王建迎 WANG Jian-ying
（神华铁路货车运输有限责任公司，北京 100011）
（Shenhua Railway Freight Transport Co.，Ltd.，Beijing 100011，China）
摘要：本文针对大秦线重载运输中存在的限制因素，结合重载运输三种组织方式，提出四种重载列车组合形式并进行探讨，旨在优化设计列车组合形式，提高重载列车运输能力。
Abstract： Aimed at the limiting factors in Daqin line heavy-load transportation， and combined with the three kinds of overload transportation organization， four kinds of heavy-duty train combinations are put forward and discussed， aiming to optimize the design of train combinations and improve the ability of heavy-load train transportation.
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关键词 ：铁路重载；运输组织方式；问题研究
Key words： railway heavy-load；transportation organization mode；problem study
中图分类号：U291 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）18-0232-03
作者简介：王建迎（1977-），男，河北邢台人，科员，助理工程师。
0 引言
随着国民经济的发展，我国铁路运能与运量的矛盾日趋紧张。以货物提高铁路通过能力有三个途径：提高列车重量、增加行车密度和提高行车速度。现阶段我国铁路的行车密度己经居于世界前列，行车速度提高的余地又不大，相比之下提高列车重量有着很大的潜力。发展重载运输不仅是增加以吨数计的铁路通过能力的最有效的措施之一，而且也是改善铁路工作运营指标和降低运输成本的重要手段。
我国铁路重载运输己经起步并取得进展，前景十分广阔，但也存在着不少问题亟需解决：①我国目前铁路运输领域对重载运输的功能及作用缺乏了解，认识不足直接导致重视不够。②我国地域辽阔，重质物资运量大、运距远，作为国家主要交通工具的铁路，客观现实是线路少，能力短缺，大量修建新线又受投资的制约。③重载列车在运行中受纵向冲击力的影响较严重，并且车钩强度不足，制动力和缓解波速过低，重载列车运行的安全性有待提高。
为了解决以上问题，提高铁路重载运输的货运能力，本文将针对大秦线重载运输中存在的限制因素，结合重载运输三种组织方式，对四种重载列车组合形式进行探讨，旨在优化设计列车组合形式，提高重载列车运输能力。
1 铁路重载运输系统概述
1.1 系统组成
在我国今后的发展过程中，铁路运输系统也将同更为高速化的客运系统相分离，而货运系统也将在这个过程中进行重载化，从铁路运输系统中脱离成为一种具有独立特征的运输系统。
从铁路重载运输系统组成来看，它分为车务、机务、工务、电务、供电、车辆和货运几大系统，并在此基础上具有线路、车站等固定设备系统。从运输过程来看，它是一种具有离散性、连续性特征的动态系统。
1.2 重载运输组织方式及其适用条件
目前重载运输主要有单元式重载列车、组合式重载列车和整列式重载列车三种组织方式。其适用条件如下：
1.2.1 单元式重载列车
①货物流向、品种单一且方向较为固定；②需要配置功率更大的机车以及重载车辆技术设备；③要能够以较为固定的方式组成一个在运输过程中不会出现解体情况的列车，并保证其在中途不会出现解编作业；④其不仅需要具有现代化的运营管理体制，还需要能够在保证货物集中化的前提下对铁路装卸工作的自动化以及机械化进行良好的实现。
1.2.2 组合式重载列车
该类型列车是由两列相同的货物列车在同一条运输线进行货物的运输。在实际应用中，其能够根据装卸站的线路布置情况、车流与货流的集散情况以较为科学、灵活的方式进行分散与组织。
1.2.3 整列式重载列车
对于该种列车运输模式来说，其一般使用普通的列车组织方式，无论是在解体、出发、装车、卸车还是编组等方面都同普通的列车运输相同，同普通列车相比，其仅仅在牵引重量上具有较大程度的提升。实际运用方面，其更为适合应用在移动设备较为固定、货流增长情况不是很大的情况下，能够对提升重量的目的进行较好的实现。
