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聚焦武廣高鐵專利技術在重點工程中創造運用
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文章來源:經濟日報 更新時間:2010-1-20
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聚焦武廣高鐵專利技術在重點工程中創造運用

  

 

    運行時速350公里,列車運行小間隔3分鐘/列,小曲線半徑9000米,大坡度20‰……武廣高鐵在工程施工、節能環保、技術創新等一系列領域,都達到了國際水平,創造了多項,成為中國高速鐵路自主設計、自主施工、自主裝備制造的又一個奇跡。

  這些“之”的背后,是我國高速鐵路雄厚的技術實力,在當今國際技術格局分布和競爭機制下,我們不僅擁有這些技術,還把這些技術以專利的形式加以運用、實施和保護,讓我們的智慧成果價值大化,有了925件專利申請的武廣高鐵,帶著光榮,充滿自信。記者從鐵道部獲悉,截至目前,武廣高鐵共提交了925件專利申請,其中有多件發明專利。

  技術亮點

  融雪裝置

  融化冰雪保平安

  武廣高鐵采用國產化的融雪裝置,一旦遇到極端天氣,裝置將自動啟動,融化冰雪。這套融雪裝置即是北京中鐵通電務技術開發中心發明的專利技術———“一種鐵路道岔融雪電加熱元件安裝裝置”。

  軌道扣件

  降低噪音降成本

  武廣客運專線大量采用了自主研發的先進的減震性軌道技術,其中包括了重型無縫鋼軌、新型扣件、彈性軌枕以及吸音材料制成的聲障屏、吸聲式隔音窗等新材料新設備,列車通過時的噪音大大降低。

  記者觀察

  中國高鐵的知識產權戰略

  就在武廣高鐵通車前的兩個月,有兩條消息引人遐想:2009年10月,俄羅斯總理普京訪華,中俄簽署了多項合作文件,其中一項是有關高鐵的諒解備忘錄;2009年11月,中國鐵道部和美國GE公司簽署備忘錄,雙方承諾在尋求參與美國時速350公里以上的高速鐵路項目方面加強合作。

  我國高鐵“走出去”被提到日程上來。進入國際市場,專利要先行,早已達成共識。鐵路系統對這一點的認識更早,更深刻些。高鐵技術素來被稱為“大國技術”,全走在這一技術前沿的國家有法國、日本和德國,這些國家的公司在我國申請鐵路技術專利頻繁,申報專利時間早,僅機車車輛類專利已申請近百件。

  面對此種形勢,一方面,我們要加大國內專利的申報力度,積極開展國內高鐵知識產權全過程全方面的保護,從中國高鐵自主技術創新源頭上予以保護、歸納、總結,并進一步鞏固國內高鐵的知識產權主導地位。值得一提的是,我國高鐵關鍵技術的專利權歸屬鐵道部所有,國內相關企業可以免費申請使用,這種專利歸屬模式有利于集中力量突破創新,有一定借鑒價值,也間接解釋了我國高鐵技術為什么能在如此短的時間里實現跨越并。

  另一方面,我們還要積極開展國外專利申報工作,從國際競爭的角度,擁有專利的數量和質量,是直接衡量和影響該產業國際競爭力的重要指標。據了解,目前我國高鐵領域正積極組織開展申請國外專利工作。

  迄今為止,鐵路行業的知識產權管理與保護工作已取得階段性成果,共取得900余件高速鐵路相關專利授權,150余件商標。

  這得益于早年鐵路系統制定的一系列高鐵知識產權管理規劃。

  在行業內,鐵路系統規范了包含高速鐵路專利權、商標權、著作權等高速鐵路知識產權的管理工作;完善鐵路行業知識產權的評估、轉移機制;建立健全高鐵知識產權的管理機制,制定高速鐵路知識產權管理辦法,對原始創新、集成創新和引進消化吸收再創新產生的知識產權,權利人為鐵道部的,由鐵道部實行統一歸口管理;建立鐵路行業知識產權預警機制、應急機制和配套措施。

