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中国铁路货运的主要部分分两类。一类是货源和目的地基本固定,货源又大宗,可以认为无限的单一货种,目的地有可以认为无限的需求。因此就是把运力用足,各个环节都搞到效率最高。集中机械化装卸,重载大列,基本无编组作业,追踪平图运行,重车去空车回循环运输。在实际当中基本就是运煤,代表就是大秦线。实际上这类线大多数还是客货混跑,也运点别的货,不过主要是单向运煤。纯这一类的只有大秦和它的支线迁曹。迁曹线是因为大秦的运量超过了世界第一大散货港秦皇岛港的能力,修了条支线到曹妃甸港。
另一类是路网主干线,京沪,京广,京哈,京九,陇海,沪昆等,什么都运,双向运输,客货混跑。
《人民铁道报》有篇很长的文章介绍中国铁路货运的发展(注:链接已失效):http://www.tieliu.com.cn/tlpl2/2010/201012/2010-12-27/20101227093844_269601.html
里面说目前世界上年运量1亿吨以上的铁路路线有24条,其中中国有21条。包括大秦、侯月、京哈、京广、京沪、京九、陇海、沪昆、京包、包兰、胶济、淮南、北同蒲、南同蒲、迁曹、沈山、沈大、津山、石德、石太、新石铁路。这里面应该是只算了国铁的,比如神华公司还有包神,神朔,朔黄3条过亿吨的铁路。
按现在的发展,到2015年,运量超过1亿吨的线路总里程翻倍,全国总货运量和货运周转量翻倍应该都问题不大。
单向运煤的线路运量上去其实很容易。比如大秦主要就靠延长到发线以容纳大长列车,使用大功率机车和新的载重大自重比例低的货车,开2万吨大列就实现了4亿吨的运量。实际上大秦在大同到通过北京北部山区这一段当年建设标准以现在来看并不高,曲线半径比较小,连续通过密集的短隧道,大段里程只有2,30公里的时速。过了这一段以后是比较直的下坡,目前是80公里时速,还可以提高。货车的追踪时间是11分钟,还有提高的余地,而且现在也没有把密度用满,也不是所有车都是2万吨。所以大秦的运量再翻一倍到8亿吨也是可能的。
另一个典型是通霍线,通辽到内蒙霍林格勒盟的霍林河站,77年开工,84年建成,86年通车。这只是一条内燃单线,标准也不高,当初设计运量为年600万吨。但好在该线地形比较平坦,通过延长到发线开万吨,2万吨组合列车,运量已经超过6000万吨,提高了10倍。该线用的也就是东风4B内燃机车,普通的60吨敞车,都是80年代的东西。该线也还有客运。去年该线向更远的矿区延伸的几条铁路已经建成,总数大约4,500公里,该线的复线去年底也已经开通。2009年该线开始使用HXN3内燃机车,不久的将来,运量再翻一倍也应该没有问题。该线向南的大郑线复线也接近完工,在大虎山站接入沈山线(就是老京哈线沈阳-山海关段,现在的京哈线沈阳-秦皇岛段是秦沈客专)。另外说一下,通霍线有个股票叫ST北亚,可以关注一下,我可不是托阿。
现在有大量连通煤炭产区的新干线在建设,都是双线电气化的。大量老线在改为双线电气化,还有煤产区内部的新线在建设。加上更换新的机车货车,煤炭运量会高速增长。
干线的货运就复杂一些。主要有三个限制。一是到发线长度和坡度。二是轴重,就是货车+货的总重/货车轴数,一般货车都是4轴。三是客货混运,密度太高。
目前铁路的到发线长度和坡度主要有3个标准,1050米到发线,一般线路限制坡度4‰,主要在少量干线,平原区为主;850米到发线,一般线路限制坡度6‰,是全国最普遍的;880米到发线,一般线路限制坡度13‰,主要在山区。少数运煤专线有特别长的到发线。
这些标准对应的是80年代的机车和货车,以最多的60吨敞车为例,1050米70辆车,载货4200吨,牵引质量(全列重量减去机车重量,就是货车+货的重量,一般说的万吨大列都是牵引质量,不是载货)5700-5800吨,在4‰的坡度上,一台当时的机车能拉动。如果6‰的坡度,就只能拉56辆,如果13‰的坡度,2台机车拉56辆。到发线长度是机车长(约20米)+货车总长(每辆敞车约13.4米)+全列长10%的安全长度。全国的铁路都延长到发线不可能,也没必要,所以列车的总长就确定了。
