浅谈世界重载铁路运输技术的最新进展

　　引言
　　20世纪50年代起各国交通政策倾斜于公路、航空，引起严重环境染污与交通堵塞。20世纪70年代的世界石油危机严重危及了各国的经济发展，改变国际能源传统结构模式的呼声日益高涨，导致各国大力开发煤炭资源，要求增加煤炭运能。铁路在资源与环境方面的可持续发展优势在国际上得到共识，各国开始检讨交通投资政策以往的失误，取消陈旧法规，制订新的法律，如：
　　1978年美国制订4R铁路复兴法，1980年制订斯塔格斯法，彻底解除对铁路的严厉管制，美国铁路开始走向复兴。
　　1986年德国政府决定改变对公路投资倾斜政策，1992年对铁路投资已超过公路。2001年开始德国对公路卡车征收15重载运输税、污染税。
　　2000年瑞士严禁扩建横贯阿尔卑斯山的公路，并经全民投票决定所有公路卡车必须用铁路通过阿尔卑斯山，严格控制污染。支持环保优势的法律的推动，为重载运输的发展创造了有利条件。
　　1重载运输的定义与模式
　　重载运输的定义：
　　1986年，国际重载协会年会制定的标准：列车重量至少达到5000t，轴重21t及以上，单线年运量2000万t及以上。1994年，国际重载协会年会修订的标准：列车重量至少达到5000t，轴重达到或超过25t，在至少150km的线路区段上单线年运量至少达到2000万t。2005年国际重载协会巴西年会上又修订标准（适用于新申请入会会员）：列车重量至少达到8000t，轴重（计划轴重）在27t及以上，在至少150km线路区段上单线年运量超过4000万t。
　　重载运输主要模式：
　　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。
　　组合列车：两列或两列以上普通列车连挂合并，使几列普通列车的运行时间间隔压缩为零，以俄罗斯为代表。
　　整列重载列车：单机或多机重联牵引，由不同型式和载重的货车混合编组，我国多开行这种重载列车。
　　2世界重载铁路发展现状
　　2。1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。列车平均牵引质量达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。
　　重载铁路煤炭运量占铁路全部货运量的45，占全美国煤炭运量的65，提供全美国50电力。2001年煤运收入81。81亿美元。双层集装箱重载列车全面开行。19802000年发展重载20年虽然路网优化后里程大为减少，货车数量减少了50，运价下降到2。5美分1t英里，但市场份额却从35增加到41，利润达历史最高水平81亿美元，车辆平均载重增加15。1，运行成本下降了60，线路维修成本下降42，劳动生产率提高到271（每一美元获得的吨英里数）。美国UP公司（I级）营业里程5。4万km，14万辆货车，6854台机车。2002年营业收入107亿美元，平均牵引列车质量14900t，一般重载列车牵引19305t。
　　2。2加拿大重载运输
　　加拿大铁路越5。7万km，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40，2002年营业收入61亿加元。加拿大典型单元重载列车：34400HP交流传动内燃机车124辆轴重33t货车，牵引质量16000t，平均速度70kmh，最高速度85kmh。加拿大典型集装箱重载列车：24400HP交流传动内燃机车9000t列车，50是双层集装箱平车，货运成本1。6美分tkm，平均速度75kmh，最高速度100kmh。
　　2。3澳大利亚重载运输
　　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，年货运量5。45亿t。重载运输货运量占澳货运市场的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：窄轨1万km铁路，其中煤运线2028km，2008年煤运量为3。0亿t年，年收入36亿澳元。西澳铁矿铁路：准轨，1。4亿t年。BHP纽曼线427km，BHP金子线205km，哈默斯列线386km，罗比河线203km，西澳铁路平均轴重35t，正向40t发展，平均运行速度75kmh。BHP纽曼重载线：平均牵引质量45000t（300336辆编组），周转时间28h，劳动生产率6000万tkm人，居世界铁路之首位。
　　BHP公司1980年开行重载列车，到2000年：油耗下降43，劳动生产率提高5倍，机车利用率提高36，车轮、钢轨寿命提高35倍，利润500亿澳元。每年出口铁矿石8060万t1亿t，23运往中国。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，全长1420km，最大坡度12，最高速度115kmh。
