（交通运输规划与管理专业论文）重载运输的通过能力研究.pdf

摘要 本论文通过对我国重载铁路尤其是大秦线的现场调研，并收集整理了 国外重载运输资料，采用理论研究与模拟计算等方法，对重载铁路的运输 技术尤其是通过能力计算的方法与参数，以及速度、密度与重量的协调关 系进行了全面分析，得出相应的研究结论。 首先介绍了重载运输的定义、国内外发展现状、市场前景，以及重载 运输的合理适用范围及适用条件。提出了两种主要的运输组织模式和万吨 列车、2 万吨列车的几种合理的列车组合方案。 重点对与通过能力有关的车站分布、天窗设置、追踪间隔进行了详细 分析计算，得出了合理的车站分布距离、天窗类型及时间标准、自动闭塞 各种追踪间隔时间，得出了通过能力输送能力计算的方法及参数。 最后对影响重载铁路运输质量及经济效益的速度、密度和重量三者之 间的内在关系进行了剖析，指出了经济合理的牵引质量范围及相应的通过 能力和输送能力。 全文通过各项分析计算，还指出了重载运输有别于普通运输的一些特 点，提出了提高重载运输效率和通过能力输送能力、充分发挥重载运输效 益的一些运输组织优化改进措施。 关键词重载，通过能力，车站分布，追踪间隔，天窗 a b s t r a c t a f t e r i n v e s t i g a t i o n o f h e a v y h a u lr a i l w a y l i n e s e s p e c i a l l y d a t o n g q i n h u a n g d a or a i l w a y , c o l l e c t i o n i n f o r m a t i o no f h e a v y - h a u l t r a n s p o r t a t i o na b r o a d ,b yt h e o r e t i ca n a l y s i s a n ds i m u l a t i o n ，t h i sp a p e r a n a l y z e dt e c h n o l o g yo fh e a v y - h a u lt r a n s p o r t a t i o nc o m p r e h e n s i v e l y , e s p e c i a l l y a b o u tc a l c u l a t i o nm e t h o da n dp a r a m e t e ro ft h r o u g hc a p a c i t y , f u r t h e r m o r e ， s p e e d ，d e n s i t ya n dw e i g h to f h e a v y - h a u lt r a n s p o r t a t i o na r ed e s c r i b e da n d t h e i r i n n e rr e l a t i o na r ea n a l y z e d , t h u sg e tar e a s o n a b l ec o n c l u s i o n f i r s to fa l l ，t h ed e f i n i t i o no fh a a v y - h a u lt r a n s p o r t a t i o n , t h es t a t u s o f d o m e s t i ca n do v e r s e a , m a r k e tf o r e g r o u n d ，a n dr e a s o n a b l ea p p l i c a t i o n c o n d i t i o na n da p p l i c a t i o np r e m i s ea r ei n t r o d u c e d t w ob a s i ct r a n s p o r t a t i o n m o d ea n ds e v e r a la p p r o p r i a t ea s s e m b l e do p t i o n so f1 0 0 0 0t o na n d2 0 0 0 0t o n f r e i g h tt r a i na r ep u tf o r w a r d t h i sp a p e re m p h a s i so nd e t a i l e da n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o no fs t a t i o n d i s t r i b u t i o n , s k y l i g h tt y p ea n dt i m e ，h e a d w a yw h i c hr e l a t e d t o t h r o u g h c a p a c i t y , t h e r e b yg e tap r o p e rd i s t a n c eo fs t a t i o n s ，s k y l i g h tt y p ea n dt i m e ， d i