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2008年第03期

2008-05-08 来源:《世界轨道交通》 作者:《世界轨道交通》记者 刘继峰 浏览次数:
本文摘要:在中国铁路示意图上,有一条钢铁巨龙,西出煤都大同,横跨桑干河谷,穿越燕山山脉,直抵渤海之滨秦皇岛港,这就是被喻为中国能源战略动脉的大秦铁路。
  目前,中国铁路重载运输技术达到了世界先进水平。在京哈、京沪、京广、陇海、侯月等主要干线普遍开行了5000吨至6500吨货物列车,扩大了运输能力。建立和完善大秦铁路集疏运体系,采用先进的机车同步操纵技术和大吨位货车制造与使用技术,在世界上首次实现机车无线同步操纵技术与GSM-R技术结合,中国铁路重载运输技术水平得到大幅度提升。大秦铁路大量开行1万吨和2万吨重载组合列车,运量由2002年的1亿吨,增长到2007年的3亿吨,创造了世界铁路重载运输的奇迹。不仅如此,大秦铁路的目标还在不断提升,将来会达到3.5亿吨或者4亿吨,这些成就吸引了来自世界的目光。由于中国铁路技术政策的重要内容之一就是发展重载铁路,因此与世界上一些铁路重载技术发达的国家进行交流与探讨变得尤为重要。正因如此,2007年9月份在北京召开的铁路重载运输装备技术专题交流会受到了业界人士的普遍关注。

  煤炭是我国最主要的能源。如果铁路运量增长不上去,就会成为煤电转换过程中的“卡脖子”障碍,就会成为影响经济发展的“瓶颈”。在中国铁路示意图上,有一条钢铁巨龙,西出煤都大同,横跨桑干河谷,穿越燕山山脉,直抵渤海之滨秦皇岛港,这就是被喻为中国能源战略动脉的大秦铁路。
 
  大秦铁路——中国能源战略的大动脉
 
  尽管在具有80多年重载运输历史、拥有120多个成员的世界铁路大家庭中,中国铁路人掌握重载运输技术仅十几年,但依靠科学发展、自主创新、管理高效、顽强拼搏,大秦铁路以1年运煤3亿吨的成果,让外国同行竖起称赞的大拇指。3亿吨煤炭,这绝不是一个简单的数量积累。它体现的是中国铁路人落实科学发展观、建设和谐铁路的成功实践,彰显的是大秦铁路自主创新求发展的丰硕成果,创造的是中国重载铁路列入世界铁路历史的最新纪录。
 
  大秦铁路是中国第一条双线重载电气化运煤专线,西起北同蒲线的韩家岭站,东至秦皇岛地区的柳村南站,全长653公里。1985年开工建设,一期、二期分别于1988年和1992年12月投入运营。2002年大秦铁路达到了年运量1亿吨的设计目标。作为我国重要的煤炭运输通道,大秦铁路承担着全国六大电网、五大发电公司、380多家主要发电厂、十大钢铁公司和6000多家企业生产用煤和民用煤、出口煤的运输任务,承担着全国铁路18%的煤炭运量。为从根本上提高大秦铁路的运输能力,2003年末,铁道部根据国民经济发展的要求,作出了加快大秦铁路重载技术创新和扩能改造工作,以快速提高大秦铁路运输能力的重大决策。
 
  世界单条重载铁路年运量不超过2.5亿吨的“极限理论”再次被中国铁路打破。2007年12月27日,大秦铁路成功实现年运量3亿吨。而在此前,是中国铁路人一条漫长的攻坚之旅——走内涵挖潜、自主创新、可持续发展之路,大秦铁路掌握了具有中国特色重载运输关键技术,连续三年实现煤炭运输增量5000万吨。2006年实现运量2.53亿吨。高速与重载是当今世界铁路发展的制高点。继“和谐号”动车组列车开启中国铁路“追风时代”253天后,大秦铁路以3亿吨无可争议的煤炭运量,把中国的标志插上世界铁路重载领域的巅峰。3亿吨煤炭,可为国家生产1.5亿吨钢铁或1.95亿吨化肥,可满足全国3亿城镇居民1年的生活用电所需。
 