现在铁道部要把60吨级敞车都换成70吨的,载重增加16.6%,车长变为约14米,相同到发线长度载重约提高12%,对于1050米到发线是11.7%,850和880米到发线是12.5%。如果用专业运煤的80吨敞车,这个车又高又宽,长度只有12米。对于850米到发线,单列载重提高50%。
但是,60吨车对应轴重21吨,70吨轴重23吨,80吨轴重25吨。
轴重和车速是列车对路线冲击的两个决定因素。如果车速慢,轴重就可以很大,比如钢厂里面30吨轴重的车很多,还经常超载,轨道比现在改造过的干线差很多,也没事。但是一般的运营线路要考虑轨道条件满足速度比较快的客车运行条件,货车对轨道的磨损和路基的冲击要尽量小,货车本身也要尽量快,所以轴重不能太大。
目前全国铁路更换60公斤/米无缝钢轨,以及新的轨枕,道砟,道岔等已经完成得差不多了,大秦和一些干线用75公斤/米。看样子铁道部认为这样的路线,在高密度客货混运的情况下,可以允许货车23吨轴重,所以要普及70吨级货车。一些专门加强的运煤线路允许25吨轴重,用80吨级货车。至于轴重是否还能再提高,可能经过实验研究后还是可以。比如现在已经有轴重25吨的双层集装箱车,所有“满足双层集装箱限界”的线路应该都能用,包括了大多数干线,不过这种车车长19.5米,相当于敞车的1.5倍,估计对线路冲击没有25吨轴重敞车那么大。还有31吨轴重,载重100吨的运煤车,还没有投入运营。
一般的线路,可能轴重提高到25吨还可以,再高估计意义也不大。因为货的密度和铁路限界都有限,再提高轴重单位长度的载重量也提不上去了。
下面看看正在批量换装的这些新货车。
C70敞车,13.976米长,载重70吨,轴重23吨,850米到发线牵引质量5040吨,载货3780吨:
P70棚车,17.066米长,载重70吨,轴重23吨,850米到发线牵引质量4162吨,载货3080吨:
NX70平车,16.366米长,载重70吨,轴重23吨,850米到发线牵引质量4315吨,载货3220吨:
GQ70轻罐车,12.216米长,有效容积78立方米,载重70吨,轴重23吨,850米到发线牵引质量5710吨,载货4270吨(实际装汽油或柴油等装不了这么重):
C80B煤专敞车,12.000米长,载重80吨,轴重25吨,1700米到发线牵引质量12500吨,载货10000吨:
1700米到发线是煤运线路比较常见的。大秦是一部分2800米,一部分1700米。
X4K单层集装箱车,19.416米长,载重72吨,轴重23吨,850米到发线牵引质量3658吨,载货117TUE(一车3个):
X2H双层集装箱车,19.466米长,载重78吨,轴重25吨,850米到发线牵引质量3658吨,载货152TUE(一车4个):
这些应该是将来常用车型的代表,实际铁路的车型非常多,估计上百种。
从上面可以看出,一般的850米到发线线路,一列车载货3000吨就算不错。如果一条线要达到亿吨运输量,考虑两个方向货运量可能不同,还有空车要走,假设需要一年单向6000万吨的能力,也就是2万列车,每天55列,现在货车的追踪时间是7分钟,因此客车不太多的情况下没有问题。不过现实是客车很多,所以货车的速度和密度就非常重要了。
要提高货车的速度,首先是机车的功率,牵引力,还有机车和车辆的允许运营速度,即结构允许跑多快。目前新的机车和车辆运营时速都是120公里,老车辆改造为120公里时速也基本完成了,过去是80公里。
要知道机车拉货车能跑多快,先看看机车牵引特性曲线。网上只找到个调机机车的,不过也能明白概念。
