重载铁路运输技术发展.doc

重载铁路运输技术发展1什么是重载铁路运输？铁路重载运输定义：用于运载大宗散货的总重大、轴重大的列车、货车行驶或行车密度和运量特大的铁路。运输量5000t以上，总重12万吨，轴重25t以上，年运量2亿吨以上。重载铁路是一种效率甚高的运输方式。重载列车需着重研究的问题是运行管理、轨道的适应性，以及大宗散货的装卸等。重载运输开始于 20世纪60年代开始，美、加、俄、巴西、南非、澳大利亚领先，美国运煤列车长6500m，重44000t，500车辆、6台机车；南非矿石列车，长7200m，重71600m，660车辆；俄国重载列车长6500m，重43000t，400车辆，4台机车；澳大利亚2001年6月创新的世界记录，列车长7353m，总重99734t，682车辆，8台机车；我国第一条重载铁路大秦铁路，2002年实现1亿吨年运量设计能力，2004年实现1.5亿吨年运量，2005年实现2亿吨年运量，2006年实现2.5亿吨年运量，2007年实现3亿吨年运量，3亿吨创国际年运量最高记录。未来目标40000 t。2重载铁路运输方式重载列车种类：单元式、整列式、合并式。单元式重载列车是把大功率机车双机或多机与一定编成辆数的同类专用货车固定组成一个运输“单元”（unit），并以此作为运营计费的单位。单元式重载列车特点：固定机车车辆编组，固定发站和到站，固定运行线路，运送单一品种的货物列车。它在装卸站间往返循环运行，中间无改编作业。（大秦铁路）组合式重载列车是由两列及其以上同方向运行的普通货物列车首尾相接、合并组成的列车。机车分别挂于各自的物货列车首部，由最前方货物列车的机车担任本务机车，运行至前方某一技术站或终到站后，分解为普通货物列车。整列式重载列车是由挂于列车头部的大功率单机或双机牵引，采用普通货物列车的作业组织方法，牵引重量达到5 000 t及其以上的列车。1）单元重载列车是加速货物送达和机车车辆周转的有效运输组织形式。在货源充足、品类单一、产销关系稳定的大宗散堆装货物(如煤炭、矿石、粮食等)，可组织开行装卸车地之间的单元式重截列车。但是，这种重载运输方式要求装、运、卸各环节技术设备协调配套，装车采用不停车作业方法，设置装车环形线及高效率装车设备，卸车地采用不摘钩卸车作业方法，设置卸车环形线及高效率卸车设备(翻车机、车底开门车辆等)。2）整列式重载列车是既有繁忙干线发展重载远输的主要形式适量延长全线一部分既有车站到发线的有效长，采用大功率机车牵引。能大幅度地提高铁路输送能力。可在车流集中地，组织开行装卸本地之间，技术作业站之间的整列式重载列车。3）合并式重载列车对设备要求简单，具有一定的扩能效果，做为辅助手段，发挥可分可合灵活机动特点。3我国重载铁路运输发展过程我国重载铁路运输的发展经历了三个阶段，采取了三种相应的重载运输模式。第一阶段自1985至1993年，通过旧线改造，发展组合式重载列车。在一系列试验的基础上，北京铁路局于1985年3月正式开行了大同秦皇岛的组合式重载列车，列车总至7400t，双机牵引。采用了高摩合成闸瓦、103型制功阀、滚动轴承及13号车钩等多项新技术。为了扩大重载列车的开行范围，并能普遍推广组合式重载列车，发展了“非固定”式的重载组合列车，即不受车底、车型、车钩及缓冲器的限制。沈阳、北京、济南、郑州及上海等铁路局先后组织开行了组合列车，有效地缓解了运输能力紧张的局面，同时也暴露了技术滞后，并且不配套等问题。第二阶段自1990年至1992年，大秦铁路的建成开通后，进行了大量的单项试验、综合试验及开行试验，并于1992年分别正式开行单机牵引6000t、双机牵引10000t的单元式重载列车，采用120型制动机、高强度旋转式车钩及大容量缓冲器等多项新技术，车辆轴重为2lt。第三阶段为1992年以后。对沿海繁忙干线进行技术改造，开行整列式重载列车，牵引重量为5000t及其以上。整列式重载列车的运输织方式与普通列车基本相同，机车挂于列车头部，列车的运行、到达、装卸和机车的换挂都采用通常的办法，但在列车编组时要对旧型车辆进行限制，列车的操纵也有严格要求。这种重载列车模式对繁忙干线的扩能具有普遍意义。2007年实现3亿吨年运量，车辆轴重25吨，延米重量7吨，单车最重达20000吨，每天开行49对列车。4铁路重载运输技术路线实现重载运输有两种基本途径。