摆式列车在我国的适用范围与应用前景.docx

摆式列车在我国的适用范围与应用前景 3张文桂1 ,瀛2 ,炎3郝顾(1. 西南交通大学装备处 , 四川 成都 610031 ; 2. 西南交通大学土木工程学院 , 四川 成都 610031 ; 3. 西南交通大学工程科学研究院 , 四川 成都 610031)摘 要 : 首先分析了提高客运速度的措施 ,然后论证了采用摆式列车的提速效果并按可能实现的最高速度将既有线分为 3 类 ,研讨了各类铁路提速对通过能力的影响 ,进而估算了提速的运输成本和效益 ,据此 ,得出摆式列 车适用范围与应用前景的初步结论 。关键词 : 摆式车体 ;铁路 ;行车速度中图分类号 : u29文献标识码 : aapplica ble scope and prospect oftilting tra in on ra il ways in chinazhang wen2gui1 ,hao ying2 ,gu yan3(1. dept . of equipment and lab. management , southwest jiaotong university , chengdu 610031 , china ; 2. school of civileng. , southwest jiaotong university , chengdu 610031 , china ; 3. school of eng. science , southwest jiaotong university , chengdu 610031 , china)abstract : this paper discusses the way of rising passenger train speed first , then analyzes the effect ofrising speed with tilting train. according to the maximum speed , the existing railways are divided into three types. influences on track capacity , transportation cost and advantages of rising speed with tilting train on each type of railway are calculated. finally , the conclusion about the applicable scope and prospect of tilting train on railways in china is derived.key words : tilting bodies ;railways ; operation speed1提高铁路运输速度的措施过去的旅客运输 ,因民航与高速公路不很发达 ,铁路处于垄断地位 。铁路运输只考虑量的满足 ,没有充分照顾质的提高 。随着国民经济的发展 ,人民生活水平的提高 ,客运质量的需求日益提高 ,方便 、舒适 ,特别是提高速度 、节省旅途时间的要求日益强烈 ;加之民航和高速公路发展很快 ,客运市场的竞争日趋激 烈 。提高客运速度已成为铁路发展和生存的战略任务 。2000 年拟定的铁路主要技术政策( 讨论稿) 提 出要“普遍提高行车速度 ,适当加大行车密度 ,合理增加列车重量”,把行车速度放在铁路运输中重要的地 位 。今后应在设计和运营工作中把提高速度和完成旅客运送任务同样重视 ;在既有线提速决策时 ,效益好 的应当及早提速 ,效益差的也应根据客运需求 ,努力节约资金 ,予以实现 。提高客运速度应力争不改建或少改建线路工程 ,以减少投资 、提高效益 ,通常可采用以下措施 :(1) 在不改变线路标准的前提下 ,发挥旅客列车内燃 、电力机车的牵引优势 ,适当调整曲线的外轨超 高 ,挖掘潜力提高速度 ;因其花钱少见效快 ,虽然提速的幅度不大 ,但应当普遍推行 。收稿日期 :2000206201基金项目 :铁道部科技发展项目 (98z03)作者简介 :张文桂 (19572) ,男 ,高级工程师 .3 参加本课题研究的还有 :严隽耄 ,万复光 ,刘学毅 ,石定宇 ,梁万荣 ,穆效荣 ,徐志根 ,雷波 ,余南阳 ,章音 .西南交通大学学报第 35 卷586(2) 重点改建一些严重限速的线路 ,并采用换铺道岔 、将平交道口改为立交等配套措施 , 采用df11 或ss8等先进机车与新造的 25 型客车 ,较大幅度地提高客运速度 ; 因为铁路部门资金紧缺 ,而这种措施投资较多 ,故只能有重点的在东部平丘地区的繁忙干线上采用 。