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2009年第06期

2009-12-02 来源:本站原创 作者:zhutao 浏览次数:
本文摘要:为了加强货车技术的交流,以此来促进中国重载货车技术的发展,2008年11月26—28日,中国铁道学会车辆委员会在湖北赤壁举办了“货车技术发展研讨会”和“快速重载车辆转向架与轮轴研讨会”。
  当前和今后一个时期,既是中国铁路建设与发展的黄金机遇期,也是实现和谐铁路建设,“加快发展、创新发展、集约发展、安全发展、全面发展”的关键时期。发展高速客运、重载货运,建设客运专线,实现繁忙干线的客货分线,需要不断推进车辆装备技术创新,也为广大车辆科技工作者提供了前所未有的历史机遇。经过多年发展,中国货车装备水平同国外相比差距正逐步缩小,技术含量日益增多,品种型号日趋系列化、多样化,监控手段更加现代化,技术、管理平台呈现出网络化、信息化发展的新特点。为了加强本领域内技术的交流,以此来促进中国重载货车技术的发展,2008年11月26—28日,中国铁道学会车辆委员会在湖北赤壁举办了“货车技术发展研讨会”和“快速重载车辆转向架与轮轴研讨会”。参加研讨会的有铁道部运输局装备部、中国铁道学会、南车、北车、部分厂所院校共32个单位,91位领导、专家学者与工程技术人员。研讨会围绕中外国家铁路重载货车技术的发展以及未来货运技术的发展趋势展开了探讨。研讨会在主题发言后,与会专家、学者还就彼此关心的话题进行了深入交流与研讨。
 
  中国铁路重载货车技术发展与展望
 
  近年来,中国铁路重载货运技术得到了快速发展,提速货车技术得到了全面推广应用。目前,中国80%以上货车具备了时速120公里技术基础;新造货车实现了载重由60吨级向70吨级全面升级换代,大秦线80吨级运煤专用货车2万吨重载列车的顺利开行,实现了重载运输新跨越;制动系统模块化组装、摇枕侧架B+级钢整体芯铸造、不锈钢焊接三项制造工艺新技术取得突破;既有货车惯性质量问题得到有效遏制;载荷谱测试、环形线可靠性试验等基础研究取得初步成果。中国铁路货车技术的发展满足了中国当前条件下的铁路运输发展需要。
 
  中国重载货车技术发展情况
 
  2000年以来,中国铁路货车技术快速发展,逐步与国际接轨。通过引进先进技术、消化吸收再创新、集成创新和自主创新,货车速度、载重、可靠性得到全面提升,逐步形成了“产、学、研、用”相结合,合作与竞争并存的货车技术研发平台,开创了中国特色的货车提速重载之路。
 
  王春山(铁道部运输局装备部货车处):按照《中长期铁路网规划》和铁路技术政策,到2012年全国将建成1.3万公里客运专线及城际铁路,“四纵四横”客运专线将基本建成,铁路主要通道将实现客货分线,主要技术装备达到国际先进水平。客货分线后中国既有铁路干线将以货物运输为主,大能力煤运通道将施行煤炭重载运输,新建线路将对既有通用线路和专用线路的运输能力进行补充,铁路瓶颈问题将得到根本解决。中国铁路货车将迎来难得的历史发展机遇。铁路货车应适应发展需求,深入研究,扎实工作,创新理念,统筹规划,加快新一代重载、快捷货车产品开发。
 
  瞄准世界先进水平,立足自主创新、原始创新,满足客货分线及大能力运煤通道建设对铁路货车的需求,推进中国铁路货车迈上30吨轴重和时速160公里新台阶。集中优势力量攻克制约重载、快捷货车发展的关键技术,使中国铁路重载、快捷货车技术全面达到世界先进水平。研制30吨轴重专用货车、载重80吨级通用货车、时速160公里快捷货车三大系列产品,系统研究线路、桥梁等与货车重载的匹配关系,建立建全中国重载快捷货车标准体系。
 
  近年来中国铁路路网建设取得重大进展,技术装备水平提升实现历史性跨越,运输能力扩充取得骄人的成就。在实现和谐铁路建设“加快发展、创新发展、集约发展、安全发展和全面发展”的关键时期,中国铁路车辆行业的科技人员得到施展才能的难得机遇,也肩负推进技术进步的历史重任。
 
