（安全技术及工程专业论文）铁路重载运输组织方式及相关问题的研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t t h er a i l w 墨va s 也ei m 口o r t a n ti n 丘a s t r u c t u r eo ft h en a t i o n a le c o n o m ya n dt h e p o w e r f u lm e a s u r eo fn a t i o n a im a g n i 丘c e n tr e g u l a t i o n i sv e r yi l p o f t a n ti n t 糟n s p o a t i o ns y s t e m a n dw i mt h ed e v e l o p m e n to fm en a t i o n a le c o n o m y ，也e c o n n i c t st 1 1 a tt h ec 印a c i t yo fr a i l w a yc a n ts a t i s 母m et r a i l s p o r tq u a n t 时d e m a n d b e c o m e sm u c hm o r es e r i o u s i nt h eb a c k g r o u n dt h a tm ec o m p e t i t i o no ft r 叽s p o n m a r k e ti sm u c hm o r ef i e r c ed a yb yd a y ，w en e e da d v a n c et h es e n d i n gc a p a c i t yo f t h er a i l w a y1 i n ei m p e r a t i v e l yb a s e do nt h ee x i s t e n tf i x t u r e t h e r ea r et h r e ew a y st oa d v a c et h er a i l w a yl i n ec a p a c i t y t h e 矗r s tw a y i s i r n p r o v i n gt h ev e h i c l el o a d t h es e c o n da n dt h i r dw a y i si n c r e a s i n gt h et r a v e l i n g d e n s “ya n di n c r e a s et h et r a v e l i n gs p e e d ni sc l e a ri no u rc o u n t yt h a tt h e 订a v e l i n g d c n s i t yo ft h er a i l w a yi sv e r yh i g hi nt h ew o r l da n d i ti sh a r dt oi n c r e a s et h e t r a v e l i n gs p e e dn o wc o m p a r e dw i t ht h eh u g ep o t e n t i a l i t yo fv e h i c l el o a d b a s e do nt h e s ep o i n t s ，i m p r o v i n gv e h i c l el o a di st h em o s te f r e c t i v em e a s u r et o a d v a n c er a i t w a yl i n ec a p a c “y 。a n dni sa l s oa ni m p o r t a n tr e s o r tt oi n 中r o v et h e i n d e x e so ft h er a i l w a yo p e r a t i o nt od e p r e s st 1 1 et r a n s p o nc o s t t h et r a v e l i n go f g a n i z a t i o ni s 也eh a r dc o r ei nt h eh ea _ v yl o a dt r a n s p o r t a t i o n o ft h er a i l w a y a n dt h er e s e a r c ho nm et r a v e l i n go r g a n i z a t i o no fh e a v yl o a d 【r a n s p o n a t i o ni sv 盯ys i g n i 矗c “y et ot h ed e v e l o p m e n to fr a i l w a y a c c o i d i n gt o t h es u m m a r i z a t i o no ft h ed e v e l o p m e n to fr a i l w a yh e a v yl o a d 妞m s p o r t a t i o n a b r o a d ，t h ep a p e rt r i e st oa i l a l y s