2万吨重载列车验证者——访中国铁道科学研究院常务副院长康熊

本报记者 胡唯元

●“每一次试验,我们必须对所有的参数进行详尽计算,而且要事先进行多次模拟。两万吨重载组合列车的试验是不能有差错的,否则就可能带来严重的事故。”

●“运输能力与列车速度、密度、重量成正比关系,提高列车速度、密度、重量都能提高铁路运输能力,但这三个要素对能力提高的效果是不同的。”

●“我们采取了一系列技术措施,进行了全程计算机仿真,并制定了科学合理的操纵规程,主要包括:启动操纵、起伏坡道操纵、关键区段操纵、慢行地段操纵、通讯中断时操纵、不良天气情况下操纵等多项优化操纵规程,保证了两万吨重载组合列车的平稳安全运行。”

  康熊:

  中国铁道科学研究院常务副院长,铁道部铁路专业技术带头人,博士生导师;长期从事铁路科研攻关、试验研究和科研管理工作,在铁路提速、重载、安全、高速及信息化等领域做出了重要贡献。

  “时速200公里等级提速系统工程”获铁道学会科学技术特等奖,“既有线提速200—250公里/小时技术研究试验与应用”获铁道学会科学技术一等奖;大秦2万吨重载组合列车系统集成创新”获铁道学会科学技术特等奖。

  2002年获茅以升铁道科技奖,2004年被评为铁路专业技术带头人,2005年当选中组部联系专家。2007年获铁道部火车头奖章。

  对于科学试验而言,通常要经历多次失败,才能走向成功的彼岸。然而,对于大秦线开行2万吨重载组合列车来说,试验是不能失败的。“每一次试验,我们必须对所有的参数进行详尽计算,而且要事先进行多次模拟。2万吨重载组合列车的试验是不能有差错的,否则就可能带来严重的事故。”铁道科学研究院常务副院长康熊说。大秦铁路扩能改造过程中,每一项重大决策经过了技术专家们缜密的技术分析,每一次综合试验都经过了技术专家们严格的计算、模拟。康熊是其中最有代表性的一位,他是2万吨重载列车技术验证者。在铁道部的直接领导下,铁科院主持并提出大秦线开行重载组合列车各种试验方案及试验大纲,完成了一系列静置、动态运行等科学试验,验证了2万吨重载列车各系统的协调性和最终开行效果,为大秦线成功开行2万吨重载组合列车提供了技术数据。大秦线2万吨重载组合列车的开行,标志着我国重载技术达到了世界先进水平,不仅为大秦铁路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》中其他煤运基地铁路运输通道建设起到了示范作用。大秦铁路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。康熊带领的铁科院技术专家在长期研究大秦铁路相关技术的基础上,发挥各专业技术力量优势,为部决策开行大秦线重载组合列车提供理论依据和技术支持。开行2万吨列车的理论依据

  我国煤炭资源主要集中在中西部山西、内蒙古西部和陕西“三西”地区,煤炭储量占全国总储量的75%,煤炭的主要消费区集中在经济发达的东南沿海。我国资源分布与区域经济发展的不平衡,使铁路运能对国民经济发展的“瓶颈”制约再度凸现。

  2002年,在铁道部科技司领导下,铁科院会同经规院,组织各专业专家对提高大秦线年运量进行了充分的技术经济分析论证。

  列车速度、密度、重量是构成铁路运输能力的三大要素。2002年,大秦线实现年运量1亿吨,列车最高运行速度为80公里/小时,列车密度最高为87对/日,列车重量5000吨。

  “运输能力与列车速度、密度、重量成正比关系,提高列车速度、密度、重量都能提高铁路运输能力,但这三个要素对能力提高的效果是不同的。”康熊说。如将列车追踪间隔时间由14分钟压缩至10分钟,经计算,仅能提高40%的运输能力。通过压缩列车追踪间隔时间、增加列车密度的方式,提高运输能力有限,并且受信号系统、闭塞分区设置以及编组能力、装卸能力等条件的限制,改造工程量很大。

  如将列车运行速度由80公里/小时提高至120公里/小时,经计算,仅能提高50%的运输能力。通过提高列车运行速度的方式,提高运输能力有限,并且受机车功率、车辆构造、线路条件以及闭塞分区设置等因素的限制,投资很大。

  通过提高列车重量的方式提高运输能力,依靠多机牵引、采用先进的制动技术以及重载配套技术等能够将列车重量提高到2万吨及以上,可以大幅度提高运输能力,如将列车牵引重量从5000吨提高到2万吨,将能提高3倍的运输能力。“据预测,‘十一五’期间大秦线运输需求将达到4亿吨/年。为实现大秦线运输能力的大幅度提高,满足运输需求,在不新建线路的条件下,只能通过提高列车重量的扩能方式实现。将列车重量提高到2万吨后,每列车净载重将达到16800吨,每天开行66对列车,即可实现4亿吨的年运量。提高列车重量是最经济、见效最快的方式。”康熊说。评估基础设施的强化对策