  金城(中国铁道学会车辆委员会):发展重载运输,必须不断推进车辆装备技术创新。中国重载运输发展近年来发展型式喜人,既有货车时速120公里改造完成,23吨轴重新一代货车的投产与运用,21吨货车停产,中国货车的技术状态提高到历史新高,已跨入世界先进行列。
 
  中国铁路对社会经济建设起着至关重要的作用,曾以落后的设备,完成繁重的运量。建国初期,不到2.2万公里营业里程,近4.93万辆载重40吨及以下的货车,还有千余辆载重50吨和60吨货车。以C1型敞车、P1型棚车和G1型罐车为主型,这就是中国铁路的基础。载重30吨的货车一直沿用到上世纪80年代。1953年起,以前苏联货车为蓝本,开始设计生产以C50型敞车、P50型棚车和G50型罐车为代表的载重50吨货车,长期以来是中国铁路的主型货车。1957年—1966年间陆续开始设计生产载重60吨货车,但未停止生产50吨货车,直到1982年开始研究交通运输发展技术政策时,载重60吨及其以上的货车仅占货车保有量的40.9%。1982年,主要干线的轨重为每米50公斤,少量铺设每米60公斤(仅有300余公里),两者占线路总量的54%,不少线路还是每米43~49公斤轨。
 
  这些数据,反映了80上世纪年代初期研究技术政策时,中国货车技术状态的背景。在“增加行车密度、增加列车重量和提高运行速度”,三种提高运能的措施中,强调增加行车密度,而增加列车重量的措施主要是发展“大轴重货车”,指的是增加载重60吨货车的比重。
 
  1998年,C76A、C76B与C76C型运煤专车敞车共200辆将投入大秦线运煤专用。2003年引进了美国铝合金技术和F型车钩技术,相继研制了轴重25吨,载重80吨运煤专用敞车投入大秦线运用。截至2008年上半年,国铁货车保有量约60.1万辆,此外企业自备车约有10余万辆。货车保有量列世界首位。国铁货车总载重提高到3600多万吨。铁路货车车种车型由“九五”末的148个,增加到236个,增长了约60%,除敞、棚、平、罐车四大通用车种外,专用货车达到5.8万辆,占货车总保有量的9%,铁路货车向品种多样化方向发展。建国近60年,当今,中国货车技术已经迈入世界先进行列。
 
  在中国铁路大发展的进程中,随着新建客运专线投入运用和实现客货分流,以及煤炭运输通道网进一步扩充和强化后,中国铁路货车必将朝着大轴重、大每延米重方向迈上新台阶,铁道部正组织进行重点研究。与此同时,在达到远期目标前的一段时间内,对当前条件下铁路货车发展的研究仍有重要意义。
 
  孙明道(南车长江车辆有限公司):铁路货车的发展不论近期或远期,都是以能提高运输效率与效益为最终目的。作为近期发展车,提高运输效率与效益的幅度可小于远期货车。为使货车的运输效率与效益提高,除提高车辆的可靠性和可维护性,降低检修维护成本外,车辆的技术经济指标中,对运输效率与效益起主要作用的是车辆的每延米重和自重。减轻车辆自重使车辆在轴重限定的条件下,既可增加载重,又减少了空车运行的牵引能耗,既增加了运输收入,又减少了运输成本。故美国运输技术中心认为,载重系数(载重与自重之比,即1/自重系数)决定了车辆运用的经济效益。提高车辆的每延米重和降低车辆自重使车辆的每延米载重增加,每延米载重越大,表明在线路运输密度和站线长度一定的条件下,由该车组成的单位列车的运能越大,运输效率越高,运输成本越低,盈利越多。
 
