《重载铁路新技术》PPT课件.ppt

,重载铁路技术,重载铁路,什么是重载铁路？重载铁路定义：用于运载大宗散货的总重大、轴重大的列车、货车行驶或行车密度和运量特大的铁路。列车重量5000吨，轴重达到或超过25t以上，在至少150km的线路区段单线年运量至少2000万吨以上。重载铁路是一种效率甚高的运输方式。重载列车需着重研究的问题是运行管理、轨道的适应性，以及大宗散货的装卸等。,世界重载铁路概况,重载运输已有近50年的历史，美国、加拿大、巴西、南非、澳大利亚、俄罗斯等10多个国家开展了重载运输，列车牵引重量不断提高，目前一般为13万吨。,加拿大：典型单元重载列车编组为124辆货车，牵引重量为16000吨,美国重载运输,美国是世界重载运输首创国，当前美国拥有全部铁路里程23万km，居世界首位。列车平均牵引重量达9632t，货物平均运距1199km。其中开展重载运输的级线路约16万km,其中初期运煤列车长6500m，重44000t，500车辆、6台机车 牵引。,南非：重载列车的牵引重量一般为18500吨20000吨,澳大利亚：哈默利斯铁矿铁路重载列车一般编组为226辆货车，牵引重量为28000吨,2001年6月21日，澳大利BHP铁矿公司在杨迪尔黑德兰间275km线路上，8台AC 6000（4474kw）交流传动内燃机车 牵引682辆货车，列车全长7353m，总重99734吨，净载重82000吨，创造了重载列车新的试验记录。,国外铁路重载运输编组概况,第一种重载运输的基本模式 长大列车：机车位于列车的首尾 问题：列车纵向冲击严重，容易引起断钩等事故？解决的方法：电空制动（ECP）,第二种重载运输的基本模式 组合列车（单元列车）：列车由几个单元组成，机车分布于列车中。问题：机车同步操纵？解决的方法：LOCOTROL,国际重载铁路运输发展现状对比,国际重载运输发展的主要技术特征是：大功率交流传动机车、Locotrol多机车无线同步控制系统、ECP电控空气制动系统、高载重率轻量化铝合金敞车、大轴重低动力货车转向架、调度集中系统等。,、我国重载运输发展历程,第一阶段自1985至1990年，通过旧线改造，发展组合式重载列车。在一系列试验的基础上，北京铁路局于1985年3月正式开行了大同秦皇岛的组合式重载列车，列车总至7400t，双机牵引。采用了高摩合成闸瓦、103型制功阀、滚动轴承及13号车钩等多项新技术。为了扩大重载列车的开行范围，并能普遍推广组合式重载列车，发展了“非固定”式的重载组合列车，即不受车底、车型、车钩及缓冲器的限制。沈阳、北京、济南、郑州及上海等铁路局先后组织开行了组合列车，有效地缓解了运输能力紧张的局面，同时也暴露了技术滞后，并且不配套等问题。,第二阶段自1990年至1992年，大秦铁路的建成开通后，进行了大量的单项试验、综合试验及开行试验，并于1992年分别正式开行单机牵引6000t、双机牵10000t的单元式重载列车，采用120型制动机、高强度旋转式车钩及大容量缓冲器等多项新技术，车辆轴重为2lt。,第三阶段为1992年以后。对沿海繁忙干线进行技术改造，开行整列式重载列车，牵引重量为5000t及其以上。整列式重载列车的运输织方式与普通列车基本相同，机车挂于列车头部，列车的运行、到达、装卸和机车的换挂都采用通常的办法，但在列车编组时要对旧型车辆进行限制，列车的操纵也有严格要求。这种重载列车模式对繁忙干线的扩能具有普遍意义。,二、大秦铁路,2003年以来，中国铁路依靠技术创新，持续提高大秦铁路运输能力。20072009年，大秦铁路年运量都超过了3亿吨，其中最高达到3.4亿吨，是原设计能力的3.4倍。中国大秦铁路已成为世界上运量最大的重载铁路,大秦线多山区、多曲线、多隧道，最长的军都山隧道 8.4公里，重车方向有两段长大下坡公道，分别为47公里和50公里，坡度分别为8.2和9.1，最大坡度达12,大秦线万吨以下重载列车,主要问题有：长大下坡道上空气制动机缓解后充风不足不能执行技规251条规定以20km/h速度缓行要求多机车牵引的协调操纵和合理利用牵引动力的性能不具备运煤敞车轴重21t，空重比为0.38,载重系数太低SS4型电力机车启动牵引力不足调度指挥系统装备落后。,我国铁路重载运输是从1983年开始研究试验，由铁科院主持在环行线上首次进行了万吨列车的试验并取得成功，同年大秦线开始正式修建，目标是开行1万吨重载列车，煤炭年运量达1亿吨。