图中纵轴为牵引力,横轴为速度。大家知道,功率=力x速度。但是速度为0时力也不可能无穷大,有个最大值,这个值就是启动牵引力。机车要拉动列车,首先启动牵引力要够大。列车启动后逐渐加速,图中这一段曲线是水平直线,客货运机车一般是向下斜的直线,即速度增加,牵引力减小。到了一个拐点,就变成了曲线,这个拐点处的速度为持续速度,牵引力为持续牵引力。到了这里,机车就使出额定功率了,以后就符合功率=力x速度的关系。图中还有R1-R4几条阻力曲线,阻力曲线与牵引特性曲线相交的地方,可以认为是机车在当前阻力条件下的最大速度。
所以,对于机车来说,有几个指标。
1、启动牵引力要大;
2、持续速度要小,也就是说能使出满功率的速度范围大;
3、阻力曲线与牵引特性曲线相交的地方速度要大,也就是说牵引特性曲线要高,即功率大。
1,2两条都需要机车的牵引力大。决定牵引力的因素很多,其中最重要的是粘着系数。比如交流传动车的粘着系数就大。但是粘着系数和机车的重量关系也很大。中国新的机车都是交流的,大多数是单台6轴,少量是2台固定重联共8轴,轴重有23吨和25吨,25吨为主。
过去用4320千瓦的韶山3,在4‰限制坡度线路拉5000吨,在6‰限制坡度线路拉4000吨都不少。现在用7200千瓦,而且牵引力大出25%的机车拉6000多吨或5000吨,余量会很大,还有9600千瓦的6轴车和8轴车。所以将来货车的速度和启动制动都会快好多。
这样的好处主要有2点,1是很直观的,在坡度不大的线路上可以提高速度和密度。2是在平原进入山区时不用改定数。比如有的车在平原拉4000吨,在山区拉3000吨,又没有那么多补机,就要在编组站去掉一些车,然后再走,很耽误时间,又增加工作量。
目前正在生产的新型大功率机车有4个级别,11个型号,这里列4个代表。
HXD2,8轴,9600千瓦,启动牵引力720千牛,持续牵引力554千牛。这一级别的机车目前只用在大秦线上,好像停产了。
HXD3B,6轴,9600千瓦,启动牵引力570千牛,持续牵引力506千牛。
HXD3,6轴,7200千瓦,启动牵引力轴重23吨520千牛,25吨570千牛,持续牵引力370/400千牛。
HXN3,6轴,4660千瓦,启动牵引力620千牛,持续牵引力598千牛。
这些机车大批量生产也就是近3年的事情,HXD1,2,3略早,早期产量也不多。近3年产量约每年1000台,现在一共约3700台。跨越刚报告说计划到2015年达到13000台,也就是平均年产量要到2000台。
跨越还说到2015年,70吨级及以上通用货车要占总数的30%,估计也够煤运线和主要干线用的了。
所以一般干线货车的提速目标就是持续运营速度120公里/小时,遇上坡,尤其雨雪天气情况下上坡,可能降点速度。平原地区用7200千瓦,略有起伏,限制坡度6‰的用9600千瓦。
现在新建和改造的路线里面,1050米到发线,6‰限制坡度的路已经大量出现。比如宁西线的西安-合肥段双线电气化改造;集宁-通辽双线改造;锡林浩特-乌兰浩特;山西中南部铁路通道;包西线,等等。估计9600千瓦机车拉70吨级货车,用满1050米到发线(比如拉煤,牵引质量6300吨左右),上坡还能保持在持续速度以上,也就是60多公里/小时以上。而且很多这些货运为主的线路都是考虑拉煤的,也就是从西北向东南走,正好地势也是西北高东南低。重车上坡的情况应该很少。比较猛的是太中银铁路的绥德以东,坡度13‰,而且是重车上坡,到发线1050米。
其实新建的铁路,限制坡度和到发线长度是很重要的指标,可以看出来这条路设计的功能主要是什么。比如650米到发线,如果不是条件极差的地方,就是客运专线,650米是客车的到发线长。如果850米到发线,一般为客货混运,客车比较多的,大多数限制坡度6‰,加力段(就是要多挂台机车)12-13‰,到发线相应延长到880米。也有少数限制坡度更大,那就是客车主要跑动车组,货车就要小吨位了。
比如向莆铁路,限制坡度9‰,850米到发线。估计是客车比较多,而且动车组多,货车以双机牵引还能比较快。
再比如兰成和兰渝两条线,在哈达铺分开,分别前往成都和重庆,到发线都是850/880米。兰成要过岷山,限制坡度为9‰/18‰,只能开比较短的货车了。兰渝地形平一些,限制坡度为6‰/13‰,应该是一条货运比较多的通道。
