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

關(guān)鍵詞：重載運(yùn)輸;重載列車;重載鐵路;內(nèi)燃機(jī)車;電力機(jī)車

0 ? ?引言

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

1 ? ?重載運(yùn)輸

重載列車主要有3種形式：?jiǎn)卧剌d列車、組合重載列車和單編重載列車。鐵路重載運(yùn)輸是涉及面廣而復(fù)雜的綜合技術(shù)。重載列車編組長(zhǎng)、質(zhì)量大，由一臺(tái)或幾臺(tái)機(jī)車擔(dān)當(dāng)牽引，需要采取有效的技術(shù)組織措施，確保運(yùn)行安全，提高運(yùn)輸效率。近幾十年來，世界各國(guó)都對(duì)重載運(yùn)輸?shù)挠嘘P(guān)技術(shù)問題進(jìn)行了有針對(duì)性的研究，以使重載列車貨物運(yùn)輸達(dá)到最理想的效果。

2 ? ?重載列車的牽引動(dòng)力形式

2.1 ? ?機(jī)車牽引動(dòng)力

各國(guó)重載列車牽引機(jī)車，除了美國(guó)和加拿大主要使用內(nèi)燃機(jī)車外[1-4]，絕大多數(shù)國(guó)家均采用電力機(jī)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(jī)車柴油機(jī)功率和加大電力機(jī)車的牽引電機(jī)功率，以及實(shí)現(xiàn)輪軌之間最佳黏著系數(shù)來提高機(jī)車的牽引力[5]。

2.2 ? ?重載列車的雙機(jī)或多機(jī)組合牽引

重載列車牽引機(jī)車集中在列車頭部，盡管機(jī)車功率增加，但受機(jī)車和車輛的車鉤強(qiáng)度及制動(dòng)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(guó)等國(guó)的重載單元列車還是俄羅斯的超重超長(zhǎng)列車，在列車質(zhì)量超過10 000～12 000 t時(shí)都采用多臺(tái)機(jī)車組合，合理分布在列車頭部、中部或尾部，根據(jù)列車的實(shí)際質(zhì)量確定所需要的機(jī)車臺(tái)數(shù)。全列車由頭部機(jī)車擔(dān)當(dāng)本務(wù)機(jī)車，中部機(jī)車作為輔助機(jī)車，按照本務(wù)機(jī)車司機(jī)指令進(jìn)行操縱。

重載列車遙控同步操縱，在山區(qū)和長(zhǎng)隧道線路區(qū)段運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)干擾和無線電波傳送困難問題，使前后機(jī)車的無線通信聯(lián)系中斷。為了保證無線電波在長(zhǎng)隧道傳送的可靠性，各國(guó)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(shí)也在尋求更有效的措施。

3 ? ?重載列車牽引動(dòng)力的技術(shù)特點(diǎn)

3.1 ? ?重載列車的牽引方式

重載鐵路運(yùn)輸動(dòng)力牽引包括電力牽引和內(nèi)燃牽引。除美國(guó)、加拿大主要采用內(nèi)燃牽引外，絕大多數(shù)國(guó)家依然采用電力牽引。國(guó)外運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明，電力牽引具有功率大、效率高、污染少等優(yōu)點(diǎn)，大多數(shù)國(guó)家都將其作為牽引動(dòng)力現(xiàn)代化的發(fā)展方向。電力機(jī)車本身不帶動(dòng)力能源，具有功率大、單位功率質(zhì)量小、過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，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(yùn)輸。

（1）從能源利用效率看，電力機(jī)車和內(nèi)燃機(jī)車牽引效率都很高，都可用于重載運(yùn)輸。但內(nèi)燃牽引必須使用柴油，對(duì)石油資源有很強(qiáng)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(diǎn)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(dòng)”技術(shù)，一般來說，再生能源所節(jié)約的電能可達(dá)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(jì)上是合算的。

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

（4）電氣化鐵路還具有所需操作人員較少，勞動(dòng)生產(chǎn)率較高，污染小，勞動(dòng)條件好等優(yōu)點(diǎn)。但需要注意的是，相較于內(nèi)燃牽引，電氣化鐵路對(duì)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(huì)造成整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的癱瘓。比較典型的例子是2008年春節(jié)我國(guó)南方雪災(zāi)，造成電網(wǎng)崩潰，進(jìn)而導(dǎo)致包括南北鐵路大動(dòng)脈——京廣線在內(nèi)的南方許多鐵路運(yùn)輸癱瘓。

3.2 ? ?重載列車的牽引要求

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

重載列車在啟動(dòng)及通過限制坡道時(shí)，列車阻力較大，對(duì)機(jī)車牽引力就有一定要求;但其最大牽引力不能超過機(jī)車黏著牽引力，因此對(duì)機(jī)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(guó)內(nèi)燃機(jī)車的軸重達(dá)28～30 t。機(jī)車能夠發(fā)揮的黏著系數(shù)，不同類型的機(jī)車相差甚大，通常體現(xiàn)為該機(jī)車黏著性能的好壞。