(3) 基本不改建线路 ,而采用摆式列车以提高部分特快列车的速度 ;当旅客列车的行车速度受曲线半 径严重制约时 ,采用摆式列车可以有效地提高曲线通过的限制速度 。因为大量购买或租赁国外摆式客车 价格昂贵 ,故加速研制国产摆式客车是十分必要的 。摆式列车的提速效果(1) 提高曲线的限制速度由于摆式列车车体倾摆后产生一个附加超高角 ,因此可以比常规车辆更高的速度通过曲线 ,表 1 列出 不同列车的曲线限速 。其中摆式列车的最大倾摆角按 6 . 5,容许欠超高按 110 mm 计算 。2表 1各种列车的曲线限速框算曲线半径 r/ m2503004006008001 2001 4001 600货物列车平均速度 v货 / ( km/ h)实设超高 h实 ( 计算值) / mm55150719555150781055714689120631281051446811811916474104140198771001502008097159200普通客车 v0摆式客车 v曲线限速/ ( km/ h)由表 1 可见 ,摆式列车曲线限速可提高 30 %以上 。(2) 摆式列车的速度目标值按既有线最小曲线半径不同 ,我国既有铁路可划分为 3 种类型 ,分别确定其摆式列车提速的速度目标 值 。一为山区单线铁路 ,最小曲线半径多为 300400 m ,普通旅客列车的限制速度仅 7585 km/ h ;摆式列车可达到 105120 km/ h ,根据 ss8型及 df11机车性能 ,通过牵引计算 ,列车可按 1m14t 编组 。 二为一般双线铁路 ,最小曲线半径多为 600800 m ,普通客车的最高速度约为 105 km/ h ,120 km/ h ;摆式列车最高速度可达 140160 km/ h ;列车可按 1m10t 编组 。三为繁忙双线铁路 ,目前多已开行快速列车 ,最高速度已达 140160 km/ h ,正线道岔 ,平交道口 ,自动 闭塞多已经过改造 ,摆式列车的最高速度可达 200 km/ h ,列车可按 1m6t 编组 。3摆式列车提速对通过能力的影响影响通过能力的是旅客列车扣除系数 。扣除系数与客货列车速度高低及其速差有密切关系 ,还与客货列车对数 ,开行方式 、车站间隔时分以及双线自动闭塞的追踪间隔时间有关 。下面列出 3 种类型线路的扣除系数计算结果1 。(1) 繁忙双线旅客列车扣除系数双线自动闭塞区段旅客列车扣除系数由最小基本扣除系数 、附加扣除系数和额外扣除系数 3 部分组 成 。最小基本扣除系数是旅客列车越行货物列车所必须占用区间的最小时间与列车追踪间隔时间之比 ; 旅客列车运行速度提高 ,导致最小基本扣除系数减小 。附加扣除系数是旅客列车越行货物列车产生占用 区间的附加时间与列车追踪间隔时间之比 ;旅客列车提速 ,附加扣除系数有所增大 。额外扣除系数是铺画 运行图时存在的额外扣除时间与追踪间隔时间的比值 ;旅客列车提速对该值影响甚微 ,可以认为基本无变化 。在双线自动闭塞区段 ,旅客列车提速时 ,在相同的条件下 ,附加扣除系数增大的幅度要比最小基本扣 除系数减小的幅度大 。当旅客列车提速 ,而货物列车不提速时 ,则旅客列车扣除系数有所增大 。当旅客列 车与货物列车同时提速 ,提速增幅接近 ,则旅客列车扣除系数无明显变化 。以京广线信阳至江岸西区段为 例 ,快速列车最高速度按 140 km/ h 考虑 ,摆式列车按 200 km/ h 考虑 。若追踪间隔时间为 89 min 时 ,摆 式列车的扣除系数较快速列车增大 0 . 230 . 17 ;虽然有所增大 ,但幅度甚小 ,对货运能力影响甚微 。 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 第 6 期张文桂等 :摆式列车在我国的适用范围与应用前景587(2) 一般双线旅客列车扣除系数以胶济线为例进行估算 。特快列车的最高速度约 110 km/ h ; 摆式列车最高速度按 140160 km/ h 考 虑 。扣除系数摆式列车较快速列车增大 0 . 20 。(3) 山区单线铁路旅客列车扣除系数单线半自动闭塞区段 ,旅客列车扣除系数由基本扣除系数和额外扣除系数两部分组成 。基本扣除系 数是指一对旅客列车占用限制区间的时间与一对货物列车占用限制区间的时间之比值 ;旅客列车提速 ,基本扣除系数有所减小 。额外扣除系数是由于两相邻旅客列车之间的时间间隔一般不是货物列车占用限制 区间的整倍数而产生的额外扣除时间与一对货物列车占用限制区间时间的比值 ;一般取值在 0 . 10 . 3 之间 ;旅客列车提速 ,额外扣除系数略有增加 。以成都至攀枝花区间为例 ,常规特快列车的最高速度约 75100 km/ h ,摆式列车可达 100120 km/ h 。