国内外铁路重载运输发展概述.doc

1 第一章第一章 国内外铁路重载运输发展概述国内外铁路重载运输发展概述 1 1 国外铁路重载运输国外铁路重载运输发展发展概况概况 1 1 发展历程发展历程 重载铁路运输因其运能大 效率高 运输成本低而受到世界各国铁路的广泛重视 特别 是在一些幅员辽阔 资源丰富 煤炭和矿石等大宗货物运量占有较大比重的国家 如美国 加拿大 巴西 澳大利亚 南非等 发展尤为迅速 目前 重载铁路运输在世界范围内迅速 发展 重载运输已被国际公认为铁路货运发展的方向 成为世界铁路发展的重要趋势 世界铁路重载运输是从20世纪50年代开始出现并发展起来的 第二次世界大战后的经济 复苏以及工业化进程的加快 对原材料和矿产资源等大宗商品的需求量增加 导致这些货物 的运输量增长 给铁路运输提出了新的要求 而大宗 直达的货源和货流又为货物运输实现 重载化提供了必要的条件 铁路部门从扩大运能 提高运输效率和降低运输成本出发 也希 望提高列车的重量 同时 铁路技术装备水平的不断提高 又为发展重载运输提供了技术保 障 从20世纪50年代起 一些国家铁路就有计划 有步骤地进行牵引动力的现代化改造 先 后停止使用蒸汽机车 新型大功率内燃和电力机车逐步成为主要牵引动力 由于内燃 电力 机车比蒸汽机车性能优越 操纵便捷 采用多机牵引能获得更大的牵引总功率 这为大幅度 提高列车的重量提供了必需的牵引动力 从而 以开行长大列车为主要特征的重载运输开始 出现 但这一时期的重载技术尚不配套 长大列车货车间的纵向冲动 车钩强度 机车的合 理配置 同步操纵及制动等技术问题都没有得到很好的解决 20世纪60年代中后期 重载运输开始取得实质性进展 并逐步形成强大的生产力 美国 加拿大及澳大利亚等国铁路相继在运输大宗散装货物的主要方向上开创了固定车底单元列车 循环运输方式 而且发展很快 美国1960年只有1条固定的重载单元列车运煤线路 年运量 不过120万t 而到1969年 重载煤炭运输专线增加到293条 运量占铁路煤炭运量的近30 前苏联在20世纪60年代末为解决线路大修对运输的干扰 在通过能力紧张的限制区段组织开 行了将两列普通货车连挂合并的组合列车 这种行车组织方式后来成为提高繁忙运输干线区 段能力的重要措施 南非铁路在20世纪60年代末开始引进北美重载单元列车技术 并从70年代开始在其窄轨 2 运煤和矿石的线路上 逐步把列车重量提高到5400t和7400t 并不定期开行总重11000t的重 载列车 巴西铁路是从20世纪70年代中期开始 通过借鉴 引进北美和南非的技术 开行重 载单元列车 另外 德国 波兰 瑞典 印度等国 也根据各自国家的具体情况和实际需要 开行了重量和长度都超过普通列车标准的重载列车 20世纪80年代以后 由于新材料 新工艺 电力电子 计算机控制和信息技术等现代高 新技术在铁路上的广泛应用 铁路重载运输技术及装备水平又有了很大提高 特别是在大功 率交流传动机车 大型化 轻量化车辆 同步操纵和制动技术等方面有了新的突破 极大地 促进了重载运输的发展 近50年来 重载运输技术的不断进步 推动了重载列车试验牵引重量的世界纪录不断被 刷新 1967年10月 美国诺福克西方铁路公司 N W 现已归入诺福克南方铁路公司 在韦 尔什 朴次茅斯间250km区段内 开行了500辆煤车编组的重载列车 由分布在列车头部和中 部的6台内燃机车进行牵引 列车全长6500m 总重达44066t 1989年8月 南非铁路在锡申 萨尔达尼亚矿石运输专线上 试验开行了660辆货车 编组的重载列车 由16台机车牵引 5台电力机车 470辆货车 4台电力机车 190辆货车 7台 内燃机车 1辆罐车 1辆制动车 列车总长7200m 总重达71600t 1996年5月28日 澳大利亚在纽曼山 海德兰铁路线上 开行了540辆货车编组的重 载列车 由10台Dash 8型内燃机车牵引 3台机车 135辆货车 2台机车 135辆货车 2台机车 135辆货车 2台机车 135辆货车 1台机车 列车总长5892m 总重达72191t 净载重 57309t 这次试验列车平均车速为57 8km h 最高达75km h 2001年6月21日 澳大利亚在纽曼山 海德兰铁路线上 开行了682辆货车编组的重 载列车 由8台AC 6000型机车牵引 列车总长7353m 总重达99734t 净载重82000t 创造 了最长 最重列车新的世界记录 8台机车分散布置 每两台一组 分成3组 另外两台机车 单独布置 1名司机通过LOCOTOL机车无线同步操纵系统操纵全部机车 该列车平均车速为 55km h 目前 国外重载列车实际运营中的牵引重量一般为1万 3万t 美国重载列车编组通常 为108辆货车 牵引重量为13600t 加拿大典型单元重载列车编组为124辆货车 牵引重量为 16000t 南非重载列车的牵引重量一般为20000t 澳大利亚纽曼山重载铁路列车的编制通常 为320辆货车 牵引重量在37500t 巴西维多利亚 米纳斯铁路标准编组列车为320辆编组 列车牵引重量31000t 国外年运量超过1亿t的重载铁路主要有 巴西维多利亚 米纳斯铁路 898km 年运量为1 3亿t 卡拉雅斯铁路 892km 运量为1 08亿t 澳大利亚纽曼山 3 海德兰铁路 426km 年运量为1 09亿t 1 2 