2 大秦铁路重载运输组织模式的优化设计
2.1 大秦铁路重载运输情况概述
大秦铁路位于我国华北北部，建设于1988至1992年之间，全长653km，线路跨越天津、北京、山西以及河北等省市，是我国第一条以重载单元列车为主的电气化铁路，可以说是我国煤炭运输的一条重要铁路。
2.2 运输组织模式
大秦铁路行车密度大，货运量大，重载列车以万吨为主，主要由双机重连进行牵引，不具有同步遥控设备，运输距离较长。
从车流来源看来，大秦铁路在北同蒲线组织5000t左右列车；口泉直线组织6000或10000t列车；而在大准线则组织有6000t列车。在此种情况下，为了能够对该铁路所具有的通过能力进行更为充分的利用，在根据其到达地以及车流径情况的不同而以缩短型车辆组织部分超重列车。
从车流去向方面看来，到达天津港的组织4500t列车；到到北京组织的5000t列车；到达秦皇岛东的组织4500t列车。而其它类型的列车一般为5000t左右。
综合角度来看，目前，大秦及相关线路由于所具有的技术装备水平不高，就使得相关运营部分在对现有潜能进行充分挖掘的情况，通过提升线路输送能力以及单列牵引质量等方式对运输线路以及机车车辆等方面的能力进行了最大的发挥。但是对于这种情况而言，其就是在对运力、装备能力进行最大程度挖掘的情况使其获得更强的通过能力，而在运输组织方式方面虽然能够对现今的铁路运输量进行满足，但是却存在着无法灵活调度的缺点，无法满足线路未来运输量的增长。
2.3 大秦线路重载运输限制因素
2.3.1 能源结构
货运重载以及客运高速可以说是现今铁路建设的两大主题，也是未来铁路运输的发展方向。对于我国跌路来说，在重载方面所具有的起步较晚，且在现今国际原油价格提升的情况下，更是需要铁路运输能力的提升使国民经济的可持续发展得到良好的实现。而随着我国经济建设的不断发展，人们对于电力以及煤炭等资源的需求量也得到了更大的增加，在这种情况下，对于煤炭这种运输距离长、重质的货物来说，通过铁路重载进行运输更是具有着较大的优势，而正是这种以煤炭为主体的能源储量结构，则对我国铁路的增长情况起到了决定性的作用。
2.3.2 国土开发政策
我国的内蒙、陕西等地区都具有着较为丰富的煤炭资源，而我国东北地区现有的煤炭资源已经接近耗竭。在我国现今提出振兴东北的政策号召下，就需要以上煤炭资源丰富的地区能够为我国东北地区的发展提供重要能源支持。而这种情况的存在，也使得重载铁路具有着非常重要的发展意义。
2.3.3 重载列车运量的限制
①货流条件。通过对列车重量的的提升，以重质大宗货物为运输对象，主要涉及到货物的种类、批量以及产销之间的关系等。
②机车牵引力。根据线路坡道的大小，提高列车总量需要有相应牵引能力的机车，并有足够的车钩强度和制动能力。
③运输能力。在保持列车的速度不变时，通过对列车重量的提升则能够使其输送能力得到较大的提升。而在车辆机型固定的情况下，在对列车重量进行提升时，其所具有的运输速度则可能随之降低，尤其是在双线自动闭塞情况下，通过对速度的降低更将对列车所具有的间隔情况以及通过能力产生影响。
④运营费用。提高列车货运重量可缩减列车对数，减少乘务人员数量，同时也能控制列车交会、越行次数，保证列车正常运营，从而降低运营经费。但重量的增加会导致列车编成辆数相应增加，延长列车集结时间，总的来讲，运营经费非但不减，还有可能增加。
2.4大秦铁路重载运输组织模式的优化设计
基于以上情况分析我们发现，大秦铁路重载货运专线载货运量大、品名多为煤炭、矿石等大宗货物，流向集中固定，所以采用一般线路牵引质量3500t、4000t、5000t难以满足运量需求，需要大幅度提高牵引质量，如牵引质量到万吨及以上水平。本文将针对大秦线重载运输中存在的限制因素，结合重载运输三种组织方式，提出四种重载列车组合形式进行探讨和比选，以优化设计列车组合形式，提高重载列车运输能力。
从货运量及货流特点来分析，建议采用整列列车进行重载运输。当然，单元列车与组合列车也是常见的重载运输形式。其中，单元列车机车多，机车与车列的编组形式也比较灵活。以大秦线为例，该线路的重载列车一般有以下几种组合形式：
①万吨列车：Loco+5000+Loco+5000
Loco+Loco+5000+5000
Loco+5000+5000+Loco