  科学论证表明,提高列车牵引重量,开行2万吨重载组合列车是大幅度提高运输能力的最优选择。2万吨重载组合列车净载重16800吨。如每天开行24.5对列车,即可达到年运量1.5亿吨;每天开行49对列车,可实现年运量3亿吨;每天开行70对列车,可实现年运量4亿吨。不仅全面提高了大秦铁路的运输能力,而且可提供充足的综合施工、维修天窗。
 
  挖潜扩能增效——铁路重载业永恒的话题
 
  通过系统集成与创新,2006年3月28日,中国大秦铁路正式开行了2万吨重载组合列车,标志着中国铁路重载运输技术水平已达到世界先进水平。一条年设计能力仅为1亿吨的铁路,在2002年运量达到设计能力后,2007年运量实现3亿吨。这相当于新建两条同等运力的铁路,创下了铁路重载运输密度、运输效率、干线年运量等多项世界之最。大秦铁路,正是以上诸多奇迹的创造者,书写了世界铁路重载运输新传奇。
 
  康熊(中国铁道科学研究院副院长):根据党中央、国务院的要求,铁道部作出了全面开展大秦线扩能改造和重载技术创新工作,通过开行2万吨重载组合列车,快速扩充大秦铁路运输能力的重大决策。大秦线在既有的技术装备条件下要实现年运量2亿吨及以上,必须全面采用重载新技术,列车牵引重量必须提高到2万吨及以上。大秦铁路开行2万吨重载组合列车,是一项复杂的系统工程,围绕牵引动力、重载车辆、线路基础设施、列车同步操纵等开展了一系列技术创新工作,形成了大秦线2万吨重载组合列车技术体系。
 
  在铁道部的直接领导下,分别成立了试验领导小组、试验行车指挥小组、设备保障小组、试验测试小组、后勤保障小组,铁道部相关司局、太原铁路局、北京铁路局、大秦公司、铁道科学研究院、北京交通大学,南、北车集团等单位和企业数百人参加了26次综合试验,上百次专项试验。采用无线同步操纵技术的2万吨重载组合列车,长度约2800米,全列车12个断面布置测点,测试数据传输长度远大于一般列车的传输长度。建立了基于无线网络的分布式测试系统,并开发了专门测试应用软件,可有效地解决各测试单元之间的联络问题,能实时显示、监控、存储各断面所有通道的测试数据。首次将数据采集系统和无线网络应用于长大货物列车的性能测试中。
 
  王启铭(太原铁路局总工程师):我们根据大秦线持续增量和开行2万吨列车运输需求,从实现点线能力协调出发,充分发挥大秦公司股改上市后的资金优势,集中力量开展了能力配套改造。先后投入50多亿元实施了2亿吨和相关北同蒲、宁苛线扩能改造工程,有11个车站到发线有效长延长到了2800米,达到2万吨列车办理条件;大秦线全线运用、铺设了75公斤/米跨区间无缝线路,正线铺设了75公斤/米18#可动心道岔,全线全栅栏封闭,所有平交道口立交化;正线接触网线采用新型CTHA150型(银铜合金线),承力索采用THJ150型(镁铜合金线);区间闭塞设备采用ZPW2000A型移频轨道电路四显示自动闭塞代替原三显示自动闭塞设备;进行了电力增容,新建了GSM-R无线通信网络,车站联锁设备全部改为计算机联锁。特别是在湖东站一场(空车场)、二场(重车场)各增加3个有效长达2800米的线束,为编组、解体2万吨列车及换挂机车提供了作业条件。同时针对日常运输组织过程中出现的瓶颈区段和限制点,撤消了9个中间站,提高了列车通过能力,及时实施电化改造、增设进路信号机等小型技术改造,以较短时间、远远低于数百亿元新线建设资金的较少投入,实现了运输能力和技术装备水平的快速提升。
 