至于货车能不能持续以120公里/小时的速度运营(除去少量上坡段),现在看很难,说容易也容易。难就难在要让客车,货车重量大,性能再好,频繁停车速度也损失太大,更别说一停就几十分钟几小时了。要说容易,那当然是客货分线了,也不是完全分,在与高铁平行的线路上保留和货车平图平速的客车也可以,有几趟集中追踪运行的动车组都没关系。
在我前面提到的那篇《人民铁道报》的长文http://www.tieliu.com.cn/tlpl2/2010/201012/2010-12-27/20101227093844_269601.html中,
末尾是这样说的:
“中国铁路客货分线的大幕全面拉开后,与高速客运专线并行的京广、京沪、京哈、京九、陇海、沪昆等主要繁忙干线,将成为重载运输的黄金通道;围绕大同、神府、太原、晋东南、陕西、贵州、河南、兖州、两淮、黑龙江东部等十大煤炭基地以及新疆煤炭储备基地、北方沿海主要煤炭装船港修建的新线和扩能改造的既有线,将成为重载运输的骨干通道;“五纵五横”综合运输大通道内既有铁路进行复线建设和电气化改造,共同构成运力强大、组织先进、功能完善的中国重载运输系统。
在重载铁路发展的蓝图上,驰骋在客货分线后既有通用铁路上的列车,将能实现单车载重80吨级、运行速度120公里、列车编组万吨及以上的重载规模;驰骋在客货分线后既有专用铁路上的列车,将能实现单车载重100吨级、构造速度120公里、列车编组2万吨及以上的重载规模;驰骋在新建大能力铁路上的列车,将能实现机车车辆30吨轴重、列车编组3万吨及以上的重载规模。
面向未来的重载铁路,对于国民经济运行的基石作用将愈发凸显。煤运通道网络,将使 “西煤东运”、“北煤南运”煤畅其流,“瓶颈”不再;区际干线网络,将把区域间货物运输大出大入的梦想变为现实;国土开发性铁路网络,将为统筹协调城乡和区域发展撑起新的支点;双层集装箱运输网络,将满足高附加值货物快速运输需要。发达完善的重载铁路网,将托起中国经济腾飞的希望。”
“中国重载第一路上,孕育着开行3万吨重载组合列车的科研试验。
又一条煤炭大能力通道——山西中南铁路通道的建设紧锣密鼓。中国只有25吨轴重机车、货车的历史正在改写,轴重30吨时代即将到来。”
相当的疯狂,不过主要还是个“煤”字。确实,铁路能运多少煤,差不多是影响中国经济增长的主要因素之一了。
其中“驰骋在客货分线后既有通用铁路上的列车,将能实现单车载重80吨级、运行速度120公里、列车编组万吨及以上的重载规模”,这应该说的是京广京沪等干线,单车载重80吨,编组万吨及以上,按现在的规格应该是1700米到发线,牵引质量12500吨,载重正好1万吨,为2列连在一起的组合列车,也就是说很多干线的部分车站要延长到发线到1700米,供这些大煤车停车,解编等用。
3万吨大列,用100吨载重的煤车,在大秦的2800米到发线上,单列牵引质量是25000吨左右,距离30000吨还有不小的差距,估计3400米差不多。所以,大秦又要延长到发线了?山西中南部通道的规划是1050米到发线,部分1700米,看意思是按30吨轴重建的。跨越的报告里也说要研制30吨轴重的机车,估计是给大秦拉那3万吨大列用的。
煤运通道,区际干线,国土开发,这些路线的新建和升级都在稳步快速地进行。京广京沪两条高铁全通,如果这两条线能客货分线,运煤的问题应该能有很大改善。虽然这两条线就算分线了,一年运煤,各能运1亿吨也算多了,但这两条线沿途或附近,用煤紧张的大户太多了。如果有个缓急,再“举全路之力”,起码有2条干线可用,关键时刻能解决大问题。
现在实现了客货分线的路线应该只有石太,胶济,秦沈这3条。其中胶济应该是完全客货分线了,石太和秦沈的货线上客运还有少量慢车,应该不影响货车运行了。不过这三条线都有一个特点,就是机辆式客车也在客线上面跑,不属于新造的高铁客专。
