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1、大秦线开行2万吨重载组合列车系统集成与创新耿志修：铁道部，副总工程师兼科学技术司司长，北京，100844摘 要：大秦线是我国第一条双线重载电气化运煤专线，承担着全国铁路1 8的煤炭运量。开行2万t重载组合列车涉及很多技术难题，采用LOCOTROL技术必须解决好“山区铁路通信可靠性、长大下坡道周期制动、长大列车纵向冲动”三大技术难题。铁道部先后安排60多项科研项目，自2004年起经过三个阶段、上百次试验，实现了大秦线开行2万t重载组合列车的技术创新、体系创新和运输组织创新，在运量和运输收入、装备水平等方面显著提高。关键词：重载运输技术；重载组合列车；机车无线同步操纵；GSM-R；大秦线2003年
2、，铁道部党组根据党中央、国务院的要求，为缓解煤电油运紧张状况，作出了在大秦线开行2万t重载组合列车、大幅度提高大秦线运输能力的重大决策。通过系统集成与创新，2006年3月28日，大秦线正式开行了2万t重载组合列车，标志着我国铁路重载运输技术达到世界先进水平。1 需求牵引，科学决策大秦线是中国第一条双线重载电气化运煤专线，西起北同蒲线的韩家岭站，东至秦皇岛地区的柳村南站，全长653 km。1985年开工建设，一期、二期分别于1988年和1992年底投入运营。2002年，大秦线达到了年运量1亿t的设计目标。作为我国重要的煤炭运输通道，大秦线承担着全国铁路18的煤炭运量，负责全国六大电网、五大发电公
3、司、380多家主要发电厂、十大钢铁公司和6 000多家企业生产用煤和民用煤、出口煤的运输任务。为从根本上提高大秦线的运输能力，2003年末，铁道部党组作出了加快大秦线重载技术创新和扩能改造、快速提高大秦线运输能力的重大决策。科学论证表明，开行2万t重载组合列车，提高列车牵引重量，是大幅度提图1 大秦线煤运通道高运输能力的最优选择。2万t重载组合列车净载重16 800 t，如每天开行245对列车，即可达到年运量15亿t；每天开行49对列车，可实现年运量3亿 t；每天开行70对列车，可实现年运量4亿t。不仅全面提高了大秦线的运输能力，而且可提供充足的综合施工、维修天窗。2003年12月，铁道部组织
4、考察组对美国和南非铁路重载技术进行了考察，对当今世界上先进的重载技术即机车无线同步操纵技术(LOCOTROL)和有线电控空气制动技术(ECP)进行了对比分析。认为采用GE公司的LOCOTROL技术开行2万t重载组合列车，更符合中国铁路路情和大秦线运输实际，技术可行，经济合理，安全可控。2 科研试验，集成创新大秦线开行2万t重载组合列车是一项复杂的系统工程，涉及到很多技术难题。2万t重载组合列车长达2 672 m，大秦线地处山区，隧道多，坡道大，采用 LOCOTROL技术开行2万t重载组合列车，必须解决好“山区铁路通信可靠性、长大下坡道周期制动、长大列车纵向冲动”三大技术难题。2.1 科研试验铁
5、道部先后安排了60多项科研项目，以攻克三大技术难题为主要目标，在列车同步操纵、无线数据传输、牵引、制动技术、车辆重载技术、基础设施强化技术、牵引供电强化技术、重载运输组织技术、重载组合列车优化操纵、综合维修技术等方面开展了一系列技术创新工作，形成了大秦线2万t重载组合列车重载运输技术体系。在铁道部的组织下，自2004年起进行了3个阶段、上百次试验(其中综合试验26次)，对大秦线开行2万t重载组合列车进行了系统集成创新。目前已掌握了3种编组开行方式的技术。图2 重载运输技术体系 (1)采用4台SS4机车进行45 000 t重载组合列车综合试验。LOCOTROL技术在世界各国重载运输中已应用30多