e st h et r a v e l i n go 玛a n i z a t i o no fh e a v y1 0 a d t r a n s p o r t a t i o nb yt h en u m b e r sc o m b i n e dw i t h 血ed e v e l o p m e n to fh e a v yl o a d t r a n s p o r t a t i o ni n0 u rc o u n t y f i r s t ，t h er e s e a r c ho nt h ea d v a l l t a g eo fd i r 弓c ta n du i l i th e a v y1 0 a dt r a i ni s c a r r i e do u ti nt h ep 印e rt h o u 曲t h eq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s s i m u l t a n e o u s l y ，t h ep a p e ra n a l y s i ss i t l i a t i o no fm ed a q i nm i l w a yt r a n s p o r t a t i o n o r g a l l i z a t i o nb a s e d o nt h e o r yf o r e n 锄e df u r t h e rm o r e ， b a s e do nt h i s b a c k g r o u n d ，m ee s t i m a t i o no fd e v e l o p m e mf o r e 伊o u n d ，t h es a l ea n dl e v e l o f d a q i nm i l w a ya c c o r d i n gi nt h em e t h o do fc u b i ce x p o n e n t i a ls m o o t h i n gm e t h o d t h e nm ea n a l y s i sa n de s t i m a t i o no ft h ef o r e c a s t i n gi sg i v e nf o rm ec a p a c i t y e x p a l l do f h e a v y1 0 a dt r a n s p o i t a t i o no fd a q i nr a i l w a y t h ed i 8 s e r t a i o n g i v e st h er e s e a r c h o nt h em o d eo fd a q i nr a l l w a y 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 li 页 t r a n s p o r t a t i o no r g a r i i z a t i o na n ds e e k st h er a t i o n a lo p e f a t i o n a lp r o j e c t sb yt h e l i n e a rp r o g r 啪m i n gm o d e l b a s e do nt h e s ea n a l y s i s ，t h er e s o l v i n go fd a q i n r a i l w a yo p e r a t i o n r a i s e dw h i c hi s v e r ys i 髓i 6 c a t i v e t ot t 惦麟t e n da n d d e v e l o p m e n to fh e a v y1 0 a dt r a n s p o r t a t i o n t h er e s e a r c hr e s u l t so ft h ed i s s e r t a t i o nc a nb eu s e di nt h ed c v e l o p m e n to f h e a v y1 0 a dt r a n s p o r t a t i o ni no wc o u n t r ya st h er e f e r e n c e k e y w o r d s ：d a q i nr a i l w a y ；h e a v y1 0 a dt r a n s p o r t a t i o n ；t r a i l s p o r to r g a n i z a t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 选题意义 第1 章绪论 铁路作为国民经济重要的基础设施，是国家实施宏观调控的有力手段， 它在交通运输体系中占有重要地位。我国是一个地域辽阔、人口众多、资源 分布和经济发展地域性很强的发展中国家，铁路是我国国民经济发展的大动 脉和先行官。铁路货物运输具有成本低、运距长、受自然环境影响小等优点， 在铁路、公路、水运、航空、管道五种运输方式中，铁路运输被广大客户所 选择。随着国民经济的发展，我国铁路运能与运量的矛盾日趋紧张。