重载运输及其对铁路现有技术设备的要求

重载运输及其对铁路现有技术设备的要求

吕佰铨

（哈尔滨铁路局减速顶调速系统研究所，黑龙江哈尔滨 150006）

摘 要：为了解决重载运输问题，要研究重载运输的意义和开行条件，明确对现有铁路设备的要求和影响，特别是对编组站调车作业的影响，进一步探讨编组站调速技术及设备的改进、创新和提高，从而满足高速重载对编组站现代化的要求和需要。关键词：铁路编组站；重载运输；调速技术；减速顶

1 重载运输是铁路跨越式发展战略的要求

铁路跨越式发展战略要求全面调整生产力布局，快速扩充运输能力和快速提高技术装备水平，确保运输安全与稳定。为了满足这一要求，充分发挥铁路运输的优势，提高铁路在国内运输业的市场份额和竞争力，在铁路旅客运输方面进行了旅客列车5次大提速，开行了大量的夕发朝至、朝发夕至等特快旅客列车，春运、暑运及两个长假增开了大量的临时旅客列车；在铁路货物运输方面，开行了大量的行包快运列车、鲜活货物直达快车等。从上述客货运输的新变化可以看出，铁路运输正在形成新的发展格局。在列车区间通过能力方面日益紧张。在编组站方面表现为原有的均衡运输格局被打破，不均衡到达的车流，造成编组站阶段性能力紧张。

为了缓解紧张的区间通过能力，应对不均衡到达的车流，一是要强化编组站的功能，通过对编组站的技术设备进行改造，加强编组站驼峰单位时间内的解体能力和车辆存储能力，避免车流集中到达时造成到达场"堵塞"，打乱区间的正常运营秩序；二是要借鉴国外铁路的发展经验，大力发展重载运输，提高运输能力。从美国和欧洲铁路运输的发展经验看，重载运输是提高铁路运输能力的积极有效的技术措施。美国最重的单辆货车总重为143短吨（约合130吨），货运列车的编组辆数达到100辆以上。俄罗斯等欧洲国家最重的单辆货车总重也在90吨以上。因此根据我国铁路机车车辆、线路设备和货物运输等情况，通过相应地改革运输组织方法，在一些运输能力紧张的线路上实行了重载运输（即提高机车的牵引定数或增加编组列车的长度），提高铁路运输能力。

2 重载运输及其开行条件

2.1 重载运输的定义

铁路重载运输代表了铁路货物运输领域的先进生产力，是除高速铁路以外，铁路现代化的又一个标志，能极大地提高铁路劳动生产率。铁路重载对于发展中国家的经济发展尤其具有战略意义，无可取代地成为真正的经济大动脉。

重载运输是指在先进的铁路技术装备条件下，扩大列车编组，提高列车重量的运输方式。

那么，拉多少才称得上重载呢？国际重载协会认为，重载铁路必须满足以下三条标准中的至少两条：经常、定期开行或准备开行总重至少为5000吨的单元列车或组合列车；在长度至少为150公里的线路区段上，年计费货运量至少达2000万吨；经常、正常开行或准备开行轴重25吨以上(含25吨)的列车。

2.2 重载运输的应用

世界上开展重载运输的国家还不是很多，只有澳大利亚、加拿大、中国、南非、美国、俄罗斯、巴西等国土幅员辽阔、资源丰富、铁路较为发达、大宗货物运输较多的国家。当然，更主要的原因还在于重载运输对铁路线路、机车车辆、行车组织等方方面面的要求比较高，一般国家目前还难以达到。正因为如此，重载运输才算得上未来铁路发展的方向之一。

澳大利亚的重载铁路运输世界闻名，拥有目前世界上运输效率最高、运输环境最恶劣的重载运输网络，重载铁路线上运行着世界上最重、最长的货运列车，昆士兰铁路以一趟列车牵引10万吨列入吉尼斯世界纪录。目前澳大利亚的铁路货运收入达到了历史的最高水平。澳大利亚重载铁路轴重普遍达到35吨至37吨，并进一步提高到40t。澳大利亚的重载单元列车牵引质量已超过2万吨。2001年澳大利亚BHP铁矿公司组织开行了8.2万吨铁矿石，总重达99734吨，由682辆货车和8台机车组成的重载列车，成为当今世界上最长、最重的重载列车。

2.3 重载运输的作业组织模式

按重载列车的作业组织方法区分，铁路重载运输有以下三种模式：

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”，并以此作为运营计费的单位。机车操纵采用无线遥控同步运转系统，运送的货物品种单一，在装、卸站间往返循环运行，中途列车不拆散，不进行改编作业，机车车辆固定编挂位置，车底固定回空，两端车站装卸设备

