我國鐵路重載運輸技術(shù)探討

張 宇

(中國鐵路總公司 運輸局 機輛部，北京 100844)

0 引言

我國的資源分布和工業(yè)布局不均衡，由此形成了以煤炭、礦石、木材、原油、鋼鐵及冶煉物資等大宗貨物為主的由北向南、自西向東的運輸格局。而鐵路因具有運能大、運距長、成本低、安全、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢，因此長期承擔我國大宗貨物的長途運輸，是我國國民經(jīng)濟的大動脈。目前，我國鐵路線路主要采用60 kg/m鋼軌，橋梁設(shè)計載荷約為美國標準載荷的70%，與國外相比，橋梁承載能力較低；線路信號區(qū)間小，列車運行閉塞分區(qū)短，嚴格限制了列車的制動距離。此外，由于我國鐵路客貨共線運行，運輸密度非常大，干線鐵路的貨運能力非常緊張，成為制約我國鐵路貨物運量的“瓶頸”。為此，需要大力推廣應(yīng)用重載運輸技術(shù)來提高運輸能力。

鐵路重載運輸是鐵路挖潛、提效、擴能的一項重要舉措，采用重載運輸可以提升綜合效率，降低運輸成本，緩解列車高密度運行壓力。在既有路網(wǎng)推進重載運輸可減少貨物列車開行數(shù)量，降低貨物運輸密度，進一步發(fā)揮既有線運輸能力，增加維修“天窗”時間，保障施工質(zhì)量和作業(yè)安全。

1 我國重載運輸概況

我國的大秦鐵路是全國18個鐵路局中貨運量最大、重載技術(shù)最先進的煤炭運輸專線。該鐵路線是我國首條開行萬噸單元重載列車的煤炭運輸專線，是“西煤東運”的大動脈，自1988年開通運營以來，相繼開行了5 000 t、10 000 t及20 000 t重載列車，2014年4月牽引重量3萬噸重載列車運行試驗取得了圓滿成功，2011年運量突破4.4億噸，運能和技術(shù)水平都達到了世界第一。

我國的重載貨物列車按編組方式和牽引噸位分為單元萬噸、組合萬噸、組合1.5萬噸、組合2萬噸列車，采用固定編組、循環(huán)使用的作業(yè)形式。目前，大秦鐵路主要以開行2萬噸列車為主，1.5萬噸和1萬噸列車為輔。在機車同步操控、遙控技術(shù)、基礎(chǔ)線路等條件相繼成熟的條件下，2014年在大秦線湖東站、北同蒲線袁樹林站試行研究組織開行了3萬噸組合列車，并取得了成功。我國的重載貨物列車由SS4型電力機車和HXD1/2型機車組合牽引，以組合1.5萬噸列車組合方式為例，編組方式分別為：

(1) HXD1/2機車+108輛C70型敞車+HXD1機車+54輛C70型敞車+可控列尾。

(2) HXD1/2機車+102輛C80型敞車+HXD1機車+54輛C70型敞車+可控列尾。

(3) HXD1/2機車+102輛C80型敞車+SS4機車+54輛C70型敞車+可控列尾。

(4) HXD1/2機車+108輛C70型敞車+ SS4機車+54輛C70型敞車+可控列尾。

2 重載運輸牽引技術(shù)

重載列車具有列車重量大、牽引及制動要求高、列車中機車車輛間的動力作用大以及機車與軌道的動力作用大等特點，一般需要多臺機車牽引，要求機車具有良好的協(xié)調(diào)操縱性能。因此，重載運輸對鐵路技術(shù)裝備和配套技術(shù)提出了新的要求。

大功率交流傳動機車、Locotrol多機車無線同步控制系統(tǒng)、ECP電控空氣制動系統(tǒng)、高載重輕量化貨車、大軸重低動力貨車轉(zhuǎn)向架等是重載運輸?shù)闹饕夹g(shù)特征。開行重載運輸列車要求牽引機車具有足夠大的牽引能力和制動能力，編組的貨車具有較低輪軌動力作用力和較高的運行可靠性，多臺機車之間能夠協(xié)調(diào)控制整列車的運行。因此，為滿足重載運輸安全可靠的要求，需要對目前在用的SS4型機車進行重載牽引性能配套技術(shù)改造，對機械部分、電器系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、牽引電機、探傷檢測等五方面內(nèi)容進行技術(shù)改造。由于重載列車往往需要多機牽引，為解決機車的統(tǒng)一控制與協(xié)調(diào)操縱問題，重載運輸貨物列車一般應(yīng)用Locotror重聯(lián)控制系統(tǒng)，以縮短長大編組列車的緊急制動距離，減少車輛的縱向沖擊力。

3 我國重載運輸貨車技術(shù)

貨車重載運輸技術(shù)主要包括貨車走行技術(shù)、車體輕量化及新材料技術(shù)、車輛連接技術(shù)、制動技術(shù)和制造技術(shù)等。我國重載貨車技術(shù)以試驗與評價、標準體系、信息化與技術(shù)管理等支撐體系為依托，各項關(guān)鍵技術(shù)同步提升和系統(tǒng)集成，使中國鐵路貨車軸重、載重、運行速度和列車牽引重量等綜合技術(shù)性能實現(xiàn)了新突破，目前形成了載重70 t級、80 t級重載提速系列貨車產(chǎn)品。

3.1 走行技術(shù)