主要国家铁路重载运输主要国家铁路重载运输 1 2 11 2 1 美国美国 美国是世界上最早发展重载运输的国家之一 其重载运输的发展历程大体可以分为三个 阶段 第一阶段 从20世纪50年代到70年代末 重载运输在铁路货运整体低迷的背景下诞生并 初步发展 从20世纪40年代后半段开始 在政府对铁路长期严格管制以及公路 航空运输迅 猛发展的双重影响下 美国铁路在运输市场上的份额大幅下降 为了改善这种不利状况 美 国铁路从50年代起开始有计划地着手牵引动力的现代化改造 大力发展新型大功率机车 为 发展重载运输储备技术能力 20世纪60年代正式开展重载运输业务 主要通过重载单元列车 运输煤炭 1960年 美国只有1条固定的重载单元列车运煤线路 年运量不过120万t 到 1969年重载煤炭运输专线增加到293条 运量达1 44亿t 占铁路煤炭运量的近30 1967年 10月 美国诺福克西方铁路公司创造了总重44066t重载列车世界记录 第二阶段 从20世纪70年代末到20世纪90年代末 通过提高轴重 增加装载能力等举措 推动重载运输飞速发展 带动了美国铁路货运的复兴 在这一阶段内 美国铁路重载运输的 发展受到了三方面因素的影响和推动 一是20世纪70年代世界石油危机使煤炭在新的能源结 构中占有重要地位 煤炭运输成为美国政府关心的重要问题 二是公路 航空运输迅速发展 带来的环境污染和交通拥堵问题日益突出 政府和民众逐渐认识到铁路是一种环保的 可持 续的运输方式 美国政府分别于1978年和1980年颁布了 4R铁路复兴法 斯塔格斯法 解除了对铁路的严格管制 为铁路发展提供了较好的政策环境 三是1978年第一届国际重载 大会召开 重载运输成为国际公认的铁路货运发展方向 在上述背景下 20世纪70年代末 美国 级铁路公司开始大力发展重载运输 为美国铁 路的复苏做出了重要贡献 到1999年 铁路货运市场份额为40 3 远远高于公路29 4 水 运13 1 航空4 石油管道16 8 的水平 此外 北美 级铁路公司的货车平均容量提高了 15 1 事故率降低了64 运行成本减少了65 生产率1提高了171 达到271 并且创 造了相当高的收入水平 据1998年AAR统计 北美重载铁路运输收入主要包括三项 煤运收 入80亿美元 化学产品运输收入47亿美元 汽车及设备运输收入32亿美元 第三阶段 进入21世纪后 美国铁路加强交流内燃机车和轮轨界面等技术领域的研究 1 每一美元运营成本所获得的货运周转量 4 进一步提高重载运输效率和生产率 经过40多年的发展 美国重载运输已经确立了其在货运 市场中的牢固地位 目前 美国70 的铁路线路为重载铁路 标准轴重33t 重载列车编组通 常为108辆货车 由3 6台机车牵引 列车总重为13600t 重载列车采用大容量 低自重的 货车 最大允许轴重范围在29 8 35 7t之间 一般采用大功率内燃机车多机牵引 并配合 采用机车同步操纵技术 重载运输线路采用重型钢轨 最大可达近70kg m 为了适应重载运 输的需要 一些主要编组站的股道长达数公里 对于煤炭运输车辆 一些铁路公司采取了5 列一组 整列无隔墙的槽式车组 以减轻自重 增加载重 为进一步开拓重载运输市场 美 国还在海铁联合运输中开行了高效率的双层集装箱重载货物列车 使重载运输前景被更加看 好 考虑到线路条件等各方面因素的限制 为了进一步提高重载运输的效率 降低成本 美 国铁路将重载运输发展的重点由增加车辆轴重转向加强交流内燃机车和轮轨界面两个领域的 研发 例如增大交流内燃机车功率 改善轮轨粘着力 提高转向架的导向性能 对机车和列 车运行状况进行智能监控 研究电空制动技术 对故障车辆的稳定性监控及处理智能技术 研制更好的车辆合成材料 使用IT技术进行车辆维护保养 轨道故障探测系统等方面 5 1 2 21 2 2 澳大利亚澳大利亚 澳大利亚的矿产资源非常丰富 煤炭和铁矿石以及铝土 黄金的储量都位居世界前列 煤炭主要分布在东南部的新南威尔士州 这里的煤田面积达55000km2以上 储量占全国 75 铁矿石主要分布在西澳大利亚西部的皮尔巴拉 Pilbara 地区 铝土矿分布在北部的 约克角半岛等地 澳大利亚昆士兰煤矿是世界上最大的煤矿之一 煤产量逐年上升 1994年 为0 85亿t 2005年为1 5亿t 澳大利亚必和必拓 BHPbilliton 力拓 RioTinto 与巴 西的淡水河谷 CVRD 公司是世界三大矿业巨头 它们掌控了全世界铁矿石海运量的70 此外 澳大利亚还是世界上主要的粮食 小麦 输出国之一 这样的资源特点推动了澳大利 亚铁路重载运输的发展 自从美国南方铁路公司 Southern Railroad 于1960年成功开行重载单元列车以后 澳大利亚铁路很快就接受并采用铁路重载运输 澳大利亚最早的重载线路是由窄轨铁路改造 而成的 20世纪60年代初 昆士兰州对1067mm窄轨铁路进行了技术改造 实现以运煤为主的 窄轨铁路的重载运输 到20世纪60年代中期 澳大利亚改建和新建的重载运输铁路已经达到 约4000km 其中1067mm轨距的铁路占很大比例 20世纪70年代以后又新建了几条重载铁路 澳大利亚具有代表性的三条重载铁路见图 6 图 澳大利亚重载铁路分布图 昆士兰州古涅拉至海衣角的电气化运煤铁路线 纽曼山铁路 哈默斯利铁矿铁路 1 昆士兰的电气化运煤铁路线 