配套，是装、运、卸“一条龙”的运输组织形式。

在路网规模大、行车密度小、货运比重大、运能较富裕的美国、加拿大、澳大利亚等国，组织开行从装车地到卸车地之间的重载单元列车，通过货物集中发送、快速装卸、加速机车车辆周转来降低成本，从而获得较大的效益，提高了与其他运输方式的竞争能力。美国的重载单元列车，牵引总重在10000吨以上，是名副其实的万吨列车，并曾创造总重达44066吨的世界最高纪录。

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货物列车首部，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。它实质上是在线路通过能力紧张的区段，利用一条运行线行驶两列及以上的普通货物列车的一种扩大运输能力的方式。

前苏联铁路是客货混用，列车数量多、行车密度大，运能与运量的矛盾比较突出，为扩大运输能力、挖掘现有设备潜力，即组织开行超重、超长列车或组合式列车，并成功地试验开行了总重43047吨的重载列车。

整列式重载列车——是由大功率单机或多机重联牵引，列车由不同型式和载重的货物车辆混合编组，达到规定重载标准（牵引重量达到5000吨及其以上）的列车。目前，中国繁忙干线上开行的重载列车主要为这种模式，由单机或多机牵引，机车挂在列车头部，按站线有效长1050m确定牵引重量的货物列车。这种列车采用普通货物列车的组织方法，其到、解、编、发、取、送、装、卸和机车换挂作业与普通列车完全一样，只不过牵引重量达到5000吨或5000吨以上。

2.4 我国重载运输的发展

中国铁路重载运输的发展，大体上可归纳为：通过两种途径，经历了三个阶段和采用三种不同的运输组织模式。所谓两种途径就是新建大能力、高标准的重载列车运输专线和有计划地对既有线进行配套改造同时并举。经历三个阶段和采取三种运输组织模式，即第一阶段自1984年至1990年，主要为改造旧线，开行组合式重载列车。选择了晋煤外运通道的丰台—沙城—大同线和北京—秦皇岛线为试点，开行固定式组合式重载列车。采用内燃机车双机牵引7400吨，使用缩短型敞车和装有配套技术的新型车辆。根据货流的特点，采取了固定车底、固定机车、固定发到站、固定运行线，从大同西站出发直达秦皇岛东站，卸车后原列空车返回，进行循

环拉运。在山海关至沈阳间试验开行“非固定”的7000吨组合式重载列车、在石家庄至德州和石家庄至济南间开行“非固定”式组合列车，以后又在平顶山至武汉间双机牵引6500吨、在徐州北至南京东间双机牵引7000～8000吨的组合列车。组合式重载列车对扩大晋煤外运数量，缓解沿海繁忙干线能力紧张，促进国民经济的发展作出了重要贡献。第二阶段自1990年至1992年，新建大同至秦皇岛铁路运煤专线，开行单元式重载列车。大秦铁路是借鉴加拿大、澳大利亚等国开行重载单元列车的经验，在国内新建的第一条双线电气化重载运煤专线，全长653公里。1988年试验开行了单机牵引6000吨，双机牵引10000吨单元式重载列车。1992年底正式开行列车重量为6000吨和万吨的单元列车。第三阶段为1992年以后，对沿海繁忙干线逐步进行改造，开行整列式重载列车。1992年8月6日在徐州北至南京东间，利用两台内燃机车牵引64辆货车，总重5134吨，8月12日在石家庄至郑州北间由两台北京型机车牵引65辆货车，总重5119吨，两线均试验成功。实践说明，只有因地制宜，不拘一格，综合采用不同重量级别，不同组织形式的重载列车，才能最大限度地提高列车平均牵引重量，取得最佳的经济效益。

3 重载运输对铁路线路的特殊要求

由于重载运输的列车重量往往在5000吨以上，按目前每节车载重60吨计算，大约需要80多节，连接起来有1公里多长。所以停靠重载列车的车站站线有效长度基本要达到1050米，最好达到1700米。另外，重载列车拉得多，爬坡自然困难，因此线路的最大坡度不能超过8～9‰，也就是说每1000米的铁路线的上升幅度不得超过8～9米。因为载重量大，一般的轨道无法承载，必须铺设或更换每米重60公斤以上的高强度钢轨，并配套同等强度的其它轨道构件。在有条件的线路地段，尽可能地铺设全断面淬火钢轨无缝线路，采用弹性扣件、硬质碎石道床、钢筋混凝土轨枕以及强化路基等。

4 重载运输对机车车辆的要求

重载运输的机车车辆最起码要拉得动、装得多、经得住折腾。拉得动是指牵引机车的功率要足够大，一台不够就用两台甚至三台。不过，使用的机车越多，协调越难，要求的行车技术越高。车辆要采用新材料、新结构和新工艺，尽可能减轻车

