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1、重载铁路知识及 我国重载铁路发展情况,目 录,一、世界铁路重载运输发展趋势 二、大秦铁路概况 三、大秦铁路重载前期技术论证 四、大秦铁路重载运输成套技术 五、重载组合列车试验 六、重载组合列车开行 七、技术成果与社会经济效益,一、世界铁路重载运输发展趋势,重载运输已有近50年的历史，美国、加拿大、巴西、南非、澳大利亚、俄罗斯等10多个国家开展了重载运输，列车牵引重量不断提高，目前一般为13万吨 。,（一) 世界铁路重载运输概况,美国：重载列车编组通常为108辆货车，牵引重量为13600吨,（一） 世界铁路重载运输概况,加拿大：典型单元重载列车编组为124辆货车，牵引重量为16000吨,（一）
2、世界铁路重载运输概况,南非：重载列车的牵引重量一般为18500吨20000吨,（一） 世界铁路重载运输概况,（一） 世界铁路重载运输概况,澳大利亚：哈默利斯铁矿铁路重载列车一般编组为226辆货车，牵引重量为28000吨,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31000吨,（一） 世界铁路重载运输概况,2001年6月21日，澳大利亚纽曼山海德兰铁路线，8台AC 6000型机车牵引682辆货车，列车全长7353m，总重99734吨，净载重82000吨，创造了重载列车新的试验记录。,（一） 世界铁路重载运输概况,巴西维多利亚米纳斯铁路(898km)，为1.3亿吨 澳大利亚
3、纽曼山海德兰铁路(426km)，为1.09亿吨 南非姆普马兰加理查兹铁路(580km)，为1.05亿吨,目前，世界各国重载铁路年运量普遍在亿吨以下，超过亿吨的重载铁路仅有几条，主要是 ：,（一） 世界铁路重载运输概况,（二) 世界重载铁路标准与主要模式,为推动世界重载运输的发展，1985年，中国、美国、澳大利亚、加拿大、南非等5国铁路发起成立了国际重载协会。 目前，该协会有澳大利亚、巴西、加拿大、中国、印度、南非、俄罗斯、瑞典挪威和美国等9个常任理事国。,（二) 世界重载铁路标准与主要模式, 列车重量至少达到5000吨； 轴重达到或超过25吨； 在长度至少为150km的线路上年运量不低于200
4、0万吨。,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。1994年标准要求重载铁路满足以下三条中的至少两条：,1.重载铁路标准,2005年标准要求新申请加入国际重载协会的重载铁路，满足以下三条中的至少两条： 列车重量不小于8000吨； 轴重达27吨以上； 在长度不小于150km线路上年运量不低于4000万吨。,目前，我国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。,（二) 世界重载铁路标准与主要模式,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。以北美铁路为代表，我国在大秦
5、线曾用C63、C70、C76、C80等开行这种重载列车。 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。以俄罗斯为代表，我国大秦线开行的45000吨和210000吨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。我国京沪、京广、京哈等大干线开行的5000吨货物列车为这种重载列车。,2.重载列车模式,（二) 世界重载铁路标准与主要模式,（三）世界铁路重载运输技术发展趋势,20世纪80年代后，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有了很大提高 特别是重载机车
