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1、世界铁路重载运输技术的最新进展1.世界铁路重载运输发展的新水平1.1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。2001年6月21日澳大利亚西部的BHP铁矿集团公司在纽曼山海德兰重载铁路上创造了重载列车牵引总重99734t的世界纪录。2004年巴西CVRD铁矿集团经营的卡拉齐重载铁路上，开行重载列车的平均牵引重量已达39000t。南非Orex铁矿重载线是窄轨铁路(1067mm轨距)，开行重载列车的平均牵引重量为25920t。美国最大的一级铁路公司联合太平洋铁路(UP)经营的铁路里程为54000km，其
2、所有列车的平均牵引重量已达14900t，一般重载列车的牵引重量普遍达到23万t，其复线年货运量在2亿t以上。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8000t(以前为5000t)；轴重(或计划轴重)为27t及以上(以前为25t)；在至少150km线路区段上年运量超过4000万t(以前为2000万t)。1.2重载运输推广范围日益扩大，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
3、干线铁路上也开始开行重载列车。德国铁路从2003年开始在客货混运的既有线路(如汉堡萨尔兹特)上开行轴重25t、牵引重量6000t的重载列车，最高运行速度80km/h(重车)，同时开行200250km/h速度的旅客列车。2005年9月开始，法国南部铁路正式开行25t轴重的运送石材的重载列车。芬兰铁路正在研究开行30t轴重的重载列车。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4.47.5%的速度增加。欧洲铁路的货运量中有30%重载运输潜力。2001年以欧洲铁路为主体的国际铁路联盟(UIC
4、)以团体名义加入国际重载运输协会(IHHA)、成为团体理事成员。由此可见欧洲铁路发展重载运输的战略已定局。1.3美国已在高速既有铁路东北走廊上开行30t轴重重载列车另一个重要标志是美国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240km/h的Acela高速列车，还同时开行轴重为30t、平均速度为80km/h的重载列车。Acela高速列车的动力车轴重为25.5t，高速客车轴重为15.9t。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，其年货运量达3700万t，年客运量2650万人，每天开行122列客货列车。1.
5、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，从1980年的35%增加到2000年的41%，车辆的平均载重增加了15.1%，虽然运价已降至1.6美分/1吨公里，运行成本却还下降了60%，线路维修成本下降了42%，劳动生产率提高了2.71倍，创造的年利润已达美国铁路历史上的最高水平(81亿美元)。美国最大的铁路公司之一联合太平洋铁路(UP)2002年重载运输收入已达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
6、寿命提高35倍。劳动生产率提高5倍，达到6000万tkm/人年，居世界铁路之首位。创造的年利润达500亿澳元。昆士兰铁路营业里程1万km(基本是窄轨1067mm)，20042005年度货物发送量1.76亿t，其中重载煤运达1.425亿t，每周开行1万t重载列车460列，年营业总收入23亿澳元。税前利润1.91亿澳元。2.世界铁路重载运输技术的最新进展2.1重载机车新技术2.1.1采用IGBT、IPM大功率变流器的交流传动技术20世纪70年代末欧洲开始发展交流传动技术，至20世纪90年代，大功率交流传动内、电机车已成为世界重载牵引动力的发展趋势。美国铁路已拥有4000多台重载交流传动内燃机车，G
7、M-EMD公司生产了SD70Ace、SD90MAC、GT46MAC、DE30AC/DM30AC等型交流传动内燃机车，GE公司生产了ES44AC、AC6000CW、AC4400CW等型交流传动内燃机车，已在美国，加拿大，澳大利亚，巴西等国重载铁路批量投入运营。GE公司制造的AC6000型机车主发电机输出功率达6000马力，持续牵引力达738kN，超动牵引力800kN，粘着系数利用值可达0.37以上。德国西门子公司为欧洲制造的BR186型及BR189型重载交流传动电力机车、轴功率已达1400kW、在欧洲批量投入运营。最近西门子公司为满足中国重载运输牵引动力需求而设计的DJ4型交流传动电力机车，轴功
8、率已达1600kW。重载机车交流传动采用的新技术包括：(1)三相交流异步电机轻量化。电机单位重量功率已达0.81kW/kg，甚至可达1kw/kg，机车单位重量功率可接近75kW/t。(2)IGBT(IPM)大功率牵引变流器的采用。同等容量的IGBT变流器的体积和重量比GTO变流器减少1/31/2，IGBT具有驱动简单、保护容易、不用缓冲电路、开关速度高等优点，目前BR185.2型电力机车、SD70MAce、ES44AC型内燃机车均批量采用IGBT变流器。(3)采用基于网络(现场总线)的控制系统。其特征是：采用基于网络通信的控制，通信协议大多采用TCN国际标准，用模块化、通用化、分布式将主变控制