辆本身的自重，增加货物的载重量。另外在车辆体积不超过一定的轮廓范围之内(即机车车辆限界)的同时，尽可能扩大车辆的容积。重载列车爬坡难，下坡也难。在长大下坡区段，只依靠机车的制动力很难将整个列车停住，这是因为数量众多的车辆下滑力大大超过机车的制动力。如果车辆仍按常规设计，列车在长大下坡地段就会发生颠覆事故。为此，重载列车中的部分车辆必须安装双管制动系统，使一部分车辆参与机车的制动，才能和其余的车辆下滑力相平衡，确保下坡地段的列车安全。开行重载列车的目的之一就是要降低运输成本，提高车辆的运用率。因此，重载列车一般均是固定编组循环往复运行。这种固定编组循环运行列车的车辆结构必须牢固可靠，无需经常修理。

5 开行重载列车对编组站的技术改造要求：

在开行重载列车的繁忙干线上，为了满足重载列车的接发、解编、和换重作业的需要，必须对既有站（区段站和编组站）进行改建。我国多数技术站的站线有效长都比较短，不具备1050m的条件，因此既有站的改建主要是延长站线。为此，技术站的改建应遵循下列一般原则和要求：

充分利用既有设备，不变更站型结构，延长站线时，尽量利用原有站线、机务段和货场等设备，以减少工程费用。

尽量少改动车站咽喉和驼峰线路。根据既有设备和当地地形、地物情况，在车站的一端咽喉延长站线。合理确定延长站线的数量和范围。延长站线的数量应该与该站最大可能开行重载列车的比重相匹配，牵出线及到发线的全部线路尽可能都满足有效长1050m的要求。调车场则可以部分线路达到1050m有效长，衔接开行非重载列车的支线和到发线可不延长。保证延长后的站线有良好的纵断面，以利重载列车的起动。

6 不具备1050m条件的车站编组方法及对作业和设备的要求

6.1 不具备1050m的条件的车站编组重载列车的方法

对于不具备1050m的条件，由于资金等方面原因暂时又没有改造计划的编组站，要想提高列车的编组数量，达到5000t以上，可以采用下列方法： 选择编组站中股道有效长相对较长（800m-900m）的线路，全部利用其有效长度。对于股道较短（600m左右）的编组线路，可以利用两股线路编组一个长大列车。

6.2 编组重载列车后，对既有作业和调速设备的影响：

1、对驼峰溜放作业的产生影响：

既有线编组长大列车，要充分利用线路的有效长。一般都要使用驼峰入线警冲标到股道第三制动位这一段距离，而这段距离内调速设备不能发挥作用。因此当停留车辆在股道第三制动位附近时，如果后续溜放车辆不能出清股道道内第三制动位时，则此勾车不得进行驼峰溜放作业，只能用机车推送或派人拧手闸调速。对驼峰溜放作业和车辆安全连挂产生一定影响。

2、由于编组长大列车，列车长度增加，对既有的尾部停车防溜系统造成影响：

编组场尾部停车防溜系统设计是根据线路坡度和编组列车的数量计算的。当溜放作业结束后，停留在线路上的车辆沿着坡道的下滑力与尾部停车防溜系统的水平制动力处于一种平衡状态，此时停留车辆重心较低，不会发生车辆溜逸。

当编组车辆增加后，停留车向驼峰方向延长，不但增加了停留车组的重量，而且也增加了停留车辆头尾的高差，使停留车辆重心上移，车辆沿着坡道的下滑力大于尾部停车防溜系统的水平制动力，破坏了停留车辆与尾部停车系统的平衡状态，停留车辆有产生溜逸的可能。

因此当编组站列车编组数量增加后，要根据新的编组辆数，从新检查核定尾部停车防溜系统的能力，以免发生安全隐患。

3、由于车流集中到达，车辆阶段性占用股道时间较长，因此对减速器、减

速顶、停车顶等调速设备的维修保养带来一定影响：

目前大部分车站的减速顶维修人员采用每日巡检的方式对设备进行维护保养。编组长大列车后，由于车流集中到达时，车辆占用股道时间较长，因此维修方式也应随之改变。例如把每日巡检，改成车流少时，封锁股道集中检查修理等。尤其对尾部停车顶防溜系统更应该适应新的情况，摸索出一套行之有效的修、管、用办法，保证行车和设备安全。

4、对调速设备使用寿命产生影响：

由于长大列车的编组辆数增加较多，使减速顶、停车顶等调速设备的滚压轮次增加，因此加速了调速设备的磨损折旧。以牡丹江站西场为例，该场为开行长达列前列车平均编组辆数为45辆左右，增加编组后比以前增加18辆，也就是说增加了40%左右的车辆，这些车辆增加了减速顶的滚压轮次，使设备报废期限大约提前1/3