旅客列车扣除系数可分为成都 燕岗 、燕岗 普雄 、普雄 西 昌 、西昌 攀枝花 4 个区段分别进行计算 。摆式列车基本扣除系数较小 ,计算结果表明其略低于常规特快列车扣除系数 。4 摆式列车提速的成本与效益估算4 . 1运输成本估算运输成本由 4 部分构成 ,即有关成本 、无关成本 、机车车辆折旧成本和土建工程折旧成本 。1 3(1) 有关成本和无关成本根据统计资料和相应测算 ,表 2 列出几条铁路的普通客车和摆式客车的有关成本和无关成本 。元/ (万人km)表 2 几条路线的摆式列车单位有关与无关成本普通客车摆式客车vmaxvmax有关成本无关成本有关成本无关成本 / ( km/ h) / ( km/ h) 北京 郑州济南 青岛 鹰厦 、外福 成都 重庆1401207180 ,12042335829940424321524533120016095120 ,160692537374582265237245364注 :成都 重庆指经遂宁的新建铁路 。(2) 机车车辆折旧成本 每套车底的年折旧费= 每套车底的购置费 年折旧率折旧成本 = 每套车底的年折旧费 ( 或租赁费) 每套车底每年完成的旅客周转量机车车辆的年折旧率 ,国外摆式列车采用 5 % ,国内摆式列车与普通列车采用 6 % 。(3) 土建工程折旧成本摆式列车土建工程的折旧成本可按普通客车土建工程折旧成本的增加值估量 。由于采用摆式列车而 增加的工程投资 ,乘以该项工程的年折旧率 ,计算年折旧费 ,再按摆式列车每年完成的旅客周转量 ,估算土建工程单位的折旧成本的增加值 。增加的改建工程投资根据路线的具体情况估算 。有关工程的年折旧率 :线路桥隧为 2 . 2 % ,通信信号为 12 . 0 % ,电气化铁路供电系统为 9 . 6 % 。4 . 2 财务效益估算在估算中将摆式列车与常规列车对比以估算财务效益 。因为研究目的是摆式列车的适用范围和应用 前景 ,是其发展趋向的宏观决策 ,故不考虑改建线路平纵断面及其他提速时本来就需要加强的项目 ,如平 交道口改造 ,轨道结构加强 ,曲线超高调整等 ,这类设施的投资与年折旧费不宜列入摆式列车的成本 。摆式列车需要而相应档次普通列车不需要的设备投资与折旧费才列入摆式列车成本 ,即摆式列车较常规列 车增加的折旧费 ,行车支出和分摊的工程设备维修费 ,才计入运输成本的增加值 。然后用摆式列车较常规 列车节省的旅途时间 ,折算为时间价值 ,进行比较 ,以判定采用摆式列车的盈亏 。本分析中采用 4 个案例 。案例 1 是山区单线铁路鹰厦 、外福西线 ,由福州至永安 ; 案例 2 是胶济双线由济南至青岛 ;案例 3 是繁忙双线京广线由北京西至郑州 ; 案例 4 是成都 重庆线 ,其中遂宁 重庆为新 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 西南交通大学学报第 35 卷588建线 ,标准较高 ,建成后由成都经遂宁至重庆 ,有开行摆式列车的规划 。表 4 列出其估算结果1 。从估算结果可以看出 :(1) 在山区单线铁路上用摆式列车提速 ,虽然最高速度不会超过 120 km/ h ,但因常规列车速度仅 7590 km/ h ,节约旅途时间的价值 ,远大于运输成本的提高值 ; 一般双线旅途时间节约值也大于运输成本 ; 已 开行快速列车的繁忙双线 ,常规快速列车的速度已达 140160 km/ h ,摆式列车虽可提速至 200 km/ h ,但节省的旅途时间不多 ,时间价值略大于运输成本提高值 。(2) 如向国外购置摆式列车 ,因购置费用高 ,运输成本约为国内造车的 1 . 52 倍1 ,在山区铁路和一 般双线因提速幅度大 ,节省旅途时间价值大于运输成本提高值 ,但在繁忙双线上 ,采用摆式列车节省旅途时间不多 ,时间值低于运输成本提高 。(3)国外租车的运输成本高于国外购车的运输成本 ,因摆式车的租赁费高于折旧费 。表 3 摆式列车提速效益估算表铁路类别铁路名称 起讫车站距离/ km最小曲线半径/ m 最大实设超高/ mm 摆式列车曲线限速/ ( km/ h)摆式列车编组山区单线鹰厦 、外福 福州 永安318一般双线胶济 济南 青岛393繁忙双线京广 北京西 郑州6891 3001402001m + 6t平丘单线达成 、遂渝 成都 重庆348. 1400 600 1 600146 128 97120 144 1601m + 10t线路 条件250125923001251014001251173001501058001181601m + 14t1m + 10t142. 9 (133. 2) 98. 7 (90. 8) 2. 75 (2. 95) 4. 00 (4. 33) 1. 