以货物 运输为例，2 0 0 4 年全国铁路完成货物运输总发送量2 4 90 1 7 万吨，比上年增 长1 1 0 ，其中，国家铁路完成2 1 78 1 6 万吨，比上年增长9 o ，合资铁 路完成1 62 7 7 万吨，比上年增长4 3 2 ，地方铁路完成1 49 2 4 万吨，比上 年增长1 4 2 ，全国铁路完成货物运输总周转量1 92 8 8 7 7 亿吨公里，比上 年增长1 1 8 ，其中，国家铁路完成1 82 8 5 4 8 亿吨公里，比上年增长1 1 o ，合资铁路完成9 1 4 2 4 亿吨公里，比上年增长3 0 2 ，地方铁路完成8 9 0 5 亿吨公里，比上年增长2 9 ，l 。2 0 0 4 年日均装车达到9 94 0 4 车，同比增加 65 7 8 车；日均卸车1 0 25 3 8 车，同比增加68 6 3 车。尤其是2 0 0 4 年6 月份 以后，日均装车连续6 个月突破1 0 万车，每天同比多装77 0 0 车，创历史新 高。虽然我国铁路营业里程由建国初期的2 万多公里发展到现在的7 4 万公 里，增加了5 万公里，在线路质量、牵引动力、通信信号以及运营管理等方 面的技术装备水平都有较大的提高。但是从整体水平上与国际先进水平相比， 我国路网质量与技术装备水平仍有较大差距。路网建设欠发达，从分布来看， 中西部地区明显偏少。路网建设总量不足，必然导致运输能力的不足，全国 铁路货运日需1 4 万1 6 万车，而目前只能满足6 0 左右；客运日均实际运量 2 9 0 多万人，高峰时达4 2 0 多万人，而铁路每日只能提供2 4 2 万个席位。此 外，铁路客货共线，严重影响运输效率，更显由能力之不足。 提高铁路通过能力有三个途径：提高列车重量、增加行车密度和提高行 车速度。现阶段我国铁路的行车密度已经居于世界前列，行车速度提高的余 地又不大，相比之下提高列车重量有着很大的潜力。提高货物列车重量不仅 是增加以吨数计的铁路通过能力的最有效的措施之一，而且也是改善铁路工 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 作运营指标和降低运输成本的重要手段。在货物周转量相同的条件下，提高 货物列车重量的效果，表现在如下几个方面： 1 增加以吨数计的铁路通过能力； 2 减少开行的货物列车数，从而减少在区段内的会让次数，有助于提 高货物列车的旅行速度； 3 减少机车使用台数和能源消耗； 4 减少车站到发线的需要数量，并可减轻技术站的工作： 5 降低运输成本 因此，提高列车重量受到了各个幅员辽阔的资源大国的普遍重视。重载 铁路由于有着非常高的效率和效益，代表了铁路货物运输领域的先进生产力， 已被国际公认是铁路货运发展的方向。 我国铁路主要技术政策提出我国铁路技术发展的总目标是实现铁路 现代化。逐步建立客运快速、货运快捷和重载、行车高密技术协调发展，高 新技术与适用技术并重，不同层次技术装备并存的具有中国铁路特点的技术 体系。建成能力大、质量高、效益好、安全可靠、全面信息化的现代铁路。 技术发展方向是：旅客运输高速化、快速化，货物运输重载化、快捷化、运 营管理信息化，安全装备系统化，建设技术现代化，经营管理科学化。 综上所述研究铁路重载运输组织对我国铁路的发展有着重要的意义。目 前，实现牵引质量5 0 0 0 t 及以上的铁路仅限于主要于线或运煤专线，为了适 应日益激烈的运输市场的竞争，急需在既有固定设备的条件下，进一步提高 线路输送能力。本文尝试对铁路重载运输组织进行系统的分析，同时追踪国 外铁路重载运输的发展趋势，以大秦铁路为背景，在开行重载单元列车为主 的双线电气化铁路条件下，对我国铁路重载运输组织的相关问题提出解决的 思路，使之更加符合我国的国情，为重载运输的推广和发展提供借鉴，有助 于在全国范围内形成重载运输的体系，走出我国自己的重载之路。 1 2 国外重载运输发展的概况 世界铁路重载运输的萌生可以追溯到5 0 年代，战后经济发达国家铁路进 入内燃化和电气化时代，由于内燃、电力机车比蒸汽机车性能优越、操纵便 捷、更易于采用，通过多机牵引方式可以获得更大的牵引总功率，从而牵引 更多的车辆，大幅度增加列车重量，扩大运输能力，加快货物运输，减少运 营成本，提高了运输效益。因此，以开行长大列车为主要手段的重载运输应 运而生。6 0 年代中期长大列车投人正常运行，此后重载运输技术迅速推广， 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 逐渐形成强大的生产力。与常规铁路相比，重载铁路有三大优势：经营上没 有对手一一巨大的发展潜力使投资者的收益有充分保障；技术特性无以伦 比一重载技术发展逐步完善；不用担心列车速度一一与列车速度关系不大。 当前国际熏载运输的发展主要集中在以下几个方面： ( 1 ) 大力提高列车轴重。 重载铁路最大轴重己达3 5 7 t ，正在积极研究3 9 t 轴重的可行性。目前 美国、加拿大、澳大利亚等重载铁路的轴重普遍达到3 2 5t 3 5 。7t ；瑞典、 巴西的重载列车轴重已提高到3 0t 。南非重载列车轴重提高到了2 6 t ( 窄轨) ： 俄罗斯正在将重载货车轴重提高到2 7t ，并加紧研究3 5t 轴重的轨道部件。 ( 2 ) 积极提高列车牵引质量。 重载铁路列车牵引质量普遍在2 万t 左右。