  中国为幅员辽阔、人口众多的内陆国家。现有铁路营业里程7.66万公里,铁路网人均密度世界排名仅为116位。铁路里程虽少,线路负荷率大,运输密度高,车辆周转快。铁路平均换算运输密度2004年已达到3360万吨公里/公里。该指标为世界平均水平的4倍,居世界之首。中国铁路长期来一直处于超负荷运行,中国货车的运行条件甚为恶劣。中国铁路的钢轨基本已达到每米60公斤,货运专线(大秦、神华铁路)及繁忙主要干线的钢轨已是每米75公斤的重轨。中国通用货车的轴重已由21吨提升至23吨。考虑中国繁忙线路钢轨已是每米60~75公斤重轨,轨重低于每米60公斤、条件较差的线路是运量低的局部路段。借鉴国外轨重每米60公斤线路可开行轴重30吨重载货车的经验,中国通用货车的轴重(23吨)尚存有提升的余量。
 
  随着中国重载运输专线的建设和客运专线的建成,部分区段的轴重将有很大的发展空间。研制开发与中国线路的运行条件相匹配,适合中国的重载货车转向架新产品,带动重载货车整机新产品的开发已是急需研究的技术课题。
 
  刘寅华(济南轨道交通装备有限责任公司):采用大轴重转向架技术,是提高铁路重载运输能力最有效的途径,长期以来,国外一些铁路发达国家致力于提高车辆轴重。美国所有一级铁路的标准轴重1990年后已确定为33吨,目前最大轴重已达到43吨。加拿大一级铁路标准轴重已于1995年改为33吨。澳大利亚BHP重载线路的货车轴重已经提高到35吨,巴西卡拉齐斯重载铁路的轴重已经达到30吨,南非重载铁路的轴重已经达到26吨(窄轨),瑞典重载铁路已将轴重由25吨提高到30吨,俄罗斯铁路正在将货车轴重提高到27吨,并且在加紧研究适用于35吨轴重的轨道零部件。印度铁路在2001年开始计划将重载铁路轴重提高到25吨。
 
  中国在重载运输方面近年来也取得了很大的成就,通用货车轴重由21吨提高到23吨,专用货车轴重已达到了25吨,但是,在大轴重转向架技术上中国与国外先进水平相比还有一定差距。随着中国重载运输专线的建设和客运专线的建成,部分区段的轴重将有很大的发展空间,开发研制大轴重货车转向架已势在必行。
 
  中国早在上世纪70年代就开始对大轴重车辆转向架进行研究,先后研制出25吨轴重焊接构架式低动力作用转向架、25吨轴重三大件式转向架等。出于多方面原因,这些转向架的试验性能均存在一些问题,没有被推广使用。通过引进国外技术,目前中国定型的大轴重转向架有转K6型、转K5型和转K7型转向架,其轴重都是25吨,运用23吨轴重时,最高运行时速为120公里。转K6型转向架属于交叉支撑转向架,转K5型转向架属于摆动式转向架(SwingMotion),转K7型转向架属于副架构自导向径向转向架。这三种转向架已在重载货车推广使用,为中国铁路重载运输做出了重要贡献。
 
  关注行业发展态势提升中国货运重载技术水平
 
  尽管中国铁路货车转向架轴重从原来的21吨轴重提高到23吨和25吨,重载车辆每延米载重也达到了8.33吨每米,重载技术已有了较大发展和提高。但是,中国铁路货车实际运能还远远不能满足经济社会发展对运量的需求。
 
  王璞(南车眉山车辆有限公司):上世纪90年代初,中国修建了第一条电气化重载铁路——大秦线。依托大秦铁路,中国大力开展重载技术创新,系统掌握了1万吨、2万吨级重载运输成套技术,铁路重载列车技术达到世界先进水平。大秦铁路运量由2002年的1亿吨增长到2007年的3亿吨,成为世界上年运量最高的重载铁路,为加快发展中国及世界铁路重载运输技术提供了成功范例。
 
  然而,与重载运输发达的国家比较,中国铁路货车无论从轴重、运量还是运输效益都有较大的差距,存在很大的效益空间可以发展利用。因此,进一步发展大轴重专用货车势在必行。大秦铁路开行单元重载列车的成功,标志着中国铁路重载运输水平跃上新的台阶,也为进一步发展符合中国国情的单元式重载列车运输技术积累了经验。因此,从开发到运用的角度而言,中国开发大轴重货车转向架已是水到渠成,不仅可行而且已经成为必然。
 