  康熊:大秦线重载组合列车综合试验从2004年11月开始,到2007年7月,已先后完成了上百次试验,其中综合试验26次,包括线、桥、路基试验,通信试验,机车车辆试验。试验时间之长,取得的数据之多,覆盖面之广是中国货车试验从未有过的。在4×5000吨重载组合列车综合试验上,我们通过800MHz无线数据传输设备与LOCOTROL的系统集成技术,实现了4×5000吨重载组合列车的主控机车和从控机车之间控制命令实时、可靠地无线数据传输;在2×10000吨重载组合列车综合试验上,在世界上首次实现了GSM-R车载通信设备及地面应用节点与LOCOTROL的系统集成技术,采用1+2+1编组方式,进行了2×10000吨综合试验,取得了圆满的成功;和谐型2×10000吨重载组合列车综合试验,2007年5月—7月,成功进行了用2台和谐型大功率交流传动电力机车和可控列尾装置牵引2万吨重载组合列车的综合试验。
 
  铁道部部署对C80进行的三项技术改造有利于采用机车无线同步控制技术开行2万吨重载组合列车,它们配套使用将能更有效地减小列车运用中的车钩力。采用机车LOCOTROL技术可以有效缩短列车再充气时间,能够满足大秦线长大下坡道区段列车速度35公里/小时左右开始缓解,65公里/小时左右开始制动的循环制动需要。综合试验证明,大秦线所采用的技术体系可以较好地解决大秦线山区铁路通信可靠性、长大下坡道循环制动、长大列车纵向冲动三大技术难题;综合试验为大秦线顺利开行2万吨重载组合列车提供了技术支撑。
 
  王启铭:在铁道部有关部门的直接组织下,经过大量艰苦精细的科学试验,大秦线于2006年3月28日正式开行了SS4型机车牵引1+2+1编组形式的2万吨重载组合列车,自2007年8月5日起开行了HXD型机车牵引1+1编组形式的2万吨重载组合列车,在世界重载运输领域首开先河。同时首次引进美国GE公司生产的LOCOTROL分布式机车无线同步操纵系统,为开行2万吨重载组合提供了核心技术,使得编组210辆、2600多米长的货车前后同步操纵误差仅为0.6秒;首次采用新型轴重25吨的铝合金、全钢C80型车辆,并大量配备C70型通用敞车,有效增加了大秦线运煤敞车单车载重量,提高了列车运行安全可靠性;在引进使用德国西门子公司开发的大功率交流传动电力机车DJ1型机车的基础上,将我国国内厂家与外国公司合作生产的HXD1型电力机车首先配属到大秦线;建立健全大秦线车辆动态监控网络,充分利用“THDS”、“TADS”和“TPDS”等综合防范预警功能,使轮对、轴承故障预报的准确率明显提高。同时,我们结合实际,对2万吨列车机车进行了技术改造,减少了因操纵不当对列车的冲击,提高了机车的抗冲击性能,保证了机车乘务员间通信畅通,并实现了LOCOTROL系统800M电台与GSM-R网络的自动切换;通过对GSM-R网络进行补强,提高了通信信号的稳定性。
 
  充分利用大秦重载运输得天独厚的条件,通过提高列车牵引定数、增加重载列车开行对数实现增运目标。大秦线列车牵引定数由原来的5000吨逐步提高到1万吨、2万吨,牵引模式由原来的单SS4逐步变成双SS4、双DJ1、SS41+1、SS41+2+1等多种模式。万吨列车牵引辆数由原来的每列99辆增加到102辆、105辆;组合列车由每列110辆增加到120辆,2万吨列车由204辆增加到210辆;特别是今年以来,我们通过优化空车组合方案和湖东开车方案,将全部车辆都组成单元万吨、组合万吨列车,从而消灭了5000吨小列;2万吨列车开行数量与时俱进,对数由每日1对逐步增加到了5对、8对、12对、15对、25对,目前大秦线湖东站二场开出的列车实现了全部开行万吨和2万吨列车,万吨(组合)列车日均60.6对,2万吨列车日均20.8对,列车间隔时间仅为17.5分钟,单日最高运量已达到了88.02万吨。
 
