论大秦线开行重载列车新技术的应用
发布时间：2015-07-06 10:22
论文关键词：重载列车；大秦线；大功率；大轴重；纵向冲动；下坡制动
论文摘要：简介了世界铁路重载运输的发展趋势和我国第一条重载铁路——大秦线的概况。结合大秦线的具体特点，从机务设备、车辆、通信信号、站场及装卸车点、工务设备、供电系统和安全保障措施等7个方面，介绍了大秦线开行重载列车的新技术。
重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国铁路的广泛重视，得到迅速发展。20世纪8o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，机车、车辆、机车无线同步操纵与电空制动以及线路等方面的技术及装备水平不断发展，重载列车的牵引重量也有很大提高。目前，国外重载列车牵引重量一般为1～3万t。我国在大秦线已开行2万t列车，列车编组为210辆c80型货车。大秦线途经山西、河北、北京、天津四省市，全长653km，是我国第一条开行重载列车的双线自动闭塞电气化铁路运煤专线，成为我国北路煤炭运输的重要通道。大秦线与京承、京秦、津山、迁曹等多条干线接轨，地形复杂、山区多、隧道长、站间距离大，重车线最大上坡道为4‰，最大下坡道为l2‰。(化稍营至涿鹿、延庆至茶坞2段为长大下坡道)，最小曲线半径为400m，共设有23个车站。2004年、2005年、2006年大秦线相继进行了接触网和站场的2亿t扩能改造施工。改造后大秦线有11个车站到发线有效长为2800m，可接发2万t列车，有3个车站到发线有效长为1700m，可接发1万t列车。目前，大秦线全部开行1万t和2万t列车，在开行重载列车技术方面进行了大胆探索，取得了成功的经验。
1机务设备
1．1机车采用大功率机车，轴重为23t／25t。机车装设：2000监控装置、无线通信平台(车机联控)、400k+400m电台(用于机车之间联系)、列尾控制盒、locotrol控制设备(开行组合列车)及配套设备(800mhz电台、ocu设备、ccb2制动机等)、e级钢车钩及尾框、大容量胶泥缓冲器、自动过分相装置等。单元机车采用双机重联。
1．2机务段整备场改造为具备整备双机的能力，检查坑长为80m。配设重载机车设备的各种检测设备及维修基地。制定各种重载列车的操纵办法及编制操纵示意图。制定重载列车的安全救援预案，建立重载乘务人员培训基地。
2车辆
2．1采用新型车辆采用新型轴重25t的铝合金、全钢c80型及部分c76型专用敞车，c70通用敞车逐步替代c63a型车辆。重载车辆的技术性能如下：轴重为25t(包括(c76、c80型车辆)，载重75—80t；车体采用铝合金、不锈钢和耐候钢等材料；钩缓装置装用16、17号e级钢车钩(最小破坏强度3500kn)，在c。型车组内装用牵引杆装置；在制动装置中，重载车辆空气制动机以120型阀为主，c80型车辆装用120—1型阀；空重车自动调整装置以kzw一4型为主；转向架均采用交叉支撑装置或摇动台摆式机构，部分转向架还应用了副构架结构。
2．2完善车辆系统信息化应用管理完善车辆系统信息化应用管理，充分发挥铁路信息化工作准确、及时、全面、有效的作用。于2002年下半年开始陆续建立了铁路货车信息技术管理系统(hmis)和车号自动识别系统(aei)，以及包括红外线轴温探测加装车号智能跟踪系统(thds)、货车动态故障图像检测系统(tfds)、货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统(tads)、车辆运行地面安全监测系统(tpds)、车辆轮对故障和尺寸动态检测系统(twds)的安全预警防范系统(5t系统)。
3通信信号
