卓 卉

（神华集团有限责任公司，北京市东城区，100011）

重载运输20世纪20年代在美国首次出现。20世纪80年代以后，由于新材料、新工艺、电力电子、计算机控制和信息技术等现代高新技术在铁路的广泛应用，铁路重载运输技术及装备水平不断提高。

重载铁路运输由于采用了增加轴重、增大单列编组长度的运输方式，显著提高了机车车辆的运转效率，减少了机车车辆数量，降低了牵引能耗，减少了机车车辆的维护费用和设备占用时间，提升了铁路线路的运能和整体效率，已被国际公认为铁路货运发展的方向。在一些幅员辽阔、资源丰富，煤炭和矿石等大宗货物运量占有较大比重的国家，美国、加拿大、澳大利亚等几个国家得以蓬勃开展，并形成了比较成熟的重载铁路运输技术体系。

由于我国资源分布和工业布局不平衡，形成了由北向南、由西向东的大宗货物流向带和以能源、冶炼、粮食等大宗物资为主的运输格局。铁路大宗货物的运输量历年占全社会货物运输总量的比重达60%以上，特别是煤炭运输，铁路承担了全国80%左右的运输量。长期以来，运力与需求矛盾突出，发展重载铁路运输技术十分迫切。自1992年我国第一条双线重载运煤专线大秦铁路建成以来，我国铁路重载技术得到了迅速的发展，铁路重载运输已初具规模。

1 重载铁路运输的认定标准

国际重载协会1994年修订的标准要求重载铁路必须满足以下3条中的至少2条：列车重量至少达到5000t；轴重达到或超过25t；在长度至少为150km 的线路上年运量不低于2000万t。

在2005年国际重载协会理事会上，对新申请加入国际重载协会的重载铁路，要求满足以下3条标准中的至少2条：列车重量不小于8000t；轴重达27t以上；在长度不小于150km 线路上年运量不低于4000万t。

2 国外重载铁路运输的现状与技术发展分析

国外先进国家由于铁路线密度大，线路等级高，普遍采用低密度、大载重量、长编组的固定车底循环运输模式。

2.1 国外重载铁路运输的现状

国外重载铁路运输的现状见表1。

（1）美国。美国是世界上最早采用重载铁路运输国家，当前美国拥有全部铁路里程23万km，居世界首位，其中7家I级铁路公司的总里程为约19.4万km。线路钢轨以64.569kg／m 钢轨为主，占总里程的60.3%。美国货车车型以有盖漏斗车居多，占总量的30.9%，29.8t轴重货车占美国重载货车保有量的65%，新造货车轴重已达32.43t，还有少量货车轴重达35.7t以上。随货车轴重的增加，美国重载铁路车辆平均载重从1960年的55.4t，增加到2010年的101.7t。美国铁路重载运输约95%是利用单元列车完成的，煤炭是美国铁路运输最主要的货物品类，煤炭单元列车总重可达2万t，2010年煤炭运输占其铁路总运量的44%，煤炭运输收入占总运营收入的24.2%。

表1 国外重载铁路运输情况一览表

（2）澳大利亚。澳大利亚是铁路运输比较发达的国家，总营运里程约3.9万km，其中重载运输约占货运市场的40%，年增长率达4.5%左右（2000 年前为3.3%），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。

（3）巴西。巴西主要重载铁路由CVRD 公司经营，其中卡拉齐斯铁矿重载线892km，，最大列车编组330 辆，3.2km 长，30t轴重，牵引质量39000t以上，是南美洲甚至全美洲最重的重载列车。平均速度80km／h，出口铁矿2 亿t／a，周转时间58 h。纳斯重载铁路905 km，年运量9800 万t／a，平均速度70km／h，圣路易斯港吞吐量5000 万t／a，周转时间47h。

（4）南非。南非全部采用窄轨 （1067 mm）铁路，总里程2.7万km，通往17个非洲国家。理查德湾煤矿重载线550km （420km 复线），速度80 km／h， 周 转 时 间 55 h，2003 年 运 量8400万t／a，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50kVA 电力机车+1 台内燃机车牵引（头部），周转时间61h。

（5）加拿大。铁路总里程5.8万km。加拿大I级铁路的标准轴重已于1995 年确定为32.43t，2002年最大轴重35.7t，年运量达2亿t。采用重载运输后铁路占货运市场份额的30% ，占全部出口运量的40%，标准轨距。

2.2 国外重载铁路技术分析

（1）大功率重载机车技术。主要包括提高大功率交流传动电机车持续牵引力和粘着系数；径向转向架技术，降低轮轨间横向作用力，减少轮对阻力和轮轨磨耗；微机控制防空转防滑系统，随着轮轨粘着系数的变化调节制动力；采用节油技术降低污染排放提高机车效率；重载机车故障遥测监控系统，全寿命服务，提高机车使用率。