f f e r e n th e a d w a yo fa u t o - b l o c k e dr a i l w a y , t h u sg e tt h em e t h o da n dp a r a m e t e r o f t r a f f i cc a p a c i t y f i n a l l y , t h ei n n e rr e l a t i o no fs p e e d ，d e n s i t ya n dw e i g h tw h i c hi n f l u e n c e t h eq u a l i t ya n de c o n o m i c a lr e t u r ni sa n a l y z e d , t h ee c o n o m i c a lr a t i o n a lt r a c t i o n w e i g h ta n d t r a f f i cc a p a c i t ya r ei n d i c a t e di nt h i sp a p e r b e s i d e s ，t h ec h a r a c t e r i s t i co fh e a v y - h a u lt r a n s p o r t a t i o na r ep u tf o r w a r d b ya n a l y z ea n dc a l c u l a t i o ni nc o n t e x t , s o m et r a n s p o r t a t i o no p t i m i z a t i o n m e a s u r e st oe n h a n c et h ee f f i c i e n c ya n dt r a f n cc a p a c i t y , e x e r tt h eb e n e f i to f h e a v y - h a u lt r a n s p o r t a t i o n k e yw o r d sh e a v y - h a u l ，t r a f f i cc a p a c i t y , d i s t a n c eo fs t a t i o n s ，h e a d w a y , s k y l i g h t 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。 作者繇叠型一嘿卫p 月上日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根 据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：主燮导师签名盘坐 日期：珥年月卫日 工程硕士学位论文第一章概述 1 1 研究背景及意义 第一章概述 根据铁路中长期规划，“十一五”期间铁路建设的重点之一是围绕煤炭运输基地 强化煤炭运输通道，形成运力强大的重载煤炭运输网络，2 0 1 0 年煤炭通道总能力达到 1 5 亿吨以上。 我国是一个资源分布和工业布局很不均衡的国家，煤炭、矿石大都分布在西部、 北部、而消耗这些物资的工业大都在东部、南部地区，因此，我国铁路将长期承担这 些大宗物质的长途运输。开展重载运输，提高输送能力不仅是适应国家经济社会发展 的需要，也是提高铁路自身企业效益的需要。 1 2 国内外重载运输现状 1 2 2 国外重载运输历史及现状 国外采用重载运输技术于煤运或矿石运输线路的时间比我国早，澳大利亚、美国、 巴西、加拿大、南非等国家都有重载列车运营，现有国际重载运输协会( i i a ) 并 每3 、4 年与澳大利亚、加拿大或美国举行一次会议。国外采用重载技术主要目的是 降低运输成本、提高运输效率和劳动生产率。如美国由于广泛采用重载技术，机车年 完成工作量为1 0 0 3 0 万吨公里，每个铁路职工平均劳动生产率达到1 0 5 0 万吨公里年。 下面就世界上主要的采用重载运输的国家进行介绍。 ( 1 ) 美国 美国上世纪7 0 年代末美国一级铁路开始了重载运输，从1 9 9 0 年后，其标准轴重 为3 3 t 。美国铁路每年运输约8 亿吨煤，占总货运量的4 2 。低硫煤产地主要集中在 蒙大拿州与怀俄明州之间的粉河矿区，与中部和东部6 0 个发电厂相距1 5 0 0 2 0 0 0 k m 。 柏林顿北方圣太菲铁路列车编组1 1 5 辆铝制煤斗车、长1 8 6 0 m ，载重1 2 2 2 7 t 。一条主 要干线每年可运送2 亿吨。为了进一步降低列车自重，该公司将煤斗改成槽型车，2 3 辆铝制槽型车组成列车长1 8 6 6 m ，载重1 5 4 9 8 t ，同样的牵引重量槽型车可多运2 7 的 煤。柏林顿北方及圣太菲铁路、联合太平洋铁路运输密度较高，每日运行万吨级重载 煤运列车达9 0 3 2 5 列，年运量达2 2 2 5 亿吨。由于大力发展重载运输技术，以1 9 8 0 年为基准，1 9 9 9 年北美一级铁路生产率提高了1 7 1 ，货车平均容量提高了1 5 1 ， 工程硕士学位论文第一章概述 运行成本下降6 5 ，运输市场份额由3 7 5 提高到4 0 3 。 ( 2 ) 加拿大 加拿大一级铁路标准轴重于1 9 9 5 年改为3 3 t ，太平洋铁路( c p ) 的重载列车由 1 1 0 辆货车组成，列车载重1 5 0 0 0 t ，把塞尔柯克矿区的煤运至鲁珀特港以便出口到日 本，或者把出口到中国和日本的谷物从1 7 0 0 k m 多外的内地运出来，每年通过c p 重 载铁路运输出口到亚洲的硫、钾矿达5 0 0 0 万吨。加拿大铁矿集中在魁北克省。矿区 至圣劳伦斯河港口的2 条准轨重载铁路每年运出4 0 0 0 万吨矿石。卡提尔铁路长 4 6 0 k m 。已成功地开发了拉克加麦恩、火湖等矿区，怀特山是现在唯一正开采的矿区。 列车由3 台机车和1 5 6 辆货车组成，轴重3 1 t 。年货运量1 5 0 0 2 0 0 0 万吨。魁北克北 岸拉布拉多铁路在卡提尔铁路东面，连接翁加瓦矿区与圣劳伦斯河七星港，线路长 6 3 9 k m ，列车编组1 1 7 2 6 5 辆、轴重3 2 5 t 、总重1 3 0 0 0 3 0 0 0 0 t ，最长3 3 0 0 m ，年货 运量2 0 0 0 万吨。 ( 3 ) 南非 南非有两条重载铁路：理查兹湾运煤专线和o r e x 矿石运输专线( 锡申萨尔达 尼亚) ，这两条线于7 0 年代末采用重载技术，列车重量都在2 1 0 0 0 2 2 0 0 0 吨。 o r e x 铁矿重载铁路为单线准轨，全长8 6 0 k m ，锡申萨尔达尼亚铁路1 9 7 6 年 开始运营时，列车由6 台内燃机车牵引2 0 2 辆矿石车，列车总重1 7 0 0 0 吨，1 9 7 9 年初 实现电气化，1 9 8 1 年开始使用3 台电力机车牵引2 2 0 辆大型矿石车，总重达2 2 8 8 0 吨。从1 9 8 0 年到2 0 0 0 年，年运量由9 0 0 万吨提高到2 6 0 0 万吨。 理查兹湾运煤专线为窄轨复线铁路，全长6 0 0 k m ，轴重2 6 t ，主要运输出口煤炭， 货车轴重2 9 t ，是世界米轨铁路之最，s p o o m e t 公司多次打破米轨世界纪录，最新纪 录是：1 6 台机车牵引6 6 0 辆货车，载重7 0 0 0 0 t ，列车长7 5 k i n 。从1 9 8 0 年到2 0 0 0 年， 年运量由1 9 0 0 万吨提高到6 8 0 0 万吨。 ( 4 ) 巴西 由巴西c v r d 集团下属的维多利亚采矿公司和卡拉雅斯公司分别经营的2 条 9 0 0 k i n 长的重载线路，每年运输1 5 亿吨铁矿石。维多利亚采矿公司的米纳斯铁路为 米轨，轴重2 5 t ，长9 4 6 k m ，将巴西东南部的米纳斯吉拉斯州伊蒂巴拉矿区的矿石， 运到维多利亚港附近的吐巴劳。这条铁路每年完成1 亿吨货运量，货物周转量达 5 2 0 t k m ，全员劳动生产率为1 0 0 0 万t k m x ，除了矿石，这条铁路还运送1 万吨普通 货物，发送旅客2 0 0 万人次，全线年收入4 亿美元。 巴西的卡拉齐重载铁路连接卡拉齐矿区和圣路易斯港，线路长8 9 2 k m ，1 6 0 0 m m 宽轨，列车固定编组循环使用，每列重载列车由3 台机车牵引2 0 4 辆轴重3 0 吨的货 车，每辆货车载重1 0 5 吨，列车重量达2 1 0 0 0 吨，列车周转时间5 6 h 。除了矿石，这 条铁路还运送旅客和其他货物。全员劳动生产率2 4 0 0 万t k m a 。 2 工程硕士学位论文第一章概述 ( 5 ) 澳大利亚 澳大利亚是世界主要煤炭、铁矿石产地之一。储量主要集中在西澳大利亚州的费 尔巴拉矿区，距印度洋2 0 0 4 0 0 k m 。布鲁肯希尔公司( b h p ) 以2 0 8 k i n 和4 2 7 k i n 铁 路，分别将亚瑞、纽曼山矿区与黑德兰港连接起来，两线总运量为6 7 0 0 万吨。纽曼 矿山铁路是一条单线内燃牵引准轨铁路，建于1 9 6 9 年，b h p 公司经营铁矿、铁路及 港口，从1 9 7 3 年研究重载运输技术，轴重已提高到3 5 t ，列车编组2 4 0 辆、载重2 6 0 0 0 t ， 7 0 m i n 完成装车，3 台6 0 0 0 马力机车以3 0 k m h 的速度将列车牵引至黑德兰港，全程 运行时问1 9 h ，在港口，4 h 内自动完成卸车。也就是说，2 4 小时内矿石就从矿区运到 轮船上。1 9 9 6 年，b h p 创造了一项世界纪录：由5 4 0 辆货车组成列车长5 8 9 2 m ，列 车载重7 2 0 0 0 t ，其中净载重5 7 0 0 0 t ( 铁矿石) ，列车由1 0 台机车牵引，仅有1 名司机， 另外9 台机车由g e 公司生产的哈里斯机车遥控系统控制。亚瑞铁路的列车由9 0 辆货 车组成，载重7 2 0 0 t ，由l 台4 0 0 0 马力的机车牵引。b h p 靠增加轴重来提高列车载重 量，4 0 t 轴重机车和货车已完成实验。自采用重载技术以来，b h p 公司劳动生产率逐 年提高，成本逐年下降，以2 0 0 0 年与1 9 8 0 年相比，燃油消耗下降4 3 ，每百万吨矿 石运输所需人力从3 0 人减少到5 人。