美国、加拿大等重载单元列 车牵引质量普遍由1 5 万t 向1 8 万t 发展，并且有向更重方向发展趋势， 1 9 6 7 年重载列车试验时曾达到编挂5 0 0 辆，总重达4 8 5 8 4 吨。澳大利驱的重 载单元列车牵引质量已超过2 万t 。目前标准轨距矿石线每列车重量达2 5 0 0 0 吨，窄轨( 1 0 6 7 毫米) 运煤线达到每列1 1 0 0 0 吨，澳大利亚b h p 重载铁路已进 行重载8 2 万t 铁矿石的重载单元列车试验。南非窄孰( 1 0 6 7 毫米) 重载列车 利用1 2 台机车牵引，编挂2 0 0 辆，总重达1 6 0 0 0 吨以上。1 9 8 9 年3 月南非 在进行重载运输试验时，组织了一列长7 3 0 0 米，编组6 6 0 辆。由1 6 台机车 牵引，总重达7 1 2 3 2 吨，创造了世界记录。 ( 3 ) 各国重载铁路的运量及收入达历史最高水平。 7 0 年代末美国一级铁路开始了重载运输。美国营业额最大的铁路公司 “联合太平洋铁路公司”运营里程2 8 0 0 0 公里，跨越美国1 9 个州。由于近年 来积极开行重载列车；1 9 9 3 年收益达到4 9 亿美元，比1 9 8 5 年增加了3 0 ； 而职工人数却从4 1 0 0 0 人降到2 8 0 0 0 入；机车利用率达到9 4 ；车辆周转时 间降低了2 5 天，提高效率1 6 强。美国伯林顿北方铁路大力采用重载新技术， 交流传动内燃机车，铝合金敞车，双层集装箱敞车，遥控机车等，普遍开行 1 1 5 辆轴重3 0 吨以上的重载列车，比一般列车装载量提高3 0 。1 9 9 3 年运 煤1 4 亿吨，粮食o 4 亿吨，达到公司历史上最高水平”。由于大力发展重 载运输技术，以1 9 8 0 年为指数1 0 0 ，1 9 9 9 年北美一级铁路生产率( 即每 美元运营成本所获得的吨英里周转量) 提高了1 7 1 ( 达到2 7 1 ) 。货车平均 容量提高1 5 1 ，事故率降低了6 4 ，运行成本( 1 0 亿吨英里的支出) 下降了 6 5 在北美货运市场的占有份额从1 9 8 0 年的3 7 5 曾加到1 9 9 9 年的4 0 3 ，其他运输方式是：公路2 9 4 ，石油管道1 6 8 ，水运1 3 1 ，航空 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 4 。目前北美一级铁路、澳大利亚昆士兰铁路、b h p 铁矿铁路及南非铁路的 重载运量及收入均达到其历史最高水平。 ( 4 ) 客货共线条件下，实现货运重载。 欧洲铁路开始在客货混运、国际联运的快速铁路干线上发展2 5t 轴重的 重载列车。继中国铁路成功地在全国既有干线上，既开行提速旅客列车又开 行5o o ot 以上重载货物列车，成为客货混运线路上实现提速、重载的国际 首例“。 1 3 我国重载运输发展现状及存在的相关问题 铁路重载运输，是指在定的铁路技术装备条件下，扩大列车编组长度， 大幅度提高列车重量，采用大功率机车( 双机或多机) 牵引的重载运输方式。 我国重载运输发展起步较晚。8 0 年代以后，我国铁路面对日趋紧张的运量与 运能的矛盾，借鉴国外铁路的有益经验，结合国内具体情况，把发展重载运 输作为加速提高输送能力的一个重要手段。先后在一些主要铁路干线上多次 进行5 0 0 0 t 级及l 0 0 0 0 t 以上重载列车的运行试验。1 9 8 4 年首先在运输繁忙 的干线上组织开行组合重载列车。先后在丰沙大京秦线、山海关沈 阳和石家庄济南等区段运行。近年来又在京沪线和京广线一些紧张区段 组织开行5 0 0 0 t 重载列车。1 9 9 2 年底我国第一条双线重载运煤专线大秦 线建成通车，开行6 0 0 0 t 和1 0 0 0 0 t 单元重载列车。其先进技术和装备已达到 8 0 年代国际先进技术水平。这标志着我国重载运输技术已跨进了世界先进行 列。目前正在设计与施工的重载运煤专线还有神朔线、大准线、朔黄线等。 选择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，即：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。三个阶段和三种运 输组织模式，即：第一阶段自1 9 8 5 年至1 9 9 0 年为改造旧线，开行组合式重 载列车阶段。重载组合列车从1 9 8 5 年3 月正式开行时起，到1 9 9 0 年底，各 线共开行1 0 3 3 9 列，相当于多运货2 3 8 5 6 万吨。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。此种运输方式的最 大特点是在机车车辆相对充裕、货流集中、方向固定的情况下，可以最大限 度地减少运营支出，从而大幅度地降低运输成本。第三阶段为自1 9 9 2 年以后， 对沿海繁忙干线逐步进行改造，开行整列式重载列车阶段。实践说明，只有 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 因时、因地制宜，不拘一格，综合采用不同重量级别，不同组织形式的重载 列车，才能最大限度地提高列车平均牵引重量，取得最佳的经济效益。”。 我国幅员辽阔，但资源分布不匀，货物运输量大而且集中。以煤炭运输 为例：我国煤炭生产的基地集中在“三西”地区( 山西、陕西、内蒙西部) 而 用户遍布全国，且东南沿海居多。