该线从港口到科帕贝拉为145km长的双线铁路 科帕贝拉至不同方向的8个矿区均为单线 铁路 轨距为1067mm 钢轨重量60kg m 轴重22 5t 最远的煤矿到港口的距离为293km 运 煤列车从矿区到港口往返循环运行 有的列车编挂148辆旋转车钩式货车 总重10500t 由5 台机车牵引 另一些列车编挂120辆底开门货车 总重9500t 由4台机车牵引 这些列车都 采用动力分散布置方式 即列车前部2台机车 中部2 3台机车 仅头部机车的司机一人操 纵 通过Locotrol同步遥控装置控制其他所有的机车 2 必和必拓 BHP Billiton 公司纽曼山铁路 澳大利亚的必和必拓 BHP Billiton 公司是世界最大的采矿业公司之一 在钢铁工业 的原材料方面 它是位于世界领先的供应商 金属铜的产量位世界第三 煤炭产量排世界第 二 战略金属镍的产量也位居世界第3 核能原料铀的产量是世界五强之一 此外 石油和 天然气的产量也在世界上具有相当地位 必和必拓公司的铁路系统路网总长约800km 必和必拓在皮尔巴拉地区拥有5座大的矿山 通过两条主要的铁路干线 以及一些短的支线连到印度洋沿岸的海德兰港 Port Hedland 都为单线铁路 这两条线路是 全长426km连接纽曼山矿山 Mt Newman 与海德兰港 Port Hedland 的纽曼山铁路以及通向附近其他几个矿区的支线 另一条是全长210km从亚利耶 Yarrie 矿区到海德兰港的亚利耶铁路 这两条线路每天开行12对重载列车 前者是澳大 利亚目前最长的私有铁路之一 它通过几条支线通到不同的矿点 开行世界上最长和最重的 重载列车 BHP纽曼山重载铁路的年运量为1 09亿t 典型的列车由6台6000马力的机车牵引 大多 数列车编挂208辆矿石货车 每辆货车装载约125t铁矿石 轴重37 5t 列车总重32000t 载 重26000t 线路上安装了调度集中控制系统 CTC 由海德兰港进行统一调度指挥 重车 的最高速度是75km h 列车从纽曼山到海德兰港的单程开行时间约8小时 而亚利耶 海德 兰港的亚利耶铁路上开行的列车比纽曼山到海德兰港铁路的列车要小 通常是一台机车牵引 90辆矿石货车 铁路运输是必和必拓公司铁矿石生产链上不可忽缺的一个环节 它的铁路系统是世界上 技术最先进和效率最高的铁路之一 近年来 澳大利亚重载列车不断刷新世界记录 1996年 7 5月28日 必和必拓公司在纽曼山铁路上试验开行总重达72191t的重载列车 2001年6月21日 又创造了总重达99734t的重载列车试验记录 由于世界上 尤其是亚洲地区钢铁工业发展 对铁矿石的需求旺盛 近年矿石出口大幅 度上升 必和必拓计划把年产量增加到1 55亿t 为此 必和必拓公司于2007年新购买了10 台大功率内燃机车和860辆铁矿石货车 以适应铁路运量的增加 必和必拓公司现共有91台 机车和大约4000辆运送矿石的货车 3 皮尔巴拉铁矿公司 Pilbara Iron 哈默斯利铁矿铁路 皮尔巴拉地区的另一家铁矿石铁路运输经营者是力拓 RioTinto 矿业集团下属的皮尔 巴拉铁矿公司 Pilbara Iron 该公司以前称为皮尔巴拉铁路公司 Pilbara Rail 它 是在力拓公司并购了哈默斯利铁矿公司 Hammersley Iron 及罗伯河铁矿公司 Robe River Iron 以后 把这二家公司的采矿 铁路及港口等业务整合起来后组建而成的 但这 二家公司仍然保留对它们各自的资产 包括线路 机车车辆的所有权 管理则由皮尔巴拉铁 矿 Pilbara Iron 公司负责 皮尔巴拉铁矿公司经营1200km的铁路网 澳大利亚最大的私人拥有和运营的铁路之一 服务于10个矿山和2个港口 全部列车都由位于Dampier的调度中心进行控制 皮尔巴拉铁矿 公司的重载列车比必和必拓公司的列车稍小 哈默斯利铁路上的重载列车通常在230辆以上 每辆车载重100t以上 列车总重2 95万t 长2400m 与昆士兰铁路和必和必拓铁路不同的是 它由集中布置在列车前端的2 3台机车牵引 而不是把几台机车分别布置在列车的前部和中 部的动力分散布置方式 列车平均周转时间33小时 每25分钟有一列列车在线路上开行 皮 尔巴拉铁矿公司铁路年运输能力在1 3亿t以上 目前每年运量1 1亿t 4 Fortescue金属集团重载铁路 由于世界范围内对铁矿石的需求强劲 在皮尔巴拉地区又成立了一家新的铁矿石开采和 铁路运输经营者 Fortescue金属集团 该公司与中国的钢铁企业合作共同开发皮尔巴拉 地区的铁矿并建设该矿区与海德兰港之间长260km的铁路 2007年年底 该铁路已建成 将 开行2500m长 牵引重量为30000t的重载列车 所运输的铁矿石主要输往中国 1 2 31 2 3 巴西巴西 巴西的矿产 水力 森林等自然资源在世界上均占重要地位 铁矿总储量达800多亿t 居世界前列 巴西的淡水河谷矿业公司 CVRD 是世界最大的矿业巨头之一 它属下的维多 利亚 米纳斯铁路和卡拉亚斯铁路也是世界铁路界著名的重载运输铁路 主要是用于把铁矿 石运往港口 巴西重载铁路见图 8 图 巴西重载铁路分布图 1 维多利亚 米纳斯铁路 巴西维多利亚 米纳斯铁路位于巴西的东南部 轨距1000mm 长度898km 相当于巴西 全部铁路网的3 1 其中594km为双线 