  研制大轴重货车转向架可依循如下基本思路:首先,新研制的大轴重货车转向架必须满足中国车辆限界GB146.1-83《铁路机车车辆限界》下部限界的要求,保证转向架可以在既有的重载线路上正常运用;其次,新研制的大轴重转向架必须具有良好的低轮轨作用力,避免因轴重的增加而加剧轨道部件的损伤、轨道结构的失效和线路状况的恶化;第三,新研制的转向架既能在直线上以较高速度运行,又要具有良好的曲线通过性能,解决大秦线车辆长期以来运用中存在的因单侧轮缘偏磨镟修工作量过大,车轮寿命过短的问题。
 
  近年来,随着铁路重载和列车速度不断提高,货车制动技术有了较快发展,货车制动系统采用了许多新的技术设备,这些新技术对提高和改善货车技术水平,适应货车重载与提速起到重要作用。
 
  李宝树(铁道科学研究院机车车辆研究所):目前,世界各国货车基础制动装置有两种型式,即:一辆货车布置一套或两套制动缸,依靠杠杆放大,传递制动力,另一种是制动缸装在转向架上,每个转向架为一制动单元的转向架单元制动装置。中国货车基础制动装置,无论是轴重21吨或者轴重25吨货车,目前,仍沿用传统的结构型式,它包括制动缸、力的放大杆系、闸瓦间隙调整器、制动梁及闸瓦。因车辆结构差异,一辆货车可布置一套或两套制动缸、ST1-600型或ST2-250型闸瓦间隙调整器等,两种结构制动缸直径和放大倍率不同,但制动力传递方式基本相同。为了适应大吨位载重(如:轴重25吨、30吨)货车对制动力的要求,不能一味增加制动倍率,而应改进基础制动装置结构形式,使之适应货车提高载重的需要。
 
  为了改善货车基础制动装置存在的缺陷,满足其对于大吨位载重货车制动力及提高货车速度的要求,近十多年来,美国铁路采用了新型货车基础制动装置,即制动缸装在制动梁上,它改变了传统的基础制动型式。新型转向架安装式基础制动装置其特点是,闸瓦压力均匀一致、闸瓦磨耗均匀、制动传动效率高及制动梁弯曲应力小等,较之传统式基础制动装置具有明显的优点。
 
  提速和重载是提高铁路运输能力的有效措施。重载运输的快速发展对列车的安全性提出了更高的要求,也对制动系统提出了更高的要求。制动系统的作用性能直接影响列车的运行速度、牵引吨位、制动距离,这些指标也直接影响铁路运输效率。
 
  陈建德(南车眉山车辆有限公司制动技术开发部):随着铁路运输能力的不断提高,货车车辆的载重(总重)、列车编组长度不断增加,其所需的制动力也相应增加,使目前困扰车辆运用与制动系统配置速度、吨位、制动距离与轮瓦制动功率、纵向冲动等相互制约、相互矛盾的问题越来越突出。从保证车辆正常运用的角度考虑,应首先明确将铁路货车轮瓦制动功率的上限值作为制动系统分析与计算的依据。
 
  由于中国目前没有关于轮瓦制动功率的明确规定,因此采用根据既有车辆中实际运用状态取值进行初步确定的办法。根据现场调研的情况,部分车型在运用中发现其轮瓦负荷基本达到极限(部分车辆的车轮有略微发蓝的现象)。根据车辆制动系统配置进行计算,其制动率为85千瓦左右,借鉴和参照国外标准,初步确定货车制动功率上限值应做进一步的试验验证。
 
  既有车辆都是按照紧急制动距离1400米设计的(干线车辆时速为120公里、专线车辆时速为100公里)。对于载重80吨通用货车和轴重30吨专用货车,制动功率的限制势必限制列车制动力的大小。车辆如要满足制动功率的要求,途径有二:一是降低运行速度;二是延长制动距离。考虑到运行速度的降低对运输效率的影响更加直接,应采用适当延长制动距离的途径。关于制动距离的规定限于紧急制动,因此适当降低常用制动力、降低列车操纵中绝大多数使用的常用制动的制动功率、延长列车常用制动距离(在保证紧急制动距离前提下)是可行的。同时,制动力的降低还有利于列车传动的改善。
 