煤炭需求量与铁路运输能力相差殊远。重 载运输是最合适的运输方式，我国铁路重载运输已经起步并取得进展，前景 十分广阔，但也存在着不少问题。 首先，我国目前对发展重载运输重要性和迫切性缺乏进一步深化认识， 认识不足也就导致了重视不够，必须看到重载运输的有利性，深切认识到积 极推行重载运输是提高运输能力，储备后续力量，便于给设备维修施工创造 条件，从而促进铁路现代化的有效办法，是一项带方向性的根本措施。特别 是我国地域辽阔，重质物资运量大、运距远，作为国家主要交通工具的铁路， 客观现实是线路少，能力短缺，大量修建新线又受投资的制约。因此，千方 百计增强既有线运输能力，货运逐步实现重载运输是最有效的方法之一。 其次，需要进一步完善重载运输的配套技术。 1 加速研制大功率内燃机车和电力机车，参考美国和加拿大的实践经验， 作为技术储备，组织科研力量，研究“第二代重载列车”的编成模式，以求 牵引动力的合理利用。实现列车动力分散布置，车辆采用铰接式转向架连接， 最大限度地减少列车纵向冲击力的不良影响，有效地克服车钩强度不足，制 动力和缓解波速过低的现象，更好地保证重载列车的运行安全。 2 提高车辆载重量。发展大轴重( 2 5 吨) 、大载重、高强度、大型化新型 车辆。采用新型材料，减轻自重，增加载重，提高载重系数，争取每延米重 量达到6 吨。 3 改善机车车辆制动装置和车钩、缓冲器性能。提高制动机性能，防止 漏泄，加快制动波速，解决好低速制动问题。 4 为了解决好重载列车机车合理的编挂位置，加速研制和生产高可靠性 的机车遥控装置，实现前后机车协调动作，同步操纵。 5 针对我国铁路线路强度薄弱的状态，要加强轨道结构，提高线路承载 能力。有步骤地铺设每米6 0 公斤及以上的重型钢轨。 6 提高电气化牵引供电的可靠性。除积极提高接触网设计标准外，还必 须提高接触网导线和零部件材质强度。 再次，应该加强重载运输的组织管理。 1 结合我国国情制定我国铁路重载运输和设备配套的中长期发展规划。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 2 研究车流组织原则，改进列车编组和车流组织方案，合理地调楚路网 编组站的分工，在规划指导下，逐步在全路形成一个比较完整的重载运输网。 充分发挥重载运输的整体优势。 3 改革管理机制、改善运输组织。重载运输的顺利发展，前提是要解决 好货源、货流和运输能力的相互衔接，研究工农业生产中的产销平衡问题， 作到产、运、销三者之间相互协调。实现托运货主和铁路承运方共同利益的 最大化。铁路重载运输装、运、卸设备相互配套。研究重载列车的合理重量 以及适合我国重载列车运输特点的组织方式。 1 4 主要研究内容 我国铁路重载运输是在“边试边开，边开边改，以开促改，逐步完善” 的原则下发展起来的，涉及许多运营、技术、经济方面的因素，主要有货流 和车流、机车牵引动力、车站到发线有效长、车辆载重能力和制动装置，以 及轨道结构强度等复杂问题，对于重载运输组织尚缺乏系统的分析和理论的 论证。现有的规程、规范、规则和其他一系列的规章制度无法适应重载运输 的发展需要；货源、货流产生和分配间的相互衔接，产运销、装运卸之间还 没有实现互相协调，有机结合：重载列车的方式和开行方案缺乏合理的比选， 不能够保证效益优先的原则。 本文研究的主要内容有三个： 1 重载铁路运输能力影响因素分析。 用系统工程的观点和方法，对铁路重载运输系统进行结构分析，确定其 相关的影响因素。 2 固定车底循环直达运输的适用条件问题。 介绍铁路重载运输不同的组织模式及其适用条件，采用定性分析与定量 分析相结合的方法，着重分析固定车底循环直达单元式列车组织方式的有利 性。 3 大秦铁路重载列车开行方案的研究。 以我国第一条双线电气化重载铁路一一大秦铁路资料为背景，对列车开 行条件进行分析研究，针对铁道部提出的年运量实现2 亿吨的目标要求，研 究合理的列车开行方案。运用线性规划建立模型，求解各种类型重载列车合 理的开行数量。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章铁路重载运输系统分析 2 。1 铁路重载运输的概念及系统结构分析 系统的要素不是简单地集合在一起，而是有机地联系，共同构成一个整 体，实现系统的整体功能。重载运输是提高运能的有效措施，也是衡量一个 国家铁路技术水平的重要标志。重载运输作为世界铁路运输的发展方向，有 着无可比拟的优势。重载运输是在普通货物运输的基础上逐渐发展起来的， 是铁路运输系统的重要组成部分，也是最有活力的部分之一。 2 1 1 铁路重载运输的概念 随着重载运输的发展和时代的进步，1 9 9 4 年，国际重载运输协会定义重 载铁路必须满足以下三条标准中的至少两条： 1 经常定期开行或准备开行总重至少为5 0 0 0 t 的单元列车或组台列车； 2 在长度至少为1 5 0 k m 的线路区段上，年计算运量至少达2 0 0 0 万吨以 上： 3 经常、正常开行或准备开行轴重2 5 t 以上( 含2 5 t ) 的列车。 总结我国的运营实践，参考数十年来世界各国重载运输铁路的科研和试 验成果，可以认为，开行重载列车的铁路，虽然运营条件各不相同，但都具 有轴重大、运输量大、货物品种单一、流向集中、重车方向明显、产销关系 稳定、组织专列运输等共同特点。 