通过验算发现，当机车、车辆数量一致时，分散联挂的制动距离比集中连挂缩短了1~9%。将两组单编列车简单合并，不仅可以保证列车有足够的时间充风，满足纵向力控制指标，而且拆分十分快捷，可缩短到发线时间，提高营运效率。但是分散连挂必须配备Locotrol和C80等专用车辆，无疑会增加设备成本。因此，考虑到运营效益，大秦线采用了Loco+Loco+5000+5000集中连挂组合形式。
②1.5万吨列车：
方案一：Loco+Loco+10000+Loco+5000
方案二：Loco+5000+Loco+Loco+10000
采用SS4G机车和21吨轴重C63货车时，为了满足机车牵引能力、制动时间、纵向车钩力以及冲动等运行指标，大秦铁路引进了Locotrol系统开行又C63编组的10000+5000列车组合形式，其车钩力一般小于2000kN。而第二套组合形式在列车制动时，最大车钩力大于2000kN，不符合重载运输指标。
③16500吨：2005年9月，大秦铁路针对1.6万吨（“6000+10500”吨）列车组合形式进行过分析计算，发现该编组形式后部车辆的再充气时间很长，并且前后列车纵向力超标，所以不再继续研究和使用该编组形式。
④2万吨列车：
方案一：1+1+1+1——Loco+5000+Loco+5000+Loco+5000+Loco+5000
方案二：1+2+1——Loco+10000+Loco+Loco+10000
方案三：2+2——Loco+Loco+10000+Loco+Loco+10000
方案四：2+1+1——Loco+Loco+10000+Loco+10000+Loco
铁科院层先后对上述组合列车方案进行计算研究、并在大秦线运行实验。大秦线路标高西高东低，线路坡度示意图参见图1。从改图可见，大秦线有两端长大下坡道：
K143~K190，47KM，平均坡度-8.2‰；
K275~K325，50KM，平均坡度-9.1‰。
从重载机车牵引能力以及停车制动（常用制动和紧急制动）能力来看，这4套方案水平相当，但这不是重点，大秦线的考察重点是在长大下坡道区间的充气能力和纵向力上，因此本文将针对上述两段区间为主要研究对象展开分析计算。
本文计算了上述4套组合方案的循环制动再充气时间、减压量、车钩力、制动时间等运行参数，发现方案2+2的充气时间较短，可能无法保证列车充气充足。而且，该方案车钩力过大，不符合重载运输条件。相比之下，方案二尾部机车的充气时间比较符合重载级车运行标准。另外，从牵引制动性能来看，方案一与方案二几乎无异，但是技术站换挂机车作业时间都比较长，会长时间占用到发线时间。
鉴于此，在各种编组方案的2万吨组合列车方式中，方案一与方案二的纵向动力力学性能都符合重载运输指标，其中方案二在实际应用中更加方便。
组合列车的组合形式和单元列车基本一致。两车合并是最常见的组合形式，既方便拆分，又可以缩短作业时间。就目前来看，列车组合形式中还是存在几个小问题有待进一步研究：①需要进一步调整SS4机车车钩及缓冲器的设计。②分散布置的机车，如果列车区间出现临时停车的情况，中后部机车可能停在点电分相无电区内，此时建议Locotrol增设自动过分相功能，如果无法实现此功能，就应该在运营线路中配设地面自动过分相设备。③经Locotrol仿真计算发现，操纵方式所对应的车钩力大幅度调整，应该严格参照列车操纵技术规程正确操作列车，并相应提高重载机车的纵向动力学性能，以确保列车稳定运行。④操纵Locotrol系统时需要考虑系统的响应时间（一般不超过4s），而Locotrol延迟时间对车钩力有较大影响，不宜超过6s。
综上所述，通过对以上四种重载运输组织形式的比选，最终决定万吨列车采用集中连挂的组合形式，2万吨列车采用1+1+1+1和1+2+1的组合形式。经过方案的比选和调整，大秦线从2014年1-6月间累计完成货物运输量26376万吨，日均运量125.6万吨。方案调整前营业收入为24323872530.00元，调整后营业收入提高到24565451919.00元，同比增长7.39%，足以可见1+1+1+1和1+2+1重载运输组合形式对提高铁路运营经济效益的作用十分明显。（表2）
3 结论
总的来说，通过铁路重载运输方式的应用，对于我国现有铁路运输能力的提升具有较为积极的意义。在上文中，我们对铁路重载运输组织方式及相关问题进行了一定的分析与研究，而在今后的研究过程中，也需要我们能够在对重载运输内在所存在规律进行研究的基础上建立起更为科学的开行方案模型，以此在获得更大经济效益的同时使重载运输工作能够得到更好的完成。
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