机车车辆无故障运行时间由3 0 0 万吨公里上升 到9 2 0 万吨公里，机车车辆利用率提高了3 6 。2 0 0 0 年b h p 公司全年利润达到5 0 0 亿澳元。 昆士兰铁路( q r ) 是澳大利亚最大的铁路公司，有9 5 0 0 k m 线路。煤炭和矿石运 输占总货运量和货物周转量的9 0 以上。昆士兰煤运重载铁路全部是轨距为1 0 6 7 m m 的窄轨铁路，它连接着昆士兰六大煤矿系统与煤炭输出港口的六大煤码头，煤运重载 铁路全长2 0 0 0 k m ，其中7 0 是电化铁路。昆士兰煤矿是世界上最大的最大的煤矿之 一，煤产量逐年上升，1 9 9 4 年为8 5 0 0 万吨，2 0 0 0 年达到1 2 6 0 0 万吨。在窄轨条件下， 采用交流传动的电力或内燃机车牵引轴重为2 6 吨的重载敞车，列车由1 2 0 辆载重9 0 t 的货车组成、总重1 1 0 0 0 t 。采用底开门运煤敞车自动卸煤，每个卸煤站每小时可卸 4 0 0 0 t 。在g l a d s t o n e 煤码头，共2 条卸煤灯泡线，长度为3 3 k m ，每年可卸煤3 6 0 0 万 吨，煤码头上采用全自动传输装置装船，每个装船位可装船4 0 0 0 t h ，2 个装船位年装 船量可达3 0 0 0 万吨年，经济效益显著。这条铁路还承担旅客和其他货物运输，旅客 列车为摆式车体，时速达1 6 0 k m h 。 哈默利斯铁矿铁路，重载列车正常编组为2 2 6 辆，总重2 8 0 0 0 吨，长2 3 0 0 m ，列 车净载重2 3 7 3 0 吨。 ( 6 ) 瑞典 瑞典北部的挪威至瑞典矿山铁路全长5 4 0 k m ，是瑞典北部的专用矿山铁路，1 8 8 8 年开通时，轴重才l i t 。1 9 1 5 年实行电气化。1 9 9 7 年前开行轴重2 5 t 、编组5 2 辆、总 重5 2 0 0 t 的重载列车，1 9 9 7 年开始提高轴重到3 0 t ，并对线路进行了技术改造。2 0 0 0 工程硕士学位论文第一章概述 年购置了a d t r a n z 公司三轴径转向架轴重3 5 t 、功率5 4 0 0 k w 的交流传动电力机车及南 非制造的轴重3 0 t 的矿石敞车，开行了轴重3 0 t 、全长7 4 0 m 、编组6 8 辆、牵引质量 8 5 0 0 t 的重载列车。重载列车的开行使l k a b 公司的运输成本降低3 5 ，年运量从2 0 0 0 万吨提高到3 0 0 0 万吨。 国外各国铁路在发展重载运输的过程中，都采用了大功率内燃机车或电力机车， 采用了轴重大、自重轻、载重高的大型货车，开发了高性能的制动系统和多机联控系 统，实现了列车同步操纵和制动风缸连续充风，缩短了制动距离，减少了列车纵向冲 动。 1 2 2 国内重载运输历史及现状 ( 1 ) 发展历史 我国重载运输起步于8 0 年代，借鉴国外的成功经验，通过了一系列的实验，首 先选择了煤炭运输通道上能力紧张的区段作试点。逐步扩大重载列车的开行范围和数 量，从而找出一条缓和运能与运量矛盾的重要途径。我国铁路重载运输的发展，大体 上可归纳为：通过两种途径，经历了三个阶段和采用三种不同的运输组织模式。 两种途径：新建大能力、高标准的重载列车运输专线和有计划地对既有线进行配 套改造。 经历三个阶段和采取三种重载列车组织模式，即： 第一阶段 第一阶段自1 9 8 4 年至1 9 9 0 年为改造旧线，开行组合重载列车阶段。 经国务院批准，1 9 8 4 年1 1 月7 日成立了组合列车开行实验领导小组，选择了晋 煤外运通道丰沙大线和京秦线为试点，开行固定式组合重载列车。采用n d 5 内 燃机车，双机牵引7 4 0 0 t ，使用c 6 1 缩短型敞车和装有配套技术的新型c 6 2 a 车辆。 根据货流特点，采取了固定车底，固定机车、固定发到站、固定运行线，从大同西站 出发直达秦皇岛东站，卸车后原列空车返回，进行循环拉运，1 9 8 5 年3 月2 0 日正式 开行。同年3 月铁道部还决定扩大试点范围，山海关至沈阳间实验开行“非固定”式 组合列车，1 9 8 5 年8 月正式开行7 0 0 0 吨重载列车。1 9 8 5 年7 月北京、济南两局于石 德线和津浦线在石家庄至济南间开行了“非固定”式组合列车。后又在郑州局平顶山 至武汉间双机牵引6 5 0 0 吨，上海，济南局于徐州北至南京东间双机牵引7 0 0 0 8 0 0 0 吨的组合列车也相继开行。 组合式重载列车自1 9 8 5 年3 月正式开行起，到1 9 9 0 年底共计开行了1 0 3 3 9 列， 对扩大晋煤外运数量，缓解沿海繁忙干线能力紧张，促进国民经济的发展作出了重要 贡献。 4 工程硕士学位论文第一章概述 第二阶段 第二阶段自1 9 9 0 年至1 9 9 2 年为新建大秦铁路运煤专线，开行单元式重载列车阶 段。 大秦铁路是借鉴加拿大、澳大利亚等国开行重载单元列车的经验，在国内新建的 第一条双线电气化重载运煤专线，全长6 5 3 k m 。大秦铁路分两期修建。第一期大同 大石庄4 1 0 7 8 8 k m ，1 9 8 8 年1 2 月2 8 日建成开通；利用法国进口8 k 型电力机车和c 6 3 型车辆( 装有可旋转式车钩) ，实验开行了单机牵引6 0 0 0 t ，双机牵引1 0 0 0 0 t 单元式重 载列车。