鐵路機車拉動萬噸貨物最重要的靠什麼？料你也想不到！

出品|網易新聞學院

作者|王麟，科普作家鐵路工程師

經授權轉載

重載鐵路的標準

2005年，國際重載運輸協會制定重載鐵路的標準：即每列列車的牽引質量不少於8000噸，車輛軸重不小於27噸，鐵路線路長度不少於150公里的區段，每年計費的貨運量不少於4000萬噸。所以，只要滿足上述三個條件中的兩個，就會被世界同行承認是重載鐵路。中國目前每列重載列車牽引質量已經達到1萬噸至2萬噸，很顯然滿足這個標準。

軸重是指一個鐵路車輛輪對承受的機車或車輛重量。軸重反映了軌道承受的靜荷載強度。鐵路的軸重越大，每輛車裝載的貨物就越多。軸重越大，對鐵軌施加的壓力就越大，鋼軌損壞的周期就越短，鐵路維修費用就越高。

如何拉得動1萬--2萬噸的貨物？

重載列車和普通列車不同，差別就在列車編組的方式不一樣。普通貨物列車用一台韶山型電力機車就能拉上6000噸，如果想要拉到1萬噸甚至2萬噸，一台機車遠遠不夠，就需要採用大功率機車，同時還要對貨物列車進行組合。一般重載列車的組織形式有三種，分別是單元式重載列車、整列式重載列車和組合式重載列車。

單元式重載列車——以固定的機車車輛組合成一個運輸單元，在裝車站和些車站之間循環運行，中間不經過解體和重新編組。該種編組方式編組貨物品種單一，運量大而集中，列車在裝車地和卸車地之間循環往返運行。這種重載運輸方式目前運用範圍最廣，經濟效益也最顯著。

整列式重載列車——由掛在頭部的一台機車或者多台機車聯合牽引，牽引的貨車也五花八門，中間需要解體和重新編組。這種列車的特點，車種車型不限、貨物品種多樣，其組織方法與普通貨物列車類似，不在運輸途中可以根據實際需要進行改編，因此具有更大的通用性，可適用於客貨運輸密度均較大的幹線上採用。

組合式重載列車——是由兩列級以上的同類貨物列車首尾銜接，組合成一個整列，牽引機車位於列車的頭部和中間。這種類型的重載列車不要求固定機車車輛，也不要求單一貨主，更不要求用同一種車型裝載同一種貨物。組合式重載列車可以在裝車地和卸車地進行組織，也可以在技術作業站進行編組，列車直接到達卸車站和裝車站解體編組，並無嚴格的限制。

上述三種編組方式各有優缺點。單元式重載列車拉的貨物比較單一，適合專用的貨運鐵路，比如我國的運煤專線大秦鐵路就大量開行單元式重載列車。大秦鐵路之外的普通鐵路上，開行的都是整列式和組合式重載貨物列車。

如何實現重載列車「一條龍」運輸？

單元重載列車採用固定編組，按固定線路循外運行於裝、卸貨物的兩地。為了加快車輛周轉，需採用機械化方式快速裝卸。運煤單元列車的車輛上採用可以兩車相對轉動的轉子車鉤，能滿足翻車機上工作的要求。

基本流程就是，列車先從技術作業站進入裝車站，通過設置在環線或者直通線路的裝煤倉裝車之後，再返回技術作業站進行技術檢查，然後駛往卸車站，到達卸車站的技術作業站之後，進行列車檢查，然後進入卸車點不摘機車進行卸車作業，隨後空車返回始發的技術作業站，一個運輸循環就算完成了。

裝車站——一般設在礦山裡面，卸車點一般位於港口碼頭、電廠和鋼鐵廠裡面。重載列車在裝車站的裝車方式有兩種，一種是環線裝車，另一種是貫通式裝車。裝車站除了設置裝車環線或者貫通式裝車線之外，還要根據每天到達車站的列車對數，設置到達線和出發線，用來接發列車之用。必要時，還要設置牽出線和站修線，用來將損壞的列車牽引拉出，放到站修線上臨時檢查修理。

重載列車裝車

採用環線裝車之時，在環線上的合適位置裝設漏斗倉或者高架溜槽，煤炭或者礦石就通過皮帶輸送機輸送到漏斗倉或高架溜槽裡面，通過計算機自動控制，定量裝進下面的敞車裡。在裝車過程中，列車不停，而是勻速通過。這樣，在裝車過程中列車不用解體和編組，大大提高了裝車效率，採用環線裝車方式，每小時可裝車7000到10000噸。