3．1通信系统大秦线的线路有一部分在山区，线路和自然条件不利于无线信号的传播，对车机联控和机车无线同步操纵影响较大。在研制gsm—r网络设备的基础上，采用同步操纵技术(locotro1)，通过800mhz传输设备与车机联控系统、机车无线同步操纵技术相结合，解决了大秦线在山区和“隧道群”开行重载列车的通信问题。实现了机车同步操控，加强和完善了gsm—r无线双网系统。
3．2信号系统区间自动闭塞为集中控制四显示制式；采用zpw一2000a无绝缘轨道电路；采用计算机联锁；道岔转辙机采用电液转辙机；站内正线及侧线轨道电路采用zpw一2000a站内一体化轨道电路；列车信号机增加lu显示；进站信号机的接近锁闭区段改为第二、第三接近2个区段。正线上出站及进路信号机的接近锁闭区段，在其外方信号机开放时，延长至其外方第二架信号机；控制台上增设一接近、二接近、三接近和一离去、二离去、三离去表示；反向进站信号机不设预告信号机，在反向进站外方设3块预告标，对反向进站信号机的接近区段小于1100m的车站，反向进站信号机的接近锁闭区段延长至二离去区段。
4站场及装卸车点
4．1站场改造为配合重载列车开行，需对车站站场进行改造，到发线有效长延长到1700～2800m，到发线有效长范围内坡度不大于1．5‰。同时，对到发站按2条到发线夹1条机走线的模式修建不同数量的线束。到发线和机走线间设3组腰岔，腰岔与腰岔间有效长700m以上。
4．2扩大装卸车点能力为满足大秦线运量增长的需要，增加单元1万t及2万t列车开行，开拓了大列装车点，扩大了卸车点能力。积极主动协调专用线产权单位及地方企业、港口，进行既有专用线的1万t、2万t改造及增加出口卸车能力。目前，投入的1万t列车装车点45个，2万t装车点8个，卸车点增加为8个，2万t列车开行基地为5个。
5工务设备
5．1铺设重轨和可动心道岔由于大秦线重车线和空车线运量差距较大，为减少换轨次数，对于空重车正线均换铺75kg／mpd3钢轨跨区间无缝线路，并采取“双向信号显示，定期换线运行”的方案。
5．2提高线路整体质量双线均采用ⅲ型混凝土枕、弹条ⅱ型扣件。ⅲ型混凝土枕支撑面积大、配筋及混凝土强度大。换铺ⅲ型混凝土枕及弹条ⅱ型扣件，可以减少轨道弹性下沉，减少钢轨应力，从而减少道床的维修作业。完成了线路大中修、道床大修和桥梁大修等工作。同时，为了保证运输效率，完善了延长轨道大修周期的技术措施。对线路采用栅栏封闭，取消所有平交道口。
6供电系统
6．1提升接触网整体强度为开行重载列车，正线接触线采用新型ctha150型银铜合金线，承力索采用thj150型镁铜合金线。悬挂方式采用直链型悬挂，水平拉杆改用平头腕臂，吊弦改用整体载流吊弦，适应重载列车运行要求，提升了接触网整体强度。
6．2确保供电需要和设备的可靠运行以既有大秦线现状为基础，从供电方案先进性、适用性、可靠性和经济效益最大化的角度出发，推荐采用增设at所方案。该方案避免了大拆大改，利用最小的投资，达到最大的效益，并且为运量的进一步增长预留了条件。国内首次提出了在at供电方式下采用增压变压器提高网压的综合方案，并成功应用于本线区段的应急改造工程，为既有at供电方式电气化铁路提高网压提供了一种新的选择。为确保供电设备运行可靠，对变配电所采用微机保护，变电所、分区所安装安全监控系统。同时，更换容量不足变电所的主变压器，增设动态无功补偿装置，调整了供电臂长度。
7安全保障措施
7．1长大列车的纵向冲动纵向力是开行长大列车中的关键技术指标。重载列车编组长、列车制动管长，由于空气制动系统制动波速的限制，在常用制动或紧急制动时，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。作用在列车上各车辆的外作用力差异越大，造成的冲动也越大。车钩间隙是对列车纵向冲动影响较大的另一个因素。解决措施包括2个方面：一是提高车辆承受纵向力的能力，包括增加车体纵向强度，增加车钩纵向强度和缓冲器容量等。目前，在c80列车车组的中部车辆间已采用与l6，17型联锁式车钩可互换使用的牵引杆及配套的钩尾框。二是减少列车的纵向冲动，包括增加长大列车制动波速和增加列车制动作用的同步性。