6、技术、重载货车技术、同步操纵和电空制动技术、线路技术等方面的新突破，更大地促进了重载运输的发展,1.机车技术,南非、瑞典等较多采用电力机车 美国、加拿大、澳大利亚等较多采用内燃机车 重载电力机车的功率可达5000kW以上、最大达到9600kW 重载内燃机车的最大功率可达6000hp（4476kW),（三）世界铁路重载运输技术发展趋势,重载机车发展趋势:,发展交流传动技术 采用径向转向架 采用微机控制防滑防空转系统,1.机车技术,德国西门子公司生产的BR185型重载电力机车,额定牵引力 300 kN 持续功率 5600kW 最高速度 140km/h,1.机车技术,美国GM EMD公司生产的SD9
7、0MAC内燃机车,柴油机功率 6000hp(4476kW） 起动牵引力 890 kN 持续牵引力 734 kN 最高速度 120 km/h,1.机车技术,SD90MAC双机牵引煤炭列车，美国联合太平洋铁路公司,1.机车技术,美国GE公司生产的AC 6000CW内燃机车,主发电机出入功率 6000hp(4476kW） 牵引力 738.4 kN（19km/h） 粘着系数 0.37 动态制动力 520.4 kN,1.机车技术,美国CSX铁路公司使用的AC 6000CW内燃机车,1.机车技术,大轴重 低自重 低动力作用,2. 货车技术,重载货车发展方向：,（三）世界铁路重载运输技术发展趋势,美国、加拿
8、大、澳大利亚等为32.5-35.7吨 巴西、瑞典为30吨 南非为26吨 俄罗斯计划提高到27吨,轴 重：,2. 货车技术,国外普遍采用低合金钢及铝合金、不锈钢 美国90%的重载货车采用了铝合金车体,美国PNJX新型轻量化重载货车（漏斗车）,车体材料：,2. 货车技术,南非、瑞典采用了谢菲尔自导向径向转向架 加拿大、美国、澳大利亚等国也研制了导向臂式货车转向架,转 向 架：,2. 货车技术,车钩强度已提高到3000kN以上，美国E级钢车钩的破坏强度为3342kN 缓冲器容量在50kJ以上，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
9、重载阀和高磨闸瓦等新技术,钩缓装置：,2. 货车技术,1959年，美国首先进行了机车无线同步操纵（LOCOTROL）系统的试验。 该系统由安装在头部本务机车上的主控设备和安装在从控机车的受控设备及无线通信系统组成。 LOCOTROL系统产品已发展到第四代产品，在世界铁路上仅GE公司的产品就推广应用约7000台套。,3. 机车无线同步操纵与电空制动技术,机车无线同步操纵技术(LOCOTROL)：,（三）世界铁路重载运输技术发展趋势,LOCOTROL动力分布概念,提高运营能力 / 降低运营成本,电空制动技术(ECP)：,1995年，美国开始研制列车电空制动系统 (ECP)，1997年ECP在北美开
10、始装车试验。 ECP电控空气制动系统由机车和每辆车辆上的控制单元及列车网络组成。 目前，美国、加拿大、澳大利亚、南非等国已在重载铁路上采用了该项技术。,3. 机车无线同步操纵与电空制动技术,（三）世界铁路重载运输技术发展趋势,ECP技术应用典型：,美国CSX铁路：2台GEAC4400内燃机车+95辆煤车总重12000吨,南非铁路：4台11E电力机车+200辆敞车，总重22900吨,钢轨：铺设60kg/m及以上的重型钢轨、采用钢轨涂油润滑和打磨技术 线路：普遍铺设无缝线路 道床：增加道碴厚度和密实度，美国、加拿大、南非等重载线路道床厚度一般都在300mm以上，巴西道床厚度达400mm。,4. 线
11、路技术,（三）世界铁路重载运输技术发展趋势,二、大秦铁路概况,2003年以来，中国铁路依靠技术创新，持续提高大秦铁路运输能力。 20072009年，大秦铁路年运量都超过了3亿吨，其中最高达到3.4亿吨，是原设计能力的3.4倍。中国大秦铁路已成为世界上运量最大的重载铁路。, 中国煤炭生产和消费的结构决定了北煤南运、西煤东运的基本格局,三西（山西、陕西、内蒙古西部）, 大秦铁路是中国第一条双线重载电气化运煤专线，全长653km。1985年开工建设，1992年底全线投入运营。,三西地区煤炭外运示意图, 2002年大秦铁路运量已达到1亿吨设计能力，中国经济发展要求大秦铁路必须快速成倍提高运输能力。,
