全长约2.6公里、总重达2.16万吨的钢铁巨龙组成的“大块头”列车，由两台大功率电力机车牵引，在太行山脉的西煤东运大通道上穿梭自如。牵引该列车的电力机车关键系统由中车株洲电力机车研究所有限公司自主研发，列车共216节车辆。目前，它已在我国能源运输大动脉实现批量化应用。重载铁路技术是如何实现不断创新突破的？近日，人民铁道报记者采访了中车株洲所时代电气智慧机务项目团队成员，了解智慧重载列车的创新之路。
多年来，中车株洲电力机车研究所有限公司瞄准智慧机务，在数字化基础上，将先进技术融入日常生产中，通过智能设备与应用增强延伸机务人的智慧。“在智慧机务体系下，系统的感知、诊断、决策完全依靠智能技术自主实现，机车自动驾驶、智慧化检修车间将不再是梦想，智慧化的管理与运行模式，保障重载列车安全、高效、经济运行，助力机务可持续发展，不断书写机务新篇章。”中车株洲所智慧机务项目负责人江平说。
【无线重联，开行两万吨组合列车的关键技术】
火车跑得快，全靠车头带。牵引两万吨重载列车的两台大功率电力机车，前后相距约1.3公里，通过无线重联技术，让两台牵引机车协同牵引与制动，这是确保重载列车安全稳定运行的关键核心。
早些年，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。”江平回忆，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。中车株洲所与其他科研机构、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，探索中国自主知识产权的无线重联技术。
据介绍，如今国外的无线重联技术采用数传电台，要求97%的指令传输可靠性，从控机车响应时延控制在3秒以内。我国自主研发的无线重联技术，在国内外重载领域首次基于LTE专网，具备更强的环境地形适应能力，实现了99%的指令可靠传输，包括指令采集、通信接受、数据解析、设备执行，从控机车响应时延在1.7秒内。
为适应我国各条重载专线基础无线网络现状及未来发展趋势，新一代重载组合列车同步操控系统兼具基站式通信GSM-R、LTE专网和点到点数传电台等各类无线通信制式，同时预留了5G通信打展；实现分布式动力机车远程无线同步操控，平稳牵引重载组合列车。
为继续提升机车运用效率，释放线路运输能力，我国交直流机车混编模式已批量运用，3万吨更高吨位重载列车试验已开启。
【自动驾驶，降低劳动强度更好服务于人】
重载列车操纵需要根据路况随时调整机车牵引/电制动，并与空气制动进行协同控制，控制速度，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。“2016年开始组建机车自动驾驶团队，2018年在中国铁路西安局集团有限公司首次开展普载装车试验，2019年首次实现了万吨重载试验，2020年在国内重载第一线大秦线进行了2万吨重载试验。”中车株洲所自动驾驶技术主管李铁兵介绍，科研团队成立以来，一项项技术难题被逐一破解，比如：采用SIL4等级的安全计算机作为自动驾驶控制平台，双系热备冗余，即使某系发生故障，系统控制也能做到“无感”自动切换；采用分级故障安全导向，根据故障风险程度，系统能智能化安全处置，不会影响安全行车；掌握国内领先的重载列车智能驾驶运行规划与控制算法，可消除不同司机操控的差异性，让列车运行更精准、更安全、更高效。
2020年，项目团队在大秦铁路湖东至茶坞站间300公里线路上成功实现了首趟2万吨重载列车自动驾驶运行试验，顺利完成所有试验项目，实现了中国货运重载列车自动驾驶技术的历史性突破。
“此后，项目团队继续开展自动驾驶技术的研究和试验工作，丰富了自动驾驶技术操纵重载列车的多种运行场景，提高了自动驾驶技术的安全性和适用性。”中国铁路太原局集团有限公司重载铁路技术研究中心研究室主任、高级工程师于永生说。
2023年11月11日至12日，西安局集团公司在浩吉线河津西至五里川区段，使用2台和谐电1型机车组合开行万吨重载列车，圆满完成组合万吨国产机车无线同步操控和辅助驾驶设备综合试验。此次试验成功，为未来有效提升浩吉线万吨重载列车运输能力奠定坚实基础，具有重大意义。
“运用自动驾驶，可让重载列车运行更安全、更平稳、速度更快，为司机减负，将助力我国重载线路运量提升。”李铁兵说。
【PHM系统，让列车远离“亚健康”】
故障预测与健康管理PHM系统，是指高速运行的列车上的一套更完善的“CT扫描仪”，可以通过遍布全身的传感器不间断采集车辆运行数据，并自动做出“诊断”，当列车处于“亚健康”状态时，及时“报警”，保障车辆运行安全。“整个系统相当于给列车配备了一位随车医生，以先进的理念和丰富的数据支撑，实现车辆运维智慧化升级，助力列车远离亚健康。”中车株洲所数据与智能技术中心主任助理戴计生说。
2016年，中车株洲所应产业发展需要，开始轨道交通PHM系统的研发。近几年来，在戴计生和同事们的通力合作下，中车株洲所攻克了一个个技术难关，PHM技术实现的范围涵盖了牵引电机轴承/绝缘、接触器、电容器等轨道交通车辆里的多个关键部件，其中多项技术成果属于业内首创。
从单一部件到对整车系统实现健康管理，戴计生与团队主持研发了轨道交通车载PHM系统，构建车地一体的电传动系统健康管理平台并实现工程化应用。目前，该系统已经批量应用于机车、高速动车组和城轨车辆，实现了服役装备状态监测、故障诊断、应急处置、全生命周期健康状态评估与寿命预测等功能。
在戴计生看来，在保障列车行车安全、降低在途故障率、减少人工检修工作量和提高检修维护经济性等方面，PHM系统都具有重要意义，可避免过度修和漏修，降低作业人员重复工作强度，提升工作效率。“未来，这个系统将不仅应用于轨道列车。”戴计生说，PHM系统将来还能应用到电动汽车、风电、光伏等新能源领域。