6、年，安装了7 000多台机车，均以5 000 t列车的长度为基本单元开行重载组合列车。由于原来采用的450 MHz数据电台在山区隧道地区传输距离仅为650 m，为满足大秦线运输需求，铁道部采用800 MHz数据电台作为无线传输平台，首次实现了800 MHz数据电台与LOCOTROL技术的系统集成，传输距离达到790 m，满足了机车间通信的要求，同时实现了SS4机车与LOCOTROL技术、CCB制动机的系统集成，实现了对SS4机车、新型C80车辆、机车自动过分相设备的改造和试验验证。 自2004年开始，进行了45 000 t重载组合列车综合试验。2004年12月12日，试验成功了中国第一列2万t
7、(45 000 t)重载组合列车。(2)采用4台SS4机车进行210 000 t重载组合列车综合试验。大秦线有46个万吨装车点和8个2万t装车点，为了满足运输需要，提高运输效率，需要开行万吨单元列车组成的2万t重载组合列车。自2005年开始，通过科学论证、系统集成、综合试验，在世界上首次实现了LOCOTROL技术与GSMR技术的结合，成功进行了210 000 t重载组合列车综合试验，标志着中国铁路重载运输技术达到世界先进水平。为了最大限度地利用资源，2006年5月，按照车站到发线有效长度进行了210 500 t综合试验(210辆C80)，每列2万t重载组合列车可增加l 000 t重量。 (3)
8、采用2台和谐型机车开行210 000 t重载组合列车。2007年57月，成功进行了用2台大功率和谐型电力机车加可控列尾装置牵引2万t重载组合列车的综合试验，开创了世界铁路重载史的新篇章。采用2台大功率和谐型机车牵引2万t重载组合列车，减少了机车台数，提高了运输效率和经济效益。图3 大秦线重载组合列车编组开行方式2.2 工程改造为满足大秦线开行2万t重载组合列车的需要，对大秦线牵引供电系统进行了增容改造，强化了路基、轨道、桥梁等基础设施，将13个站场到发线延长到2 800 m，加强和完善了GSMR无线双网系统，配套改造了信号设备。大秦线分散自律调度集中系统(CTC)计划2007年底建成投入使用。
9、大秦线CTC系统的开通使用，将进一步提升铁路装备水平，提高运输效率。2.3 创新成果通过2万t重载组合列车的开行，在以下几个方面实现了创新。2.3.1 技术创新一是系统集成创新。在世界上首次实现了LOCOTROL技术与GSM-R技术的结合，并成功应用于210 000 t重载组合列车。把LOCOTROL技术由过去的点到点通信传输，发展为系统网络通信传输，解决了机车间通信距离限制的关键问题，标志着我国铁路重载技术上了一个新的台阶，为世界铁路重载技术的发展作出了贡献。二是首次实现了采用2台和谐型大功率机车加可控列尾的方式，开行2万t重载组合列车，是世界重载技术的又一次创新，开创了世界铁路重载史的新篇
10、章。三是在世界上首次实现了800M H z数据电台与 LOCOTROL技术的结合，并成功应用于大秦线45 000 t重载组合列车，使通信传输距离由450 MHz的650 m提高到800MHz的790 m，进一步拓展了LOCOTROL技术的应用领域。图4 采用单套LOCOTROL系统与机车结合示意图四是首次采用单套LOCOTROL系统与SS4机车结合，实现了主控机车双端同步操纵控制功能。与GE公司推荐的方案相比，200台SS4机车仅设备改造就节约资金1亿元。五是首次系统采用了重载车辆及重载配套技术。为大秦线设计生产了C80重载货车，加装了1201制动阀和中间牵引杆，在SS4机车上加装了E级钢车钩