7．2长大下坡道的制动大秦线重车方向(下行)有2段长达40～50km的12‰。长大下坡道，重载列车在长大下坡道上要连续下坡制动。由于制动机没有阶段缓解作用，再加上充气时间过长，极易发生因副风缸充风不足而引起列车失控，甚至放飚事故。解决措施包括2个方面：一是改善制动机性能；二是优化长大下坡道上的操纵方法，提高司机操纵水平。
7．3列尾装置在重载列车安装列尾装置(尾部挂有机车除外)。列尾装置分为普通列尾装置(450mhz传输、配有中继器)和可控列尾装置(g网传输，可随列车管进行减压)，同时配设列尾装置检测点和检测设备。
8结束语
通过采用大功率机车，安装locotrol控制系统等先进的设备，采用大轴重、轻自重车辆和车辆管理信息系统，并对大秦线既有的通信、信号、供电、站场和工务等行车设备进行改造，大秦线具备了开行重载列车的条件。同时，结合大秦线的线路特征，经由地区及其它特点，对大秦线的长大列车的纵向冲动，长大下坡道的制动等问题进行了研究，并采取了相应的解决措施。因此，大秦线已全部开行1万t和2万t列车。自2002年运量首次突破l亿t大关后，运量逐年提高。2003年运量为1．2369亿t，2004年运量达到1．5289亿t，2005年大秦线实现运量2．03亿t，2006年达到2．53亿t，2007年达到3亿t。随着集疏运配套系统的逐步完善，大秦线开行2万t列车的比例将进一步提高，2008年运量将达到3．5亿t，预计2009年将实现4亿t的目标。作为我国第一条重载线路的大秦线，将在我国的煤炭运输中发挥越来越大的作用。
论文摘要：简介了世界铁路重载运输的发展趋势和我国第一条重载铁路——大秦线的概况。结合大秦线的具体特点，从机务设备、车辆、通信信号、站场及装卸车点、工务设备、供电系统和安全保障措施等7个方面，介绍了大秦线开行重载列车的新技术。
重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国铁路的广泛重视，得到迅速发展。20世纪8o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，机车、车辆、机车无线同步操纵与电空制动以及线路等方面的技术及装备水平不断发展，重载列车的牵引重量也有很大提高。目前，国外重载列车牵引重量一般为1～3万t。我国在大秦线已开行2万t列车，列车编组为210辆c80型货车。大秦线途经山西、河北、北京、天津四省市，全长653km，是我国第一条开行重载列车的双线自动闭塞电气化铁路运煤专线，成为我国北路煤炭运输的重要通道。大秦线与京承、京秦、津山、迁曹等多条干线接轨，地形复杂、山区多、隧道长、站间距离大，重车线最大上坡道为4‰，最大下坡道为l2‰。(化稍营至涿鹿、延庆至茶坞2段为长大下坡道)，最小曲线半径为400m，共设有23个车站。2004年、2005年、2006年大秦线相继进行了接触网和站场的2亿t扩能改造施工。改造后大秦线有11个车站到发线有效长为2800m，可接发2万t列车，有3个车站到发线有效长为1700m，可接发1万t列车。目前，大秦线全部开行1万t和2万t列车，在开行重载列车技术方面进行了大胆探索，取得了成功的经验。
1机务设备
1．1机车采用大功率机车，轴重为23t／25t。机车装设：2000监控装置、无线通信平台(车机联控)、400k+400m电台(用于机车之间联系)、列尾控制盒、locotrol控制设备(开行组合列车)及配套设备(800mhz电台、ocu设备、ccb2制动机等)、e级钢车钩及尾框、大容量胶泥缓冲器、自动过分相装置等。单元机车采用双机重联。