该线于1904年5月18日开通 20世纪40年代被 CVRD 淡水河谷公司 收购 是巴西最现代化和运量最大的一条铁路 最繁忙区段平均每天 开行列车63列 2004年运量为1 19亿t 2005年达到1 3亿t 占巴西全国铁路货运量的32 2009年运量预计可达到1 77亿t 其货运量中80 是铁矿石 20 是其他货物 包括钢铁 煤 炭 石灰石 生铁 农产品等60余种 拥有员工2800人 机车207台 货车15376辆 2001 2003年 维多利亚 米纳斯铁路重载列车标准编组为320辆 平均总重31000t 由3台机车分散布置牵引 机车总功率8950kW的列车 由于在大多数编组站 对于编组超过 240辆的列车 还必须增加一些额外的作业 2004年该铁路将重载列车标准编组改为了240辆 但是 目前编挂320辆空车的列车仍然在正常运行 铁路方面也对其他编组方案进行了试验 和模拟 2 卡拉亚斯铁路 EFC 9 卡拉亚斯铁路也属于淡水河谷矿业集团所拥有 位于巴西的北部 是一条把铁矿石从矿 山运输到大西洋沿岸的蓬塔马代拉港 Ponta da Madeira 的重载运输铁路 建造于 1982 1985年 线路长度892km 轨距1600mm 与维多利亚 米纳斯铁路的不同之处是 前 者是米轨铁路 而卡拉亚斯铁路却是一条单线宽轨铁路 轨距1600mm 而维多利亚 米纳 斯铁路的大部分区段是双线铁路 因为是单线 卡拉亚斯铁路有49处会车侧线 最大轴重31 5t 重车方向最大坡度3 线路中73 是直线 27 是曲线 共有347段曲线区段 该铁路是世界上生产效率最高的铁路 之一 线路的最高允许速度空车为80km h 重车75km h 整条铁路由一个最近经过现代化改 造的中央调度台 CCP 进行控制 机车上装备有车载计算机 可实现地面与列车之间有数 据通信系统 此外 还装备了GPS列车跟踪系统和遥控遥测装置 能监视铁路线上行驶的所 有机车的位置 卡拉亚斯铁路以货运为主 主要任务是运输铁矿石 从卡拉亚斯的铁矿山运送到在圣路 易斯附近的蓬塔马代拉 往返一次 包括更换乘务员 补充燃料 装卸矿石等在内 通常需 要58小时 每天开行30列列车 在客运方面 每周在圣路易斯与Parauapebas之间860km的线 路上单向开行三趟旅客列车 每趟列车由16辆客车编组成 年运送旅客大约45万人 1985年 卡拉亚斯铁路正式开通 开行160辆编组的列车 当年运量为3500万t 随着运 量的增加 列车编组也不断增加 到1994年 标准列车编组提高到202辆 2006年 列车编 组达到208辆 列车总重超过了20000t 货车轴重达30 5t 运量增加到8940万t 其中91 是 铁矿石 其他货物有大豆 生铁 锰矿 燃料 铜和公路车辆等 2007年 卡拉雅斯铁路 运量到达了1 08亿吨 成为世界上最繁忙的单线铁路 2006年10月 卡拉亚斯铁路采用多台机车分散布置的方法 开始试验编组312辆的列车 与208辆列车相比 运能可提高50 这种长度3 2km的列车前端是2台机车 然后是104辆货 车 中间是2台机车 后面是208辆货车 第一台机车上有一名司机 其他机车都受Locotrol 控制 拉亚斯铁路计划于2008年开始正常开行编组为312辆的重载列车 1 2 41 2 4 南非南非 20世纪60年代末 南非铁路就已经开始发展重载运输 相对其他国家 南非铁路的重载 运输发展有其独特的优越性 首先 南非作为世界五大矿产国之一 矿产资源极为丰富 其 北部地区盛产煤炭和高品质的铁矿石 出口形势很好 另外 南非地处两大洋间的航运要冲 拥有世界上最繁忙的海上通道 在将北部矿区的煤炭和铁矿石运往大西洋 印度洋沿岸主要 港口转运出口的过程中 南非铁路发挥着极其重要的作用 因此 南非铁路积极借鉴美国铁 10 路的经验 开始大力发展重载运输 目前 南非重载列车的牵引重量一般为20000t 发展初期 南非引进了北美重载单元列车技术 从20世纪70年代开始修建重载铁路 其 后又对线路进行过数次升级和改造 南非有两条重载铁路 一条是从锡申 Sishen 到萨尔 达尼亚 Saldanha 的矿石运输专线 Orex 里程861km 另一条是从北部的煤炭基地姆 普马兰加 Mpumalanga 到理查兹湾 Richardsbay 的运煤专线 COALlink 里程 580km 南非重载铁路分布见图 Orex矿石运输专线建成后 每年通过该线出口的铁矿石运量为1750万t 后经过不断的 升级和改造 Orex线发展成为重载运输线路 车辆轴重达到了30t 开行编组为200辆甚至达 342辆的重载列车 与此同时 线路运能持续增长 2007年该线完成的矿石运量为3000万 t 2008年的目标为3500万t 预计到2010年 该线路的运输能力将提高到4100万t COALlink运煤专线于1976年建成之日起 即成为南非煤炭出口的大通道 线路最初的设 计能力是每年2100万t 由内燃机车牵引轴重为18 8t的货车 编组为76辆 此后按重载运输 要求多次进行升级和改造 到1989年已开行了编组200辆的列车 轴重达到26t 2007年 COALlink线路完成的煤炭运量为6700万t 重载运输线路的开行对南非铁路的运输效益影响较大 两条线路总里程不到1500km 约 占南非铁路里程的6 3 2 然而却完成了全国铁路约45 