發展重載鐵路有哪些工程難題?

白琰昕弈


作為鐵路工程師,我來回答一下這個問題。

這位朋友問,發展重載鐵路有哪些工程難題?換句話說,就是發展重載鐵路需要哪些技術作為支持。作為設計過重載鐵路的人,我來總結回答下這個問題。

重載鐵路不同於普通的鐵路,一列重載列車動輒拉1萬噸或者2萬噸,國外很多重載鐵路甚至一趟拉5萬噸甚至9萬噸,需要發展很多獨門技術,才能滿足重載的運輸需求。

【滿足重載運輸要求的八大技術】

一是限制坡度。所謂限制坡度指的是在一個鐵路區段上,決定一臺機車所能牽引的貨物列車最大重量的坡度。限制坡度和機車的牽引動力直接相關,機車的馬力越大,限制坡度就可以越陡。我國大秦重載鐵路採取的限制坡度為12‰。

二是軌道結構。重載鐵路的車輛軸重比普通車輛重得多,一般為27噸,現在試驗30噸軸重。軸重越重,對軌道的壓力也更大,必須採取強度更高的鋼軌才能減少磨耗,鋼軌的材料要求也很高,重載鐵路的鋼軌重量每米不小於75公斤。高強度的鋼軌就需要配套高強度的軌枕和扣件,否則鋼軌無法承受載重而產生扭曲和爬行,重載鐵路的軌枕採用鋼筋混凝土枕,扣件採用高強度的彈性扣件。

三是

重載道岔。道岔是鐵路設備中比較脆弱的部分,除了滿足強度要求之外,還要滿足列車的通過速度,而道岔型號的大小直接決定列車的通過速度,用在重載鐵路上的道岔每米重量不能小於75公斤,號數不能小於12號,一般採用18號道岔。

四是

路基結構。路基是鐵路的最基礎工程,所有的地面設施都是建立它的上面,路基的穩定與否直接決定著鐵路的穩定與安全。重載鐵路的路基的填料都要經過嚴格的篩選,同時在填築路基之時,要滿足壓實度和密實度要求。(詳見上表)

五是重載機車。既然是重載機車,當然與普通的內燃和電力機車不同,我國的重載機車是和諧號大功率機車,分為內燃和電力兩種,其中電力大功率機車採用“

交流—直流—交流”傳動技術,這種技術是伴隨著大功率硅整流技術的發展而出現的,電機構造簡單、機車粘著性能好,功率大、牽引力足、可靠性高維修方便、效率和利用率都很高,機車動力性能好、制動性能強大。重載機車還有一項重要技術叫徑向轉向架技術,採用徑向轉向架,在火車在通過曲線之時,保證輪子和鋼軌緊密接觸,為火車提供足夠的粘著力,使得牽引力不會降低。除此之外,大功率機車還採用了重載列車網絡控制技術,多用於多臺機車聯合牽引之時,藉助於網絡傳遞機車聯合控制等重要信息。在大功率內燃機車上柴油機節油技術,利用柴油機泵管嘴式電子控制噴射系統,降低柴油機燃油消耗和排放,可以提高機車運用效率72%以上。

(重載列車同步控制操作檯)

六是同步控制。一列重載列車上的重載機車不止一臺,怎麼才能同步進行統一控制呢?採用的是無線遙控操縱系統(Locotrol系統),通過無線通訊閉環控制方式,在前後部機車間傳輸命令及反饋信息,進而實現多臺機車的實時控制。Locotrol系統的基本工作方式是前部機車通過GSM-R系統,向中、後部機車發佈同步牽引和制動命令,實現前、中、後部機車的牽引及動力制動同步操縱及空氣制動系統同步制動與緩解。同時採用制動管壓力自動檢測,可以對系統的無線通訊狀態進行監控。

(大秦重載鐵路用的C80貨車車廂)

七是重載車輛。重載鐵路車輛的結構性能與普通的貨車不同,具備很多獨特的技術,具備以下特點:大噸位、低自重係數、大延米荷載、低重心高度、便於迅速裝卸、減少縱向衝動、加強縱向力的承受能力、低動力作用轉向架。如今我國重載車輛一般採用C80。

(列車制動結構)

八是列車制動。我們知道,重載鐵路一趟車拉1到2萬噸,開足馬力能跑到時速100公里以上,這就面臨這個嚴峻的問題,怎麼才能讓列車安全制動停下來呢?別擔心,重載鐵路上最新採用的是

電子控制空氣制動系統(ECP),就可以實現安全制動。這種系統由機車產生制動的電子信號,控制每輛車上面的微機打開或者關閉風缸,從而實現列車的同步制動。這種制動的最大特點就是將傳統的利用空氣作為傳遞制動信息的媒介,變成利用電子信號作為媒介,從而精準地控制每輛車的制動。


作家王麟


發展重載鐵路涉及到很多方面,主要就是重載機車技術要突破。目前國內機車牽引功率最大的機車功率達到9600KW,在大秦鐵路現在重載可以達到三萬噸,需要多臺機車同時牽引才能拉動,要想突破的話要提高機車牽引功率,也就是說機車馬力大才拉的多,還有對鐵軌和車輛也有更高要求!

自1978年第一屆國際重載大會在澳大利亞佩思召開、1985年國際重載運輸協會正式成立以來,重載鐵路的定義伴隨重載運輸與時俱進、不斷髮展。

2005年國際重載協會理事會提出新的重載鐵路標準,要求至少應滿足下列3個條件中的2個:
①列車牽引質量不少於8000t ;
②車列中車輛軸重達到或超過27t;

③線路長度不少於150 km的區段,年計費貨運量不低於4 000萬噸。

中國的大秦鐵路是國內第一條開行重載單元列車的雙線電氣化鐵路,全線長653公里,西起大同,東至秦皇島,年運量開始為5500萬噸,遠期可達1億噸,於1992年12月21日正式開通。 2014年4月2日,由中國鐵路總公司在大秦鐵路組織實施的牽引重量3萬噸重載列車運行試驗取得了圓滿成功。這是我國鐵路重載運輸發展新的里程碑,中國也成為了世界上僅有的幾個掌握3萬噸鐵路重載技術的國家之一。

重載鐵路技術難題
列車軌道需要經常維修和大修,確保行車安全、平穩,按規定的速度運行。重載運輸條件下的軌道與一般軌道相比,從國外來看,承受列車軸重由原來的10多噸增加到25t,以致最大達到35t;列車牽引總重,從原來的1000多噸增加到最大數萬噸。因此加劇軌道部件的損壞、道床殘餘變形的積累,嚴重影響行車安全。
重載鐵路需要謹慎考慮自然災害對路基穩定性的影響。重載對路基強度及穩定性的另一方面的要求是保證基床足夠的強度以滿足重載遠行列車的需要。和一般條件線路相比,重裁鐵路的路基基床承受著更大的荷載。重裁條件下列車對基床的作用有著更復雜的動力效應。

重載鐵路列車必須採用大功率的電力或內燃機車,並追求輪軌之間的最佳粘著特性來提高機車的牽引能力。大功率交流傳動內燃機車和電力機車採用徑向轉向架成為國際重載機車發展趨勢。重載機車無線遙控操縱系統(LOCOTROL)能夠有效減少成本。對重載列車,提高軸重降低自重迫在眉睫,新型制動技術對列車運行也至關重要。養路機械的採購更新也必須緊跟步伐。


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