為了降低輪軌間作用力，減少鋼軌和輪對磨耗，我國的重載貨車均采用了下交叉支撐、擺式和副構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架，這三種轉(zhuǎn)向架分別采用輪對彈性定位和側(cè)架彈性連接技術(shù)、側(cè)架擺動技術(shù)和輪對徑向控制技術(shù)。同時，常接觸彈性旁承、組合式斜楔和心盤磨耗盤等磨耗部位均采用可更換磨耗板，減輕了磨耗部位的磨耗，方便了運用和檢修。軸重由21 t提高到23 t～25 t。

3.2 車體輕量化和新材料技術(shù)

車體普遍采用不銹鋼、鋁合金和屈服強度為450 MPa的高強度耐候鋼等新材料，并采用不同斷面冷彎型鋼來優(yōu)化車體結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)用非金屬材料配件，實現(xiàn)了車體輕量化，降低了自重系數(shù)，提高了有效載重，提升了車輛運輸能力。

3.3 車輛縱向緩沖與連接技術(shù)

采用16型和17型高強度車鉤提高車輛連接強度和防分離性能，提高車輛連接可靠性；采用鍛造鉤尾框，大幅提升鉤尾框的疲勞壽命；采用牽引桿、大容量緩沖器等技術(shù)減小車輛縱向連接間隙，與機車同步操縱系統(tǒng)和120-1型空氣控制閥制動裝置配套，降低了列車縱向沖動，滿足2萬噸重載列車的運行要求。

3.4 制動技術(shù)

采用120或具有常用加速制動功能的120-1型空氣控制閥，配套KZW-A型無級空重車自動調(diào)整裝置、旋壓密封式制動缸、閘瓦間隙自動調(diào)整器、新高摩合成閘瓦、新型組合式制動梁、不銹鋼管系、嵌入式風缸等，牽引重量達到5 000 t～10 000 t；同時，大秦線列車采用同步操縱系統(tǒng)和牽引桿技術(shù)，滿足商業(yè)運營速度100 km/h、牽引重量20 000 t的制動性能要求，有效地降低了長大貨物列車的縱向沖動。

3.5 制造技術(shù)

采用先進制造工藝保證重要零部件的疲勞壽命和使用可靠性。搖枕、側(cè)架采用B+級鋼整體芯鑄造，不銹鋼制動管采用專用焊機焊接，制動系統(tǒng)的組裝采用三化一互換組裝新工藝，車鉤、鉤尾框、搖枕、側(cè)架等大部件內(nèi)部缺陷應(yīng)用高能射線DR成像及工業(yè)CT檢測技術(shù)進行檢測，車輪、輪軸的組裝采用自動檢測，車軸內(nèi)部采用超聲波探傷檢查，下交叉支撐桿采用正位檢測裝置進行檢測。通過以上先進的制造工藝，使中國鐵路貨車的產(chǎn)品質(zhì)量和使用安全性有了質(zhì)的飛躍。

4 我國重載運輸技術(shù)研究方向

我國鐵路客貨分線后既有鐵路干線的貨物運輸能力將得到釋放，將形成既有通用線路、既有貨運專線、新建鐵路線路三種條件的線路。對于客貨分線后的既有通用線路，發(fā)展載重80 t級、商業(yè)運營速度100 km/h、列車編組萬噸及以上的新型通用貨車；對于既有貨運專線，發(fā)展載重90 t級、構(gòu)造速度100 km/h、列車編組兩萬噸及以上的重載貨車；對于新建鐵路線路，根據(jù)運能需求及今后的發(fā)展情況，進一步發(fā)展更大載重和更大軸重的新型貨車。重載運輸將大幅度提高我國鐵路運輸能力，推動我國鐵路貨車技術(shù)全面達到世界先進水平。為做好重載運輸技術(shù)儲備，需要繼續(xù)開展以下研究：

(1) 對大軸重貨車走行技術(shù)進行研究。完善大軸重貨車轉(zhuǎn)向架低動力作用、高可靠性輪軸和軸承等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)重載關(guān)鍵技術(shù)新突破。

(2) 對降低重載列車縱向沖動進行研究。對新型同步制動技術(shù)進行研究，以提高車輛的制動同步性能，降低重載列車的縱向沖擊力，滿足兩萬噸及以上編組列車的重載運輸要求。

(3) 對車體輕量化技術(shù)進行研究。廣泛采用冷彎型鋼和非金屬材料，積極采用鋁合金、不銹鋼或耐腐蝕性能強的耐候鋼，有效降低車輛自重，增大車輛載重，提升車輛壽命期內(nèi)的綜合經(jīng)濟效益。

(4) 對重載貨車的檢修性能進行研究。全面調(diào)研、分析我國貨車運用條件及檢修體系，研究應(yīng)用非金屬、可拆卸磨耗件，適應(yīng)動態(tài)技檢要求，減少計劃預(yù)修理，采用狀態(tài)修和換件修相結(jié)合的檢修方式。車輛主要配件壽命與整車使用壽命相匹配，降低檢修費用和停修時間，提高車輛的運用經(jīng)濟性。

5 結(jié)語

我國的國情和鐵路線路的現(xiàn)狀決定了我國重載運輸技術(shù)不同于世界上其他國家，我國采取了速密重并重的運輸發(fā)展模式，并取得了舉世矚目的成就，滿足了我國鐵路貨物運輸又好又快的發(fā)展需要。同時，重載運輸?shù)陌l(fā)展對我國大功率交流傳動機車、重聯(lián)控制系統(tǒng)、列車同步制動系統(tǒng)、鐵路貨車等的技術(shù)發(fā)展也起到了積極的促進作用，使我國鐵路重載技術(shù)躋身世界先進行列。