世界铁路重载运输发展历程及最新进展
摘要：20世纪50年代以来，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，特别是在一些幅员辽阔、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发展尤为迅速。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上的广泛应用，铁路重载运输技术及装备水平不断提高，重载列车的牵引重量也有很大提高。
关键词：铁路重载运输 高新技术 轨道 机车
一、重载铁路运输的概念：
铁路重载运输定义：用于运载大宗散货的总重大、轴重大的列车、货车行驶或行车密度和运量特大的铁路。运输量5000t以上，总重1～2万吨，轴重25t以上，年运量2亿吨以上。重载铁路是一种效率甚高的运输方式。重载列车需着重研究的问题是运行管理、轨道的适应性，以及大宗散货的装卸等。
重载运输开始于 20世纪60年代开始，美、加、俄、巴西、南非、澳大利亚领先，美国运煤列车长6500m，重44000t，500车辆、6台机车；南非矿石列车，长7200m，重71600m，660车辆；俄国重载列车长6500m，重43000t，400车辆，4台机车；澳大利亚2001年6月创新的世界记录，列车长7353m，总重99734t，682车辆，8台机车；我国第一条重载铁路大秦铁路，2002年实现1亿吨年运量设计能力，2004年实现1.5亿吨年运量，2005年实现2亿吨年运量，2006年实现2.5亿吨年运量，2007年实现3亿吨年运量，3亿吨创国际年运量最高记录。未来目标40000 t。
二、世界铁路重载运输发展历程：
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。南非铁矿重载线是窄轨铁路，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经营的铁路里程为54000km，其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2～3万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；轴重(或计划轴重)为27t及以上；在至少150k上年运量m线路区段超过4000万t。
而随着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上开行轴重25t、牵引重量6000t的重载列车，最高运行速度80km/h，同时开行200～250km/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4.4～7.5%的速度增加。欧洲铁路的货运量中有30%重载运输潜力。
美国也已在高速既有铁路东北走廊上开行30t轴重重载列车。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。
三、世界铁路重载运输技术的最新进展：
3.1 重载机车新技术
为了适应重载运输，对铁路的固定设施和移动设备必须进行一定的技术改造，其中作为载运工具的铁路车辆应具备一些特殊的结构性能，主要表现在下面几个方面：大吨位、低自重系数、大延米荷载、低重心高度、便于迅速装卸、减少纵向冲动、加强纵向力的承受能力、低动力作用转向架。
3.1.1 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，GM-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1/3～1/2，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。 3.1.2 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%，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%。 3.1.3 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。
3.1.4 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208～204g/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%。 3.2 重载车辆新技术
3.2.1
提高轴重，最高轴重已达39t
美国通过1988～1995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。 3.2.2 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，1999～2001年已试验了四种具有新型悬挂系统的转向架，并在FAST环形