  加强技术交流共同促进世界铁路重载业发展
 
  2009年,铁道部将与国际重载运输协会共同主办世界重载运输大会,向世界展示中国铁路的重载理念和技术。与世界铁路重载运输发达国家沟通与交流,目前已成为各国铁路部门共谋发展的新途径。
 
  吴克俭(铁道部科技司副司长):2003年12月,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了考察,对LOCOTROL和ECP技术进行了对比分析。机车无线同步操纵技术(LOCOTROL)主要特点是,由主控机车遥控分布在列车中的其他机车,使它们置于同步工况(同步牵引或制动);有线电控空气制动技术(ECP)主要特点是,由机车和每辆车辆上的控制单元及列车网络组成,通过列车有线网络传递控制信息,使每节车辆置于同步工况(同步牵引或制动)。
 
  通过LOCOTROL技术与ECP技术对比分析发现,LOCOTROL系统可以实现机车在列车的分散布置,使各机车做到同步牵引和制动,有效减少纵向冲动和车钩力,缩短制动距离和制动时间。ECP技术采用电控制动系统,可以做到每辆车同步制动和缓解。两种技术都能满足开行2万吨需要。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;采用LOCOTROL技术,必须保证无线通信的可靠。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,铁道部决定采用LOCOTROL技术进行2万吨重载组合列车综合试验。
 
  如今,铁路重载运输推广日益扩大,欧洲已在客货混运干线上开行重载列车。重载运输技术在越来越多的国家推广应用。
 
  钱立新(铁道科学研究院首席研究员):世界铁路重载运输发展新水平的主要指标包括:
 
  (1)重载列车最高牵引重量的世界记录已达10万吨,最高平均牵引重量达3.9万吨。世界各国重载铁路借助于采用高新技术,促使重载列车牵引重量不断增加。2005年国际重载运输协会(IHHA)的巴西年会上已对重载运输的定义作了新的修订:重载列车牵引重量至少达到8000吨(原为5000吨);轴重(或计划轴重)为27吨及以上(原为25吨);在至少150公里线路区段上年运量超过4000万吨(原为2000万吨)。
 
  (2)重载运输推广日益扩大,欧洲已在客货混运干线上开行重载列车。重载运输技术在越来越多的国家推广应用。不仅在幅员辽阔的大陆性国家(如美国、加拿大、澳大利亚、南非等国)重载铁路上大量开行重载列车,而目前在欧洲传统以客运为主的客货混运干线上也开始开行重载列车。欧盟经过研究认为,欧洲铁路客运非常发达,每年运送90亿人次、6000亿人公里。但欧洲铁路货运同样也很繁忙,货运量占全世界铁路货运总量的30%,而且每年还以4.4%~7.5%的速度增加。欧洲铁路货运量中有30%重载运输潜力。
 
  (3)重载列车已在高速既有铁路开行。美国30吨轴重重载列车开始在东北走廊高速铁路上运行。2003年美国在东北走廊高速铁路的巴尔的摩和Rerryville间不仅开行240公里/小时的Acela高速列车,还同时开行轴重为30吨、平均速度为80公里/小时的重载列车。Acela高速列车的动力车轴重为25.5吨,高速客车轴重为15.9吨。这是世界既有线高速铁路同时开行重载货物列车轴重最大的一条铁路。
 
  (4)重载运输取得日益显著的经济效益。美国铁路自1980年全面发展重载运输以来,铁路货运占领美国货运市场的份额直线上升。美国最大的铁路公司之一联合太平洋铁路(UP)2002年重载收入已达107亿美元,其中煤炭运输收入占22%。西澳大利亚的BHP重载铁路公司从1980年到2000年由于开行重载列车,动力用油耗下降43%,机车利用率提高36%,车轮、钢轨寿命提高3~5倍。劳动生产率提高5倍,达到6000万吨公里/人·年,居世界铁路首位。
 
  GSM-R是国际铁路联盟(UIC)和欧洲电信标准协会(ETSI)专为欧洲铁路无线移动通信开发的一套数字制的铁路指挥调度通信系统,该系统在提供话音、数据业务的同时,针对铁路运用提供了功能寻址、基于位置的寻址、广播呼叫、紧急呼叫、直通模式等特殊功能。
 