11、和大容量弹性胶泥缓冲器，纵向冲击力减少35。六是首次采用机车自动过分相装置。自主研制的机车自动过分相装置确保了重载组合列车安全平稳运行。2.3.2 体系创新在大秦线开行2万t重载组合列车技术创新的过程中，探索了以政府为主导、市场为导向、企业为主体、产学研用相结合的技术创新体系。一是充分发挥了铁道部的政府主导作用，组织2万t载组合列车相关重大科技项目的实施。部领导多次作出重要批示，亲自指挥重载试验，部机关各部门紧密配合，根据大秦线运输的需要，不断推进系统集成创新，优化重载列车开行方案。二是充分发挥企业在技术创新中的主体作用，开展产学研用联合攻关。在铁道部统一指挥下，北京铁路局、太原铁路局、大秦铁
12、路股份有限公司发挥主体作用，积极与北京交通大学、铁道科学研究院、通号集团公司设计研究院、中国南方机车车辆工业集团公司、中国北方机车车辆工业集团公司、北京首科中系希电信息技术有限公司等单位联合，组成了产学研用联合体，与GE公司、华为技术有限公司等企业共同开展技术创新工作，成功实现了大秦线2万t重载组合列车的系统集成创新。大秦线开行2万t重载组合列车的技术创新实践，为完善我国铁路科技创新机制进行了成功探索。2.3.3 运输组织创新一县优化了运输组织。大秦线在世界上首次采用4台机车1+2+1的方式、2台和谐型大功率交流传动电力机车1+1+可控列尾的方式，开行210 000 t重载组合列车，符合大秦线
13、运输特点，具有运输效率高，制动性能好，纵向冲动小，安全平稳等特点。二是实现了集疏运一体化。210 000 t重载组合列车，满足了大秦线46个万吨和8个2万t装车点的需要，缓解了湖东站的编组压力。2万t装车点可开行点对点的重载组合列车，充分发挥了先进技术装备的优势，构建了集疏运一体化的格局，大幅度提高了运输效率和效益。3 运力提升，效益显著3.1 运量显著提高20022006年，大秦线运量从1亿t提高到254亿t，已成为世界上年运量最大的铁路，2007年运量预计将达到3亿t，相当于又新建了2条大秦线。从2006年3月28日正式开行2万t重载组合列车，到2007年8月底累计运量已达到1254Lt。
14、目前，大秦线每日开行2万t重载组合列车25对左右，年运量超过154Lt，已高于国外重载铁路的年运量。图6 2020年煤运基地铁路运输通道3.2 装备水平显著提升大秦线2万t重载组合列车的开行，显著提升了我国重载装备水平，不仅为大秦线运量大幅度提高奠定了坚实的技术基础也为中长期铁路网规划中其他铁路煤运通道建设起到了示范作用。3.3 运输收入显著增长 大秦线运输收入从2002年的79亿元增加到2006年的161亿元，增加了1038，预计2007年将达到172亿元。开行2万t重载组合列车，大幅度压缩了全周转时间，降低了运营成本，提高了运输效率和效益。 3.4 社会效益十分显著开行2万t重载组合列车，
15、提高大秦线运输能力，对缓解全国煤电油运紧张状况，促进国民经济持续健康快速发展具有重要意义。目前，大秦线每天开行25对2万t重载组合列车，年增运煤炭7 000多万t，可多发电1 500亿kWh。随着和谐型大功率交流传动电力机车的陆续投入运用，2万t重载组合列车开行对数将进一步增加。大秦线已成为煤运通道重载运输的示范性工程、既有线扩能改造的样板性工程和铁路发展的标志性工程。大秦线开行2万t重载组合列车系统集成与创新的成功实践表明，树立学习型、开放型、全球型的观念，充分发挥比较优势、后发优势、体制优势，根据国情、路情，树立以我为主的思想，坚持把原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新有机结合起来，全面增强自主创新能力，是快速提升我国铁路技术装备水平、快速提高运输能力、加快实现中国铁路现代化的正确选择。2009年，铁道部将与国际重载运输协会共同主办世界重载运输大会，向世界展示中国铁路的重载理念和技术。