的运量 使南非铁路的纯利润率高达 4 6 南非铁路货运收入约占总收入的81 2 煤炭运输公司和矿石运输公司分别将南非 大煤田 铁矿生产基地与港口连接起来 形成便捷的运输通道 实现了大运量 低成本的运 营模式 在煤炭和矿石运输市场中极具竞争力 1 2 51 2 5 俄罗斯俄罗斯 俄罗斯联邦幅员辽阔 资源丰富 煤炭 矿石等大宗货物运量占有较大比重 早在20世 纪50年代中期 前苏联就开始研究铁路重载运输技术 通过大规模普及电力牵引和内燃牵引 普及自动闭塞 电气集中 实施复线改造 延长站线长度 铺设重型钢轨 配备大载重车辆 等 以提高货物列车的平均重量 60年代末 普里伏尔加铁路局为了解决运营区段上因进行 线路维修施工 造成能力受到损失 运输秩序被打乱的问题 开行了将两列或以上的普通列 车直接连挂 合并运行的组合列车 以加速列车发行 1979年 全俄铁道科学研究院和勘测设计研究院研究提出了将列车重量提高到6000t的 具体建议 并在西伯利亚和哈萨克斯坦与乌拉尔 欧洲部分相连的线路上完成了重载列车牵 2 南非铁路里程约为 2 3 万 km 11 引试验 这种6000t的载重列车首先在莫斯科铁路局开行行 在1979 1983年莫斯科铁路局 的列车平均重量增加了189t 货物周转量增加了6 行车量下降了4 取得了很好的经济效 益 但是 整个路网在充分利用现有能力方面措施不够有力 路网的列车平均重量只增加了 36t 比莫斯科铁路局的指标相比低很多 1983年以后 前苏联铁路大规模提高列车平均重量的工作全面展开 重载组合列车技术 有了新突破 三联 三列车联挂 及多联方式的重载组合列车重量可超过万吨 1986年开行 了总重达43407t的组合列车 创造了前苏联铁路重载列车的最高记录 1983 1986年 前苏 联铁路列车平均重量提高了255t 货运量增加了9 5 2004年 俄罗斯铁路研究了扩大重载列车和超长列车开行线路的方案 确定了适合发展 重载运输的13条干线 总长28000km 近年来 俄罗斯铁路还对新的列车制动系统 和无线控制设备 分别进行了9000t列车的安全运行试验和 12000t列车的控制试验 并计划将货车重载提高到25 27t 1 2 61 2 6 加拿大加拿大 加拿大铁路重载运输方式与美国相似 是北美铁路重载运输的基本统一模式 20世纪60 年代 加拿大重载运输已取得了实质性进展 1967年 加拿大国营铁路在采用了固定车底循 环往返的专用直达列车运输谷物之后 又扩大到煤炭 矿石等物资 之后就一直不断发展 加拿大积极组织开行和发展了双层集装箱重载列车 如1993年 加拿大开通了温哥华 多伦 多 蒙特利尔 多伦多等方向多条双层集装箱重载列车线路 与普通列车相比 双层集装箱 列车的运输成本约降低30 集装箱重载运输的发展 为横贯美洲大陆的铁路 海运联合运输 开辟了新路 且效益可观 2006年 加拿大的列车编组长度一般是80 130辆 其载重量均 在10000 15000t 1 2 71 2 7 瑞典瑞典 瑞典的基律纳 Kiruna 林克斯格朗孙 Riksgransen 矿石线全长540km 是瑞典北 部的矿山专用铁路 由瑞典最大的铁矿石公司LKAB负责经营 该线路1888年开通时 轴重只 有11t 1915年线路率先实行了电气化改造 1997年之前 瑞典铁路在该条线路上开行25t轴 重的重载列车 每列编组52辆车 列车总重5200t 1997年后 随着线路的改造和机车车辆 的升级 轴重提高到了30t 车辆载重由80t提高到100t 2007年 开行的重载列车总重为 7000t 编组数量提高到了60辆 机车车辆和线路的升级改造 为瑞典重载铁路运输带来的 12 最大效益就是能源损耗的减少和运费的降低 每年从矿山开行到港口的列车数目由7000列减 少4000列 而运输成本则降低了接近一半 同时货运量也在增长 LKAB公司的年运量由原来 的2000万t增长到2500万t 1999 年 瑞典开始修建一条新的重载铁路线 Bothniabanan 线 预计在 2008 年完工 该条铁路经由尼兰 Nyland 到恩舍尔兹维克 Ornskoldsvik 最终抵达瑞典东北部的于 默奥 Umea 全长 190km 瑞典重载铁路分布见图 Bothniabanan 线是一条客货混行线 轴重 25t 通车后 客车时速可达 250km h 重载货车时速可达 110km h 1 2 81 2 8 德国德国 为适应货运市场变化 满足大宗货物运输对铁路的需求 提高竞争力 20世纪末德国铁 路开始策划大轴重网络 市场研究结果认为 重载运输将提高铁路货运竞争力 潜在的重载 通道与路网公司现有主要干线相吻合并与国际通道相连接 重载通道建设可与既有网络改造 同时进行 德铁路网公司拟分两步实现重载货物运输 首先从2003年开始 在部分有技术储备的既 有线路上开行22 5t轴重及以上的单元列车 第二步根据UIC的E级标准 25t轴重 以及市场 和投资要求 建设25t轴重重载运输网 13 德国铁路重载运输货物主要为铁矿石 2003年11月 德国铁路在汉堡港至萨尔茨吉特之 间的铁矿石运输专线上试验开行了6000t重载列车 此前 德国铁路最重的货车为5400t 为 开行此次重载列车 德国铁路路网公司按25t轴重的运营要求 对汉堡 萨尔茨吉特205km的 线路进行了强化改造 