摘 要：考慮到重載列車技術(shù)對提升鐵路運輸能力所起的作用，針對其開展的理論研究與工程試驗依然有著重要而深遠的意義。機車作為鐵道車輛的動力來源，依然是鐵路運輸未來發(fā)展的重頭戲。鑒于此，介紹了重載列車的牽引動力形式、技術(shù)特點與相關(guān)要求。

關(guān)鍵詞：重載運輸;重載列車;重載鐵路;內(nèi)燃機車;電力機車

0 ? ?引言

隨著鐵路牽引動力的發(fā)展和運輸形勢發(fā)展的需要，牽引重載列車將成為一個各國普遍關(guān)注的問題。本文主要討論重載貨物列車（以下簡稱重載列車）的主要形式和有關(guān)列車操縱問題。

1 ? ?重載運輸

重載列車主要有3種形式：單元重載列車、組合重載列車和單編重載列車。鐵路重載運輸是涉及面廣而復(fù)雜的綜合技術(shù)。重載列車編組長、質(zhì)量大，由一臺或幾臺機車擔(dān)當(dāng)牽引，需要采取有效的技術(shù)組織措施，確保運行安全，提高運輸效率。近幾十年來，世界各國都對重載運輸?shù)挠嘘P(guān)技術(shù)問題進行了有針對性的研究，以使重載列車貨物運輸達到最理想的效果。

2 ? ?重載列車的牽引動力形式

2.1 ? ?機車牽引動力

各國重載列車牽引機車，除了美國和加拿大主要使用內(nèi)燃機車外[1-4]，絕大多數(shù)國家均采用電力機車。為滿足重載列車的牽引要求，最主要的是通過增加內(nèi)燃機車柴油機功率和加大電力機車的牽引電機功率，以及實現(xiàn)輪軌之間最佳黏著系數(shù)來提高機車的牽引力[5]。

2.2 ? ?重載列車的雙機或多機組合牽引

重載列車牽引機車集中在列車頭部，盡管機車功率增加，但受機車和車輛的車鉤強度及制動性能限制，列車質(zhì)量不可能有更大的提高，否則極易造成車鉤斷裂、列車分離，不能保證行車安全。目前的重載列車，無論是美國等國的重載單元列車還是俄羅斯的超重超長列車，在列車質(zhì)量超過10 000～12 000 t時都采用多臺機車組合，合理分布在列車頭部、中部或尾部，根據(jù)列車的實際質(zhì)量確定所需要的機車臺數(shù)。全列車由頭部機車擔(dān)當(dāng)本務(wù)機車，中部機車作為輔助機車，按照本務(wù)機車司機指令進行操縱。

重載列車遙控同步操縱，在山區(qū)和長隧道線路區(qū)段運行時會出現(xiàn)干擾和無線電波傳送困難問題，使前后機車的無線通信聯(lián)系中斷。為了保證無線電波在長隧道傳送的可靠性，各國多采用在隧道內(nèi)加裝波導(dǎo)線、隧道口裝設(shè)中繼器的方式，同時也在尋求更有效的措施。

3 ? ?重載列車牽引動力的技術(shù)特點

3.1 ? ?重載列車的牽引方式

重載鐵路運輸動力牽引包括電力牽引和內(nèi)燃牽引。除美國、加拿大主要采用內(nèi)燃牽引外，絕大多數(shù)國家依然采用電力牽引。國外運營實踐表明，電力牽引具有功率大、效率高、污染少等優(yōu)點，大多數(shù)國家都將其作為牽引動力現(xiàn)代化的發(fā)展方向。電力機車本身不帶動力能源，具有功率大、單位功率質(zhì)量小、過載能力強等特點，能大幅提高貨物列車質(zhì)量。因此，電氣化鐵路最適于發(fā)展重載運輸。

（1）從能源利用效率看，電力機車和內(nèi)燃機車牽引效率都很高，都可用于重載運輸。但內(nèi)燃牽引必須使用柴油，對石油資源有很強的依賴性，而電力牽引不但可以更有效地利用其他化學(xué)燃料，而且可以利用水力或核能發(fā)電等方式。在能源問題成為全球關(guān)注焦點的今天，從綜合利用能源的角度看，電力牽引比內(nèi)燃牽引具有更廣闊的發(fā)展前景。