第二期大石庄柳村2 4 2 2 3 2 k m ，1 9 9 2 年1 2 月2 1 日建成开通。同时秦皇岛 三期煤码头投产，全线正式开行列车重量为6 0 0 0 吨和万吨单元列车。 第三阶段 第三阶段自1 9 9 2 年以后，对沿海繁忙干线逐步改造，开行整列式重载列车阶段。 铁道部为了进一步扩大京沪、京广两线运输能力，缓解线路紧张状况，决定开行 双机牵引5 0 0 0 t 整列式重载列车实验。京沪线于1 9 9 2 年8 月6 日在徐州北至南京东间， 利用2 台n d 5 型机车牵引6 4 辆货车，总重5 1 3 4 吨，京广线于8 月1 2 日石家庄至郑 州北间由两台北京型机车牵引6 5 辆货车，总重5 1 1 9 吨，两线均实验成功。 目前京沪线、京哈线、京广线等全国铁路六大干线普遍开行5 0 0 0 t 的重载列车， 部分线路达到5 3 0 0 t 6 5 0 0 t ，大秦线己普遍开行1 0 0 0 0 t 的重载列车，并成功开行了 2 0 0 0 0 t 重载列车。据初步统计，截止2 0 0 5 年底，全国5 0 0 0 t 及以上的重载运输线路里 程达到1 1 0 0 0 公里，主要包括京哈线、哈大线、京沪线、京九线北京至阜阳段、京广 线北京至武汉段、陇海线郑州至徐州段、石德线、大秦线、侯月线、神朔黄线、大准 线、京秦线、新菏兖日线、新月线、同蒲线、滨洲线、滨绥线等。全国铁路到发线有 效长度1 0 5 0 米线路约1 万公里，占铁路总里程1 3 ；到发线8 5 0 米线路里程约3 5 万公里，占铁路总里程4 7 。 ( 2 ) 大秦线概况 大秦线是我国北方煤炭外运的主要通道，主要承担晋北、陕西、内蒙古西部煤炭 的外运任务。大秦线全长6 5 3 k m ，该线西起北同蒲线的韩家岭车站，向东经山西省大 同县、阳高至河北省的阳原、宣化、涿鹿、怀来与京包线相交，进入北京市的延庆、 昌平后，在怀柔又与京承铁路相接，然后再经平谷、河北三河、天津蓟县，再至河北 省的玉田、遵化、迁安、迁西、卢龙、抚宁等县市，最后抵达秦皇岛，全线途经2 0 个县市。大秦线是我国第一条单元重载双线电气化铁路，担负着山西、陕西、内蒙西 部( 简称三西”) 煤炭外运的重要任务。1 9 8 8 年第一期工程韩家岭之大石庄投入运营； 1 9 9 2 年二期工程大石庄之柳村南竣工，全线开通。 大秦线自韩家岭至柳村南设车站3 1 个，其中潮东为编组站、茶坞为区段站、柳 村南为港前站。大秦线为i 级双线电气化铁路，设计能力年运量1 亿吨；限制坡度上 工程硕士学位论文 第一章概述 行( 重车方向) 4 ，下行1 2 ；最小曲线半径8 0 0 m ，困难4 0 0 m 。既有采用s s 4 、 d j i 机车牵引，牵引质量5 0 0 0 1 、1 0 0 0 0 t 和2 0 0 0 0 1 ，到发线有效长2 8 0 0 m ，部分1 7 0 0 m ， a t 供电方式。 大秦线坡度示意如下图 ， _ h k ； ；1 一ii； ki i 、i l ；、j ji i j 一r ；ii 、；fi ；jk； ； l l l 、一；l i 一 叫一= i = - - | 一一一 。”? = = ：? o 。二罗。 大秦线机车交路如下： 图1 - 1 大秦线坡度示意图 图卜2 大秦线机车交路图 大秦线原设计开行了少量客车( 3 4 对) ，后逐渐减少，目前已完全停止办理客 运作业。由大同枢纽内及附近装车点开行5 0 0 0 1 、1 0 0 0 0 1 列车至湖东站，开行8 0 对列 车，其中6 7 对列车开行至秦皇岛下海，至北京枢纽3 对、天津枢纽4 对、遵化电厂 及部分开行至东北的列车6 对。大秦线的装车点主要在大同以西的云岗支线、北同蒲 线、大准线、大包线及平旺支线，受相邻线路牵引种类、线路条件及到发线长度限制， 目前到达大秦线煤运列车的重量有4 0 0 0 、5 0 0 0 、1 0 0 0 0 、2 0 0 0 0 t 等多种方案，目前正 逐步改建为1 0 0 0 0 、2 0 0 0 0 1 装车及运行条件，2 0 0 0 0 t 列车直接运行至柳村南，其余列 车在湖东站组合，回空列车按去向方式回送原装车地。 大秦线原设计输送能力l 亿吨，2 0 0 2 年完成运量1 亿吨；2 0 0 3 年突破1 2 亿吨， 2 0 0 4 完成货运量1 6 亿吨，2 0 0 5 年完成2 1 亿吨，2 0 0 6 年完成2 5 亿吨，2 0 0 7 年目标 3 亿吨。 6 蒌一llll；ila 工程硕士学位论文第一章概述 1 3 研究范围 1 3 1 重载运输的定义 1 9 8 6 年在加拿大召开的第三届国际重载会议上，首次确定了重载的定义，具备以 下两条者可视为重载。 ( 1 ) 年运量2 0 0 0 万吨以上； ( 2 ) 单元或组合列车为5 0 0 0 t ： ( 3 ) 轴重为2 i t 。 1 9 9 4 年6 月在国际重载年会上，对重载铁路的定义稍许作了修改，仍旧是三条中 满足两条。 ( 1 ) 经常、定期开行或准备开行总重至少为5 0 0 0 t 的单元或组合列车； ( 2 ) 在长度至少为1 5 0 k i n 的线路区段上，年计费货运量至少达到2 0 0 0 万吨： ( 3 ) 经常、正常开行或准备开行轴重2 5 t 及以上的列车【n 。 