对我国发展重载铁路技术的几点认识_郭绍影

铁道建筑技术 ＲAILWAY CONSTＲUCTION TECHNOLOGY 2014 （12）
· · 线路 / 路基
大秦线在扩能改造期间， 先后进行了下列运营 组织方面的研究： ①列车质量、 速度及密度合理匹配研究； ②不同运量条件下的车流组织研究 ； ③万吨级列车运行组织的研究； ④装、 卸车区域作业组织的研究； ⑤生产力布局（ 站、 场、 段的布局调整） 。 （ 2 ） 重载铁路关键技术改造的研究 ①线桥站场改造。 大秦、 朔黄线在线桥设备状态评估、 钢筋混凝 土梁疲劳评估、 线桥设备强化加固改造、 站场改造 等方面进行了研究。 ②牵引供电改造关键技术研究。 大秦线主要进行了供电方案仿真计算、 接触网 机车多弓运行和接触网平面布置等方面 供电方式、 的研究。 ③通信信号改造技术研究。 （ 3 ） 重载机车、 车辆技术的研究 IPM 大功率变流器的 主要包括： ① 采用 IGBT、 交流传动技术； ② 径向转向架技术； ③ 重载列车网 络控制技术； ④ 重载内燃机车柴油机节油技术； ⑤ 重载机车故障遥测监控技术； ⑥ 重载机车无线遥控 操纵系统； ⑦大轴重（ 最高已达 39 t） 车辆； ⑧新型转 向架及悬挂系统； ⑨ 铝合金或不锈钢车体； ⑩ 双层 集装箱； 瑡 改进车轮材质提高耐剥离性； 瑏 瑢 高强度 瑏 旋转车钩、 大容量高性能缓冲器； 瑣 车辆高效装卸 瑏 装备； 瑤 重载列车制动技术 EPC （ 电控空气制动系 瑏 统） 等研究。 （ 4 ） 重载线路养护维修新技术 如采用多品种专业化的大型养路机械、 钢轨断 面形状的控制及钢轨打磨技术、 用轨顶润滑技术降 低轮轨接触应力和横向力等方面的研究 。 （ 5 ） 安全监测技术 如集成型路旁安全监测系统、 先进的轨检车及 钢轨探伤车、 采用地面探测雷达评价路基状态、 接 触网状态监测等技术的研究。 （ 6 ） 重载列车控制技术 如采用调度集中控制中心 （ CTC ） 、 基于无线通 信的列车自动运行控制系统等研究 。 42
铁道建筑技术 ＲAILWAY CONSTＲUCTION TECHNOLOGY 2014 （12）
随着我国铁路的快速发展， 一批高速铁路、 客 运专线的建成通车， 高速客运网日渐成形， 客货分 流， 根据各自运输性质实行差异化发展成为必然结 。 果 客运应以快速、 舒适、 换乘便捷为追求目标， 而 货运应以速度适宜、 运营经济、 解编组快捷为追求 目标。本文拟从国内外重载运输技术回顾入手， 结 合我国铁路实际， 探索依托既有线开行重载运输的 发展方向以及针对性加固改造技术的主要环节 。
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对我国发展重载铁路技术的几点认识
郭绍影
（ 中铁第五勘察设计院集团有限公司 摘 要 北京 102600 ） 通过对国内外重载铁路技术发展的回顾， 说明我国发展重载铁路运输的 必 要 性。 并从 重 载 发 展 方向 和 铁 重载铁路 发展方式 加固改造 A 4539 （ 2014 ） 12004005 文章编号 1009-
牵引质量 / t
20 000 ～ 30 000 115 （ 铝制车） 15 000 13 000 ～ 30 000 26 000 11 000 7 518． 4 110 117 ～ 265 240 120 100
澳大利亚 南非 巴西