线路最大坡度5 这次重载试验成功后 该线路开始正式开行6000t 重载列车 单元列车采用6轴液压操作侧开门的Faals 151型货车 编组40辆 列车质量 6000t 运行速度80km h 采用6轴151E型电力机车双机牵引 2 6300kW 每天运行4对列 车 德国铁路公司规划发展2000km重载铁路网 预期到2010年25 50 的货运周转量将由重 载线路来承担 散装货物也将由固定编组的整列重载列车来运输 届时重载列车的年运输能 力可达9000万t 1 3 国际重载铁路组织国际重载铁路组织 国际重载协会 IHHA 是非营利性质的非政府性科技组织 1986年在美国密苏里州注 册成立 国际重载协会的成员为国家铁路 地方铁路 及私有铁路和铁路组织 现有澳大利 亚 巴西 加拿大 中国 印度 南非 俄罗斯 瑞典 挪威和美国9个会员国 国际铁路联 盟 UIC 为该组织准会员 1982年9月在美国召开的第二届国际重载铁路大会上通过决议 决定成立国际重载运输委员会 1984年成立了国际重载运输委员会 当时的成员有中国 美 国 澳大利亚 加拿大和南非5个国家 1986年在加拿大召开的第三届国际重载铁路大会上 将国际重载运输委员会更名为国际重载协会 国际重载协会致力于在重载铁路运营 维护 技术方面追求卓越化 主张通过重载解决 运输能力问题 并推进国际铁路以及其成员之间在重载技术上的合作和交流 国际重载协会 通用语言为英语 国际重载协会决策机构为协会理事会 理事会由会员国代表组成 现有10 名理事 理事会选举产生理事会主席 副主席 任命首席执行官及其他工作人员 国际重载协会每四年举行一次大会 每两年举行一次专家技术会议 每年举行一次理事 会年会 至今已在澳大利亚 美国 加拿大 中国 南非 巴西等国举办了八届国际重载铁 路大会 中国曾派团参加了国际重载协会的历次会议 承办了1993年第五届国际重载大会和 2000年国际重载理事会 2009年还将在上海承办第九届国际重载大会 表2 表2 历届国际重载大会情况 时间地点主题 第一届 1978 澳大利亚 14 第二届 1982 美国重载铁路 第三届 1986 加拿大通过技术和运营效率的改进营利性 第四届 1989 澳大利亚铁路在行动 第五届 1993 中国重载运输领域的效率和安全 第六届 1997 南非21世纪的战略 第七届 2001 澳大利亚重载铁路运输技术所面临的障碍 第八届 2005 巴西重载铁路 安全 环境和生产力 第九届 2009 中国重载运输的创新 实践与发展 1 4 重载铁路标准重载铁路标准 世界各国的铁路由于运营条件 技术装备水平不同 采用的重载列车型式和组织方式也 各有特点 国际重载协会先后于1986年 1994年和2005年三次修订了重载铁路标准 1986年 10月在加拿大温哥华召开的第三届国际重载大会上讨论确定 要求重载铁路应至少满足下列 三个条件中的两项 列车重量至少达到5000t 轴重21t及以上 年运量2000万t及以上 1994年修订标准的要求重载铁路至少满足以下三个条件中的两项 列车重量至少达到5000t 轴重25t及以上 在长度至少为150km的线路上年运量不低于2000万t 在2005年国际重载协会理事会上 对新申请加入国际重载协会的重载铁路 要求至少满 足以下三条标准中的两条 列车重量不小于8000t 轴重达27t以上 在长度不小于150km线路上年运量不低于4000万t 目前 我国的大秦线满足国际重载协会2005年的重载铁路新标准 朔黄 京广 京沪 京哈等干线满足1994年的标准 1 5 重载列车模式重载列车模式 世界铁路重载列车主要有三种模式 世界铁路重载列车主要有三种模式 15 重载单元列车 列车固定编组 货物品种单一 运量大而集中 在装卸地之间循环重载单元列车 列车固定编组 货物品种单一 运量大而集中 在装卸地之间循环 往返运行 以北美 美国和加拿大 为代表 包括巴西 澳大利亚和南非等国 在重载运输往返运行 以北美 美国和加拿大 为代表 包括巴西 澳大利亚和南非等国 在重载运输 专线上均开行重载单元列车 我国在大秦线使用专线上均开行重载单元列车 我国在大秦线使用C63C63 C70C70 C76C76 C80C80等车辆开行这种重载列等车辆开行这种重载列 车 车 重载组合列车 两列或两列以上列车连挂合并 使列车的运行时间间隔压缩为零 重载组合列车 两列或两列以上列车连挂合并 使列车的运行时间间隔压缩为零 这种列车以俄罗斯为代表 我国大秦线开行的这种列车以俄罗斯为代表 我国大秦线开行的4 5000t4 5000t和和2 10000t2 10000t列车为这种重载列车 列车为这种重载列车 重载混编列车 单机或多机重联牵引 由不同型式和载重的货车混合编组而成 列重载混编列车 单机或多机重联牵引 由不同型式和载重的货车混合编组而成 列 车在运输途中可以根据实际需要进行改编 因此具有更大的通用性 我国京沪 京广 京哈车在运输途中可以根据实际需要进行改编 因此具有更大的通用性 我国京沪 京广 京哈 等长大干线开行的等长大干线开行的5000t5000t货物列车属于这种重载模式 货物列车属于这种重载模式 2 2 国外铁路重载运输技术国外铁路重载运输技术 2 1 重载机车技术重载机车技术 用于牵引重载列车的机车 美国 加拿大 澳大利亚 巴西等国家较多采用内燃机车 而南非 