我国很多干线铁路的牵引质量达到了5 0 0 0 t ，且这些干线的年运量基本都在2 0 0 0 万吨以上，若依照上述定义，我国很多铁路都是重载运输铁路。由于5 0 0 0 t 系列的重 载在我国已运用多年，已经是成熟的技术，因此，我们需要重新定义本研究的研究范 围。 1 。3 2 本次研究的范围 根据以上分析，本研究的重载运输专指5 0 0 0 t 以上( 不含5 0 0 0 t 系列) 的牵引质 量，并分两个模式：一是货运专线模式，二是以货为主、客货共线的模式。 ( 1 ) 货运专线 与一般线路牵引质量3 5 0 0 t 5 0 0 0 t 相比，大幅度提高牵引质量，如牵引质量达到 万吨及以上的重载运输铁路。这些铁路不运行客车，货运量全是或绝大部分是煤炭矿 石等大宗物质，为适应列车长度的需要，大幅度延长到发线有效长、采用多机牵引。 例如已经运营多年的大秦线、正在改造的神朔黄线等。 ( 2 ) 以货为主，客货共线 这类线路一般客车较少，多在l o 对以下，货运量中煤炭等大宗物质占有相当比 例( 也不排除有其他轻质货物) ，如侯月线、新菏兖日线、邯济线等。这类线路牵引 质量可以全部采用万吨及以上，也不排除部分5 0 0 0 t 及以下的。 此外，随着我国机车车辆工业的发展，我国车辆逐渐将推广采用轴重2 3 t 、载重 7 0 t 的7 0 系列车辆，如此，我国诸多干线铁路可以更换移动设备，一定幅度地提高牵 引质量，从而达到提高输送能力和满足运量需求。郢，到发线为1 0 5 0 m 的铁路原采用 5 0 0 0 t 系列，牵引质量可提高到6 0 0 0 t ；到发线为8 5 0 m 的铁路原采用4 0 0 0 t 系列，牵 7 工程硕士学位论文 第一章概述 引质量可提高到5 0 0 0 t 。这类铁路的运输组织与既有铁路差异甚微，因此本研究不需 对其研究。 本研究着重研究重载运输的通过能力，主要包括运输模式、开行方案、天窗设 置、车站分布、能力计算、速度密度质量的相互关系等，并对相关的主要技术标准、 配套设备简要描述。 1 4 重载运输需求条件分析 1 4 1 重载运输市场现状及前景 我国能源资源的特点是煤炭资源丰富，油气等资源相对较少，在常规能源中，煤 炭储量占9 0 以上。我国多年的经济建设虽然有了长足的进步，但仍然处于发展中阶 段，距发达国家水平还有相当距离。我国的国倩决定了今后较长的时期里，煤炭仍然 是消费的主要能源。 我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，长期以来，煤炭在全国一次能源生产 和消费中的比重一直保持在7 0 左右。根据能源规划部门预测，到2 0 1 0 年，我国煤 炭生产和消费量占一次能源生产量和消费量的比重仍将保持6 5 左右，2 0 2 0 年在6 0 左右。煤炭消费量主要是发电用煤。2 0 0 3 年，全国火电的装机容量占总装机容量的 7 4 3 ，火电用煤约8 4 亿吨，大体占了全国煤产量的一半。根据我国电力发展规划， 虽然将逐渐对能源结构进行调整，火电比重仍将维持在7 0 左右。 我国是一个资源分布和工业布局很不均衡的国家，煤炭、矿石大都分布在西部、 北部、而消耗这些物质的工业大都在东部、南部地区，因此，我国铁路将长期承担这 些大宗物质的长途运输。在各种运输方式中，铁路承担了7 0 0 4 以上的煤炭运输量，2 0 0 4 年铁路煤炭运输量达到1 1 7 亿吨，占铁路总货运量的4 6 9 。 近年来，由于经济的快速增长，煤炭等大宗物质运量呈快速增长的势头，许多运 煤通道能力已经饱和，不能满足运量需求。根据铁路中长期规划，“十一五”期间铁 路建设的重点之一是围绕煤炭运输基地强化煤炭运输通道，形成运力强大的重载煤炭 运输网络，2 0 1 0 年煤炭通道总能力达到1 5 亿吨以上。根据国家发改委确定的1 3 个煤 炭基地，结合铁路煤炭运输径路的实际，未来我国煤炭产量增长主要集中在大同( 含 蒙西) 、神府、太原( 含晋南地区) 、晋东南、陕西、河南、兖州、两淮、贵州、黑 龙江东部等十个地区，这些地区有可能成为亿吨产煤区。 如大秦线吸引范围的煤炭资源储量丰富，除现正在开采的山西省境内侏罗纪煤 炭以外，石炭二纪煤炭资源储量特别丰富，还未进入开采时期，但鉴于目前煤炭生产 实际需求，地方政府以及统配矿正在酝酿其开发部署，以保持产量的不断增长。1 l 家有煤炭资源的企业可开采的煤炭储量达3 4 6 0 亿吨，平均开采年限2 3 0 年。另外8 8 工程硕士学位论文 第一章概述 家煤炭收购企业每年还可向铁路提供2 0 0 0 3 0 0 0 万吨运量。丰富的煤炭资源储量和 外运需求，为大秦线长期高效运营创造了坚实稳定的物质基础。大秦线煤炭用户主要 有全国5 大电网公司、l o 大钢铁公司、6 0 0 0 多家工矿企业和外贸出口等。目前经大 秦线运送的煤炭远销全国1 9 个省、市、自治区，经大秦线后分别出关、直接进电厂、 供应华北地区，以及到秦皇岛港和天津港下水供应华东地区和出口啪。 