一是扩大列车编组，增加列车长度，开行长大列车；二是提高轴重，加大车辆的每延米重量，发展大型货车。从世界重载运输技术的发展趋势来看，尽可能提高列车每延米的有效载重，充分利用现有站线长度，已逐渐成为今后重载铁路运输的主流方向。目前，美国和加拿大重载运输线上的货车轴重一般为30t，正在研制轴重35t、总重140t的大型车辆；澳大利亚重载铁路轴重一般为30325t，现在也逐渐提高到35t。甚至有发展至40t的计划；俄罗斯重载列车的轴重在1992年已达25t，1993年试验轴重达到27t；南非窄轨重载铁路也采用了大型货车，平均轴重为26t。由于以上各国在重载铁路上广泛使用大轴重的大型货车，都有效地提高了列车每延米的重量，一般达到89tm，运输效率得到大幅度提高。我国目前繁忙干线长大列车每延米重量一般为6tm左右，重载列车也仅为7tm左右，距重载运输发达同家有很大差距，同时也说明存在很大的效益空间可以发展利用。这种模式特点：易控制、易组织、但对线路要求高。5发展重载铁路的技术要求1）重载列车车辆技术要求为了适应重载运输，对铁路的固定设施和移动设备必须进行一定的技术改造，其中作为载运工具的铁路车辆应具备一些特殊的结构性能，主要表现在下面几个方面：大吨位、低自重系数、大延米荷载、低重心高度、便于迅速装卸、减少纵向冲动、加强纵向力的承受能力、低动力作用转向架。大吨位：重载列车的牵引重量比常规列车大得多，因此要求组成重载列车的每一辆货车具有较大的吨位，扩大车辆吨位的途径有两条，一是增加轴重，把原来的常规的D轴货车改为E轴货车，即把21t轴重提高到25t，每辆车由总重84t提高到总重l00t。另一种办法是不改变轴重，增加轴数，即由原来的四轴车改为6轴车或8轴车，即每辆车的总重由84t提高到126t或168t 。增加轴重须加强线路，更换重型钢轨。增加轴数使车辆结构复杂，并增加车辆自重。经过同内铁路专家长期论证最后统一了认识，采取逐步增加轴重的途径来提高我国铁路车辆的吨数。低自重系数：重载列车的牵引重量中有一部分为车辆自重，一部分为装载货物的重量。如果车辆自重小则每辆车在同样的轴重条件下，可装载的货物量大运输效率题高。因此，作为重载运输的车辆应在保证必要的强度、寿命条件下尽可能减小车辆的自重。大延米荷载：载列车的牵引重量大、列车的编组辆数比较多，因此列车的长度也比较长，但是列车的长度是受到车站到发线长度的限制，我国车站到发线长度一般为650，850，1050m等几种，在运煤专线某些个站的到发线长度可以到达1700 m甚至2000m。因此，在某一区间运行的列车长度，要根据该区间的到发线长度而定，如果根据运输需要增加列车长度，则需要加长该区间车站的到发线。根据我国铁路桥梁和线路设计标准规定，车辆每延米载重最大可达8t，而我国大部分车辆的延米载重均低于此标准，如果重载车辆能充分利用线桥容许的延米载荷，可以在同样牵引吨位下缩短列车长度，也可在到发线长度不变的情况下增加列车吨位。低重心高度：为了运行安全，防止车辆在运行过程中出现倾覆事故，按铁路技术管理规程车辆及其装载货物的重心不能超过2m。虽然增加车体高度、缩短车辆长度可以提高车辆的延米载荷，但是由于车辆重心高度的限制，使车辆不能充分利用容许轴载荷或不能充分利用线路容许的延米载荷。便于迅速装卸：单元重载列车采用固定编组，按固定线路循外运行于装、卸货物的两地。为了加快车辆周转，采用机械化装卸方式如我国大秦线运煤重载列车，在大同用装料机不停车装煤，在秦皇岛住翻车机上不摘钩卸煤，因此运煤单元列车的车辆上采用可以两车相对转动的转子车钩、同时考虑车体侧墙有足够的刚度和强度，能满足翻车机上工作的要求。减少纵向冲动、加强纵向力的承受能力：由于重载列车中的编组车辆增加，当列车在线路断面变化区间运行以及起动、制动时列车内部的纵向冲力加剧，使列车中每辆车承受的纵向力加大，因此作为重载运输的车辆要有强固的车钩，用大容量的缓冲器来吸收列车冲击时的能量，同时要采用制动波速较快的制动机。在制动工况下使列车中每辆车的速度接近，以减小车辆之间的冲击速度。为了重载列车能成受较大的纵向力，我国铁道车辆强度设计规范也做了适当修改，提高了车辆纵向强度的要求。低动力作用转向架：为了减少由轴重增加而对轨道的损伤，世界各国铁路正在着重研制和改进车辆转向架结构性能，减少因增加轴重而对轨道的破坏作用。