1．2机务段整备场改造为具备整备双机的能力，检查坑长为80m。配设重载机车设备的各种检测设备及维修基地。制定各种重载列车的操纵办法及编制操纵示意图。制定重载列车的安全救援预案，建立重载乘务人员培训基地。
2车辆
2．1采用新型车辆采用新型轴重25t的铝合金、全钢c80型及部分c76型专用敞车，c70通用敞车逐步替代c63a型车辆。重载车辆的技术性能如下：轴重为25t(包括(c76、c80型车辆)，载重75—80t；车体采用铝合金、不锈钢和耐候钢等材料；钩缓装置装用16、17号e级钢车钩(最小破坏强度3500kn)，在c。型车组内装用牵引杆装置；在制动装置中，重载车辆空气制动机以120型阀为主，c80型车辆装用120—1型阀；空重车自动调整装置以kzw一4型为主；转向架均采用交叉支撑装置或摇动台摆式机构，部分转向架还应用了副构架结构。
2．2完善车辆系统信息化应用管理完善车辆系统信息化应用管理，充分发挥铁路信息化工作准确、及时、全面、有效的作用。于2002年下半年开始陆续建立了铁路货车信息技术管理系统(hmis)和车号自动识别系统(aei)，以及包括红外线轴温探测加装车号智能跟踪系统(thds)、货车动态故障图像检测系统(tfds)、货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统(tads)、车辆运行地面安全监测系统(tpds)、车辆轮对故障和尺寸动态检测系统(twds)的安全预警防范系统(5t系统)。
3通信信号
3．1通信系统大秦线的线路有一部分在山区，线路和自然条件不利于无线信号的传播，对车机联控和机车无线同步操纵影响较大。在研制gsm—r网络设备的基础上，采用同步操纵技术(locotro1)，通过800mhz传输设备与车机联控系统、机车无线同步操纵技术相结合，解决了大秦线在山区和“隧道群”开行重载列车的通信问题。实现了机车同步操控，加强和完善了gsm—r无线双网系统。
3．2信号系统区间自动闭塞为集中控制四显示制式；采用zpw一2000a无绝缘轨道电路；采用计算机联锁；道岔转辙机采用电液转辙机；站内正线及侧线轨道电路采用zpw一2000a站内一体化轨道电路；列车信号机增加lu显示；进站信号机的接近锁闭区段改为第二、第三接近2个区段。正线上出站及进路信号机的接近锁闭区段，在其外方信号机开放时，延长至其外方第二架信号机；控制台上增设一接近、二接近、三接近和一离去、二离去、三离去表示；反向进站信号机不设预告信号机，在反向进站外方设3块预告标，对反向进站信号机的接近区段小于1100m的车站，反向进站信号机的接近锁闭区段延长至二离去区段。
4站场及装卸车点
4．1站场改造为配合重载列车开行，需对车站站场进行改造，到发线有效长延长到1700～2800m，到发线有效长范围内坡度不大于1．5‰。同时，对到发站按2条到发线夹1条机走线的模式修建不同数量的线束。到发线和机走线间设3组腰岔，腰岔与腰岔间有效长700m以上。
4．2扩大装卸车点能力为满足大秦线运量增长的需要，增加单元1万t及2万t列车开行，开拓了大列装车点，扩大了卸车点能力。积极主动协调专用线产权单位及地方企业、港口，进行既有专用线的1万t、2万t改造及增加出口卸车能力。目前，投入的1万t列车装车点45个，2万t装车点8个，卸车点增加为8个，2万t列车开行基地为5个。
5工务设备
5．1铺设重轨和可动心道岔由于大秦线重车线和空车线运量差距较大，为减少换轨次数，对于空重车正线均换铺75kg／mpd3钢轨跨区间无缝线路，并采取“双向信号显示，定期换线运行”的方案。
应用新技术：大秦线采用75kg／m钢轨、18号和12号可动心道岔以及75kg／m轨12号固定型辙叉5．3m间距交叉渡线。在到发线和正线衔接的用于接发列车的道岔，分别采用75kg／m钢轨、18号可动心道岔，以提高列车通过速度。