1 4 2 实行重载运输的前提条件 实行重载运输，必须具有一定的前提条件，如要组织如大秦线一样的重载单元列 车，则需要具备如下条件： ( 1 ) 货物品类必须是适合重载运输的大宗物质，以煤炭、矿石、钢铁为主，在 我国，尤其是以煤炭为主； ( 2 ) 货物运量大，开行普通列车难以满足能力需求； ( 3 ) 货物产销方建立了长期稳定的供货关系，产运销协调一致，保证装、运、 卸各个环节的能力能够互相适应配合，建设的重载铁路能够长期发挥效益： ( 4 ) 货物品名及去向单一，便于整列装卸，基本不需解编作业； 装车地卸车地集中，在重载铁路一端有多个装车点、且能满足整列不问断装车条 件，重载列车运行途中不需要解编作业，在卸车地集中有多个卸车点，能够满足大能 力卸车需求。 1 5 发展重载运输的意义 在我国，发展重载运输具有如下积极意义： ( 1 ) 满足我国经济持续发展，全面建设小康社会的需要 我国地域辽阔，资源分布工业布局不平衡，地区之间经济发展水平差别大。发展 重载运输，将西部的资源源源不断运往东部工业发达地区，可促进西部大开发，发展 西部贫困地区的经济，从而促进整个国民经济持续稳定发展。 ( 2 ) 提高线路输送能力，节约工程投资 重载运输基本成倍地提高牵引质量，从而大幅度提高线路输送能力。以我国第一 条重载货运专线大秦线为例，2 0 0 2 年完成运量l 亿吨；2 0 0 3 年突破1 2 亿吨，2 0 0 4 年突破1 6 亿吨，2 0 0 5 年实现2 1 亿吨，2 0 0 6 年完成2 5 亿吨，2 0 0 7 年计划完成3 亿 吨。如此巨大的输送能力是普通铁路难以完成的，该条铁路完成的运量相当于2 条及 以上的普通铁路的运量，不仅节约了铁路工程投资，也节约了土地资源，减少了对环 保的影响。 ( 3 ) 可以提高运营效率，节约运营成本 9 工程硕士学位论文第一章概述 从国内外重载铁路的运营情况来看，重载运输的生产效率高于普通铁路，重载运 输的单位运营成本也明显低于普通铁路。 ( 4 ) 促进铁路科学技术进步，赶超国际先进水平 我国重载运输起步较完，但发展迅速，特别是随着大秦线的不断扩能改造，我国 重载运输技术有了很大的发展，目前我国经过多年的技术攻关和引进，已掌握了多项 重载关键技术，我国的重载运输技术水平已处于国际先进行列。 1 6 研究方法 本研究首先分析重载运输的运输组织模式、列车组合方案等研究的基本前提。由 于车站分布对通过能力有直接影响，因此对两种运输组织模式的车站分布进行了深入 分析，从而确定合理的车站分布距离。根据通过能力计算原理，维修天窗类型及时间、 各种列车间隔时间是能力计算的必要参数，因此本研究进而分别对此详细分析。在分 析了如上各种能力计算的基本参数后，因而得出重载运输通过能力输送能力计算方法 和参数，并提出了若干提高通过能力输送能力的措施。最后，对重载运输的速度、密 度和重量三者之间的内在联系进行了分析，提出了三者应合理协调匹配的观点，以及 经济合理的牵引质量选择范围。 1 0 工程硕士学位论文第二章重载运输组织模式 第二章重载运输组织模式 2 1 运输组织模式研究 重载运输铁路的货运量一般比较大，因此重载铁路一般采用货运专线或客货共 线的运输组织模式。 2 1 1 货运专线模式 货运专线往往货运量需求巨大，且品名多为煤炭或矿石等大宗货物，流向集中固 定，采用一般线路牵引质量3 5 0 0 t 、4 0 0 0 t 、5 0 0 0 t 难以满足运量需求，需要大幅度提高 牵引质量，如牵引质量到万吨及以上。为适应列车长度的需要，大幅度延长到发线有 效长、采用多机牵引，尽量组织由装车站或组合站至卸车站或港湾站的直达列车。例 如已经运营多年的大秦线、正在改造的神朔黄线。 2 1 2 客货共线模式 在客货共线铁路中，有些线路以货为主，客车较少，如侯月线、新菏兖日线等， 其设计运量参见下表；有些线路是客货并重，如既有多数繁忙干线京沪线、京广线等。 根据本研究的定义，本次着重研究前者。 表2 - 1部分以货为主铁路运量表 线别年度客车重车方向货流密度( 万吨) ( 对) 总计其中；煤炭 侯月线2 0 0 5 定 l9 1 1 06 3 1 3 2 0 2 0 盆 3 1 5 9 2 01 2 8 9 5 2 0 3 0 焦31 9 4 0 01 6 0 7 0 新菏兖日线 2 0 0 5 定81 1 2 8 0s 7 6 4 新月段 2 0 2 0 生91 5 8 4 01 3 1 3 5 2 0 3 0 矩1 01 7 2 3 51 4 7 0 2 客货共线模式中，列车种类较多，需要兼顾客车和货车的需求，因此运输组织比 较复杂。根据运能需求和货流特点，重载列车可以采用整列重载列车，也可以采用单 元列车和组合列车( 如下所述) 。 工程硕士学位论文 第二章重载运输组织模式 2 2 重载列车组合方案研究 2 2 i 重载列车的组合形式 重载列车按组合形式一般分为三类：单元列车、组合列车、整列重载列车 6 】 ( 1 ) 单元式重载列车 指固定车型、固定货种、固定到发站、固定装卸点、固定循环直达的重载列车； 我国目前的大秦线和朔黄线部分采用了单元式重载列车，牵引质量有5 0 0 0 t 、1 0 0 0 0 t 、 2 0 0 0 0 t 等。国际上以北美为代表，包括美国、加拿大、巴西、澳大利亚、南非等国家。 