  研究重载列车连接的关键之一是控制列车纵向冲动,缓冲器是其核心部件之一。缓冲器的功能是吸收列车在运行或调车作业时机车车辆间的冲击能量,缓和纵向冲动,避免或减轻对车辆及货物的损坏,提高列车运行的稳定性,确保运输安全。
 
  林结良(南车眉山车辆有限公司):中国铁路运输依托大秦铁路,大力开展重载技术创新,目前已系统掌握了2万吨级重载运输成套技术,标志着中国已经跻身重载运输国家行列。但从重载运输的定义来看,中国还处于一个技术发展的初级阶段。按照国际重载运输协会2005年在巴西年会上对重载运输新的定义:牵引重量至少达到8000吨,轴重(或计划轴重)为27吨及以上,在至少150公里线路区段上年运量超过4000万吨(以上定义条件均为三者取二)。中国重载运输与国外先进水平存在差距。随着中国客运专线的即将建成,主要干线实现客货分流,货车的轴重可以提高到25吨,使部分线路运行区段实现重载运输的指标。而煤运专线的货车轴重仍有很大的发展空间,30吨轴重是重载车辆的黄金值,也是各国重载车辆保有量最大的轴重值。中国应加紧研发30吨及以上轴重铁路货车,其列车连接的研究是解决重载列车运输可靠安全运行的重要课题。
 
  美国是世界铁路重载运输最为发达国家之一,也是重载单元列车的发源地,美国重载运输技术的发展对世界的铁路重载运输技术有着借鉴作用,其铁路货车缓冲器技术在国际上一直处于领先地位。符合AAR标准的缓冲器在美国、加拿大、澳大利亚、南非、巴西等重载运输发达国家被广泛采用,中国、印度、俄罗斯等国家也开发应用了类似的缓冲器。应用新结构及新材料研制组合式摩擦缓冲器以提高缓冲器的性能,是美国近20年来货车缓冲器的主要特点。
 
  耐磨是铁路车轮应具有的基本功能,所以对车轮新材料的开发工作非常重要。通过对国外新材料的介绍,为中国铁路车轮新材料的未来开发指明了方向。
 
  安涛(马鞍山钢铁股份有限公司):为解决铁路货运能力与国民经济快速发展不相适应的矛盾。铁道部规划,在”十一五“末将货车轴重由21吨提高到25吨,时速由80公里提高到120公里。届时,中国铁路将跨入货运重载的门槛,预计货运效率可提高一半以上。但从大秦线25吨轴重货车运用情况看,执行现行铁标TB2817-1997的CL60车轮服役表现不佳,磨耗量急剧增大了1倍以上,热裂纹发生量也明显增加,直接影响了正常运营。因此,要适应铁路货运重载的需要,必须开发新型车轮材料。
 
  国外重载运输实践证明,由于机械载荷、制动热负荷大幅度增大,机械损伤(磨损、接触疲劳、辗宽)和热损伤(热裂、制动剥离)会同时成为车轮使用过程中的突出问题。
 
  抗机械损伤性能主要由材料强度决定,而抗热损伤性能则主要由材料韧性和相变特性决定,针对这两者间的矛盾关系,国外的基本研究思路是,在确保高强度的基础上尽可能提高韧性并改进加热、冷却过程中相别特性。JosephV.Kristan等研究了一种采用Si、Cr合金化的铁素体——珠光体材料,强度水平与AARC级车辆相当,Ac3点提高了50℃以上,在防止制动剥离上取得了较好效果;Luchini提出了“C-Si-Mn系改良钢种”新概念,其“专家6”新材料能够获得与AAR-B级钢相当的塑性和高于AAR-C级钢的屈服强度,并能够抑制和延迟制动过程中的奥氏体转变和快速冷却过程中的马氏体转变,在保证较高的耐磨性的前提下,提高车轮钢抗热损伤的能力。
 
  综上所述,通过国内外大轴重货车及相关问题研究表明:发展大轴重货车是世界铁路货运发展的共同趋势。由此得出,中国铁路重载运输发展理应借鉴世界先进的重载铁路货车技术,其技术水平乃至发展经验都将会提升中国铁路货车产业的健康发展,这也是大幅度提高中国铁路货运能力的根本措施。
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出刊日期:(2014 07 09)
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