通过 以 上 种 种 情 况 说 明， 当今世界货运铁路 （ 特别是运送矿石、 煤炭等货物的货运铁路 ） ， 采用 重载运输技术已经是一种必然趋势 。 2． 2 国内重载技术的发展 我国重载铁路运输的发展经历了 4 个阶段， 见 表 2， 采取了 3 种相应的重载运输模式： 第一阶段通 过旧线改造， 发展组合式重载列车， 采用了高摩合 103 型制功阀、 成闸瓦、 滚动轴承及 13 号车钩等多 项新技术， 之后沈阳、 北京、 济南、 郑州及上海等铁 有效地缓解了运输 路局先后组织开行了组合列车， 能力紧张的局面； 第二阶段由代表性新建铁路大秦 线的建成开通， 通过大量试验， 于 1992 年分别正式 双机牵引 10 000 t 的单元式 开行单机牵引 6 000 t、 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 21 t； 第三 阶段对京沪、 京哈、 京广等繁忙干线进行技术改造， 开行整列式重载列车， 这种重载模式对繁忙干线的 扩能具有普遍意义； 第四个阶段国内各主要干线通 过既有线技术改造进一步提高运输能力 ， 一些主要 干线逐步将单列牵引质量提高到 5 500 ～ 5 800 t。 2006 年大秦线通过扩能改造， 开行了 20 000 t 整编 是一个新的亮点。 货运列车， 目前我国开通运营、 比较典型的重载铁路有大秦 1 ～2 万 t 主要开行 23 t 和 25 t 轴重、 铁路和朔黄铁路， 2010 年两线运量约占我国煤炭运量的 的重载列车， 1 /3。 在建的山西中南部铁路通道是我国重载铁路运输 技术发展的又一里程碑， 设计轴重达到 30 t。
Abstract
Ｒeview of heavyhaul railway technological development home and abroad shows the necessity of heavyhaul rail-
way in our country． And some thoughts and discussions of heavyhaul railway development in our country are proposed from the aspects of development and technical equipment． Key words heavyhaul railway； development mode； reinforcement and reconstruction
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概述
义的修订： 列车重量至少达到 8 000 t， 轴重 （ 计划轴 重） 在 27 t 及以上， 在至少 150 km 线路区段上单线 年运量超过 4 000 万 t。 不仅在幅员辽阔的大陆性国家 （ 如美国、 加拿 大、 澳大利亚、 南非等国 ） 重载铁路上大量开行重载 而目前在欧洲传统以客运为主的客货混运干 列车， 线铁路上也开始开行重载列车， 见表 1 。 德国、 法国 2005 年开行重载列车， 分别在 2003 、 芬兰铁路正在 研究开行 30 t 轴重的重载列车。 作为世界重载运输首创国的美国， 当前拥有全 部铁路里程 23 万 km， 其中开行重载运输的 Ⅰ 级线 路约 16 万 km， 居世界首位。 列车平均牵引质量达 9 632 t， 货物平均运距 1 199 km。 重载列车最高牵引重量的世界记录是 2001 年 澳大利亚西部的 BHP 铁矿集团公司在纽曼山 － 海 德兰创 造 的 99 734 t （ 近 10 万 t ） 的 牵 引 总 重 量。 2004 年巴西 CVＲD 铁矿集团经营的卡拉奇重载铁 路， 平均牵ห้องสมุดไป่ตู้重量达 3． 9 万 t。 通过发展重载技术， 美国在 1980 ～ 2000 年间，
新建重 单元式 单机牵引 6 000 t 载铁路 重载列车 双机牵引 10 000 t 干线 改造 混编式 重载列车 牵引 5 000 t 干线 5 500 ～ 5 800 t
既有线 混合式 改造 重载列车
2． 3
