铁路编组站适应重载运输发展的对策

2012-08-07杜旭升诸葛恒英

铁道货运 2012年3期

朱亮，杜旭升，诸葛恒英

（中国铁道科学研究院运输及经济研究所，北京 100081）

重载运输技术是提高铁路输送能力、实现增量增效的重要途径之一，已经成为铁路货物运输发展的共同趋势，国际上研究并采用重载技术的国家越来越多。目前，我国铁路主要干线已基本上实现了 5 000～6 000 t 牵引质量，重载专线实现了 20 000 t牵引质量。随着牵引质量的进一步提高，铁路编组站的站场布局、线路设置、调速设备和作业组织等诸多方面均需要作出调整，以适应未来货运重载发展的需求。

1 铁路重载运输概述

目前，铁路重载运输模式主要有以下 3 类。

（1）单元列车：列车固定编组，货物品种单一，运量大而集中，在装、卸地之间循环往返运行，以北美铁路为代表，普速铁路普遍开行重载列车。

（2）组合列车：2 列或 2 列以上普通列车连挂合并，使几列普通列车的运行时间间隔压缩为零，主要以俄罗斯铁路为代表。

（3）整列重载列车：单机或多机重联牵引，由不同车型和载重的货车混合编组，这种重载列车方式在国内外具有多个实例。

通常开行单元列车和组合列车是重载专线的主要运输模式，整列重载列车是既有线或客货共线运输线路的主要运输模式。目前，国外幅员辽阔的大陆性国家 (如美国、加拿大、澳大利亚、南非等) 在重载专线上大量开行重载列车，轴重普遍达到 30～35 t，牵引总重在 1 万～ 3 万 t。欧洲国家在客货共线运输的既有线上开行重载列车，如德国铁路从 2003 年开始在既有线路 (如汉堡 — 萨尔兹特) 上开行轴重 25 t、牵引质量 6 000 t 的重载列车。

我国在 20 世纪 80 年代曾在既有线开行组合列车的试验和运行，但受各种因素限制并未广泛推广。重载运输在我国铁路实现重大突破的是大秦铁路，大秦铁路在机车同步操纵、长大坡道制动、线路强化、站场改造和运营组织等方面取得大量成果，目前主要开行 2 台电力机车牵引的万吨列车和 3 台电力机车牵引的 2 万吨列车。铁路既有线长期贯彻重载运输方针，通过提高并统一干线牵引定数，路网干线形成了 4 000 t、4 500 t、5 000 t、5 500 t、6 000 t 列车牵引系列，机车牵引质量较以往平均提高 300～2 200 t 。京沪线、京九线北段、京哈线、胶济线、陇海线郑州北—徐州段实现了 5 500 t 重载列车贯通，京广南段、京九线、沪杭线、浙赣线、宁西线实现了 4 500 t 货物列车贯通。

2 国外铁路适应重载运输的启示

铁路重载运输是个系统工程，站场适应重载要求是其中的重要内容。国外重载运输主要是对货车集散场站、中间站、技术站进行站场改造，特别是技术站办理大量重载列车的到发、分解、组合等作业，需要在站场布局、线路设施、技术装备、安全控制等方面综合考虑。此外，不少技术站既办理普通列车也办理重载列车，如果全部按照普通列车考虑，会因重载列车较长，出现到发线长度不足而压占道岔区的情况；如果全部按重载列车设置到发线长度，则大量线路有效长不能充分利用，工程投资过大，占用土地资源过多，影响运输效益。北美地区铁路综合考虑了这些因素，采用因地制宜的原则，因此出现了一些布局不规则的编组站站型。

以加拿大埃里斯编组站为例[1]，该编组站按二级混合式布局，如图1所示，改编能力 6 000 辆 / d。车站到达场和出发场均设有多处，西到达场设有 8 股道，有效长 600～908 m；北到达场设有 9 股道，有效长 606～675 m；南到达场设有 16 股道，其中 8 股长线，有效长 1 298～1 694 m；8 股短线，有效长 434～744 m 。车站调车场设有 48 股道，有效长 300～600 m。车站北出发场设有 3 股道，有效长 1 524 ～ 1 743 m；南出发场设有 5 股道，有效长 1 731～1 876 m 。此外，还有中转场 1 处设有 4 股道，用于存放交换车。

对比我国编组站按统一长度设置到发线的惯例，国外编组站根据需要因地制宜地设置重载列车到发线和普通列车到发线，既节省了土地和工程投资，又达到充分利用线路资源的目的，该做法可供我国借鉴。