2 12 铁路重载运输系统结构分析 铁路运输系统是国民经济的大动脉，是综合交通运输网的骨干，对国民 经济发展有着极其重要的作用。铁路运输系统贯穿全国、高度集中，具有运 能大、能耗少、成本低、污染轻、全天候、安全准时，可利用多种能源等特 点，是我国运输系统的主力。今后的发展趋势，铁路运输系统将逐步实现高 速化的客运系统和重载化的货运系统相对分离。货运部分将逐步实现重载化， 成为相对独立的重载运输系统， 1 系统目标 铁路重载运输系统其生存和发展的目标概括起来说就是充分利用相关资 源，实现安全、高效、快捷的物流，从而在高效满足社会需求的前提下实现 源，实现安全、高效、快捷的物流，从而在高效满足社会需求的前提下实现 自身的效益。 2 系统结构 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 系统工程理论指出，系统至少是由两个元素组成，元素之间存在着有机 的联系和相互作用的机制，使系统形成一定的结构或秩序；系统具有特定的 功能，而这种功能是它的任何个部分( 或要素) 所不具备的。根据这一理 论，对铁路重载运输系统的结构作如下分析。 ( 1 ) 从系统结构组成看 铁路重载运输系统可分为车务、机务、工务、电务、供电、车辆和货运 7 大子系统，包括车站、线路等多种固定设备子系统和机车车辆等多种移动 设备子系统组成的复杂大系统。各系统作为整个生产链中的个环节、一道 工序，既相互独立，又相互关联，为重载货物运输产品( 吨公里) 提供相应的 服务。其复杂性具体表现在：系统规模巨大：相互联系密切；相关信息量大， 信息交换频繁，具有开放性、非线性、随机性及随时间动态变化等基本特征， 这是铁路运输系统作为自然系统时表现出的自然属性。 ( 2 ) 从运输生产过程看 铁路重载运输系统是兼有连续性和离散性特点的动态系统。一方面运输 对象( 货流) 从发站至到站的空问运动轨迹是连续的，前一子系统的输出即为 后一子系统的输入；在任何环节上的作业延误，都会导致相关环节作业的困 难，影响整个系统功能的发挥。另一方面，运输生产的时间进程，从宏观上 看是连续的( 即铁路运输生产全年、全月、全日昼夜运转，不能发生中断) ， 从微观上看，各项作业时刻又是离散的( 即具体的每项作业是以一定的时间间 隔进行的) 。 ( 3 ) 从运输组织管理形式上看 铁路重载运输系统所承担的社会功能和生产特征决定了铁路的组织管理 系统的结构，它既需要横向跨地域、跨部门、跨工种的管理功能，也具有纵 向有效的行政管理和严格的专业管理功能。铁路重载运输系统是一多级递阶 控制系统”。其组织管理模式包括纵向的铁道部、路局、站段以及横向的各 业务部门，全国铁路分为哈尔滨、沈阳、北京、呼和浩特、郑州、济南、上 海、南昌、柳州、成都、昆明、兰州、太原、西安、武汉、乌鲁木齐铁路局、 广铁集团公司和青藏铁路集团公司，共1 8 个铁路局( 集团公司) 。运输生产以 运输计划、列车运行图、列车编组计划等为基础进行。因此，作业过程中不 断受到计划安排和计划调整的动态控制。 ( 4 ) 从运输生产的环境因素看 铁路重载运输系统是一开放式随机系统。重载铁路运输生产受到政治、 经济及自然环境因素的影响。同时，人的参与和人的因素也直接影响着系统 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 功能的发挥。由于这些因素均具有一定的随机性，因此，铁路运输系统又具 有随机系统的特点。铁路重载运输系统直接影响国民经济，既受市场需求的 影响，同时又作用和反作用于市场需求，还牵涉到国家安全和稳定等这是 它作为社会系统时表现出的社会属性。这一点在建立社会主义市场经济体制 的新形势下显得尤为突出。 3 系统属性 铁路重载运输系统具有自然属性和社会属性，其复杂性具有如下的特性： ( 1 ) 系统整体性一一铁路重载运输系统整体能力不仅取决于各子系 统能力的大小，而且还取决于各子系统间的相互协调配合程度。能 力最薄弱的子系统能力决定了整个系统的运输能力。 ( 2 ) 非均衡性由于各子系统技术设备的性质不同，能力增长的幅 度和形式也不同。其中有的是渐近式增长，更多的是阶段跳跃式增 长，而运量的增加则为渐近的。 ( 3 ) 相互转化性子系统能力是由一定的技术设备、组织方式和车 流条件决定的。通过增加设备、调整运输组织方式可使得子系统能 力获得提高。不同时期中各子系统能力是不均等的。采取合理的能 力利用方案，可减轻系统中薄弱环节的负荷，使得系统的整体能力 获得提高。 ( 4 ) 时效性一一运输生产的动态连续性以及时间的一去不复返，使得 能力利用表现出动态瞬时性。过时不用即为无效。由于运输生产受 到各种随机因素的影响，作业组织中能力失效事件经常发生。而某 子系统的能力失效又往往会波及其它子系统。因此，系统实嗣利 用的能力是达不到计算所得到的理想条件下的最大能力。同时，为 提高重载铁路运输组织的适应性和运输质量，需要在计划安排和实 际作业组织中适当地储备以及合理地利用各子系统的能力。 铁路重载运输系统的上述特性，要求我们研究重载铁路运输能力利用问 题的时候，应从全局出发，充分考虑各子系统能力在空间位置上的相互转化、 替代作用以及能力利用的时效性；着眼能力的可实现性和系统总体有效能力 的提高；合理地利用各项设备，使其发挥最佳效能，以使得铁路能在保证一 定运输质量的前提下最大限度地满足运输需求。 