俄罗斯等国多采用电力机车 原则上这两种机车都可以胜任重载列车的牵引 但是 作为重载列车的牵引动力 机车的牵引功率要求尽量大 而电力机车的牵引功率远大于内燃 机车 因此 电力机车相对更加适合牵引重载列车 采用内燃机车 可以通过适当增加机车 数量来弥补牵引功率的不足 目前 美国 加拿大等重载运输发达的国家 重载机车主要采 用了交流传动 径向转向架和微机控制防滑防空转系统等技术 2 1 12 1 1 交流传动技术交流传动技术 20世纪90年代以前 用于重载运输的机车主要采用直流传动方式 90年代以后 大功率 交流传动机车逐渐成为重载运输牵引动力的发展趋势 早期的机车 无论是电传动内燃机车还是电力机车 都是采用传统的直流电传动 即使 用直流串励牵引电动机 轴功率很少超过1000kW 而传统的直流串励电动机的防空转性能较 差 机车的粘着性能不理想 主要原因是机车动轴实际发出的牵引力最终要取决于它的粘着 力 因而粘着性能直接影响到机车的起动和爬坡性能 加拿大 南非 前苏联等国家曾经研 究采用他励电动机作为牵引电动机 机车的实际粘着牵引力可以提高10 15 交流传动技术的优点是电动机结构简单 重量轻 尺寸紧凑 有利于加大机车功率 同 时 交流异步电动机的防空转性能远比直流串励电动机优越 因此能提高机车的粘着性能 有利于机车产生更大的有效牵引力 此外 交流异步电机的转子由铜条和磁芯组成 它的抗 16 过载能力较强 该特点对于牵引重载列车发生坡停事故以及在大坡道上起动时尤为重要 交流传动技术自20世纪70年代末开始发展 20世纪80年代 德国研制的交流传动内燃机 车和电力机车在技术上已经过关 到80年代后期 由于大功率GTO变流器的成熟 交流传动 技术具有了使用价值 欧洲各国的电力机车开始大规模采用交流传动技术 到90年代初 整 个欧洲几乎已不再生产直流传动的电力机车 交流电力机车的轴功率普遍达到1600kW 个别 达到1800kW 这样 一台四轴电力机车功率可达6400 7200kW 为牵引重载列车创造了技术 条件 20世纪90年代后 美国通用汽车公司 GM 和通用电气公司 GE 公司研制出了用于重 载牵引的SD70MAC 试制型为SD60MAC SD80MAC SD90MAC AC4400CW AC6000CW SD70Ace Evolution Series等新型货运交流传 动内燃机车 表3 目前已在美国 加拿大 澳大利亚 巴西等国铁路批量投入运营 美 国重载机车中已经有超过三分之一的机车改用了交流传动内燃机车 瑞典LKAB矿山公司采用的重载机车为原Adtranz公司制造的交流传动电力机车 每台机 车功率为5400kW 长度22 9m 启动牵引力为600kN 采用异步牵引电机 再生制动 重载运 行速度60km h 空载运行速度70km h 表 3 美国新型交流传动内燃机车主要参数 机车型号 SD70MACSD80MACSD90MACDF8B 轴式C0 C0C0 C0C0 C0 重量 t 188190 5190 5 车钩中心间距离 mm 225552443424434 轨距 mm 143514351435 轮径 新 mm 1067114311431050 mm 最高速度 km h 113120120 牵引齿轮减速比 85 16 5 3183 16 5 1983 16 5 19 燃料储备量 L 170002200022000 起动牵引力 kN 780820890520kN 持续牵引力 kN 610654734410kN 柴油机型号 EMD16 710G3AEMD20 710G3BEMD16V265H 柴油机功率 kW 2985373044764000kW 柴油机转速 r min 9009041000 最大电阻制动力 kN 360510510280kN 传动方式交 直 交交 直 交交 直 交 机车辅助电源电压直流 72V直流 72V直流 72V 辅助传动装置机械 电力机械 电力机械 电力 17 2 1 22 1 2 径向转向架径向转向架技术技术 径向转向架的使用可使轮对与轨道间的冲角减少 轮轨间的横向作用力降低 机车的运 行品质和稳定性改善 并使轮对的阻力减少 轮轨磨耗减少约一半 车轮寿命延长10 此 外 径向转向架可减少轴重转移 在粘着系数为0 25和0 35时 轴重转移分别只为7 和 10 比普通转向架低得多 普通转向架在粘着系数为0 25时 轴重转移为15 20 粘着 系数为0 35时 轴重转移达35 从而增加了牵引力 在重载运输中 粘着系数的限制比 功率的限制更为突出 美国铁路于20世纪90年代开始使用的SD60MAC SD70MAC SD80MAC SD90MAC等交流传动 重载内燃机车 采用了HTCR高粘着自导向径向转向架 这种转向架的粘着系数比传统的HTC 转向架可以提高12 20 图 径向转向架 18 瑞典LKAB公司运输矿石的交流传动电力机车采用了原Adtranz公司的新型径向转向架 该转向架选用了大直径车轮和新型轮对导向装置 轮对纵向定位装置采用螺旋弹簧 刚度较 低的弹性橡胶和导向杆定位 保证了曲线通过时处于径向位置 横向由螺旋弹簧定位 轮对 和构架间的纵向拉杆使构架既能保持平直线路上的直线运行 又能保证通过曲线时具有较好 的径向通过性能 上述定位装置使轮缘和踏面磨耗较小并且均匀 澳大利亚EDI铁路在其窄轨机车上采用了一种径向转向架 