3 铁路既有线实现重载运输的方式及需求分析

3.1 实现重载运输的方式

重载运输可以通过提高列车总重和提高车辆轴重 2 种基本方式实现。根据我国铁路重载运输现状及国际重载运输标准，既有线开行重载列车的牵引质量应为 6 000～10 000 t。

图1 加拿大铁路埃利斯编组站示意图

在运营经验方面，我国铁路经过多年实践，在既有线提高列车总重实现重载运输的组织方面经验较为丰富。以沈阳铁路局通霍线为例，该线为单线铁路， 2004 年开始开行 5 000 t 列车，2006 年开始开行双机牵引的万吨组合列车，2007 年开始开行 DF4机车 4 单元 2 万吨组合列车，2010 年开始采用 HX3型电力机车牵引，实现 3 台电力机车 3 单元牵引 2万吨列车，单线铁路年运量超过 1 亿 t。

在基础设施适应性方面，我国既有线的线路、桥涵、控制设备等主要设施满足23 t 轴重车辆的要求，经过线路强化及简单改造，基本具备开行 25 t 轴重货车的条件，但是如果提高货车轴重至 27 t，将面临较大范围的设施与设备改造。

在货车车辆构成方面，近年来，既有线货车车型逐步由轴重 21 t 更新为 23 t 新型通用货车，但新型货车占总体比例仍较小 (约占全部货车的 20 %) ，21 t 轴重货车全面淘汰仍需较长时间，短期内在既有线普遍使用 25 t 以上大轴重货车还不现实。

因此，在短期内通过大幅度提高轴重来实现重载运输较为困难，通过提高列车总重实现重载运输是较为合理的方式。如果货流合适，有可能在既有线特定区段开行由重载车辆组成的重载列车，因此应优先考虑该种重载列车的开行条件。

3.2 不延长到发线时列车牵引质量分析

在运煤专线上，通常采用 C80专用敞车和 C70通用敞车，C80车辆全长 12 m，轴重为 25 t，满轴每延米重量为 8.33 t；C70车辆全长 13.976 m，轴重为 23 t，满轴每延米重量为 6.69 t。目前，在既有线使用最多的是 C70和 P70等通用货车。

按照六大干线到发线有效长1050m 计算，若全列均为 C70和 C80满轴重车，双机牵引机车换长 3.2，预留 30 m 富余长度，最大的牵引质量如表1所示。

表1 既有线有效长1050m全列重载车辆最大牵引质量

根据车辆轴重、载重和长度核算，若采用全列 C70货车，满轴时 1 050 m 有效长可实现列车质量 6 500 t，部分长线可实现列车质量 7 000 t。如要实现列车质量 8 000 t，到发线有效长应为 1 300 m ，最小不应短于 1 280 m；如果要开行万吨列车，到发线有效长应为 1 600 m，最小不应短于 1 561 m 。

若全列采用 C80货车，满轴时 1 050 m 线路有效长可实现列车质量 8 200 t，部分长线可实现列车质量 8 600 t。如要实现列车质量 10 000 t，到发线有效长应为 1 300 m，最小不应短于 1 280 m 。若全列采用普通货车，车辆每延米载重远小于重载车辆，若到发线有效长不延长，列车牵引质量必须降低。

3.3 站场改编需求分析

从列车组合方式考虑，可采用整列式重载列车和组合式重载列车 2 种组合方式；从工程改造的角度考虑，可分为不改造线路与改造线路两种重载运输实现途径，不同的实现途径需要选配相应的列车组合方式。

不进行线路改造时，线路有效长 1 050 m 条件下，采用双机牵引组合式列车牵引质量最大为6 500～7 000 t，牵引质量增幅较小并增加技术站作业量，意义不大，因此宜采用整列式重载列车，可减少组合分解列车的相关作业。若要开行组合列车，一般需要进行线路改造，应以开行 8 000～10 000 t 列车为系列，考虑线路改造方案。

以开行 8 000 t 列车为例，到发线有效长按 1 300 m设置，比既有线路 1 050 m 有效长多 250 m，可考虑直接对编组站的到达场、出发场、到发场、直通场等部分股道进行改造，有实现的可能性。若考虑开行10 000 t 列车，线路有效长 1 600～1 700 m，比既有线路长 550 m，既有车场改造困难较大。因此，开行组合列车或开行超过 8 000 t 的重载列车，均需要单独设置重载车场。