2 2 铁路重载运输系统的影响因素分析 铁路是个网络型产业，运输生产过程是在全国纵横交错的铁路网上进 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 彳亍的。目前在我国的铁路网上，拥有几万公里线路，几千个车站，几百万职 工，配备了大量的技术设备；每天有上万台机车和几十万辆车辆组成数以千 计的各种列车在四通八达的铁路线路上昼夜不停地运行，涉及车务、机务、 工务、电务、车辆、供电等各个部门，从发站至到站经历的环节多、动态联 系广、影响因素复杂。 铁路运输的产品是旅客和货物的位移，其特点是边生产边消费，不能储 存。这就要求各单位和各工种间密切配合，使之协调动作，像一架庞大的联 动机一样环环相扣，有节奏地工作。重载运输系统同样是一个复杂的大系统， 涉及的因素很多。由前面的系统结构分析，可以看出影响重载运输系统的主 要因素有下面几项。 2 2 1 铁路线路和站场 重载列车由于纵向冲击力的增加和车辆轴重的提高，对站场股道和线路 有着更高的要求，需要更高的强度、耐久性和可靠性。铁路线路变形下沉主 要是由于道床破坏所致，而道床破坏程度又与道床应力的3 4 次方成正比， 所以开行重载列车的线路，必须改善铁路路基，轨道的工作状态，同时由于 牵引重量大，启动困难，对于轨道的平顺性和坡度要求也比较高。 1 重载铁路的线路应满足下列条件： 保证线路的基本参数，提高线路的平顺性；减缓线路的限制坡度；加大 最小曲线半径；采用大号码的新型道岔；铺设无缝钢轨。 2 重载铁路站场的到发线长度应满足下列条件： 车站到发线有效长是决定列车牵引重量的基本条件。对于办理始发、终 到重载列车的车站应延长l 2 股道站线到发线至1 0 5 0 m 1 2 5 0 m ；一般中间 站可延长1 股道到发线；中途有列检作业的车站延长2 股道。采用缩短型c 6 3 、 c 6 1 型运煤车时。1 0 5 0 m 线路可牵引6 5 0 0 ；若开行7 0 0 0 t 8 0 0 0 t 或1 0 0 0 0 t 列车，站线需要为1 7 0 0 m 或2 l o o m 。 3 重载铁路路基和轨道应满足下歹0 条件： ( 1 ) 路基标准化 铁路路基是铁路线路的基础，它直接承受列车荷载，必须具备坚固、稳 定、耐久的良好性能。我国重载线路路基技术标准铁道部已有规定。 ( 2 ) 轨道重型化 加强轨道结构、提高线路承载力是保证重载列车安全运行的基础条件。 现在全国各处线路普遍存在的问题是重型钢轨数量不足、轨下基础薄弱、道 碴质量不良、道床脏污板结严重、轨枕易于断裂、线路稳定性差。为适应重 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 载需要，应采用重型钢轨，承载力大的轨枕，扣件。钢轨应向重型化，强韧 化方向发展，改进钢轨的材质，提高钢轨的抗磨耗、抗疲劳、耐腐蚀和抗损 伤的能力o 。 ( 3 ) 养路机械化 养路机械分大修机械、维修机械、检查机械和修理机械。重载铁路运输 强度大，为了保证线路质量和行车安全，需要配备大修换轨排设备、机械化 更换无缝线路长轨节、大型清筛机和配套的维修机械、钢轨打磨列车、钢轨 探伤车、轨道检查车等。 ( 4 ) 检测现代化 重载轨道采用现代化手段检测，是保证重载线路质量及列车运行安全的 重要措旌。我国现在已经可以在轨检车上安装先迸的检测设备，实现实时察 看轨道几何状态，保证列车运行安全。 2 2 2 列车牵引 重载列车重量大大超过普通列车，需要大功率的内燃、电力机车，应具 有足够的牵引能力、较高的制动力、良好的控制功能、较低的轮轨动力作用 及较高的运用可靠性。 1 机车功率和轮轨间粘着力应相匹配 选择合理的功率与黏着重量比，以保证机车有足够的牵引力。不光要考 虑货车在限制坡度启动的问题，还要考虑到货车的牵引重量在以持续速度通 过长大限制坡道而不发生空转的条件。 2 提高动力制动能力 动力制动可以解决空气制动的纵向冲击力大、制动力小、需要停车缓解 的困难。动力制动还可以和空气制动相配合使用。 3 提高机车的控制水平 重载列车往往是多机牵引，因此存在运行中的牵引和制动过程能够同步 自动调整和控制。 4 发展低动力作用转向架 机车车辆的发展的趋势是逐步采用大轴重，低自重。重载列车至少是2 5 t 的轴重，为了减轻机车对线路的破坏作用，应该采取低动力作用转向架。 5 提高机车运用的可靠性 重载运输对机车各主要部件的强度及其运用的可靠性要求较高，应广泛 采用电子和微电子技术，并在机车上装设必要的动态故障检测和诊断系统， 确保安全。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第12 页 6 长交路、轮乘制 应积极采用长交路、轮乘制，以发挥重载单元列车的运输优势，达到减 少机车设备，节省投资，提高机车运用效率，加速机车车辆的周转，提高综 合经济效益。 2 。2 3 铁路车辆 为适应重载运输的需要，大型货车发展方向应该是宽、短、高( 强度) 、 轻( 自重轻) ，在自重系数小的前提下，增大车辆的容积或增加轴重或者轴数， 以及采用高强度车钩，大容量高性能缓冲器和新型制动机和转向架等。货车 大型化是世界各国铁路车辆发展的共同趋势。美国新造货车轴重均在3 0 t 以 上，铝合金敞车、高边车等大型专用货车的轴重达3 2 5 t 巴西广泛采用3 0 t 轴重的货车，南非窄轨重载铁路的货车轴重2 6 t ，澳大利亚已开始使用3 5 t 轴 熏货车。 