由固定的机车，车辆组成为一个运营单位，并以此作为运营的计费单位。运营 特点是货物品类单一、流向固定、列车牵引质量在1 0 0 0 0 t 至2 5 0 0 0 t 之间( 未来将会 进一步提高) ；采用多机牵引和遥控操纵装置，机车挂于列车头部、中部和尾部；从 装车点至卸车点之间固定循环运输，装卸车时机车和车辆不进行摘钩，途中没有任何 调车作业，按照修程规定，整列迸段检修。装车站铺设环线( 或贯通线) ，利用定量 漏斗或筒仓和自动定量装置，采用机车低恒速设备实现不停车装车，时速o 8 0 2 公 里，每小时装车能力达7 0 0 0 t 至1 0 0 0 0 t 。卸车站采用翻车机或低开门自卸车辆，实行 不摘钩卸车。 单元列车的组织是建立在货流稳定集中、大量的基础上，以产、运、销相互协调 一致，装、运、卸各个环节能力相互配合为基本条件。一般由生产单位和消费单位签 订长期供货合同，铁路则在该合同的基础上，按照运量、运距和周转时间来选定列车 的最佳组成和运行方案。单元列车是重载运输的高级组合形式，但要有先进的技术装 备为支持条件，同时需革新行车组织方法，并要路内路外各部门各单位通力合作统一 规划、同步建设、密切配合、协同动作才能实现。 ( 2 ) 组合式重载列车 指将两列及两列以上的同向的普通货物列车相连接而成的列车；列车重量在 6 0 0 0 t 1 0 0 0 0 t 之间，机车分别挂于列车的头部和中部，实际上就是两列货物列车利用 一条运行线，列车运行到卸车站或技术站再分解成单编列车，车底可不固定，车流来 源可以是中转列车。也可以是自编( 自装) 列车，这样不仅可节省列车运行线，而且 可以成倍增加列车重量，把增加行车密度和提高列车重量结合起来，从而最大限度挖 掘铁路既有技术设备的潜力，扩大线路的通过能力和输送能力，缓解繁忙干线能力紧 张的状况。如作为加强通过能力的经常性措施，只需在少数中间站及两端组合拆分站 延长少许股道，土建工程少，且可随着组合列车的数量增加而边开边建，逐步提高运 能。它既可作为其他重载运输的过渡形式，又可作为铁路改造时期、线路日常维修时 的临时性加强通过能力措旃。其优点是组合灵活，可因地制宜随时进行组合分解，缺 点是集结两列车再组合，在运输组织上较困难。这种方式在8 0 年代我国重载运输发 工程硕士学位论文 第二苹重载运输组织模式 展初期，曾在沈山、石太、石德、津浦等运输能力紧张区段采用，发挥良好的作用。 现在这种方式较少采用。国际上以前苏联为代表。 ( 3 ) 整列式重载列车 系指作业组织方法全部与普通货物列车相同，但长度和重量均超过普通货物列 车。这类列车由大功率内燃或电力单机或双机牵引，列车重量在5 0 0 0 t 及以上，机车 挂于列车头部，到发线有效长度与列车长度匹配。整列式重载列车自1 9 9 7 年第一次 大提速以来，京沪、京广、京哈等繁忙干线上由于快速旅客列车的大量开行，为了不 降低运输能力及通过能力，已普遍开行5 0 0 0 t 系列的整列式重载列车，取得了显著的 经济效益和社会效益。未来随着机车车辆生产技术的进一步发展，如s s j 3 、d j l 、d j 4 等交流传动大功率机车的逐渐推广，以及车辆载重系数的提高，原8 5 0 m 有效长牵引 质量可由4 0 0 0 t 提高到5 0 0 0 t ，原1 0 5 0 m 有效长可由5 0 0 0 t 提高到6 0 0 0 t 。 这种组织形式对车种车型不限、货物品种多样，可单机、双机牵引，行车组织 方式与既有普通列车相近，这种方式是投资最少，未来可能运用最为广泛的重载形式。 2 2 2 重载列车的组合方案 上述三种重载列车中，单元列车的机车数量较多，机车与车列的编组有多种组 合形式。根据大秦线的运营实践，我国目前的重载列车一般有如下可能几种组合形式： ( 1 ) 万吨列车：i & o + 5 0 0 0 + l o c o + 5 0 0 0 l o c o + l o c o + 5 0 0 0 + 5 0 0 0 l o c o + 5 0 0 0 + 5 0 0 0 + l o c o 根据检算，采用同样的机车和车辆，分散连挂( 配备l o c o t r 0 1 ) 比集中连挂制动 距离减少l 9 。采用两个单编列车简单合并的方式，既能满足列车充风时间和纵向 力的要求，又便于列车在车站的拆分，节省占有到发线的时间，提高运营效率。但分 散连挂需要配备l o c o t r o l ，增加投资，采用c 8 0 等专用车辆，集中连挂也可满足列车 纵向力、制动距离的要求，大秦线多年的运行实践证明是可行的，因此推荐采用 l o c o + l o c o + 5 0 0 0 + 5 0 0 0 的方式。 ( 2 ) 1 5 万吨列车： 方案一：l o c o + l o c o + 1 0 0 0 0 + l o c o + 5 0 0 0 方案二：l o c o + 5 0 0 0 + l o c 叶l o c o + 1 0 0 0 0 。 铁科院仿真研究和实验结果表明，采用s s 4 g 机车和2 1 吨轴重的c 6 3 货车时， 从牵引能力、制动性能、纵向车钩力和冲动等综合因素考虑，大秦线采用l o c o t r o l 技术开行由c 6 3 编组的1 0 0