4 开展重载运输对编组站的影响及对策研究

4.1 提高货车轴重对编组站调速设备的影响及对策

提高货车轴重可以提高列车牵引质量，在相同到发线长度条件下，不同的货车轴重可实现的列车质量不同。从技术发展和运输需求方面，货车轴重重载化是发展趋势。前期铁路相关部门对货车轴重进行研究，提出轴重分别按 25 t、27 t、30 t 等级论证，无论采用何种轴重，轴重变化均对编组站的调速设备有显著影响。

编组站的调速设备包括减速器、减速顶、加速顶、停车顶和停车器等。目前，减速器大多是在货车轴重 21 t 时研制和装备的，比较适应当时的车辆条件。在货车轴重向 23 t 过渡时，货车总重增加了12%，具有相同速度时，动能显著增加。以车辆溜行速度 23 km / h 为例，车辆动能增加了 40.8 × 104焦耳，这部分能量需要通过减速器制动抵消，增加了减速器的制动负荷。根据现场反映，既有减速器设备虽未表现出不满足控制要求，但减速器寿命显著缩短，起主要制动作用的制动轨 3～4 个月就需要更换，减速器的基础道床、轴件等也有病态情况。由此可见，如果货车轴重继续提高，编组站的减速器需要在结构和耐用性上进行改造，可能需要研制更加适应重载货车控制的减速器。

编组站目前的减速顶、加速顶大部分是在货车轴重 21 t 时安装使用的，布顶数量的计算为：

式中：m 为布顶数量，台；Q 为货车总重，t；L 为布顶坡段长度，m；i 为线路坡度，‰；w 为单位重量车辆阻力，N / kN；e 为每轮次减速顶制动功，J/ 轮次。

布顶数量与货车总重 Q 有线性关系，当货车轴重增加时，必须增加布顶数量才能满足控制需要。

尾部停车器是通过摩擦产生制动作用，当货车轴重增加后，相同速度、相同辆数的车组动能增加，防溜距离延长，需要延长防溜距离或增加停车器长度才能满足停车需要，其数值需要计算确定。

4.2 开行单元重载列车对编组站的影响及对策

开行单元重载列车超过 6 500 t 编组站站场就可能需要改造，主要涉及到达场、调车场、出发场、直通场等。如果采用站场改造方式实现列车重载运输，列车牵引质量在 7 000～8 000 t 较为合适，线路有效长控制在 1 400 m 之内 (考虑分段解体调车需要)，可直接改造既有到发场而不必单独设重载车场。

单元列车质量超过 6 000 t 时，驼峰调机在解体作业时推峰困难，特别是部分编组站驼峰推送坡超过 15‰，如遇解体过程中临时停轮，无论停车制动或重新起动都困难。为了解决这个问题，应在到达场线路中部设置渡线，将长大列车分为短列分别推峰作业，如图2所示。

图2 到达场长线短线结合改造示意图

图3 独立到发场布置示意图

列车牵引质量超过 8 000 t 时，应独立设置重载车场，如图3所示。重载车场线路有效长应满足重载列车到发需要，以 1 300～1 700 m 线路有效长为宜。重载车场的主要作用是办理重载列车到达、出发、无调中转列车技术作业等。重载车场应与到达场股道连接，线路坡度和进路满足分段推峰需要；同时应与编尾牵出线连接，进路应满足车列牵出转线的需要。重载车场咽喉还应考虑满足增减轴作业、本务机车出入段、车辆维修等要求。

4.3 开行组合列车对编组站的影响及对策

开行组合列车需要对编组站站场进行改造，主要涉及改编列车接入、出发列车待发、组合列车分解、机车连挂、列车组合等作业。

如果采用对到达场、出发场进行改造的方式开行组合列车，则可将既有列车进站前一个闭塞区间、出站后第一个闭塞区间扩展为站线，闭塞区间长度600～800 m，站线长度延长至 1 600～1 800 m，列车牵引质量可达 10 000～11 000 t，需要对到达场、出发场进行改造，设置中间渡线；调车场可不改动，车辆在调车场小列集结后牵出至出发场组合，如图2、图4所示。

如果采用独立设场方式，则需要在调车场旁侧设重载列车到发场，线路有效长应满足牵引重载列车的要求。为了满足列车组合时机车走行需要，应在到发场中部设置渡线，两端咽喉应设机车出入段走行线，如图5所示。