1988年大秦线一期工程完成并开通运营，1990年在大秦线上进行了单元万吨重载列车运行试验和SS3电力机车双机重联牵引万吨重载列车运行试验，在试验开行万吨列车期间，也暴露出一些技术装备性能上的不足。,到1997年，万吨列车仅开行了53列。由于在行车安全、机车质量等方面陆续暴露出严重问题，引起各级领导的高度重视，于1998年3月11日决定SS4改进型电力机车单机牵引由6000吨下调为5000吨、5500吨。,大秦线开行的7200t小列,万吨单元列车,2003年，是大秦线重载运输迅猛发展的一年。这一年，先后在北同蒲线、大秦线进行了SS4改机车双机重联牵引1万吨、DJ1机车双机重联牵引1万吨、1万2千吨的静置试验和运行试验。9月1日，铁道部在湖东电力机务段举行了单司机执乘万吨列车首发式。,此后使用DJ1机车每日开行5对万吨列车，单司机执乘、3人配班，机车交路为安太堡（云岗）湖东柳村间“随车继乘肩回式半循环交路”。自此，标志着大秦线重载列车迈出了新步伐。,人工组合万吨列车,2004年大秦线年运量目标1.5亿吨，从当时大秦线运输现状看，万吨列车装车点有限，列车密度已经达到每13分钟开行1列。为了提高运输效率、减少列车编组时间，根据国外重载列车机车分布式牵引原理，结合大秦线运输实际，前部机车与中部机车采用电台呼唤，通过人工操纵实现基本同步。,2004年4月30日进行了人工万吨组合列车静置试验；2004年5月1726日在大新-湖东间及湖东-茶坞间分别进行了2次运行试验。通过试验数据分析，上级决定大秦线开行人工万吨组合列车。6月25日正式开行人工万吨组合列车，2006年2月8日达到日开行36对，截止到2006年6月30日已开行人工万吨组合列车10166对，因人工操纵无法真正实现同步控制，陆续暴露出一系列行车安全问题。,存在主要问题：,1、前部机车利用电台联系中部机车指挥操纵，同步性能差，极易引起列车冲动，甚至因电台联系不通，操纵不同步，发生列车断钩分离事故。2、列车在低速运行时，产生紧急制动可能引发车辆车钩挤压事故。,2003年，铁道部根据国民经济发展的需求，做出了大幅度提高大秦铁路运输能力的决定。经过2年多的科学论证与试验，通过系统集成创新，于2006年3月28日在大秦铁路正式开行了2万t重载组合列车，大幅度提高了大秦铁路的运输能力，使中国铁路重载运输技术水平跨人了世界先进行列。2万t重载组合列车的开行，使大秦铁路仅用了4年时间实现了年运量从2002年的1亿t到2007年的3亿t的飞跃，创造了世界重载铁路年运量的世界纪录。,大秦线开行SS4改型机车“121”模式LOCOTROL组合2万吨列车,大秦线开行和谐“1+1”模式LOCOTROL组合2万吨列车,2007年7月，大秦线采取了新的重载牵引模式，2万吨列车开始使用HXD型机车担当，牵引模式采用“1+1”模式。,国内外重载模式对比表,主要技术装备,目前大秦线主要配属运用机车，SS4改型电力机车、和谐1型机车、和谐2型机车。,一、机车、车辆,三种机车参数对比,国产和谐型机车在大秦线的应用,为了满足国内铁路重载货运的需要，实现中国铁路重载牵引的跨越式发展，铁道部决定分期招标采购800台大功率交流传动电力机车，首批主要为大秦线装备360台交流电力机车。,和谐1型机车是在西门子公司的“欧洲短跑手”机车平台上，结合其DJ1型交流电力机车在中国大秦线上的运用经验，充分考虑到了大秦运煤专线的特殊环境而研制的一款适用于中国干线铁路重载货运的新型交流电力机车。电气传动系统采用交-直-交电传动方式。机车的两节机车电子控制系统具有相同的控制级结构，是基于西门子铁路自动化系统SIBAS32和TCN列车通讯网络技术的成熟产品。,和谐2型机车是由法国阿尔斯通公司与中国北车集团合作设计生产，为适应大秦线重载牵引运输，专门配属湖东电力机务段。,该车是在法国阿尔斯通公司PRIMA 2U机车的基础上改造设计而成，电气传动系统采用交-直-交电传动方式，牵引电动机采用轴控方式，运用了先进的FIP网络控制技术，系统具有很强的自检和故障识别诊断能力,优点一：牵引力大，单轴功率和谐1机车1200KW,和谐2机车1250KW,而SS4机车只有800KW；优点二：采用再生制动，可将电能反馈电网，具有节能效果；优点三：机车配置了卫生间、休息床铺等，改善司乘人员操作环境，提高了司乘舒适性。,机车控制模式特点,主整流桥为全波全控整流桥采用了GTO四象限逆变器采用了交流牵引电机采用了计算机网络控制技术转向架采用了整体吊装技术辅助机组采用独立通风系统,1、车钩连挂方式采用牵引拉杆，三辆一组，两端为16号旋转车钩和17号固定车钩连挂，中间为牵引拉杆连接，减小车辆车钩间隙，,2、120阀的制动机改为120-1阀。