重载运输及货车货车转向架技术

机车车辆工程系
重载运输及货车转向架技术
主要内容
铁路重载运输技术的发展 重载车辆关键技术 我国重载运输的发展及前景 国外专用货车技术
西南交通大学机械工程学院 傅 茂 海 E-mail: fmhai@163.com Tel: 028-87634032
货车转向架技术
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世界铁路货车的发展方向
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A. 美国重载运输
美国是世界重载运输首创国，当前美国拥有全部铁路里 程23万km，居世界首位。列车平均牵引重量达9632t，货物平 均运距1199km。其中开展重载运输的Ⅰ级线路约16万km。
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美国浴盆式敞车
重载铁路煤炭运 量铁路全部货运量的 45%，占全美国煤炭运 量的65%提供全美国 50%电力。 汽车运量占全美 汽车产量的70% 粮食运量占全美 粮食产量的40%。 由约翰斯顿公司制造，浴盆式结构， 重心低 轴重32.5t
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铝合金有盖漏斗车图
(4) 采用ECP(电控空气制动系统) ,提高制动安全 性
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(5)采用双层集装箱车辆,增加载重
(6)改进车轮材质、提高车轮耐剥离性
新合金材质耐剥离车轮与传统车轮相比，相同运量条件下， 剥离长度减少59%，深度减少43%。
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(7)装、卸车设备，高效漏斗装煤设备和翻车机 (7)高强度旋转车钩及大 容量高性能缓冲器
BHP 澳大利亚 QR(昆士兰) 南非 巴西 瑞典 Orex Rechard CVRD卡拉其 维多利亚 LKAB
28t～ 30t 20000t 26t 20000t 30t 30t 30t 21000t 15000t 8500t
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2.国外铁路重载运输概况
自20世纪60年代以来，发展铁路重载运输得到世界上越来越 多国家的重视。一些幅员辽阔、资源丰富、煤炭、矿石等大宗货 物运量占较大比重的国家，发展尤为迅速。 1984年成立国际重载运输协会（IHHA)，美国、加拿大、澳 大利亚、中国、南非等五国为创始国，也是该协会的常任理事 国。 1994年，俄罗斯、巴西成为第六、第七个成员国。 成员国还有：印度、瑞典、挪威
D. 南非重载运输
全部窄轨(1067mm)铁路， 2.7万km ¾ 理查德湾煤矿重载线260km 双线列车牵引重21500t(200 辆)，26t轴重，15‰坡道、 8400万t/年3台11E电力机车 (头部)
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¾ Orex铁矿重载线、860km单线： 30t轴重，15‰坡道，列车牵引重量25920t(216 辆)3台50KVA电力机车+1台内燃机车牵引(头部)
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重载运输货运量占年澳货运市场的40%，有潜力发 展为50%。年增长率达4.5%左右(2000年前为3.3%)
东澳昆士兰 铁路：1.6亿t/年 运 量 ， 10000km 网 络(窄轨)，1.5亿 t/年煤炭运量。
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运煤重载列车图
澳大利亚双层集装箱重载运输
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BHP纽曼山重载线：
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加拿大典型集装箱 重载列车： 2×4400HP交流传动 内燃机车+9000t列车,50% 双层集装箱平车，货运成 本1.6美分/吨公里，平均 速度75km/h，最高速度 100km/h。 加拿大第二代重载单元列车
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C. 澳大利亚重载运输
美国、加拿大的重载车辆