2 2 4 供电系统 重载列车和普通列车相比，牵引车列的电力机车的功率、接触网电流和 整个供电设备规模等都要加大。增加了供电设备的投入，投入多少要与开行 后在运输和社会效益方面进行技术经济比较，以免开行重载列车比重不大而 降低供电设备的利用率。 2 2 5 运输组织 我国在大秦线上开行5 0 0 0 t 和万吨重载列车，在繁忙干线开行5 0 0 0 t 或 组合歹l j 车与普通货物列车，由于各线路设备条件、运量、车流大小和机型不 同，因而运输组织的方法也各不相同。运输组织对重载列车的开行尤为重要， 为了有效利用设备，保证线路畅通运输，必须做好组织工作。 1 加强日常空车调配以及货源、货流、车流的组织和调度指挥工作 当重载列车与非重载列车混合开行时，是同一空车来源，共享一条线路， 运输同一货源和车流。在品种单一的专线运输线，为保证各种列车各得其所， 应首先优化原装车地始发直达列车计划，使其满足重载需要；在编组站要选 择技术站间车流量目均达2 0 0 2 5 0 辆及其以上的编组站编组重载列车。在日 常工作中，从曰班计划入手，调度部门重点设置专人负责管理重载列车，使 其车流、机车、到发线及运行组织紧密衔接。 2 重载列车与非重载列车数量、结构要匹配恰当 根据货流、车流集结情况，技术作业过程及到发线、调车机车、牵引机 车等具体条件，制定重载列车与非重载列车在数量上的合理比例。 3 中间越行站的布点要适宣 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 为待避客车、运行调整以及处理车辆故障等，在重载列车与非重载列车 混合开行的区段，必须设立适当的中间站为越行站。它的设置与区段长度、 区段内各种性质的列车数量、排列结构、速度差、红外线测轴温点的分布以 及重载列车运行距离和各区段问的接续时刻等有关。 4 ，行车指挥系统应逐步进行改革，以适应货运重载化的发展 加强对重载运输的组织管理，进一步改革管理机制，改善运输组织。首 先应修改昶补充现有的规程、规范、规则和其它一系歹l j 的规章制度，使上层 建筑和经营管理适应重载运输的发展需要。目前我国铁路开行重载列车特别 是开行5 0 0 0 t 整列式重载列车后，部分大编组站要集结一部分车流或要开行 更长距离的直达重载列车，需要将一部分普通直达列车的车流拆散，重新编 组重载列车。但是调整列车编组计划和列车运行图还有待于调查研究，作进 一步调整，改变部分编组站的分工，促进重载列车的开行。奖励制度和管理 办法跟不上重载运输的发展，形成开与不开、开多开少、开好开坏都一个样， 更有甚者开行重载列车的单位和职工在经济上反而受到损失( 如由于开行重 载列车，出现调车钩数增加、机务的日产指标下降、油耗上升等) ，严重影响 了职工对于开行重载列车的积极性。要制定有利于开行重载列车的奖励办法， 对开行或多开行重载列车的单位和个人，应给予适当的奖励。 2 2 6 装车能力、卸车能力 与普通运输组织方式相比，重载运输对货源、货流集中及装卸车作业组 织条件提出了更高的要求。具备大宗流向稳定集中的货源及大能力、离效率 的装卸车作业系统是组织重载运输的必要条件之一。以大秦铁路为例，大秦 线的设计年输送能力为1 亿t ，货物列车组织形式为6o o ot 和万吨混合运 输。运营初期，曾安排每月开行1 对万吨列车，但由于装车条件和港口接卸 能力等因素限制，万吨列车曾经停开。装车地货物生产力规模、布局及销售 市场分布特点对铁路重载运输有很大影响和制约。从主要运输对象煤炭的情 况来看，我国煤炭总产量及运量虽然较大，但多数煤矿属于中小型煤矿、矿 井布局及产量分散，大型、特大型及露天煤矿较少，生产规模与国外相比较 小，并且存在煤种杂、用户分散的状况。煤炭生产和运输布局的散乱、运输 基础设施建设跟不上生产及运量的迅速增长，多数企业单位运输条件较差， 铁路装车设施陈旧落后，缺乏科学有效的运输组织措施、作业效率低等方面， 都在一定程度上导致了局部运力的浪费，使装运环节上不能满足重载列车的 装运要求，难以与改造后或新建的铁路干线输送能力相适应。随着铁路重载 运输的进一步发展，这些方面的问题和矛盾将会显得更为突出和尖锐。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第14 页 综上所述，影响重载运输系统的因素是多方面的，必须协调匹配，优化 组合。货运重载化是我国铁路发展的一个方向。在短的时期内我国“北煤南 运，西煤东调”的基本格局不会改变，这为铁路重载运输的发展提供了条件。 随着我国客运专线的全面开始修建，也为铁路重载运输的发展提供了有利条 件，可以进一步在繁忙的铁路干线上开行重载列车。重载铁路的主要技术条 件和车流组织是各种技术设备合理利用和运营支出节省的综合体现，同时又 要以现代化的运营管理、行车指挥系统、安全保证设施及产供销、装运卸的 密切配合做依托。当前随着科学技术的进步，积极改革牵引动力，采用大功 率机车，装设多机同步牵引操纵系统；提高车辆轴重，装设性能可靠的制动 装置、高强度车钩和大容量缓冲器；采用新型轨道结构，铺设重型钢轨和无 缝线路；延长站线长度。改造站场设备；选用先进的通信信号设备；实现货 物装卸机械化和行车调度指挥运营管理自动化等技术，从整体上推动了铁路 重载运输技术的迅速发展。重载列车的开行，必将带来我国铁路技术设备的 研制、运用和运营管