  蒋文怡(北京交通大学博士):GSM-R是国际铁路联盟(UIC)和欧洲电信标准协会(ETSI)专为欧洲铁路无线移动通信开发的一套数字制的铁路指挥调度通信系统,是在公网GSM的基础上,增加了相应的铁路专用调度通信功能和在高速环境下使用的要素。我国铁路也以此为标准,并制定了相应的铁路GSM-R数字移动通信系统发展建设规划、规范和标准,目前已在青藏线、大秦线和胶济线得到了应用。
 
  GSM-R系统在提供话音、数据业务的同时,针对铁路运用提供了功能寻址、基于位置的寻址、广播呼叫、紧急呼叫、直通模式等特殊功能。提供的铁路应用功能为调度通信,具体包括列车调度、货运调度、牵引供电调度、编组站调车作业通信等。
 
  随着我国国民经济发展能源需求增大,煤的输送已经成为制约经济社会发展的瓶颈。大秦线是大同煤炭基地主要运输通道之一,为提高运量和效率,在大秦线开行了重载列车,使用了机车同步操作控制系统。基于GSM-R的机车同步操控系统的优势,如采用GSM-R并用数据会议方式进行同步操控数据的传输,能够满足机车同步控制系统的要求。采用GSM-R方式,不受列车长度、地形条件的限制,可以满足4×5000、2×10000等各种运输编组方式的要求。GSM-R网络采用冗余技术,具备网络管理和远程监控功能,系统可靠性、可用性高。
 
  采用LOCOTROL技术开行2万吨重载组合列车存在着三大技术难点,为了克服这些难点,铁道部先后安排了60多项科研项目,以攻克三大技术难题为主要目标,最后终于获得成功。
 
  吴克俭:采用LOCOTROL技术开行2万吨重载组合列车存在着一些技术难点,由于大秦铁路多山区、多隧道、多曲线,共有隧道48个,隧道累计总长65.8公里,最长的军都山隧道长约8.4公里。重车方向有两段长大下坡道:一段线路长度为47公里,平均坡度达-8.2‰;另一段线路长度为50公里,平均坡度-9.1‰,最大坡度达-12‰,是大秦铁路重载运输的最困难区段。
 
  2万吨重载组合列车长达2672米,大秦铁路采用LOCOTROL技术,开行2万吨重载组合列车,必须解决三大技术难题。一是山区铁路通信可靠性。大秦铁路多山区,多隧道,不利于无线信号的传播,对采用无线通信方式传送列车控制指令的通信可靠性要求很高。二是长大下坡道的周期制动。大秦铁路重车方向(下行)有两段连续长大下坡道,重载列车经过时要连续制动,如果再充气不足,极易引起列车失控,甚至放飏事故,严重威胁行车安全。三是长大列车的纵向冲动。2万吨重载组合列车制动管长约3000米,大于列车长度,受空气制动系统波速限制,在常用制动或紧急制动时,如列车前后制动力不一致,将产生巨大的车钩纵向力,极易发生严重的断钩、脱轨事故。
 
  铁道部先后安排了60多项科研项目,以攻克三大技术难题为主要目标,在列车同步操纵、无线数据传输、牵引、制动技术、车辆重载技术、基础设施强化技术、牵引供电强化技术、重载运输组织技术、重载组合列车优化操纵、综合维修技术等方面开展了一系列技术创新工作,形成了大秦铁路2万吨重载组合列车重载运输技术体系。
 
  大秦铁路目前已成为煤运通道重载运输的示范性工程、既有线扩能改造的样板性工程和铁路发展的标志性工程。一条铁路,以不断刷新世界重载运输记录的壮举,吸引着世人目光。“正是由于我们相信科学、依靠科学,勇于探索,善于创新,才实现了大秦铁路的超常发展,持续创造了单条铁路重载列车密度最高、运输能力最大、运输效率最高的世界纪录。”太原铁路局局长、大秦铁路股份有限公司董事长武汛对于大秦的成功给予了这样的总结。
 
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2021-02
出刊日期:2021-02
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总481期
出刊日期:(2014 07 08)
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