  在行業外,2008年6月,鐵道部與國家知識產權局簽署了鐵路行業知識產權戰略合作框架協議,分層分批實施鐵路行業知識產權試點工作,優先啟動客運專線系統集成與裝備現代化知識產權保護。按照鐵道部與科技部共同簽署的《中國高速列車自主創新聯合行動計劃》,在形成我國高速列車自主創新能力和關鍵技術體系的過程中,建立自主知識產權體系,并對鐵路全行業開展知識產權工作起到引領和示范作用。

  鐵路系統現已制定了高鐵專利保護的下一步工作計劃,重點在取得高速列車、大功率機車和站后部分的工務工程、牽引供電、通信信號、運營調度、大型養路機械、綜合檢測列車等技術中涉及的專利權方面展開工作,現已經確定了上述相關技術的專利保護目錄。

  運行控制系統萬無一失雙保險

  鐵道部運輸局綜合部主任李軍告訴記者,鐵路系統對“高速鐵路”的定義已基本達成共識,高速鐵路要符合三個標準:一是新建的客運專用鐵路;二是時速在250公里以上的動車組列車;三是高速鐵路核心的技術是列車的運行控制系統,這種運行控制系統和普通速度的鐵路是完全不同的,是一個計算機化的控制系統,普通鐵路是以人控制為主、機器為輔,高速鐵路是機器控制優先,人控為輔。所以說,運行控制系統的設計對于高鐵是核心、關鍵的。

  以信號系統為例,高速鐵路的信號系統,是高速列車安全、高密度運行的基本保證。因此,各國發展高速鐵路,都十分重視行車安全及其相關支持系統的研究和開發。信號系統是集微機控制與數據傳輸于一體的綜合控制與管理系統,是當代鐵路適應高速運營、控制與管理而采用的新綜合性高技術。

  在軌道交通自動化控制中,為了高可靠性和一旦發生故障時的應急處理之需,通常會采用具有冗余的系統架構的計算機控制系統。所謂冗余,即是重復配置系統的一些部件,當某一部件發生故障或損壞的時候,冗余配置的部件便會自動介入并承擔故障部件的工作,即是一個“備份”的意義,以減少系統的故障時間。

  這項需求道理簡單,但實現起來卻有相當難度。在中央處理板與外設板之間,需要設置冗余總線,傳統的并行總線使用引腳過多,進行冗余設計非常困難,而且控制協議復雜,在擴充外設板時會受到總線性能的限制,比如電磁兼容性差、難以實現電氣隔離等。傳統的串行背板總線雖然也能實現冗余,但多偏向于性能較高的電信應用,而并不適合高鐵信號系統的應用。并行、串行這兩種計算機冗余技術均不適合軌道交通自動化所要求的設計簡單、易推廣通用的技術要求。

  武廣高鐵所應用的發明專利————“計算機冗余系統”已獲得國家知識產權局的授權。該發明公開了一種計算機冗余系統,包括兩個中央處理板,至少一個外設板,每個中央處理板上安裝有兩個CPU,每個外設板上安裝有兩個CPU,這些CPU均連接有各自的總線收發器,通過各自的總線收發器再一一連接,構成通信線路,從而達到冗余。當一個中央處理板出現故障時,外設板依然可以繼續進行數據交互并實現其自身功能。

  另外,武廣高鐵的“列控中心系統平臺”發明已經向國家知識產權局提出了專利申請。它主要是運用“二乘二取二”的冗余技術,“二乘二取二”是一種廣泛應用于鐵路方面的技術,具有更高的安全性和可靠性。二乘二側重于系統的可用性和可靠性,二取二側重于系統的安全性和穩定性。而在技術實現上主要有兩種方式:指令級同步和任務級同步,即系統平臺采用多層次的安全防護措施,所有的安全輸出均由兩套獨立、非相關的軟、硬件子系統共同確定,符合故障—安全原則,命令在輸出前進行比較,檢查有錯誤便不產生輸出。輸出后也會檢查,保證不產生錯誤輸出。

