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国家能源集团朔黄铁路:“大块头”有大智慧

2万吨重载列车,2.6公里的钢铁巨龙组成的“大块头”列车,在两台大功率电力机车牵引下,在太行山脉的国家能源集团朔黄铁路线上穿梭自如,疾...

2万吨重载列车,2.6公里的钢铁巨龙组成的“大块头”列车,在两台大功率电力机车牵引下,在太行山脉的国家能源集团朔黄铁路线上穿梭自如,疾徐同步,这是中国重载铁路技术创新的重大突破。

国家能源集团朔黄铁路:“大块头”有大智慧

图为两万吨重载列车从肃宁北站驶出

多年来,国家能源集团朔黄铁路公司瞄准世界重载铁路技术创新的最前沿,集合国内最强创新阵容,敢为人先,创新耕耘,探索运用无线重联、自动驾驶、智慧机务等自主可控技术,解决了重载列车长大下坡循环空气制动、列车平稳操纵等一系列驾驶控制难题,为我国铁路重载技术探索闯出了一条新路。

创新突破  誓把天方夜谭变成东方奇迹

朔黄铁路近一半的线路分布在山区,线路坡度大、曲线半径小、桥隧相连,自然条件恶劣。尤其是西段,最长的长大下坡道达几十公里,最大线路坡度达到12‰,最小曲线半径仅为380米。在长大下坡道,绵延2.6公里的列车,车头与车尾的自然落差达30余米,相当于10层大楼高,加上2万吨的重量,在提速或制动过程中,如果没有高端重载技术支撑、智能化技术精确控制,后果难以想象。也正因如此,业内专家曾经断言:“在朔黄铁路开行两万吨列车,简直是天方夜谭。”

干字当头,改革创新!朔黄铁路誓把天方夜谭变成东方奇迹,从开行万吨重载列车伊始,同步探索智慧重载之路:

2008年5月9日,万吨列车首次动态牵引试验获得圆满成功;

2012年12月27日,首列两万吨重载试验列车成功开行;

2014年9月29日,世界首列搭载LTE-R通信系统30吨轴重2.5万吨重载列车成功开行;

2016年3月9日,国内首列搭载TD-LTE宽带移动通信系统的两万吨重载列车正式开行;

2017年投入应用重载列车模式化平稳操纵系统,实现两万吨列车精准指导操纵及自动分析和评价功能;

2018年解决攻克11项机车疑难惯性故障,完成交流车TCU、BCU、看门狗软件程序升级;

2019年启用“量值检修、数据修车”、双轴不落轮车床等智能化检修设备,提升机车设备质量;

……

2021年6月19日,历经八年坚持不懈的科学攻关,搭载全球首创的重载移动闭塞技术的两万吨重载列车成功发车运行,标志着我国重载铁路技术取得重大突破,引领着朔黄铁路加速迈向“智慧重载”的新未来。

无线重联  15年时间走完国外50余年的路

火车跑得快,全靠车头带。牵引2万吨重载列车的两台大功率电力机车,前后相距1公里多远。通过无线重联技术,让两台牵引机车保持节奏同步、步幅一致,这是确保重载列车安全稳定运行的关键核心。

国家能源集团朔黄铁路:“大块头”有大智慧

机车调度室实现对全线机车运行监测

这项高端技术,被国外企业垄断,对中国实行严密的技术封锁,所有的相关技术图纸保密,中国技术人员连看一眼都不行。当时,装载该国外企业无线重联系统的机车,不允许中国技术人员登车参观。中国人只剩下自主研发探索自主知识产权的无线重联技术这一条道可走。

朔黄铁路公司积极寻求与科研机构、高校院所协同合作、自力更生,在没有任何可供参考借鉴的基础上,探索中国自己的无线重联技术,多方技术人员在网上广泛搜索,按图索骥,寻求无线通信合作。买来2台皮卡车、柴油机,每天跑到线路周边的道路、隧道处去实验信号……中国重载铁路的无线重联技术创新工作,就这样蹒跚起步。

传统的无线重联技术,借助数传电台通信,传输速率低、宽带窄、覆盖范围小,有效信号不超过千米,遇到山区、桥梁,通信质量下降。2013年,朔黄铁路邀请技术单位支持,规划建设4G(TD-LTE)专网,通过多制式无线通信,并兼容数传电台、宽带网络等,在世界上首次实现了重载列车运营管理与4G(TD-LTE)第四代宽带通信技术的高度融合。搭载4G(TD-LTE)通信技术同步操控2.5万吨重载列车运营实验成功,这是当前世界上采用的最大规模的新一代移动宽带通信系统,为轨道交通通信产业的发展建立了系统标准体系。

“那时,4G网络刚刚兴起,手机4G都没普及,朔黄就决定上4G网,无疑具有很强的前瞻性。”时至今日,谈起当年的创新,中车株洲所的技术研发人员对朔黄铁路仍然钦佩有加。

今天的朔黄铁路,成为全球铁路重载运输史上,第一个将4G无线通信技术运用于重载货运机车控制的铁路企业。

国外的无线重联技术,采用速传电台,要求97%的指令,从控机车响应时延控制在3秒以内。朔黄铁路无线重联技术,99%的指令,包括指令采集、通信接受、数据解析、到设备执行,从控机车响应时延在1.7秒内。