缩短列车充排风时间及列车制动响应时间；3、车钩缓冲器改造为大容量的胶泥缓冲器。提高缓冲器的性能，,采用C80型车辆的特点：,为在大秦线开行无线同步操纵重载组合列车，自主研发了800 MHZ无线数据传输设备、GSM R（Global System for Mobile 全球移动系统）系统配套的地面应用节点、车载通信单元和网络化的监测等新设备实现了Locotrol技术与800 MHz数据电台,Locotrol技术与GSM-R技术的集成创新，以及在GSM一R系统下列车调度通信、调度命令传送、可控列尾数据传输等功能。通过系统集成创新，通信系统良好地满足了在大秦铁路开行多种方式编组2万吨重载组合列车对通信的需求，实现了：（1）2x10000t，l1可控列尾动力布置方式，2台HXD型电力机车牵引重载组合列车；（2）2x10000t，1+2+1动力布置方式，4台SS4改机车牵引重载组合列车;(3)4 x 5 000t，l+1+1+1动力布置方式4台SS4机车牵引重载组合列车.,LOCOTROL技术,LOCOTROL系统模块示意框图,传统,制动:空气排放-300 米/秒 传输,牵引时的车钩受力,各种牵引方式优缺点对比,传统方式受列车的牵引力和制动波速的限制，车钩强度、牵引重量受限。,优点：机车车辆同步制动、缓解，最大程度减小了列车的纵向力，冲动最小。缺点：车辆编组必须固定。造价高。,优点：动力分散布置，采用无线同步控制方式，牵引动力可以分步在列车不同位置，具有结构简单，成本较低，车辆编组有利于按不同目的解编，易于维护管理。,结论：采用分布式动力牵引方式符合中国国情，适合大秦线重载特点,动力分布式控制系统有以下优点：,使动力分配和制动操作最佳提高牵引能力（增加列车长度），减少列车内部受力，减少对乘务员的需求（使用长列车时）；减少列车在陡坡运行时的车钩受力，不需要有人驾驶的补机；使加速和减速更快，改善铁路通过能力，减小列车间隔，加快循环周期，减少停车制动距离(30%），减少停车时间22%）；使制动缓解动作更快，有效地减少制动管充风时间（60%)，从而减少循环时间改善对低速列车的控制，制动动作更平稳，改善对列车间隙效应的控制；,系统集成创新之一：系统网络通信传输,为有效解决山区铁路中的通信可靠性问题、长大下坡道的周期制动问题和长大列车的纵向冲动问题，大秦铁路在世界重载铁路领域率先实现了Locotrol技术和GSMR平台的有机结合，把机车分布式同步操纵Locotrol技术由过去的点到点通信传输，依靠改进GSMR综合数字移动通信系统，发展为系统网络通信传输，使得近3公里长的重载车辆，实现了前后同步控制，操纵误差仅为06秒。在这两年半的时间里，大秦铁路前后历经了63项技术改造，先后攻克了万吨和两万吨重载列车不明原因紧急制动和车钩分离惯性故障等技术难题，使列车分离事故锐减90，一跃跻身世界铁路重载先进行列！,系统创新之二：加装可控列尾,加装可控列尾，可加速后部列车排风速率，缩短制动距离，减小列车纵向冲动。,系统创新之三：加装自动过分相系统,加装自动过分相装置。实现主从控机车同步操纵、异步准确地过分相，减少列车冲动，防止机车带电过分相。,系统创新之四：LOCOTROL与国外先进制动机系统集成,LOCOTROL分布式控制系统具备与先进制动机接口，可以最优化的分配动力和整个列车的制动控制。LOCOTROL与制动系统协调配合，可使制动作用保持同步，满足牵引2万吨组合列车要求。,机车系统集成,重载车辆及主要配套关键部位技术,机车同步操纵控制无线通信技术,通信信号、牵引供电、线桥站场改造技术,运输组织技术,HX型及SS4型电力机车,机车无线同步操纵系统,CCB2制动机,E级钢车钩、大容量缓冲器,C80货车,120-1制动机,牵引杆,GSM-R数字移动通信系统,800赫兹无线通信系统,通信信号改造,牵引供电改造,线桥站场改造,集疏运能力协调集疏,车流组织技术,运输组织管理技术,21万t（1+1+可控列尾）,21万t（1+1+1）,45000t（1+1+1）,光缆传输及数字调度通信,主体机车信号,分散自律调度集中系统,牵引变电所,接触网,远动系统,线桥强化技术,站场改造技术,列车编组与动力分布,两万吨重载组合列车技术体系,谢 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