左右的时间。这一情况应该引起有关设备管理部门的重视，避免由于设备超过报废期，零部件老化严重产生安全事故隐患。

7 开行长大重载列车的编组站减速顶调速设备的选择

7.1 小顶群后选择慢回程减速顶或双临界速度减速顶

慢回程减速顶在列车高速度通过减速顶时，这种减速顶的的回程慢特性使其滑动油缸只能在较低的位置与车轮接触, 对车辆少起或不起制动作用，既降低了列车高速通过时车轮对减速顶的冲击,又减少了减速顶滑动油缸冒头与车轮接触时不必要的磨耗，从而延长了减速顶的使用寿命。

双临界速度减速顶具有两个临界速度，当车辆以高于顶的第二临界速度通过时，车轮将减速顶的滑动油缸以较高的速度压下，通过顶滑动油缸内特殊装置的作用，滑动油缸被锁闭在钢轨面以下位置，此时，顶对后面通过的车轮不起制动作用。从而降低了牵出列车对停车顶的冲击，延长了顶的使用寿命。

7.2 对于返牵作业较多的编组站，连挂区应选用单向减速顶

当列车迁出方向与减速顶起制动作用的方向相反时，减速顶的滑动油缸经车轮滚压后，滑动油缸冒头被锁闭在钢轨面以下位置，此时，减速顶对后面通过的车轮不起制动作用，减少了对迁出列车的影响。

7.3 尾部停车系统选用慢回程停车顶或高速锁闭停车顶

因为尾部停车系统是用来停留从驼峰上溜放车辆的，当股道内的车辆集结完成后牵出时，牵出车辆经过连挂区和尾部停车区时，一般情况下速度较高，减速顶和停车顶既影响车辆的牵出速度，牵出车辆又对减速顶和停车顶产生较大的冲击作用。在这种情况下，如果选用带有慢回程功能的停车顶或高速锁闭停车顶就会减少甚至避免上述问题。

8 货车轴重提高对编组站调速设备的影响

8.1 提高货车轴重是重载运输发展的重要技术措施

从国外重载运输发展的经验来看，重载运输之所以能得到大力发展，与货车轴重不断提高密不可分的。不断提高货车的轴重，增加单辆货车的载重量，是重载运输降低运行成本，提高经济效益的重要途径。

我国铁路在大力发展重载运输的同时，也在不断地研究提高货车的轴重。目前23t轴重货车已经研制成功并与2005年8月份在哈尔滨南站等7个运营驼峰进行了测试试验，目前已经开始在各大干线大量使用。铁道部已经要求从2006开始全部按照轴重23t、载重70t标准生产货车。

8.2 提高货车轴重对编组站调速设备的影响

随着我国铁路货车轴重的不断提高，重载车辆的使用数量的日益增大，重载货车对驼峰编组站既有调速设备的影响也日益显现。

1、对减速器的影响：

重载车辆由于轴重增加，总重量增大，上峰解体后溜放后总动量增大，在经过既有减速器时，对减速器和线路的冲击和磨耗加大，增加了减速器系统的维修量，缩短了减速器的使用寿命。

2、对减速顶调速系统的影响：

由于既有减速顶调速系统的设备数量是按照总重80t的车辆计算的，而23t轴重车辆的总重达到95t,因此既有减速顶系统的能力对于新型重载车辆来说明显不足。近来经常有新型重载车辆在驼峰溜放作业中发生超速撞车事故。

重载车辆在驼峰溜放作业过程中对减速顶和线路的冲击和磨耗加大。重载车辆对于线路的冲击加大，对于在钢轨外侧安装的减速顶，由于线路轨距变化的加剧，使外测顶无法使用。重载车辆对于减速顶的冲击和磨耗，不但使减速顶的维修量增加，而且使减速顶的使用寿命缩短。

8.3 适应重载车辆的调速设备

为了适应铁路车辆轴重不断提高的要求，编组站调速设备的研制应该向高强度、高负荷、高制动功、高寿命的方向发展。对于新型减速器设备的研制，应该借鉴国外减速器系统的发展经验，发展重型钳式减速器。

为了适应重载车辆的发展，对于减速顶设备也应借鉴我国减速顶在国外的使用经验，大力推广应用高负荷系列减速顶。这类减速顶具有结构强度高、承担的载荷大、单顶的制动能力大、设备的使用寿命长的特性，能够有效的消除重载车辆对减速顶的影响。同时在调速系统设计中可以做到设备数量少，在系统的维护过程中可以做到维修量小，维修周期长。另外这种高负荷的减速顶的应用也为减速顶维修实行专业部门集中维修管理提供了设备保证。