重載機(jī)車應(yīng)注重提高牽引機(jī)車性能，機(jī)車功率和輪軌間黏著力應(yīng)相匹配。在重載運(yùn)輸中，機(jī)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(jī)車有足夠的牽引力。目前，貨車普遍采用滾動(dòng)軸承，在限制坡道上啟動(dòng)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(zhǎng)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(jī)車的黏著性能比內(nèi)燃機(jī)車好;交流傳動(dòng)機(jī)車比直流傳動(dòng)的黏著性能好;機(jī)車采用徑向轉(zhuǎn)向架通過曲線時(shí)的黏著系數(shù)不下降;微機(jī)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(jī)車的功率及牽引力必須同時(shí)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(dòng)困難或在區(qū)間長(zhǎng)大上坡段出現(xiàn)停止的情況;若功率不足則列車難以達(dá)到規(guī)定的速度。

3.3 ? ?重載內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)節(jié)油要求

內(nèi)燃機(jī)車使用柴油機(jī)作為動(dòng)力來源。柴油機(jī)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(jī)械功，而且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，操縱較為方便，機(jī)動(dòng)性好，適應(yīng)性強(qiáng)，這些都是其他熱能動(dòng)力機(jī)械無法比擬的。由于柴油機(jī)是以碳?xì)浠衔餅槿剂系膭?dòng)力機(jī)械，受到石油資源儲(chǔ)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(duì)生產(chǎn)的高效性、運(yùn)輸?shù)目旖菪约斑\(yùn)用的安全性等要求的進(jìn)一步提高，在柴油機(jī)的節(jié)能、強(qiáng)化及可靠性等方面都提出了新的要求。

重載內(nèi)燃機(jī)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(jìn)的節(jié)油降耗技術(shù)可以提高機(jī)車?yán)眯剩愿玫剡m應(yīng)重載運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。

4 ? ?重載機(jī)車同步操縱及遙控裝置

重載列車總質(zhì)量較大，一臺(tái)機(jī)車的功率往往不夠，需雙機(jī)或多機(jī)組合牽引。采用雙機(jī)或多機(jī)牽引時(shí)，機(jī)車的編掛方式（位置）對(duì)重載列車的運(yùn)行和在站作業(yè)都會(huì)造成影響。牽引機(jī)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(jī)車自有的重聯(lián)裝置，多臺(tái)機(jī)車均掛于列車頭部集中牽引重載列車，這種方式對(duì)機(jī)車及車輛的車鉤、緩沖器及列車的制動(dòng)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(jī)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(dòng)和運(yùn)行中牽引力突然變化時(shí)，極易造成列車車鉤分離或斷鉤。同時(shí)，因?yàn)閼T性的存在，制動(dòng)或停車時(shí)車鉤緩沖器會(huì)受列車自身的沖擊，將會(huì)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(zhǎng)度較普通列車成倍增加，列車制動(dòng)機(jī)在制動(dòng)減壓或緩解充風(fēng)時(shí)的時(shí)間過長(zhǎng)，且列車主風(fēng)管前、中、后部的壓差很大，影響列車制動(dòng)和緩解性能，特別是在長(zhǎng)大坡道下坡制動(dòng)時(shí)充風(fēng)速度慢，列車易失控。

一般而言，牽引重載列車的機(jī)車集中在列車頭部時(shí)，盡管機(jī)車功率可增加，但列車牽引質(zhì)量受車鉤強(qiáng)度及制動(dòng)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(jī)車集中在列車頭部時(shí)，通常只用雙機(jī)牽引，而不用更多的機(jī)車牽引;如超過規(guī)定的最大牽引力，需在列車后部加掛補(bǔ)機(jī)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(zhǎng)隧道線路區(qū)段往往會(huì)出現(xiàn)干擾和無線電傳送困難問題，使前后機(jī)車的無線通信聯(lián)系中斷。為了保證無線電波在長(zhǎng)隧道內(nèi)傳送，各國(guó)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(shí)還在尋求更有效的措施。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

目前，鐵路運(yùn)輸在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)領(lǐng)域依然起著重要作用。考慮到重載列車技術(shù)對(duì)提升鐵路運(yùn)輸能力所起到的作用，針對(duì)其開展的理論研究與工程試驗(yàn)依然有著重要而深遠(yuǎn)的意義。機(jī)車作為鐵道車輛的動(dòng)力來源，依然是鐵路運(yùn)輸未來發(fā)展的重頭戲。

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收稿日期：2021-01-06

作者簡(jiǎn)介：伍賽特（1990—），男，湖南邵陽(yáng)人，工學(xué)碩士，工程師，研究方向：內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置。