9、、辅变控制和微机网络控制统一在一个平台上，并具有智能化故障诊断功能。2.1.2径向转向架技术大功率交流传动内燃机车和电力机车采用径向转向架成为国际重载机车发展趋势，尤其在美国、加拿大、澳大利亚等国的大轴重的重载线路上，径向转向架技术越来越成熟。GE、GM-EMD等大公司生产的机车基本均采用径向转向架。我国主要机车制造厂如大连、戚墅堰、紫阳等工厂均开始小批量生产带径向转向架的重载机车。据美国GM-EMD公司的HTCR径向转向架长期运营数据表明，径向转向架减少轮对与轨道间的冲角，比传统的转向架的轮轨冲角减少75%，有效地降低轮轨间横向作用力，减少轮轨磨耗及阻力，提高运行稳定性；机车车轮寿命延长10
10、%，在0.35粘着系数利用值条件下，转向架的轴重转移从35%减少到10%。2.1.3重载列车网络控制技术随着重载运输发展，新型重载机车越来越多采用先进的列车网络控制系统，借助于网络传递重联控制信息，逻辑顺序控制信息及牵引、制动和速度控制信息。而重载列车中各车辆或部件的工作状态也需要通过网络传送到主控机车上以用于状态监视和故障诊断。实际运用表明基于计算机网络的列车控制与故障检测技术的运用，不仅可以提高重载列车系统的集成度、可靠性和可维修性，而且可以节省列车连线，减轻列车重量。重载列车网络控制系统在国际上主要有两种发展模式，一种是欧洲模式，其列车通信网络速度较高，实时性较强，具有代表性的是TCN网
11、络，已形成ICE61375列车通信网络的国际标准。一种是北美模式，可以分为有线列车通信网络和无线列车通信网络2种。有线车载网络基于LonWorks现场总线，基础标准是IEEE1473列车通信网络协议。主要供应商有Webtec和NYAB公司；无线车载网络供应商主要是GE公司。2.1.4重载内燃机车柴油机节油技术先进的重载内燃机车上均采用柴油机泵管嘴式电子控制喷射系统，对降低柴油机燃油消耗和排放有良好的效果。如美国GM-EMD公司的16-854H型柴油机燃油消耗率199.5g/kWh、美国GE公司GEVO12柴油机为198g/kWh、美国Cat公司Cat3616柴油机为198g/kWh，而我国批量
12、生产的柴油机没有安装电子控制喷射系统，燃油消耗率一般在208204g/kWh之间。美国对重载内燃机车进行过统计，在1980年未装电子控制喷射系统时，内燃机车1加仑燃油平均产出325英里吨，而目前安装了电子控制喷射系统，内燃机车1加仓燃油平均可产出405英里吨，提高了72%。2.1.5重载机车故障遥测监控技术2001年美国GM-EMD公司为重载机车开发了IntelliTrain机车故障遥测监控系统，采用这套新型的无线遥测遥控系统，可以对每一台机车实施全寿命服务，大大提高了机车使用率，降低全寿命周期成本。2003年IntelliTrain系统正式投入使用，安装了这一系统的机车不论在何处出现了故障，
13、机车上的传感装置能自动检测故障并通过无线通信系统将故障情况、机车车号等信息直接发送到服务中心。服务中心立即通知就近的维修工程师携带备件去机车现场更换备件并检测性能。在消除故障后IntelliTrain系统发出信息告之服务中心，机车已能正常投入使用。根据2年多使用经验，这套系统已能发现机车80%的潜在运行故障，比预期的修理期提早721天发现故障，延长了机车使用周期。所有故障中50%是在乘务人员从未报告过的情况下发现，2年多来机车的总故障率已下降70%。2.1.6重载机车无线遥控操纵系统(Locotrol)1959年美国GE-Harris公司首先研发成功Locotrol系统，当时全部装备要用一辆平
14、车才能装下，通过40多年的不断改进，现在已经发展到第4代，采用无线通讯闭环控制方式在前后部机车间传输命令及反馈信息。现在世界各国采用Locotrol系统共有5600套，目前我国大秦线开行2万t重载列车，在机车上均采用Locotrol系统。Locotrol系统的基本工作方式是前部机车通过GSM-R系统，向中、后部机车发布同步牵引和制动命令，实现前、中、后部机车的牵引及动力制动同步操纵及空气制动系统同步制动与缓解。同时采用制动管压力自动检测，可以对系统的无线通讯状态进行监控。采用Locotrol系统的优点是：有效减轻重载列车的牵引车钩力；在弯道上减少列车阻力，减轻轮轨磨耗，降低燃油成本56%；中、
15、后部机车同步参与了全列车的列车管排风与充风，加快了列车的充排风速度，提高制动波传播速度，有利于减轻列车制动纵向力作用，减少断钩的危险。2.2重载车辆新技术2.2.1提高轴重，最高轴重已达39t美国通过19881995年在普韦布洛FAST环线上进行35.4t轴重的重载列车与线路相互作用运行试验，累计运量达10亿t，对开行35.4t轴重的重载列车安全性和经济性进行了研究，重点对制约增加轴重的主要因素，如桥梁、钢轨、道碴、路基、焊接接头等进行详细的检测，试验结果表明在北美开行35.4t轴重是可行的、安全的。目前美、加、澳已普遍采用35.4t轴重，巴西、瑞典已采用30t轴重，南非、澳大利亚昆士兰铁路均是窄轨，已采用28t(旧车26t)轴重。俄罗斯重载列车轴重提高到27t。欧洲铁路重载列车也已向25t轴重迈进。目前美国正在普韦布洛FAST环线上进行39t轴重的安全性运行试验，累计通过运量已达12.5亿t。2.2.2采用新型转向架及悬挂系统美国对重载车辆的三大件转向架进行了改进并研制各种新型转向架悬挂系统，19992001年已试验了四种具有新型悬挂系统的转向架，并在FAST环形线上进行了3年多的性能试验，取得良好的结果。这些新型转向架在35.4t轴重下，与30t轴重的三大件转向架相比，曲线区段的横向力降低50%，直