这样的线路其实新造和改造的还有很多,不过都是客货混运的名义。将来会形成一个区域一个方向内,有一条主客的普铁,一条主货的普铁。比如向莆看来就是主客的,原有的鹰厦,横南,峰福等就主货。渝利-宜万-汉宜主客,襄渝-汉襄主货,等等。
所以慢慢的,客货分线会多起来(货线保留平图平速客车的情况下)。
现在很多大城市枢纽都在改造,这都是很大的项目,比建高铁不差。这些枢纽一般都规划有货车外绕线,也就是在枢纽区范围内是客货分线的。除去高铁客专有专线外,在普铁上的客车和货车在进出枢纽时也是分开的,至少可以分开。这对于减少货车的起停也有非常大的作用。
在跨越的报告中说,到2015年,“新型空调客车达到3.6万辆,占客车保有量的80%”。也就是说,2015年机辆式客车为4.5万辆。2009年铁道部统计公报中说客车保有量为49355辆,比2008年增加9.5%,其中新型空调客车为3.2万辆。如果铁道部按照跨越的报告执行,现在应该就是建国以来机辆式客车数量的顶峰,之后随着老式车辆大量退役,新增车辆不算多,机辆式客车数量开始减少。当然这不等于客运运力减少。因为报告还说2015年动车组应达到1500列。1列8辆动车组的席位数平均应该和1列18辆机辆式客运列车的一半相当。也就是说,如果1500列全部按8辆计算,相当于750列,也就是13500辆机辆式客车相当。动车组年平均行驶里程达到机辆式的3倍没有问题,也就是1500列动车组相当于4万辆机辆式客车的运量。
新空调客车都是120公里时速,按计划2015年所有货车也达到120公里时速的运营速度。所以客货平图平速线路的持续运营速度达到120公里/小时的技术基础是有保证的。主要还是看货运的主线路到底安排多少客车了。
现在HXD系列已经发展出HXD3C客货两用机车,主要的特点是具备向牵引的车辆供电的能力,可以适应空调客车。该机车估计会大量生产,改变现在有供电能力的客运机车不足的现状。
目前的机供客运机车只有电力的韶山7C/D/E,韶山8,韶山9/9G共800多台,和内燃的东风4DF,东风11/11G共500多台。其中只有韶山7C和东风4DF为120公里时速,200多台,其他都是170公里时速。
近些年来由于机供客车班次和里程增加,机供机车不足,机车使用要迁就车辆供电的需求。经常出现电气化线路跑内燃机车,高速机车拉低速车辆,低速机车拉高速车辆的情况(某些改造后提速的路段,还没有配属新机车),过长的机车交路很多,等等问题。目前最长的机车交路是兰州局的SS7E从嘉峪关一直拉到上海。
HXD3C为7200千瓦功率,比其他客运机车都大,时速120公里。可满足占客车多数的120公里时速新空客车的牵引需求,而且在起停,上坡等能力方面都比现有120公里时速客运机车强。大量生产HXD3C就可以节省高速客运机车,能让所有的高速客车全程由高速机车来拉,在电气化路线都用电力机车。而且该机车还可以拉货车。该机车还有可能发展出更高速的版本。不过看铁道部目前的规划,时速140/160公里的机辆式客车不大可能再造了。跨越的报告到是说发展时速200公里的客运机车,不过新高速客运机车的说法说了好几年了,也没见动静,新高速客车业基本不生产了。如果HXD3发展出更高速的版本,可能是给冷藏列车用。如果需要新的高速客运机车的话,应该是为新建坡度较大的160-200公里时速路线牵引现有快速机辆式客车准备的,也就是上坡不降速度以及上坡启动快。
综上,尽管客货分线这一提高货运量的最有力措施暂时还用不了,也有很多办法来提高货车的速度和密度。努力向着客货平图平速120公里/小时的理想状态前进,货车减少停车待毙,货运机车平均日行走里程从现在的约500公里提高到1000公里,都是有可能实现的。再加上前面介绍过的通过使用新的机车和货车提高货车单列载重的措施,以及新建和改造线路,种种办法累加起来,一般干线的货运量增加的速度应该也是很快的。至于煤运方面,因为正在向大秦模式普遍应用跨越,专业化新线也比较多,提高会更快。
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