现绝大多数轴重为29.8t、32.43t，也有少量货车轴重为35.7t， 25t轴重货车多数已经淘汰。其载重大多数为90～110t级，少量货车载 重达120t。煤车车体材料多为铝合金，少量为耐侯钢。列车编组：普 通列车为100～150辆，牵引吨位为15000～17500t，运煤专列为 17500～20000t；运行速度一般为50～60英里/小时（80～96km/h）， 部分集装箱、汽车运输车速度为65～75英里/小时（100～120km/h）。
目前世界铁路货车技术发展可分为两大流派： 一是以美国、加拿大、澳大利亚、南非、巴西为代表的 重载技术，主要特征是车辆轴重大、载重量高、自重 轻及列车编组辆数多； 二是以法国、德国等欧洲国家为代表的快捷技术，其主 要特征是车辆运行速度高、列车编组数量少。
快捷技术 快捷技术 世界铁路 世界铁路 货车技术 货车技术 重载技术 重载技术
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LOCOTROL基本原理是：前部机车通过GSM-R系统向中、后 部机车发布同步牵引或制动命令，实现所有机车牵引和制动同步 操纵，以及空气制动系统的同步制动与缓解。
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2.国外铁路重载运输概况
美国、加拿大是重载运输比较发达的国家，是重载单元列车的发 源地。1958年，美国南太平洋铁路公司采用由85辆载重量为90.7吨 的矿石车编成总重近万吨的列车，从矿区直达钢厂进行循环运输， 首创了重载单元列车运输模式，并在许多铁路公司推广应用，特别 是在60年代后期发展很快。据统计，1982年重载单元列车运煤量占 铁路煤炭总运量的60％左右，一些大的铁路公司几乎全部采用重载 单元列车来运输煤炭矿石及其他的散装货物，以提高效率，降低成 本，力图保持铁路在竞争中的地位。 美国重载单元列车通常编成辆数70～150辆，车辆载重量为90.7 ～125吨，列车总重量达6000～15000吨。
西澳铁矿重载线：准轨 BHP纽曼山线427km BHP金子线205km 哈默斯列线386km1.4亿t/年 罗比河线203km 轴重35t，正向40t发展， 平均运行速度75km/h
平均牵引重量26000t，周转时间28h， 劳动生产率 6000万tkm/人，世界之首位。 1996年5月28日72191t，540辆10台机车，5829m列车长度
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(1) 提高轴重
美、加、澳已普遍采用35t轴重，澳大利亚最大轴重已达 40t。南非、东澳大利亚(窄轨)已采用28t(26t)轴重 美国环行线正在进行40t轴重的试验，年通过重量达125000万t
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(2)采用新型转向架及悬挂系统
改进型三大件转向架 重载自导向径向转向架 南非设计的谢菲尔德径向转向架 其作用是降低轮轨相互作用力、减轻轮轨磨 耗、节省牵引动力
1.国际重载铁路运输发展现状
国家 主要重载线路 运营里程 代表 BNSF、UP CSX、NS 19.29万km KCS IC DP CN 4.7万km 462km 1600km 868km 560km 892km 980km 540km 轴重 35.7t ～39t 35.7 ～39t 35.7t 25t 牵引重量 12000t ～20000t 12000t ～20000t 20000t 8000t 线路类型及装备 备注
澳大利亚重载运输，是在引进北美重载单元列车运输技术基础发展起来的， 一种是修建重载专运线，按开行万吨以上重载单元列车设计、修建，而且通 过不断的技术改进措施，列车的编组数量高达230辆，轴重高达34吨。另一 种是改造强化旧线，变轻载为重载的客货混运线。 澳大利亚在重载方面发展较快的铁路主要有建于纽曼山铁路（Mount Newman Raiload）和哈默斯利铁矿铁路（Hamersley Iron Railway） 全澳16个私有铁路公司，4个国有铁路公司。重载运输产值占全澳GDP的 1.7%，年运输产值70亿美元，煤炭运量占铁路货运总量37%，矿石运量占 39%。
美国
准轨66kg轨内燃
加拿大
准轨66kg轨内燃 准轨66kg轨内燃 窄轨54kg轨电气 窄轨60kg轨电气 窄轨57kg轨电气 宽轨68kg轨内燃 宽轨60kg轨内燃 准轨50kg轨电气 6000万t/年 重载占86% 单线3500万t/年 8000万t/年 单线5000万t/年 单线 单线3000万t/年
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2.国外铁路重载运输概况
实现重载运输的途径： 扩大列车编组长度 增加车辆轴重 重载运输的基本模式 长大列车：机车位于列车的首尾
2.国外铁路重载运输概况
重载运输的基本模式 组合列车（单元列车）：列车由几个单元组成，机车分布于列 车中。
问题：机车同步操纵？ 解决的方法：LOCOTROL?