12、大秦线多山 区、多曲线、多 隧道，最长的军 都山隧道 8.4公 里，重车方向有 两段长大下坡道， 分别为47公里和 50公里，坡度分别为8.2和9.1，最大坡度达12,三、大秦铁路重载前期技术论证, 在列车速度、密度合理匹配的同时，将大秦铁路列车重量由50006000吨提高到1万吨和2万吨，年运量可以由设计能力1亿吨提高到4亿吨 与新建一条重载线路相比，可以节约2/3的投资，节约2.4万亩土地 因此，我们确定立足既有大秦铁路，走重载运输技术创新之路，是大幅度提高运输能力的最佳选择。, 大秦线运输特点对技术的要求 大秦线集、疏、运系统呈树型结构，西部有100多个装车点，东部有秦皇岛港等十几个卸车
13、点，大秦线是多点对多点的运输方式，而不是点对点的运输方式, 2003年12月，中国铁道部组织考察组对美国和南非铁路重 载技术研究和应 用进行考察， 对LOCOTROL和 ECP技术进行 对比分析。,与ECP技术相比，LOCOTROL系统由于采用无线同步控制方式，牵引动力分布在列车不同位置，有利于列车按不同目的地解编； LOCOTROL系统结构简单，只需对机车进行加装改造，成本较低，易于维护和管理,在保证无线通信可靠性的前提下，采用LOCOTROL技术开行2万吨重载组合列车更适应中国的国情、路情和大秦铁路的实际。为此，中国铁道部决定采用LOCOTROL技术开行2万吨重载组合列车,1. 山区铁路通
14、信信号可靠性 必须保证在山区、隧道等恶劣地形条件下无线传输指令的安全可靠, 开行2万吨重载组合列车需重点解决三大 技术难题,2.长大下坡道周期循环制动,必须通过空气制动与电制动配合使列车减速，保证下次制动时有足够制动力,3.长大列车纵向冲动,必须解决好2700米的长大重载组合列车产生的较大纵向力,四、大秦铁路重载运输成套技术,围绕三大技术难题等，从2003年开始，铁道部系统开展了大秦线重载运输科学研究和技术创新工作,大秦线采用 Locotrol技术 开行2万吨重载 组合列车试验 报告,大秦线通信 信号系统研究,大秦、侯月线 等煤运通道运 输组织优化方 案的研究,大秦线万吨 列车牵引性能 试验的
15、研究,大秦大功率 交流传动货运 电力机车牵引 动力配置,大秦重载列车 运输组织技术 研究,大秦重载列车 纵向动力学的 仿真研究报告,大秦线牵引 供电系统适应 能力研究报告,大秦重载列 车相关技术 的研究,大秦铁路线桥 设备强化对策 的试验研究,大秦重载线 钢轨伤损成 因及对策研究,超长重载列车 纵向动力学、 牵引及制动 统一测试 平台的研究,大秦铁路2万吨重载组合列车重载运输技术体系,1.网络化无线同步操纵系统。在世界上首次实现了LOCOTROL技术与GSM-R技术的结合，并成功应用于210000吨重载组合列车。可实现列车编组内机车台数、主控和从控机车距离以及控制的列车对数不受限制。,2.实现
16、800MHz数据电台与机车无线同步操纵技术结合，通信传输距离由450MHz的650米提高到800MHz的790米。,3.研制采用和谐型大功率机车。,4.研制采用25吨轴重、载重80吨C80型铝合金运煤专用敞车、C80B型不锈钢运煤专用敞车。,5.研制采用120-1制动阀、中间牵引杆、E级钢车钩和大容量弹性胶泥缓冲器等配套技术装备，使列车纵向冲击力减少了35 。,E级钢车钩,牵引杆,120-1制动阀,6.研制采用机车自动过分相装置。可实现单台机车自动过分相、双台外重联机车自动过分相和无线分布式组合列车机车自动过分相功能。,自动过分相控制示意图,7.研制开发了可控列尾装置。可节省1台尾部机车，提高
17、了制动效能，减少了列车纵向冲动。,8. 对机车、LOCOTROL、制动机的控制保护进行优化，大幅减少紧急/惩罚制动保护数量。,9.改进机车制动机和车钩缓冲器性能，优化组合列车操纵，提高组合列车运行安全性。,10.进行不同型号机车混合牵引2万吨重载组合列车的技术改造和试验验证。,11.研制采用大容量牵引变压器、重载电气化铁路150平方毫米承力索、接触线及16种配套的接触网零件。,12.研究了重载铁路桥涵加固技术和延长钢轨使用寿命技术，研制了新型75kg/m钢轨，强化了线桥设备。,13.开发了大秦铁路分散自律调度集中系统（CTC），确保运输安全，提高运输效率。,14.研制采用5T车辆运行安全监控系