（2）重载货车技术。提高轴重，美、加、澳已普遍采用35t轴重，美国环行线正在进行40t轴重的运行试验；降低车辆自重，采用铝合金，不锈钢等轻型高强度的车体来降低车辆自重；采用新型转向架及悬挂系统；改进车轮材质、提高车轮耐剥离性；高强度旋转车钩及大容量高性能缓冲器。 （3）重载列车同步操纵技术。采用机车无线同步操纵LOCOTROL 和电控空气制动ECP 两种方式。目前LOCOTROL 己发展到第四代，接口简化且具有更高可靠性，其主要优势为可提供最佳动力分配和制动操作，增加牵引效率和减少滚动阻力，更快的制动缓解动作可将多个短列车连接成一个长列车。ECP 采用信息技术直接用计算机控制列车中每辆货车制动缸的制动和缓解，改善了列车缓解和制动和过程中列车纵向力过大的问题，并且提高了列车再制动的能力。

（4）重载铁路轮轨关系技术。世界先进国家从研究和运营经验证实，要获得有投资效益的轮轨维护措施，最有效的方法是将车辆／轨道相互作用关系和轮轨关系作为一个系统，研究车辆／轨道相互作用关系和轮轨作用行为，掌握轮轨损伤模式及其机理，提出维护轮轨的轨道结构参数。

（5）重载线路施工与运营维修技术。主要包括分析轨道部件和桥梁的寿命使用周期成本，采用基于状态修的轨道道岔养护维修策略；全面的轨道伤损检测、规矩检查测试、钢轨应力测试检测技术；轨道几何形位检测、轨道部件／轨下基础状态检测技术；重载轨道改造技术；钢轨打磨、钢轨润滑和摩擦改善技术等。

（6）新型重载轨道结构。美国、加拿大、澳大利亚、南非等国家在重载线路上均采用无缝线路，提高重载列车运行平稳性，减少对线路的动力作用。新型轨道结构包括：可动心轨道岔，梯形轨道，无碴轨道，耐磨、防表面裂纹及防内裂纹的新型HE 型钢轨 （HyperEutectold），铝热焊新技术。 （7）列车控制技术。分散自律调度集中系统（CTC）是综合了计算机技术、网络通信技术和现代控制技术，采用智能化分散自律设计原则，以列车运行调整计划控制为中心，兼顾列车与调车作业的高度自动化调度指挥系统。

3 我国重载铁路运输的现状与特点

我国铁路货运大轴重重载发展主要通过2个技术途径：一是对既有路网强化改造以适应大轴重、大运量的重载运输，主要有大秦线、朔黄铁路、大包线等，二是新建大能力货运专线，开行大轴重、长编组重载单元列车，如中南通道、蒙西铁路等。

3.1 我国重载铁路运输的现状

目前我国开通运营、比较典型的重载铁路有大秦铁路和朔黄铁路，见表2。主要开行23t和25t轴重、1～2万t的重载列车，2010年两线运量约占我国煤炭运量的三分之一。在建的山西中南部铁路通道是我国重载铁路运输技术发展的又一里程碑，设计轴重达到30t。

（1）大秦线。大秦线全长653km，是我国第一条双线电气化重载运煤专线，1992年全面开通，2002年达到年运量1亿t设计能力，2013年年运量达4.45亿t。开行2万t和万t重载列车，最大轴重25t，重车线运行速度为80km／h。列车编组有单元万t列车、组合万t列车和2万t列车3种方式。2014年4月2日首次采用机车同步操纵系统试验开行3 万t组合列车，由4 台电力机车牵引、编组320辆、总长3971 m。重载列车追踪间隔时间平均10min，每秒的运量超过15t。

（2）神华重载铁路。神华重载铁路营业里程共计1765km，重载线路1430km，其中包神铁路192km、神朔铁路270km、朔黄铁路662km、大准铁路306km。在线运行机车628台，拥有铁路货车41305辆。目前神华铁路主要开行轴重25t的万吨列车。2012年12月27日，朔黄铁路完成216辆C80 车辆编组、总重21600t、列车总长为2720m的神华2万t重载组合列车试验开行，正在开展轴重30t以上煤炭运输重载铁路关键技术与核心装备研制项目与示范工程建设，年运量目标可达4亿t。

（4）山西中南部铁路通道。山西中南部铁路通道是横跨晋、豫、鲁三省出海煤运通道，全长1260km，计划2014 年建成通车。主要技术标准为国铁Ⅰ级、双线电气化、设计轴重30t，设计时速120km，设计年运能力2亿t／a，电力牵引，牵引质量为10000t和5000t。机车类型为客车SS9、货车 HXD 系列，电力牵引最大牵引质量为10000t，到发线有效长1700 m，部分区段为1050m，自动闭塞。采用60kg／m 钢轨。