25 (1. 38) 12. 5 (13. 8) 89. 849. 33. 546. 542. 9129. 1165. 3100. 14. 176. 882. 7127. 199. 570. 53. 504. 941. 4414. 4旅行速度/ ( km/ h)摆式常规摆式 常规运行 情况运行时间/ h节省的旅途时间/ h时间价值/ 元国产 车费 用估算5 8502 4602. 51. 211. 99. 53. 74 2802 6802. 21. 230. 422. 58. 93 0502 3505. 43. 765. 945. 921. 74 2802 6802. 21. 632. 925. 67. 9列车购置费/ 万元本段折旧费/ (元/ 人)本段运营费/ (元/ 人)摆式常规摆式 常规 摆式 常规本段摆式列车成本增加/ 元注 : 前边数字为途中不停车 ,括号内为途中停车两次 。5 摆式列车的适用范围和应用前景5 . 1摆式列车的适用范围(1) 山区单线铁路摆式列车可以提高曲线路段的限制速度 ,在曲线较多 、半径较小的山区铁路上开行 ,更能发挥其优势 。 山区单线铁路的曲线半径一般为 300400 m ,常规列车的最高速度一般为 7590 km/ h ,采用摆式列车可 编挂客车 14 辆左右 ,达到 100120 km/ h 的最高速度 ,提高曲线限速 35 %左右 ,虽然没有高速度的轰动效果 ,但节省旅途时间 ,使旅客得到实惠 ,则是最显著的 。山区单线铁路采用摆式列车 ,改建投资也是最少的 。山区铁路开行摆式列车的最高速度一般都在120 km/ h 以下 ,线路标准基本不动 ,12 # 道岔不用更换 ,道口仅需安装防护设备并设人看守 ,信号设备不用 改造 ,所以土建投资不大 。投资主要用于摆式列车的购置 ,若摆式列车国产化 ,目前初步框算 ,每台机车 、每辆客车的造价成本均仅增加 100 万元左右 。我国铁路的通过能力一般都比较紧张 ,山区单线铁路采用摆式列车提速 ,摆式列车的扣除系数要略低 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 第 6 期张文桂等 :摆式列车在我国的适用范围与应用前景589于常规列车 ,对通过能力一般不会带来负面影响 。摆式列车和常规列车相比 ,节省旅途时间的价值远远高于运输成本的增加值 ,财务效益最为有利 ,优 于其他两类铁路 。适用摆式列车的山区单线铁路是两个大城市间或大城市与旅游地之间 、客流量较大的铁路 ,如成都 重庆线 、福州武夷山路段等 。在既有线上采用摆式列车提速 ,应优先在这类山区单线上开行 。(2) 一般双线铁路一般双线铁路常规列车的最高速度多在 90120 km/ h 之间 ,采用摆式列车可编挂 10 辆客车左右 ,达 到 140160 km/ h 的最高速度 ,提速效果也很显著 。摆式列车行车速度达到 140160 km/ h 时 ,连接正线的 12 # 道岔需要更换 ,重要的平交道口要改为立 交 ,三显示的自动闭塞需要改造 ,有的缓和曲线需要延长 ,这类土建工程的投资相当可观 。假如这类铁路为了常规列车提速已将正线道岔 、平交道口 、自动闭塞等加以改造 ,采用摆式列车增加的投资不多 ,则采用 摆式列车提速 ,财务效益上当属可行 。若需大量投资用于土建工程改造 ,则财务上可能造成亏损 ; 当然不 能以财务上的盈亏作为是否提速的主要依据 ,但这类铁路是可以适当推迟采用摆式列车的 。(3) 繁忙双线铁路繁忙双线铁路指那些目前已开行 140160 km/ h 快速列车的铁路 。这些铁路开行 1m + 6t 的摆式列 车 ,速度可达 200 km/ h ;实现这种速度跨上了新的台阶 ,具有开创和示范作用 ,对吸引客流提高声誉有鼓舞振奋作用 。目前已开行快速列车的繁忙双线铁路 ,正线道岔都已更换为提速道岔或高速道岔 ,平交道口多已改为 或正在改为交体交叉 ,三显示自动闭塞正逐步改造为四显示 ,都已基本具有开行 200 km/ h 摆式列车的技 术条件 ;所以开行摆式列车土建工程改建和加强的投资不会很大 ,这类铁路开行摆式列车具有一定优势 。双线铁路采用摆式列车提速 ,其扣除系数略大于常规列车 ,一般由 2 . 62 . 8 增大为 2 . 83 . 1 ,每对旅 客列车的扣除系数约增加 0 . 20 . 3 ,对货物列车的通过能力虽有降低但影响不大 ; 但对其他客货列车速 度有些影响 。这类铁路常规列车的速度已经很高 ,采用摆式列车速度虽可达到 200 km/ h ,但节省的旅途时 间相对减少 ,其时间价值在采用进口摆式列车时 ,都低于运输成本的增加值 ,只有采用国产摆式列车时 ,运 输成本增加才低于节省时间的价