该转向架的导向机构与 GM EMD公司SD70MAC SD80MAC等机车采用的径向转向架类似 但这种转向架采用了装配式构 架 使得转向架在窄轨和准轨上都能运用 并且成本最低 2 1 32 1 3 微机控制防滑微机控制防滑技术技术 为了进一步提高机车的粘着性能 国外重载机车广泛采用车轮防滑系统 20世纪90年代 以后 美国的AC6000CW SD90MAC等新型重载机车 开始采用了新型微机控制的防滑系统 防滑系统早期为机械式防滑器 它由 防滑 传感阀和 防滑 排风阀两部分组成 防 滑系统判断是否发生滑行的根据 简称 判据 只有一种 即车轮的角减速度 它把回转 体的惯性转换成位移 打开阀门或接通电路 使角减速度骤低的轮对缓解 防滑系统发展的 第二阶段是电子式防滑器 它可以采用多种判据 具有较高的灵敏度和较快的作用速度 并 能进行必要的监督和轮径补偿 其缺点在于分离电子元件的零点漂移现象不易清除 需要进 行各种偏置电压的大量调整工作 而且易受环境影响 性能不稳定 维修量较大 图 防滑系统 随着微型计算机技术的发展 防滑系统的发展也进入了第三阶段 即采用微机控制的防 滑器 微机控制防滑器是目前最先进的一种防滑器 比起机械式 电子式防滑器 它的突出 优点在于能随着轮轨粘着系数的变化调节制动力 它可以对制动 即将滑行 缓解 再粘着 19 的全过程进行动态检测与控制 信息采用脉冲处理 既简单又可靠 无零点漂移 因此无需 调节和补偿 更重要的是 微处理器 MPU 控制的防滑器运算速度快 防滑判据丰富 可 以建立复杂而精确的控制模型 从速度的检测 运算处理 运行部件监督到发出控制指令 一般均在0 1 0 2s内完成 保证了实时跟踪粘着情况变化 因此 可大大提高检测精度 即使微小而缓慢的滑行也能及早检测出来并采取措施加以防止 微机控制的防滑器还有一个很大的优越性 即它可以利用软件随时提供有关信息 进行 自我检查 诊断和监督 必要时可把有关信息随时存储 调用和显示 它还能根据新的情况 和要求很方便地改变控制判据而不必改动软件 微机控制防滑器具有智能化特征 能够实现 动态冗余技术 制动诊断技术 故障判断与定位技术 通过实施多项可靠性措施 防滑系统 稳定性大幅度提高 2 2 重载车辆技术重载车辆技术 大轴重 低自重 低动力作用是重载货车发展方向 在轴重方面 美国 加拿大 澳大 利亚等为32 5 37 5t 巴西 瑞典为30t 南非为28t 旧车26t 俄罗斯计划提高到 27t 欧洲也向25t迈进 目前 美国正在进行39t轴重的安全性运行试验 在车体材料方面 国外普遍采用了低合金钢及铝合金 不锈钢 美国90 的重载货车采用了铝合金车体 在转 向架方面 南非 瑞典采用了谢菲尔 Scheffel 自导向径向转向架 加拿大 美国 澳大 利亚等国也研制了导向臂式货车转向架 大大降低了轮轨间的磨耗 在货车车钩缓冲装置方 面 国外车钩强度已提高到3000kN以上 缓冲器容量多在50kJ以上 美国E级钢车钩的破坏 强度为3342kN Mark 50型缓冲器的容量为53 8kJ 部分国家重载货车还采用了牵引杆技术 制动采用了ABDW和DB60重载阀和高磨闸瓦等新技术 2 2 12 2 1 车体车体 在20世纪50年代 世界上一些较发达的国家开始采用铝合金材料来制造铁路车辆 其中 包括美国 加拿大 日本 俄罗斯 德国 法国等 在货车方面 美国 加拿大 南非等国 经过几十年的发展 逐步形成了独具特色的重载货车车体技术 美国的铝合金重载货车早在1959 1960年就开始制造 由于铝合金运煤敞车所具有的独 特优势 从20世纪90年代开始 美国就已经停止生产钢制的运煤车辆 全部改为生产铝合金 车辆 20 图 美国的铝合金车体 美国的铝合金运煤敞车有两种型式 双浴盆式及底开门式 双浴盆式铝合金车主要应用 于具有翻车机的线路上 底开门式铝合金车主要应用于具有自动开闭装置的卸货线路上 多 用于发电厂 目前两种型式车辆的占有比例相差不大 美国ELKX型双浴盆铝合金煤车载重110 6t 自重19 1t 总重129 7t 轴重32 43t 容 积为124 7m3 转向架采用S 2 HD型转向架 制动系统采用ABDX型空气控制阀 10 旋压制 动缸 两级空重车自动调整装置 高摩合成闸瓦 车钩缓冲装置采用F型固定车钩和旋转车 钩 Mark50型缓冲器 图 澳大利亚双浴盆铝合金煤车 21 加拿大286型铝合金双浴盆运煤敞车 轴重32 43t 载重109 8t 自重19 9t 总重 129 7t 容积134 5m3 采用Barber S 2 HD 9C型交叉支撑转向架 闸瓦间隙调整器 两级 空重车调整装置 FSW型手制动机 车辆缓冲装置采用F70CE型固定车钩和FR207AE型转动车 钩 Mark 50型缓冲器 部分车辆装用了带有缓冲器的牵引杆装置 2 2 22 2 2 转向架转向架 通过改进转向架结构来改进货车的动力学性能 一直受到世界各国铁路的重视 对于大 型重载货车尤为重要 南非铁路早在1975年就开始在矿石货车上使用自导向径向转向架 现 已在重载铁路上广泛应用 近年来 瑞典矿石公司与南非铁路合作推出了运输铁矿石的新型货车 该车采用了新改 进的轴重30t的南非谢菲尔 Scheffel 自导向转向架 其轴箱定位处采用了弹性橡胶 取 消了侧架导框 谢菲尔自导向转向架的摇枕在内部径向