较高,永磁导轨长15.5 m,直线电机推进,加速度1 m/s2,全自动控制。它的研制成功,标志着我国在高温超导磁悬浮应用基础研究和高温超导磁悬浮车系统技术方面达到了世界领先水平,对未来社会尤其是交通运输方面将产生深远影响。
载人高温超导磁悬浮环形实验线,是牵引动力国家重点实验里一颗年轻而璀璨的明珠。它是我国第一个搭建完成的载人高温超导磁悬浮环形实验线,此前仅德国有先例。
这个实验平台,代表着我国在高温超导磁悬浮领域最前沿的研究成果。在理想状态下,这种“超高速真空管道高温超导磁悬浮车”在低压管道中最终能实现时速大于1000公里的行驶,并且能耗低,也没有噪声污染。西南交大早在2013年3月便研制出了最初的高温超导磁悬浮(HTS)测试环线,而最新的这个模型则加入了真空管道。
在全球首个建成真空管道超高速磁悬浮列车原型测试平台的西南交通大学2006年传出好消息:该校超导与新能源研究开发中心设计研制的第二代高速真空管道高温超导侧浮系统已经完成第一阶段调试,不仅成功地将管道真空的极限压强降到了1335帕(一个大气压等于101325帕)——相当于抽掉了管道中99%的空气,还在常压下将磁浮实验车最高平均速度达到了每小时82.5km,最大瞬时速度达到了每小时87.5km。这种将轨道铺在管壁上的“壁挂”磁悬浮列车,它能有效解决实验室中轨道半径太小所带来的离心力问题。在未来的应用中,“壁挂”磁悬浮还有可能发展为三维轨道,让列车真正可以“飞檐走壁”。如今,西南交大已经有了第三个真空管道超高速磁悬浮列车试验平台——第二代高速真空管道高温超导侧浮系统。
世界第一辆载人高温超导磁悬浮车
真空管道磁悬浮
高速铁路供电综合监控技术与装备
我国第一套具有完全自主知识产权的高速铁路供电综合监控系统的研制,实现了中国高速铁路综合监控系统的统一标准、统一制式和统一平台,支撑了高铁的快速建设与安全运营,奠定了我国高速铁路电气化领先世界先进水平的地位。成果完全取代了国外产品,广泛应用于国内高铁建设,其中供电调度系统在已开通高铁的铁路局全部采用,被控站系统装备了34条高速铁路,市场占有率50%以上。2012年该成果获四川省科学技术进步奖一等奖,2013年获国家科技进步奖二等奖。
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牵引供电关键设备安全运行检测技术
我国第一套牵引变电所供电设备安全运行在线监测系统、第一个移动式离线检测系统、第一个变频调速牵引电机的连续脉冲高压试验系统,建立了统一数据处理平台的故障诊断系统。研究成果在全路应用推广,市场份额占80%以上。研究成果获得2012年国家科技进步二等奖。
在线离线一体化检测系统
轨道交通模拟驾驶仿真培训系统
我国第一套自主研制的列车模拟驾驶仿真培训系统,能够逼真地模拟轨道交通系列动车的操纵环境、各类运行环境、运行条件与运行性能,全面实现了列车驾驶实操模拟训练,还可以进行故障应急处理、非正常行车处理和突发事件处理训练。该装备广泛应用北京、上海、广州等20个城市的轨道交通,武广、沪宁等8条高速铁路以及大秦、朔黄等7条重载铁路,并在2010年上海世博会上展出。成果获得2011年四川省科技进步一等奖。
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大型及复杂高原、水下隧道
及地下铁道交通隧道设计建设与运营管理关键技术
围绕铁路隧道、公路隧道、地下铁道交通隧道的建设与营运问题,建立西部山区大型铁路与公路隧道理论与技术、盾构隧道结构理论与环境影响控制技术、长大交通隧道营运防灾节能控制技术。成果广泛应用于成兰铁路、广甘高速公路、武汉长江隧道、珠江狮子洋隧道、南京长江隧道、深圳、成都、广州、南京等地铁。近五年相关成果共获得国家级奖励5项,省部级奖励41项,其中2项(主持)获得2008年、2011年国家科技进步奖二等奖。
复杂环境下高速铁路桥梁设计与安全控制技术
复杂环境下高速铁路桥梁设计与安全控制技术建立了高速铁路大跨度桥梁风洞试验技术、安全性评估技术、地震损伤模拟、评估与减隔震方法、自适应施工控制方法与健全性评估技术等一系列关键技术,解决了桥梁设计、建设与运营管理中的技术难题。成果应用于几乎所有高铁、客专大跨度桥梁的建设,其中应用该成果的武汉天兴洲长江大桥获2013年国家科技进步一等奖。
沪通铁路沪通长江公铁两用大桥
南京大胜关长江大桥试验图
高速道岔设计理论研究与中国高速道岔
高速道岔设计理论研究与中国高速道岔的研制,建立了一整套铁路道岔研制的理论体系,解决了高速道岔设计和制造的一系列关键技术难题,研制出一系列具有我国自主知识产权的铁路道岔。产品替代进口,打破了德、法等国对高速道岔市场的垄断和对我国的技术封锁,国内市场占有率80%。研究成果获四川省科技进步一等奖、教育部科技进步奖一等奖。
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高速铁路精密工程测量成套技术
该成果解决了高铁建设中的世界难题,建立了我国高速铁路勘测设计、工程施工和运营管理测量的统一标准,打破了国外技术垄断,实现了我国高铁精密控制测量技术的自主创新与国产化,研发了轨道平顺性测量仪和标准框校准平台。成果广泛应用于我国高铁客专线,其中高速铁路精密测量技术标准应用率100%,轨道测量控制网技术市场占有率80%。成果获得2013年四川省科技进步一等奖。
铁路列车运行图编制系统
铁路列车运行图编制系统实现了列车运行图编制自动化,大大缩短了铁路编图周期,提高了我国铁路运输组织和管理水平具,是我国铁路列车运行图编制模式的变革。该成果是中国铁路总公司指定采用的统一软件,且由原铁道部依托我校建成了“全路计算机铺画列车运行图研发和培训中心”。该成果获多项省部科技奖励。
新型信息安全保障系统首次提出安全自管控(SDN)技术体系,系统地解决了铁路客票系统的安全问题,已经在全国18个路局广泛应用,取得了重大的社会经济效益。
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轨道交通焊轨车
学校研制的数控式气压、移动式闪光、固定式闪光等焊轨车。产品广泛应用于我国的京沪、武广高铁、京津城际、青藏铁路建设,解决了高原和平原的建设难题。同时,产品推广到上海、北京等多个城市地铁建设并,出口至国外近10个国家等。其中研制的世界首台“移动式数控气压焊轨车”,受到胡锦涛总书记的高度评价。
世界首套组合式同相供电装置
同相供电技术能够取消变电所出口接触网电分相,提高列车运行的安全可靠性,提高供电能力和线路运力,节能节容,改善电能质量,具有革命性的技术进步和显著的经济、社会综合效益。组合式同相供电技术是新一代牵引供电系统的最关键技术之一,它不仅可用于铁路的新线建设,也方便于我国高速铁路、重载铁路广泛采用的单相接线(型)牵引变电所的同相供电改造与升级,具有良好的适用性。
组合式同相供电技术是“十一五”国家科技支撑计划“电力电子关键器件及重大装备研制”项目。组合式同相供电技术实现了单相牵引变压器与同相补偿装置接线方式以及同相补偿容量最小化的最佳匹配,可以取得技术和经济指标双重优化的良好效果。