国内外重载技术的研究状况 对于重载铁路， 不仅注重因重载、 高频引起的 设计标准、 建设技术变化的研究， 还要注重一些因 重载特点而引起的关注重心转移的研究 。 国内对重载技术的前瞻性理论研究大部分在 消化 、 吸收国 外 研 究 成 果 的 基 础 上 进 行 方 向 性 研 这类研究集中在研发机构 、 高校进行 。 在研的 究， 几个典型重载铁路国家自然科学基金项目重载列 车 － 轨道空间扣合系统动力学理论与试验研究 （ 铁科院 ） ； 列车荷载作用下重载铁路桥梁疲劳数 值模拟与可靠度研究 （ 中南大学 ） ； 重载铁路路基 结构损伤机理及强化技术 （ 哈工大 ） ； 高频重载条 件下加芯水泥桩加固机理及变 形 特 性 研 究 （ 同 济 大学 ） 。 大秦、 朔黄等企业公司牵头联合设计院、 高校 进行的重载技术研究大多集中在对既有线设备状 态评估、 加固等方面。 （ 1 ） 运营组织形式的研究 41
1985 ～ 1993 阶 段
表2
线路 状态 旧线 改造
我国重载铁路运输发展阶段
编列形式 牵引总重量 开行时间 北京局 1985 沈阳、 济南、 郑州及上海 大秦线 1992 京沪、 京广、 京哈 2006 年 大秦线 20 000 t
组合式 双机牵引 7 400 t 重载列车
1990 ～ 1992 1992 ～ 2002 2003 ～ 今
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我国重载运输发展方向的探讨
根据以上论述， 从国际层面来说， 开行重载的 国家都根据自己的实际情况开展了试验研究 ， 从轴 重、 牵引质量不断提升到列调方式一再改进 ， 从机 车、 车辆的研发提升到养护维修技术的研究 ， 各自 围绕自己的需求进行了全方位的研究创新 。 可以 说， 各自体系都是较为成熟、 完整的， 重载建造和运 输技术的 创 新 方 向 性 很 明 确； 从 我 们 国 内 情 况 来 看， 重载技术的研究和应用也取得了长足的进步 ， 以大秦和 朔 黄 铁 路 为 代 表 货 运 专 线 和 以 京 沪、 京 、 哈 京广线等为代表的提升单列牵引质量客货混跑 干线分别代表着目前我国的重载技术的两个发展 方向。 目前在建的山西中南部通道采用了 30 t 轴 重， 而拟建的蒙西至华中运煤通道如何确定其设计 货运网如何发展呢？ 以后 轴重呢？ 客运网成网后， 建设的货运专线与既有货运网如何进行联运和分 流呢？ 这些问题也是确定我国货运发展方向过程 中要解决的一些关键问题。 3． 1 我国重载运输定位 在论述我国重载运输定位前， 先分析我国工业 布局和能源分布格局以及我国铁路运输现状 。 首先我国的工业布局和能源分布决定了北煤 而重载铁 南运和西煤东运的基本格局将长期存在 ， 路运输已被证明是解决煤炭等大宗货物运输的最 有效、 最经济的途径。 其次， 我国货运铁路网的组成比较复杂， 既有 长期保留下来并经过反复改造的干线 （ 如京沪、 京 哈、 陇海、 京广等 ） ， 也有解放后新建干线 （ 如京九、 南昆、 宝成等） ； 既有一批支线铁路 （ 如胶济等 ） ， 也 有许多大大小小的企业专用线铁路 （ 如朔黄等 ） 。 这些铁路建设时期跨度大、 运营历史长短不一， 同 时不同的建设时期其建设标准也差别较大 ， 总的来 说相较于现在的运输需求标准偏低。 根据多年来 为大秦、 朔黄两线提高运能进行技术服务的经验来 ， 看 两条线 在 建 设 初 期 所 确 定 的 技 术 标 准 相 对 偏 低。这里主要有两方面的原因： 一是基于当时的社 会经济状况， 对中国社会经济的发展所带来的运量 需求难免估计不足， 对项目的功能定位偏低； 二是 行业标准规范没有起到及时引领作用， 一本规范用 了十几年， 导致朔黄铁路所采取的 1985 年规范严重