　　2。4南非重载运输
　　全部窄轨（1067mm）铁路，2。7万km，通往17个非洲国家，年收入126亿兰特。理查德湾煤矿重载线550km（420km复线），速度80kmh，周转时间55h，2003年运量8400万t年，列车牵引质量21500t（200辆），26t轴重，15坡道。Orex铁矿重载线860km单线，30t轴重，15坡道，列车牵引质量25920t（216辆），3台电力机车1台内燃机车牵引（头部），周转时间61h。
　　2。5巴西重载运输
　　巴西主要重载铁路由CVRD公司经营，包括：卡拉齐斯铁矿重载线892km，宽轨（1600mm）单线，最大列车编组330辆，长3。2km，轴重30t，牵引质量39000t以上，是南美洲甚至全美洲最重的重载列车。2009年前购买13263辆货车，平均速度80kmh，出口铁矿2亿t年，周转时间58h。米纳斯重载铁路905km（单线359km，复线546km），窄轨（1000mm），年运量9800万t年，平均速度70kmh，圣路易斯港吞吐量5000万t年，周转时间47h。ALL洛基斯蒂卡重载铁路：7228km，其中复线231km（窄轨1000mm及准轨），现有18314辆货车。年货运量：2004年粮食9472万t年，其他5307万t年，2009年计划购买5000辆货车。
　　2。6瑞典重载运输
　　LKAB矿山铁路：瑞典挪威线1888年建成，轴重11t。2002年开行8000t重载列车，轴重30t，收入提高30。采用50kg轨，对所有混凝土桥梁进行检测，均可用于30t轴重重载列车运营。LKAB公司每年出口2000万t铁矿石。
　　2。7俄罗斯重载运输
　　铁路货运量年增长率811，周转量达到18530亿tkm，占国内货运市场80份额，48。5电气化率，发展30t轴重（TT30型货车），全国列车平均牵引质量3608t，2006年上半年利润88亿卢布。2。8印度重载运输
　　全国铁路63122km，国家GDP年增长率78，铁路货运年运量6亿t，货运年增长率6。5。2010年前铁路投资55亿美元，正在建筑几条新的重载线路。2008年运煤3。69亿t。德里加尔各答孟买黄金通道上已开行重载列车，最高速度100kmh，年货运周转量将达1249亿tkm。
　　2。9重载列车牵引重量的历史记录
　　1967年10月美国诺福克南方铁路公司6台机车牵引500辆煤车，列车全长6500m，牵引质量达44066t。1989年8月南非铁路锡申萨尔达尼亚线，16台机车牵引660辆货车，列车全长7200m，牵引总质量达71600t。2001年6月21日，澳大利亚纽曼山海德兰线，8台AC6000型机车牵引682辆货车，列车全长7353m，牵引总质量达99734t，净载质量82000t。
　　2。10成立国际重载运输协会（IHHA），促进全球重载技术的发展
　　1978年在澳大利亚佩思召开第一届国际重载大会；1982年在美国普书布洛召开第二届国际重载大会，中国铁路代表团首次出席；1984年美国、加拿大、澳大利亚、中国、南非5国派出全权代表共9人在华盛顿筹建IHHA；1985年在加拿大蒙特利尔召开第三届国际重载大会，正式宣告成立IHHA，美国、加拿大、澳大利亚、中国、南非5国为常任理事国；1988年国际重载运输协会第一次专题研讨会（制动）在北京召开；1989年第四届国际重载大会在澳大利亚布里斯班召开；1993年第五届国际重载运输大会在中国北京召开，极大地推动中国重载运输技术发展；1997年第六届国际重载运输大会在南非开普敦召开，俄罗斯、巴西、瑞典被吸收成为理事国；2001年第七届国际重载大会在澳大利亚布里斯班召开，UIC以团体名义加入IHHA，成为团体理事；2005年第八届国际重载运输大会在巴西里约热内卢召开；2009年第九届国际重载运输大会在中国上海召开。IHHA广泛进行技术交流，促进全球重载发展，如德国2004年已开行6000t重载列车。
　　3最新技术进展
　　3。1重载机车新技术
　　1）交流传动技术