（5）蒙西至华中地区铁路煤运通道。线路全长1816km，技术标准为国铁Ⅰ级，浩勒报吉至岳阳段双线；岳阳至吉安段单线预留双线条件。电力牵引，牵引质量浩勒报吉至襄阳段10000t，采用60kg／m钢轨，弹条Ⅱ型扣件，Ⅲ型混凝土轨枕，道床面砟采用一级碎石道砟，运营货车轴重为25t。

表2 中国主要重载铁路运输情况一览表

3.2 我国重载铁路运输技术特点分析

（1）重载工务工程技术。既有重载线路基础设施检测、评估和强化技术。大秦铁路形成了25t轴重重载列车运行条件下基础设施强化改造的技术成果；广铁 （集团）公司京广线开展既有线27t轴重货车 （混编）适应性试验研究；朔黄重载铁路开展了大轴重重载运输条件下基础设施强化改造技术研发，使强化改造后朔黄重载铁路基础设施在运营中安全可靠，满足30t及以上轴重、年运量4亿t的运输要求。

大能力煤运通道新建技术。以山西中南部铁路通道建设为依托，开展了30t轴重重载铁路钢轨、道岔、有砟轨道、隧道内无砟轨道、路基、桥梁、隧道关键技术攻关，以及设计参数、设计标准基础性研究。

现代化维修体系。形成了 “综合利用施工天窗，确保施工任务和运输生产最大化”的供电、电务、车辆、既有线基本改造等专业施工集中修理模式；朔黄铁路公司研发了综合检测车系统，对线路轨道、路基道床、牵引供电、通信、信号、周边环境中影响列车运行安全的技术指标和相关信息进行实时检测，具有时空同步定位、大容量数据传输和综合分析处理功能。

（2）国产大功率交流传动重载机车研制与应用。掌握了世界最先进的大功率电力机车的总成、车体、转向架、主变压器、网络控制、主变流器、驱动装置、牵引电机、制动系统等9大核心技术，单轴功率达1200kW 的和谐型8轴和谐2型和12轴神华号大功率交流传动电力机已投入批量生产，并开始投入正式运行。

（3）大轴重、低自重、低动力重载货车及关键装备研制。发展了走行技术、车体轻量化及材料技术、货车纵向缓冲与车辆连接技术、制动技术和制造工艺技术，研制了25t轴重C80型敞车，载重达到了80t。货车运营速度提升至100～120km／h。

神华铁路研制了100t级大轴重货车，采用自卸货底开门结构形式、30t轴重、铝合金车体，每5辆为一组，最大载重100t，自重约22t，采用短牵引杆时，车辆平均长度14 m （国际通用车型为16m）。

（4）机车无线同步操纵技术。实现了LOCOTROL技术与GSM-R 技术的集成创新，把LOCOTROL技术由过去点到点的通信传输，发展为系统网络通信传输，解决了机车间通信距离限制的关键问题；自主研制可控列尾装置，提高了2 台HX 型电力机车牵引2万t重载组合列车的安全性和平稳性；机车过分相技术装备创新，合理控制机车过分相前后电流下降与上升速率，减少过分相时列车冲动及功率损失，确保了重载组合列车安全平稳运行。

（5）先进的铁路移动通信技术。为更好地满足重载铁路长大编组列车的开行需求，神华集团研究开发了基于新一代无线宽带通信TD-LTE 技术，在朔黄铁路建设示范工程，研究和开发了重载铁路1.8GHz新型宽带移动通信系统，以实现重载列车同步操控、可控列尾、调度通信、视频传输等语音和数据移动通信业务。在全世界范围内首次实现重载列车控制、调度指挥等铁路运输专用业务与LTE融合技术。

（6）运输组织。采用循环车底，提高车底的周转速度；利用电力机车开行长交路、轮乘制，提高机车运用效率；采用先进的装卸机械，提高卸车效率，实现整列装卸；重自行研制的分散自律调度集中系统 （CTC），有效提高了线路的通过能力，提高了劳动生产率，改善了劳动条件。

4 结论

我国重载铁路运输条件相对于国外先进国家总体上受限制较多，主要体现在营运里程短、铁路运输繁忙，中国铁路以占世界铁路6%的营业里程，完成了世界铁路25%的工作量。作为国际重载运输协会 （IHHA）10 个成员国之一，我国与其他国家不同，重载铁路的发展必须走一条具有中国特色的快速度、高密度、大重量，即 “速密重”并举的道路。我国铁路重载运输应在客货分线的基础上，大力进行既有普速路网的强化改造，提高整体重载运输能力，同时合理规划新建重载线路。基于我国国情和现状，重载铁路技术应重点研究路网、通道运输能力匹配和运力布局，加快研发大功率机车技术，大力开展先进的27t通用货车和30t专用货车技术研发，不断优化完善机车牵引制动控制技术，积极采纳既有线路工务工程强化技术进行设备改造，强力推进大能力煤运通道新建技术，同时要重视重载轮轨关系的研究和应用，全而提升重载线路养护维修技术水平和采用预防性线路维修策略，通过采用设备状态检测与监测技术提升关键技术研发和推广应用。

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