18、统，利用红外测温、力学检测、声学诊断、图像检测等检测手段和信息化技术，对运行中的车辆进行动态检查，确保安全，提高运输效率。,信号采用四显示制式，区间设置通过信号机，15个站场改造为计算机联锁，道岔转辙机采用电液转辙机。,大秦铁路增加和延长了站场到发线，更换了道岔，实现了线路全部封闭，路肩全程加宽1.5m，排水系统全面完善。,信号设备改造,站场改造,牵引供电改造,15.对站场、牵引供电、信号设备进行了必要的技术改造。,16. 创新运输组织，实现大秦线集、疏、运一体化，适应运量大幅增长的要求。,五、重载组合列车试验,从2003年开始，先后进行了100多次试验（全程综合试验32次），取得了大量科学数
19、据，为重载列车的成功开行提供技术支撑，为形成铁路重载运输体系奠定了基础,各种试验列车编组： 1. SS4+50C80+SS4+50C80+SS4+50C80+SS4+50C80 2. SS4+102C80+2SS4+102C80+SS4 3. HXD1+102C80+HXD1+102C80+可控列尾 4. HXD2+102C80+HXD2+102C80 +可控列尾 5. HXD1+102C80+HXD2+102C80 +可控列尾 6. HXD2+102C80+HXD1+102C80 +可控列尾,试验测试数据,20091030 K64处调速制动缓解时车钩力实测曲线-HXD1与HXD2互联互通,H
20、XD1机车与调整后HXD2机车初制动后再充气特性比较,分布式测试系统,运行试验前进行计算机仿真计算,六、重载组合列车开行, 2004年12月12日，成功开行了中国第一列2万吨（45000吨）重载组合列车。, 2006年3月，成功开行了210000吨重载组合列车（121编组）。,在太原建立移动交换中心，在大秦铁路沿线设置了基站，在隧道区段设置了光纤直放站，加强和完善了GSM-R无线双网系统,和谐型机车A、B端同时加装无线同步操纵设备、800MHz数据电台和自动过分相装置，在机车A端加装GSM-R车载OCU模块，进行系统集成，实现了重载机车无线同步操纵控制功能。, 2007年8月，成功开行了2台和
21、谐型机车牵引2万吨重载组合列车。, 2009年10月，成功开行两种不同机车混合牵引的2万吨重载组合列车。 HXD1+HXD2, 正在进行三种不同机车混合牵引的2万吨重载组合列车试验。 HXD1+HXD2+SS4, LOCOTROL系统在中国铁路装车情况,SS4：200台 HXD1:180+40台 HXD2:180台 运用区段： 大秦线 北同堡 大包线等,七、技术成果与社会经济效益, 掌握了2台和谐型机车牵引210000吨重载组合列车的成套技术，掌握了韶山4型机车牵引210000吨和45000吨重载组合列车的成套技术。,三种2万吨重载组合列车编组图, 实现集疏运系统一体化,加强集运系统和疏运系统
22、的配套能力建设，创新货流、车流组织和集疏运流程，实现集疏运系统一体化。可实现2万吨重载组合列车和1万吨重载列车以80km/h运行、日均开行100对、日均运量100万吨以上的运输组织模式，达到国际领先水平。,从2003年至2008年，大秦铁路年运量持续增长，2007-2009年达到3亿吨以上，2010年计划4亿吨。, 运量增长，效益显著, 2008年初，面对中国南方雨雪冰冻灾害，大秦铁路依靠重载运输技术突击抢运电煤，日均运量从2007年的83.2万吨提高到100万吨以上，为战胜灾害发挥重要作用。, 示范推广 以大秦重载运输技术为支撑，北同蒲线、云岗支线、迁曹线开行了1万吨和2万吨重载组合列车，大包线、口泉支线、大准线开行了1万吨重载列车。同时大秦重载技术为其他煤运通道建设和运输能力提高起到了示范作用。,