问题：列车纵向冲击严重，容易引起断钩等事故？ 解决的方法：电空制动（ECP）
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¾
澳大利亚重载列车图
澳大利亚，新建南北 向单线重载干线爱列 斯—达尔文港，投资 13亿澳元，3年建成， 2004年1月开通
达尔文
既有 线 新 线
Baidu Nhomakorabea
¾
全长1420km，最大坡 度12‰，最高速度 115km/h
爱列斯
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澳大利亚重载车辆技术
现轴重为25t、29.8t、32.43t 、35.7t，即将发展轴重为40t 的矿石车。载重97～98t、少量达110～120t。其车体材料多为耐 侯钢，近25年发展了不锈钢煤车。列车编组为192～240辆、牵引 吨位为17450～29000t；运行速度为80km/h左右。
E.巴西重载运输
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二、重载车辆关键技术
¾ 提高轴重 ¾ 采用新型转向架与悬挂系统 ¾ 采用轻合金铝合金车体、降低自重系数 ¾ 采用ECP(电控空气制动系统)提高制动安全性 ¾ 采用双层集装箱运输技术 ¾ 改进车轮材质、提高车轮耐剥离性 ¾ 高强度旋转车钩及大容量高性能缓冲器 ¾ 采用快速卸货方式(如翻车机) ¾ 采用新型交流传动机车及遥控监测技术
美国 、加拿大、 、加拿大、 美国 澳大利亚、南非、巴西 澳大利亚、南非、巴西
车辆轴重大 车辆轴重大 载重量高 载重量高 自重轻 自重轻 列车编组辆数多 列车编组辆数多 车辆运行速度高 车辆运行速度高 列车编组辆数少 列车编组辆数少 法国、德国等欧洲国家 法国、德国等欧洲国家
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一、重载铁路运输发展历程
新型转向架的优越性
相同的机车牵引重量增加12% 减少列车纵向车钩力4.8% 节省能源20.7% 车轮钢轨磨耗降低到1/13 轮轨横向力降低到1/3
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(3) 采 用 铝 合 金 或不锈钢车体
降低自重系数 降低自重 增加载重 节约能源 提高效益
美国重载货车90%采用铝合金车体，成本仅增加1/3
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1967年 1973年 1978年 1984年 1989年 1990年 1996年 1999年 2001年 当前： 美国、加拿大开行万吨列车 澳大利亚BHP开行重载列车 国际重载第一届大会召开 国际重载协会正式成立，中国 成为常任理事国 南非创造71600t重载列车纪录 北美轴重全部采用33t 澳大利亚创造72191t记录 北美轴重达35.7t 澳大利亚创造99734t记录 澳大利亚等国轴重已达40t
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B. 加拿大重载运输
加拿大铁路5万7千余公里，有CN、CP两大铁路公司，共4 万多员工，采用重载运输后铁路占货运市场份额达30%，占全 部出口运量的40%。
加拿大典型单元重载列车：3×4400HP交流传动内燃机 车+124辆轴重33t货车、牵引重量16000t，平均速度70km/h， 最高速度85km/h。
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重载运输的定义
1986年10月，在第三届国际重载铁路会议上提出的国际重载铁路协会章程中，综合 各国重载运输的发展水平，确定重载运输的定义为 ： 年运量为2000万吨的线路、列车重量达到或超过5000吨、列车中车辆轴重在21吨 以上，具备以上条件之二者，可视为重载运输。 1994年6月修订： 1.经常、定期或准备开行总重至少为5000t的单元列车或组合列车； 2.在长度至少为150km的线路区段上，年计费货运量至少达到2000万t； 3.经常、正常或准备开行轴重为25t（含25t）的列车。 2005国际重载运输协会（IHHA)在巴西年会上对重载运输的定义又进行了修订： 1. 重载列车牵引重量至少达到8000t（以前是5000t） 2.轴重（或计划轴重）为27t及以上（以前是25t） 3.在长度至少为150km的线路区段上，年货运量至少达到4000万t（以前是2000万 t）。
南非重载 列车图
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南非四台机车牵引200辆轴重为 26t运煤敞车牵引吨位达20800吨
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南非轴重26t、载重84t运煤专用敞车外型图
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南非重载车辆技术
现煤车轴重为26t、载重84t，车体材料为不锈钢；列车编 组为200辆、牵引吨位为20800t，运行速度为60km/h左右，安装 ECP的货车最高达80km/h。矿石车轴重30t、载重100t，车体材 料为耐侯钢。列车编组216辆、牵引吨为25920t；运行速度一般 为50～60km/h，最高达70km/h。