5．2提高线路整体质量双线均采用ⅲ型混凝土枕、弹条ⅱ型扣件。ⅲ型混凝土枕支撑面积大、配筋及混凝土强度大。换铺ⅲ型混凝土枕及弹条ⅱ型扣件，可以减少轨道弹性下沉，减少钢轨应力，从而减少道床的维修作业。完成了线路大中修、道床大修和桥梁大修等工作。同时，为了保证运输效率，完善了延长轨道大修周期的技术措施。对线路采用栅栏封闭，取消所有平交道口。
6供电系统
6．1提升接触网整体强度为开行重载列车，正线接触线采用新型ctha150型银铜合金线，承力索采用thj150型镁铜合金线。悬挂方式采用直链型悬挂，水平拉杆改用平头腕臂，吊弦改用整体载流吊弦，适应重载列车运行要求，提升了接触网整体强度。
6．2确保供电需要和设备的可靠运行以既有大秦线现状为基础，从供电方案先进性、适用性、可靠性和经济效益最大化的角度出发，推荐采用增设at所方案。该方案避免了大拆大改，利用最小的投资，达到最大的效益，并且为运量的进一步增长预留了条件。国内首次提出了在at供电方式下采用增压变压器提高网压的综合方案，并成功应用于本线区段的应急改造工程，为既有at供电方式电气化铁路提高网压提供了一种新的选择。为确保供电设备运行可靠，对变配电所采用微机保护，变电所、分区所安装安全监控系统。同时，更换容量不足变电所的主变压器，增设动态无功补偿装置，调整了供电臂长度。
7安全保障措施
7．1长大列车的纵向冲动纵向力是开行长大列车中的关键技术指标。重载列车编组长、列车制动管长，由于空气制动系统制动波速的限制，在常用制动或紧急制动时，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。作用在列车上各车辆的外作用力差异越大，造成的冲动也越大。车钩间隙是对列车纵向冲动影响较大的另一个因素。解决措施包括2个方面：一是提高车辆承受纵向力的能力，包括增加车体纵向强度，增加车钩纵向强度和缓冲器容量等。目前，在c80列车车组的中部车辆间已采用与l6，17型联锁式车钩可互换使用的牵引杆及配套的钩尾框。二是减少列车的纵向冲动，包括增加长大列车制动波速和增加列车制动作用的同步性。
7．2长大下坡道的制动大秦线重车方向(下行)有2段长达40～50km的12‰。长大下坡道，重载列车在长大下坡道上要连续下坡制动。由于制动机没有阶段缓解作用，再加上充气时间过长，极易发生因副风缸充风不足而引起列车失控，甚至放飚事故。解决措施包括2个方面：一是改善制动机性能；二是优化长大下坡道上的操纵方法，提高司机操纵水平。
7．3列尾装置在重载列车安装列尾装置(尾部挂有机车除外)。列尾装置分为普通列尾装置(450mhz传输、配有中继器)和可控列尾装置(g网传输，可随列车管进行减压)，同时配设列尾装置检测点和检测设备。
8结束语
通过采用大功率机车，安装locotrol控制系统等先进的设备，采用大轴重、轻自重车辆和车辆管理信息系统，并对大秦线既有的通信、信号、供电、站场和工务等行车设备进行改造，大秦线具备了开行重载列车的条件。同时，结合大秦线的线路特征，经由地区及其它特点，对大秦线的长大列车的纵向冲动，长大下坡道的制动等问题进行了研究，并采取了相应的解决措施。因此，大秦线已全部开行1万t和2万t列车。自2002年运量首次突破l亿t大关后，运量逐年提高。2003年运量为1．2369亿t，2004年运量达到1．5289亿t，2005年大秦线实现运量2．03亿t，2006年达到2．53亿t，2007年达到3亿t。随着集疏运配套系统的逐步完善，大秦线开行2万t列车的比例将进一步提高，2008年运量将达到3．5亿t，预计2009年将实现4亿t的目标。作为我国第一条重载线路的大秦线，将在我国的煤炭运输中发挥越来越大的作用。