  基于以上的控制系統,武廣高鐵在32公里范圍內互通信息數據,并自動保持14公里的安全車距,如果車距小于14公里,調度中心會給動車發出指令,后車便可自動根據與前車的距離來調整車速。

  動車組制造安全舒適動力足

  在1月11日召開的國家科學技術獎勵大會上,中國南車青島四方機車車輛股份有限公司的“CRH2型高速動車組轉向架”,榮獲國家科學技術進步一等獎。CRH2型高速動車組轉向架的研制開發過程中,申請了大批專利。據介紹,轉向架是高速動車組的走行裝置,具有承載、減震、導向、牽引、制動等重要功能,決定了列車運行速度和運行品質,是高速動車組的核心技術。CRH2在高速轉向架動力學等多方面實現了技術創新,成功解決了高速條件下列車抗線路激擾、抗蛇形運動失穩、抗高速脫軌等關鍵技術難題,并實現了我國鐵路動車組在既有線和高速鐵路的兼容運行,整體技術達到國際先進水平。在第六次鐵路既有線大提速中,這一成果應用于京廣、京滬等9條共計6000多公里的主要干線,以及京津城際高鐵動車組、武廣高鐵動車組、首創的長大編組臥鋪動車組等。這一技術成果應用的高速動車組累計運營里程已過9000萬公里,累計運送旅客1.23億人次。

  除了使用CRH2型高速動車組轉向架,武廣高鐵采用的CRH3型動車組列車系統創新了大斷面寬車體、高速輪軌、高速受流、高速制動、人機界面等關鍵技術,在牽引系統、制動系統、車體空氣動力學等方面的技術處于當今地位,牽引功率達到8800千瓦,具有強勁的啟動加速和持續高速運行的能力。

  隨著列車速度的提高,車體的運用工況更加復雜,運用環境更加惡劣,對其強度要求越來越高,同時,考慮到車內乘客舒適度及能源損耗等因素,對車體的氣密性要求也隨之逐步提高。列車在高速運行時,車體會受到極大的空氣壓力,尤其車體的頭部,所承受的空氣壓力會更大,由于高速列車的運行速度還在不斷提高,傳統車體結構已不能滿足高速列車對氣密性的更高要求。

  “高氣密性軌道車輛車體”技術解決了上述不足,采用了氣密隔墻結構,將頭車司機室前部與車廂部分有效隔離,分隔成完全密封的兩部分,避免在列車進行高速運行時,因車體頭部所承載的空氣壓力過大,造成車體密封不嚴的現象。此外,該車體各大部件之間的連接部均采用滿焊工藝焊接,且在車體的各個開口走線的位置,采用了套管加堵板的結構,走線完畢后灌上密封膠,更進一步保證了車體的高密封性能。這種車體結構不僅適用于鋁合金型材的車體,也同樣適用于碳鋼、不銹鋼車體,可用于時速200公里及以上速度等級的動車組,目前廣泛應用于CRH2系列動車組,已裝用1200余輛,總價值近30億元。

  另外值得一提的是,由于動車的高時速對車體剛度和乘坐舒適度的設計提出了更高的要求,現有的鋁合金車體型材結構在剛度、強度和輕量化性能參數上都存在一定的優缺點;另外當列車高速運行時,特別是在穿行隧道區間時,車外的氣動噪音和輪軌噪聲直接影響旅客的乘坐舒適度。

  “帶有熱熔型減震材料的中空薄壁型材”技術解決了這個難題,采用鋁合金中空薄壁擠壓型材,可以實現較高的剛度和強度設計要求;同時,因為是減震隔音材料,所以降低震動、噪音向客室內的傳遞。據了解,這項專利技術可適用于時速200公里等級及以上的動車組車體結構,目前廣泛應用于CRH2C—300系列動車組車體,及CRH2長大編組系列動車組車體,已裝用700余輛,總價值近10億元。

  

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