2）铁路线路技术要求（1）延长站线按目前车辆的结构尺寸，850m有效长到发线仅能容纳牵引定数为40005000t的列车长度，1050m有效长能容纳5000一6000t列车，若牵引吨数达到76008000t以上的重载列车，需延伸股道有效长17002300m以上。（2）更换重型轨道和道岔重载列车要求上部建筑特别是轨道重量最小应在每米60kg以上专用重载铁路可铺设75kg重轨及相应的重型道岔和配件。轨枕的密度及结构。运营实践表明，货车轴重的提高将会对线路结构产生以下几个方面的不利影响：轨道部件的伤损。钢轨断裂、轨枕裂纹、扣件折损都会随轴重的提高而增加，从而降低轨道运用的安全度，影响行车安全。轨道结构的失效。随着轨道部件的伤损增加，部件更换量和维修工作量增大，材料消耗增加，以致使整个轨道的继续使用在技术经济上不合理，因面必须提前进行大修、中修。亦即轴重的增加导致轨道大、中修周期的缩短。线路状态的恶化。路基基床下沉变化速率加快，病害增多；道床脏污、板结、硬化而失去其应有的弹性、渗水性及稳定性；轨下胶垫老化、破损周期缩短；钢轨轨面易于发生剥离、压溃，在曲线地段还会出现严重的上股钢轨侧面磨耗；轨道几何形位变化速率加快，线路维修工作量增大。我国的试验分析表明：当轴重由18t分别提高到216t和25t，则钢轨的安全使用寿命依次缩短66和867，而轨道的日常维修工作量则相应增加37和79。（3）线路参数的改变最小曲线半径、限制坡度、变坡代数差、竖曲线半径等的变化。（4）路基密实度的提高。然而，随着货车轴重的增加，轮轨间的相互作用（特别是垂向相互动力作用）不断增强，车辆对轨道结构的破坏作用及线路变形也随之加剧。如不采取措施，将会大大增加轨道日常维护工作量，缩短轨道使用寿命。3）总体规划问题(1)对全国实现重载运输的线和点做全面研究分析，在组织长途直达重载列车和长交路的基础上，重新对路网编组站进行合理分工，科学地合理分配运量，理顺点线关系，尽量减少中间作业环节，就有可能减少由于开行重载列车而需要对编组站的改扩建工程，节省投资，充分发挥重裁运输的效益。(2)装、卸以及港口能力的协调配套卸车能力和港口能力与铁路能力的配套。矿山的装车设备和港口的卸车设备与组合列车的开行配套解决，港口卸煤机以及输煤系统设备应保证不间断卸车，有效地缩短车辆在港愿留时间。当前，全路各站普遍存在卸车能力不足，导致很多车站不敢多接车，例如有的运煤线在技术上可以实现组合列车运行，但不愿多担负运输量指标，究其原因卸车能力不足是主要控制因素。(3)枢纽内部线路、运营设备、客运设备的能力配套应在枢纽的总体规划基础上全面考虑，必须重视总图设计，应以远期运量定格局，以近期运量确定股道数量远近结合，分期投资建设，点线协调。4）其他技术要求(1)动力装备大功率内燃机车或电力机车。(2)机车车辆的同步操纵、同步制动的硬件系统。(3)信联闭设备（信号、联锁、闭塞）铁路采用自动闭塞调度集中等行车控制现代化手段。(4)道口改造自动化无人看守道口和逐步把交通量大的平交道口改造为立体交叉。(5)行车组织方法与手段。6国际上重载列车技术的发展现状1）机车无线电遥控装置开行重载列车的关键技术之一是如何使头部机车和中后部机车能协调操纵，即采用机车无线电遥控系统的问题。美国从20世纪50年代末开始，前苏联从70年代初开始，积极研究这种装置，其品类繁多，综合起来大致可分为三大类，即：第一大类：不取代后部受控机车司机操纵功能，受控机车全部由人工操纵；第二大类：部分取代受控机车司机的操纵功能，实现受控机车操作局部自动化。即主控机车、受控机车之间自动执行空气同步制动，其他功能由人执行操纵。第三大类：全部取代受控机车司机操纵功能，实现受控机车操纵全部自动化。我国也于20世纪80年代开始，积极研究空气同步制动装置及无线电遥控操纵装置，用于组合列车及推挽机车的协调操纵。2）司机操作模拟装置我国已成功地研制了多种仿真器，并已应用到重载列车司机的培训中，提高司机的操纵技术。3）列车优化操纵指导装置列车优化操纵指导装置是利用车载计算机技术，实时向司机提供优化操纵方案的车载计算机装置，同时还具有数据采集、安全监控等功能。在列车运行中，该装置实时采集机车动轮转速、机车柴油机转速及进油、回油管的燃油流量，列车制动管压力、机车主电流和主电压、地面色灯信号等数据和信息。按照列车运行时刻和区间限速的要求，以列车安全、正点为约束，以运行节能为目标，采用优化操纵计算原理并综合优秀司机的实际操纵经验，由计算机算出最佳列车