（2）電力牽引可以應(yīng)用“再生制動”技術(shù)，一般來說，再生能源所節(jié)約的電能可達列車全部電能消耗量的18%～20%。雖然目前從技術(shù)上看比較復(fù)雜，但經(jīng)濟上是合算的。

（3）電力機車由于車上沒有原動機，因此其可比同樣質(zhì)量的其他型式的機車功率更大。同時，其功率不受原動機功率的限制，可以短時由接觸網(wǎng)取用超額的電力。因此，相同質(zhì)量的電力機車比其他機車功率更大。

（4）電氣化鐵路還具有所需操作人員較少，勞動生產(chǎn)率較高，污染小，勞動條件好等優(yōu)點。但需要注意的是，相較于內(nèi)燃牽引，電氣化鐵路對電源的極度依賴性也使其較為脆弱。一旦電力供應(yīng)系統(tǒng)遭到破壞，也會造成整個運輸系統(tǒng)的癱瘓。比較典型的例子是2008年春節(jié)我國南方雪災(zāi)，造成電網(wǎng)崩潰，進而導(dǎo)致包括南北鐵路大動脈——京廣線在內(nèi)的南方許多鐵路運輸癱瘓。

3.2 ? ?重載列車的牽引要求

對于牽引重載列車的機車，有兩項基本要求：足夠高的功率和足夠大的黏著牽引力。機車牽引重載列車，要以規(guī)定的計算速度通過限制坡道，在平道上也要達到一定的速度。由于列車質(zhì)量大、運行阻力大，要求機車的功率也相應(yīng)較高[6]。一臺機車的功率通常不夠，可以雙機或多機牽引重載列車。單節(jié)機車的功率大，則可以減少機車數(shù)量，減少機車購置費及維修費用，降低運輸成本，電力機車較內(nèi)燃機車更容易實現(xiàn)大功率，故重載運輸采用電力牽引優(yōu)于內(nèi)燃牽引。各國用于重載牽引的機車，不論是內(nèi)燃機車還是電力機車，近年來都有增大功率的趨勢，其目的在于減少牽引機車的臺數(shù)，降低運輸成本。

重載列車在啟動及通過限制坡道時，列車阻力較大，對機車牽引力就有一定要求;但其最大牽引力不能超過機車黏著牽引力，因此對機車的軸數(shù)、軸重、能發(fā)揮的黏著系數(shù)都有一定的要求。軸重受線路的限制，美國內(nèi)燃機車的軸重達28～30 t。機車能夠發(fā)揮的黏著系數(shù)，不同類型的機車相差甚大，通常體現(xiàn)為該機車黏著性能的好壞。

重載機車應(yīng)注重提高牽引機車性能，機車功率和輪軌間黏著力應(yīng)相匹配。在重載運輸中，機車輪軌間黏著力的限制往往比功率的限制更為突出，應(yīng)選擇合理的功率與黏著質(zhì)量比，以保證機車有足夠的牽引力。目前，貨車普遍采用滾動軸承，在限制坡道上啟動一般不成為牽引質(zhì)量提高的限制因素，列車的牽引質(zhì)量應(yīng)根據(jù)以持續(xù)速度通過長大限制坡道而不發(fā)生空轉(zhuǎn)的條件來確定。

一般而言，電力機車的黏著性能比內(nèi)燃機車好;交流傳動機車比直流傳動的黏著性能好;機車采用徑向轉(zhuǎn)向架通過曲線時的黏著系數(shù)不下降;微機控制的防空轉(zhuǎn)裝置能使輪軌間的黏著潛力得到充分的利用。必須指出，機車的功率及牽引力必須同時滿足要求。若功率足夠但牽引力不足，則可能發(fā)生列車啟動困難或在區(qū)間長大上坡段出現(xiàn)停止的情況;若功率不足則列車難以達到規(guī)定的速度。