　　交流传动技术自20世纪70年代末开始发展，90年代以后，大功率交流传动机车成为重载牵引动力的发展趋势。美国GM公司和GE公司研制出用于重载牵引的SD70MAC、SD80MAC、SD90MAC、AC4400CW、AC6000CW等新型交流传动内燃机车，并已在美国、加拿大、澳大利亚、巴西等国铁路批量投入运营。德国西门子公司为欧洲制造BR185型重载电力机车：额定牵引力300kN，持续功率5。6MW，最高速度140kmh。美国GE公司制造的AC6000型重载内燃机车：交流主发电机输出功率4412kW（6000马力），牵引力738。4kN（19kmh时），轴重32t。美国GMEMD公司制造的SD90MAC型重载内燃机车：最高速度120kmh，启动牵引力890kN，持续牵引力734kN。澳大利亚SD70Ace：启动力850kN，速度113kmh，轴重30。8t，微机控制制动。澳大利亚Dash944cw：启动力721kN，速度105kmh，轴重32。8t，ECP有线。澳大利亚GE7FDL16：启动力759kN，速度80kmh，轴重30t，ECP有线。我国和谐号HXD1C7200kW大功率交流传动6轴电力机车：启动牵引力570kN，速度120kmh，轴重25t，IGBT牵引变流器，2009年6月12日自主研制成功。交流传动的优越性在于启动牵引力可达890kN，粘着系数利用值可达0。37以上，持续牵引力可达738kN，电阻制动有效速度可至5kmh，节约燃料，维修费用低。
　　2）径向转向架技术
　　20世纪80年代后以美国GMEMD、GE公司为首，在重载机车上采用径向转向架，各国重载机车纷纷竞相采用。径向转向架的优越性在于：减少轮对与轨道间的冲角，比传统的转向架可减少75；降低轮轨间横向作用力，提高稳定性；减少轮对阻力和轮轨磨耗，车轮寿命延长10；减少轴重转移，从35减到10（0。35粘着）。
　　3）微机控制防空转防滑系统
　　20世纪90年代以后，国外重载机车开始采用新型微机控制的防空转系统。微机控制防空转系统的突出优点是：随着轮轨粘着系数的变化调节制动力，可对制动、即将滑行、缓解、再粘着的全过程进行动态检测与控制。
　　4）采用节油技术降低污染排放提高机车效率
　　重载内燃机车柴油机、增压器配置电子喷射装置，大大提高了燃油使用效率，减少了污染排放，是节能减排的主要措施。采用电子喷射装置后机车1加仓燃油平均产出405t英里（651。784tkm），比1980年时235t英里（378。195tkm）提高了72。
　　5）重载机车故障遥测监控系统
　　美国GMEMD对新生产的机车按全寿命周期成本概念设计，实现全寿命服务，提高机车使用率。这种系统称为IntelliTain系统。2年多的应用经验表明：该系统发现了80潜在运行故障；比预期修理期提前721天发现故障；50故障是在乘务人员从未报告情况下发现的；每年机车故障率下降70。应用该技术后、机务部门不再对机车负责维修，均由生产厂负责，大大减少维修开支。
　　6）机车无线遥控操纵系统（Locotrol）
　　1959年美国首次研发Locotrol装备，当时要用一辆平车装载此系统，目前已发展到第四代，采用无线传输，前后列车的控制信息实现闭环控制，无线通信作为主要方式，制动管压力自动检测（备用），可以对无线通信状态进行检测。采用Locotrol可使前、中、后部机车遥控同步牵引与制动；减轻重载列车的牵引车钩力；在弯道上减少列车阻力，减少轮轨磨耗；中、后部机车加快了列车管充排风、提高制动波传播速度。
　　3。2重载车辆新技术
　　1）提高轴重
　　美国、加拿大、澳大利亚已普遍采用35t轴重；巴西、澳大利亚已普遍采用30t轴重；南非、东澳大利亚窄轨铁路已采用28t（26t）轴重；美国环行线正在进行40t轴重的运行试验，年通过质量达125000万t。2）采用新型转向架及悬挂系统美国已采用改进型三大件转向架；南非采用设菲尔德重载自导向径向转向架。瑞典重载车辆采用南非设计的设菲尔德径向转向架。新型转向架的优越性在于：相同的机车牵引质量可增加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113；轮轨横向力降低到13。
　　3）采用铝合金或不锈钢车体
　　可降低空重比和自重，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13。
　　4）采用双层集装箱车辆
　　双层集装箱车辆可提高轻质货物的运输效率，增加收益。
　　5）改进车轮材质、提高车轮耐剥离性
　　重载货车的耐剥离车轮正处于研究试用及推广阶段。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。
　　6）高强度旋转车钩及大容量高性能缓冲器
　　目前，车钩、缓冲器正向高强度、大容量方向发展，典型的例子：美国旋转式E级车钩破坏强度为9342kN。美国Mark50缓冲器，容量53。8kJ，行程83mm，吸收率90。
　　7）自动化的装、卸车设备
　　如高效漏斗装煤设备和翻车机等。
　　4结语
　　近几年来我国重载技术发展迅速，国产化水平不断提高，与世界发达国家的差距越来越小，有些已接近发达国家水平，如重载车辆技术、重载制动技术、安全监测技术等。