卸車站——車站布置方式與裝車站大同小異，只不過將裝貨的漏斗倉變成了卸車機或者翻車機。為了提高卸車效率，在卸車站一般也是採用環線卸車，利用翻車機每次一節或者兩節車廂，不摘鉤將車廂翻轉，貨物卸進貨倉里。在普速鐵路上，貨運量不大的時候，在卸車站可採用人工卸車或者抓鬥鏟車卸車。

重載列車卸車

不管是裝車站還是卸車站，除了裝載機和卸車機之外，還需要配備電子動態汽車衡、儲貨坑、皮帶輸送機、中轉站、儲貨場、儲貨筒倉等附屬設備，為重載列車提供周到的服務。

怎麼實現又多又安全地運輸？

「流程」問題理清了，最重要的問題來了。運輸貨物，當然每次拉得越多越好，但是也有一個限制，同時，當數百節車廂連掛成一列長達3公里的重載列車的時候，如何能夠安全地將其開往目的地，才是迫切需要解決的技術難題。

列車的頭和尾怎樣實現同步運行？

由於重載列車採用遠程控制，主車到從車之間的通信距離一般達到700-1500米，並且由於牽引質量大，如果多台機車不能同步協調工作，將會帶來安全隱患，因此要想讓一列重載列車中的多台機車同步運行，就需要採取技術手段讓其工作步調一致，做到同時啟動，同時制動，同時停車，只有這樣，才能保證重載列車的運輸安全。

經過多年的研發實踐，在世界重載運輸領域，先後發展出了三種技術手段，第一種就是「傳統的多機集中重聯控制技術」，第二種是「動力分布多機有線重聯同步控制技術（ECP）」，第三種是「動力分布多機無線重聯同步控制技術（LOCOTROL）」。

重載組合列車控制示意圖

傳統的多機集中重聯控制技術——最簡單，也最原始，就是將牽引機車全部放置在列車的最前端，通過提高牽引功率來提高列車的牽引能力，以此達到重載運輸的目的。

傳統集中重聯控制示意圖

動力分布多機有線重聯同步控制技術（ECP）——是將機車分別放置在列車的不同位置，通過車輛間的有線通信網進行機車間的協同牽引控制和車輛制動。該技術由於採用機車分布動力，有利於車鉤受力狀況的改善。

ECP控制技術

動力分布多機無線重聯同步控制技術（LOCOTROL）——其技術原理是通過無線方式構築通信的橋樑，主車通過機車同步控制系統發出控制命令，經無線傳輸系統控制其他的從車，從車根據主車的控制及本車的情況實時控制運行，從而達到各從車與主車之間協調同步運行。

雖然採用機車分布動力無線重聯技術更具有優勢，易於實現，但是價格昂貴，實現的技術難度也大。中國選擇何種控制模式，還需要通過經濟技術比較並結合鐵路的運營的實際情況才能確定。

locotrol系統原理圖

大秦鐵路採用的多機重聯同步控制技術

中國的大秦線萬噸重載組合列車釆用的是「動力分布多機無線重聯同步控制技術」，引進美國GE公司的LOCOTROL技術，但是我們不掌握美國的核心技術。這套引進技術配合國內研發的電台和GSM-R通信方式等技術和設備，通過GSM-R 技術實現網路化無線機車同步操作。

該技術應用基本原理是，當主控機車上的司機操作手柄改變機車運行狀況時，控制單元通過感測器採集到運行狀況的改變狀態，隨後把這些狀態進行編碼，並形成數據包發送到車載通信單元（OCU），OCU 通過GSM-R 網路將該數據包發送到地面應用節點（AN），AN 通過查詢數據會議編組信息，將該數據包同時轉發到同一個編組的從控機車的車載通信單元（OCU），OCU 將數據包轉發到從控機車的控制單元，由控制單元形成控制指令，控制從控機車按照主控機車的操作進行同樣的動作，最終完成編組內機車之間的同步操控。從控機車完成操作後，沿著相同的路徑，反過來把執行的結果和從控機車的狀態返回給主控機車，一個流程便告結束。

由於LOCOTROL核心技術被美國公司壟斷，為此我國科技人員自力更生，也研發成功「動力分布機車無線重聯同步控制系統裝置」，於2010年通過了省部級科技成果鑒定，2011年獲得省部級科技獎，並應用到了我國的重載鐵路運輸之中。

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