3.3 ? ?重載內(nèi)燃機車柴油機節(jié)油要求

內(nèi)燃機車使用柴油機作為動力來源。柴油機能在寬廣的功率范圍內(nèi)以較高的效率將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成為機械功，而且結(jié)構(gòu)相對簡單，操縱較為方便，機動性好，適應(yīng)性強，這些都是其他熱能動力機械無法比擬的。由于柴油機是以碳氫化合物為燃料的動力機械，受到石油資源儲量及其燃燒產(chǎn)物中有害排放物質(zhì)的制約，其發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而且，隨著人們對生產(chǎn)的高效性、運輸?shù)目旖菪约斑\用的安全性等要求的進一步提高，在柴油機的節(jié)能、強化及可靠性等方面都提出了新的要求。

重載內(nèi)燃機車由于牽引質(zhì)量大，燃油消耗相應(yīng)也較大，因此采用先進的節(jié)油降耗技術(shù)可以提高機車?yán)眯?，以更好地適應(yīng)重載運輸?shù)陌l(fā)展。

4 ? ?重載機車同步操縱及遙控裝置

重載列車總質(zhì)量較大，一臺機車的功率往往不夠，需雙機或多機組合牽引。采用雙機或多機牽引時，機車的編掛方式（位置）對重載列車的運行和在站作業(yè)都會造成影響。牽引機車可采取集中連掛和分散連掛兩種編掛方式[7]。

集中連掛，一般采用機車自有的重聯(lián)裝置，多臺機車均掛于列車頭部集中牽引重載列車，這種方式對機車及車輛的車鉤、緩沖器及列車的制動和緩解均帶來較大的影響。如列車中的車鉤受力不均，差異較大，機后車鉤受力最大，隨后車鉤受力逐漸遞減，到列車尾部車鉤受力最小。因此當(dāng)列車啟動和運行中牽引力突然變化時，極易造成列車車鉤分離或斷鉤。同時，因為慣性的存在，制動或停車時車鉤緩沖器會受列車自身的沖擊，將會產(chǎn)生壓死、爆裂現(xiàn)象。此外，重載列車編掛車輛多，造成列車長度較普通列車成倍增加，列車制動機在制動減壓或緩解充風(fēng)時的時間過長，且列車主風(fēng)管前、中、后部的壓差很大，影響列車制動和緩解性能，特別是在長大坡道下坡制動時充風(fēng)速度慢，列車易失控。

一般而言，牽引重載列車的機車集中在列車頭部時，盡管機車功率可增加，但列車牽引質(zhì)量受車鉤強度及制動性能的限制，不可能有更大的提高，否則極易造成車鉤斷裂、列車分離，不能保證行車安全。機車集中在列車頭部時，通常只用雙機牽引，而不用更多的機車牽引;如超過規(guī)定的最大牽引力，需在列車后部加掛補機推送。

采用無線通信的重載列車遙控同步操縱，在山區(qū)和長隧道線路區(qū)段往往會出現(xiàn)干擾和無線電傳送困難問題，使前后機車的無線通信聯(lián)系中斷。為了保證無線電波在長隧道內(nèi)傳送，各國多采用在隧道內(nèi)加裝波導(dǎo)線、隧道口裝設(shè)中繼器的方式解決問題，同時還在尋求更有效的措施。

5 ? ?結(jié)語

目前，鐵路運輸在國民經(jīng)濟建設(shè)領(lǐng)域依然起著重要作用?？紤]到重載列車技術(shù)對提升鐵路運輸能力所起到的作用，針對其開展的理論研究與工程試驗依然有著重要而深遠的意義。機車作為鐵道車輛的動力來源，依然是鐵路運輸未來發(fā)展的重頭戲。

[參考文獻]

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[3] 伍賽特.交通運輸減排技術(shù)研究及展望[J].上海節(jié)能，2020（6）：538-542.

[4] 伍賽特，姜福波，梁昱.內(nèi)燃機車技術(shù)運用及節(jié)能措施研究[J].節(jié)能，2020，39（3）：153-155.

[5] 亢紅霞.貨運專線重載運輸組織及運行圖仿真——以大秦鐵路為例[D].蘭州：蘭州交通大學(xué)，2008.

[6] 王秋允.200 km/h等級機車整體驅(qū)動系統(tǒng)方案研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2007.

[7] 張進川.半封閉式重載鐵路運輸組織關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2008.

收稿日期：2021-01-06

作者簡介：伍賽特（1990—），男，湖南邵陽人，工學(xué)碩士，工程師，研究方向：內(nèi)燃機與動力裝置。