2万吨重载列车有头中尾三个点排风,如果排风通讯时间长,充风、排风一旦超过5秒,列车的冲击力危险性会急剧增加,造成脱钩、脱轨等行车事故。无线重联技术响应时延时间缩短,有效地解决了列车制动排风一致性、制动一致性难题。

操纵过国外无线重联系统的“老司机”,在体验过自主国产化无线重联系统后称赞说:“朔黄的无线重联技术,各种功能具备,机车的同步性能更好。”

国家能源集团朔黄铁路:“大块头”有大智慧

朔黄铁路机车“4S”店——检修大库

为继续提升机车运用效率,释放朔黄线运输能力,朔黄铁路探索非同型电力机车混编模式。通过对神华号交流传动电力机车与和韶山4直流传动电力机车的无线重联控制系统、牵引控制模式、牵引力大小匹配、构造设计强度及机车制动系统等多方面技术研究分析,算法建模并进行机车混编试验,成功实现交、直流机车混编互联开行重载组合列车。此外还实现神华号与和谐号两种不同型号交流传动电力机车的混编互联技术,实现了交流机车与交流机车,交流机车与直流机车“随机编组”模式,将机车周转时间缩短1.9小时/台。

我们用15年时间,走完了国外50余年的路!

智能驾驶  国内重载列车首次装载使用

重载列车操作,需要根据路况随时调整机车牵引力、掌握电制动力与空气制动力的协调、控制速率,减小列车冲击,让列车安全平稳运行,这是一项难度系数极高的技术活。

朔黄线山区路段坡度大,曲线半径小,最大坡度12‰,全程594公里,近10个小时的在线操纵,机车乘务员的劳动强度大,存在较高的安全隐患,运用智能驾驶,为司机操作减负势在必行。

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开往春天的重载列车

2万吨重载列车的智能驾驶,涉及信号、控制算法、空气制动、网络控制、分布式重联等多学科技术,在国内还无人尝试,需要解决一系列的技术性难题。

比如,重载列车下坡制动问题。列车制动需要精准控制制动空气压力,给力的时间和地点都要精确计算,如果算法技术不到位,就会造成列车停缓,影响整条铁路的运行效率。即使列车每天拉一样的编组,遇到的天气不一样,变量也不一样,空气制动试闸的时机也不一样。

朔黄铁路牵头组建近40人专职研究团队,专攻朔黄铁路2万吨重载列车的智能驾驶。20多项技术难题,逐一项被解决。

掌握国内第一的重载列车智能驾驶算法,消除各种差异状况,让列车运行更精准、更安全;

设计辅机启动流程处理,控制交流、直流机车编组,协同一致发挥功率效能;

保障安全导向,一旦通讯中断,智能化操控系统能安全处理故障,还能自愈。任何的两点故障,都不会影响安全行车。即使某个故障坏了,信号也能做到无缝自动切换,让司机操作完全“无感”;

……

朔黄线2万吨重载列车安全开行6年,年运量已经连续五年运量突破3亿吨,朔黄铁路交出了煤炭运量连续阶梯式增长、连续21年安全生产超过7000天的出色成绩单。这是朔黄铁路创造的中国奇迹,这是中国智造的集体荣光!

大数据化  引领智慧机务新时代

创新永无止境。重载列车开通后,朔黄铁路成立了重载技术应用研究委员会和国能运输技术研究院,以重载铁路智能运输创新为主攻方向,开展智能运营、智能装备、智能运维、智能管理方案研究,全面推进智慧重载铁路建设。

之前,机车的故障检修,全靠人工和经验,影响机车周转率。朔黄铁路与科研院所合作,在地方铁路首次为机车研发装备远程监测与诊断装置。

国家能源集团朔黄铁路:“大块头”有大智慧

机车辅机智能清扫设备投入使用,推进智慧机务建设

远程监测与诊断装置被誉为“车载大脑”“车载医生”,不受运行环境及开行方式的影响,具备各型重载列车动力学数据检测能力,能实现对机车的全生命周期管理,机车所有关键数据能实时收集、回传地面,车在线上跑,在家能监测,为重载技术难题提供数据支撑。

项目一期,远程监测与诊断装置2016年装备于神华号,运用车载数据对机车运行性能进行分析、评估。项目二期,建地面大数据平台,运用大数据链,对机车实时监测、诊断,让车更安全、更节能。项目三期,完善智慧机务平台,机车所有操控都可视化、大数据化,让数据产生更大价值。

智慧引领+装备革新,智慧机务的水平不断提升:探索以“量值修车、数据检修”为主要方式的机车检修新模式,实现了检修过程的数据化、信息化、智能化;启用牵引电机和辅机智能清扫设备,多台机器人智能联动清扫、气洗和水洗功能,解决了检修作业粉尘危害;采用全自动输送线,实现部件从“下车”到“上车”全检修过程数字化管理,打造“智慧”检修新模式……朔黄铁路实现了“动态检测、静态监控、综合分析、立体养护、状态检修、寿命管理”的重载铁路检修新模式,形成了检测模型、数据分析、设备维护等方面7项标准,其中3项标准和技术填补了相关领域的国际空白,1项填补了国内空白,建立了一套持续迭代的运输管理体系。

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