  大秦线于1988年建成通车,2002年达到年运量1亿吨的设计能力,这基本是在20世纪80年代末投入应用的原有设备基础上,并以占用大量的天窗时间,牺牲线路、桥梁、牵引供电、通信信号等固定设施的养护维修为代价取得的,长期采用这种方式,将会造成严重的安全隐患。为此,大秦线必须进一步提高列车重量,开行2万吨重载组合列车,才能满足增加运量的要求。同时留出足够的天窗时间,满足铁路设备养护维修的需要,保证运输安全。“根据实测结果,大秦线的桥梁、桥墩存在不同程度的病害,有必要研究大秦线既有线路桥梁等基础设施能否满足2万吨重载列车(25吨轴重,年运量2亿吨)运行的安全性要求,以及2万吨重载列车作用下线、桥、路基等基础设施的实际响应、长期稳定性和维修性,提出安全可靠、经济合理、切实可行的线、桥、路基等基础设施的强化技术对策,制定科学合理的维修养护周期和方法。”康熊说。2004年,康熊带领铁科院专家们对大秦线基础设施的基本状况进行充分调研,选取典型的轨道、桥梁和路基测试工点共计15个,其中线路试验工点5个,路基试验工点1个,桥梁试验工点9个。测试工点分布在大秦线延庆—罗家屯,里程k265—k511之间,分布范围246公里。分别测试了2万吨、1万吨(25吨轴重)和9500吨、5000吨(21吨轴重)列车运行条件下线、桥、路基的实际动力性能以及2万吨、1万吨和5000吨列车制动对长大坡道和桥梁的纵向作用。康熊带领铁科院专家们还针对桥梁、桥墩进行了深入的理论分析和试验研究,主要研究内容包括三个部分,第一部分为跨度8米钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究和寿命评估;第二部分为跨度32米预应力混凝土梁的横向加固方法和20米及以下双片式并置梁的横向联结方法研究;第三部分为圆形中高墩的状态评定及加固方法研究。依据大秦线的列车轴重、运量等特点,明确提出桥梁结构的使用寿命,为铁道部制定大秦铁路运输方案提供技术数据和科学依据,同时根据理论计算、总结既有经验,提出桥梁、桥墩的相应加固改造方案,并通过现场2座桥加固前后的动载运行试验来验证加固的效果。研究成果已在神华集团的神朔线和大准线得到推广应用。验证综合操作方案

  大秦线地形复杂,隧道多、桥梁多、弯道多,线路纵断面连续长大下坡道,最大为12‰下坡,4‰上坡,对2万吨重载组合列车操纵技术提出了很高要求。“我们采取了一系列技术措施,进行了全程计算机仿真,并制定了科学合理的操纵规程,主要包括:启动操纵、起伏坡道操纵、关键区段操纵、慢行地段操纵、通讯中断时操纵、不良天气情况下操纵等多项优化操纵规程,保证了2万吨重载组合列车的平稳安全运行。”康熊说。2万吨重载组合列车综合试验是针对综合技术方案整体功能和效果的综合考核与评价。自2003年11月起,康熊带领铁科院专家们进行了上百次试验(其中综合性试验22次,湖东、里八庄—柳村间2万吨重载组合列车试验8次),对不同位置多台机车的牵引、制动参数,10个断面车辆的制动、动力学参数等近百个参数进行了测试,取得了大量试验数据。参试人员冒着严寒,翻山越岭、起早贪黑、坚守岗位,在一个多月的时间里,克服寒冷、大风、粉尘等带来的诸多不便,充分准备、精心测试,采集了大量有效数据,出色地完成了试验任务。在这次重要试验中,康熊带领铁科院机辆所、铁建所、通号所、标准所等单位共90余人参加试验。机辆所本次试验主要是测试2万吨组合列车前后机车操纵的同步性,试验复杂地形条件下LOCOTROL无线信号传输弱场区段(或通讯中断)对列车运行的影响,验证LOCOTROL系统的保护功能;进行坡道启动、加速试验;正常的制动调速和制动停车试验,通过对列车上述过程下的纵向动力学、机车牵引状态等的分析,研究机车车辆的适应性。“从11月中旬至12月下旬,我们分别进行了试验大纲、试验组织安排、应急预案的研究讨论,5千吨列车的基础试验,2万吨列出的静置试验,1万吨组合列车首次采用LOCOTROL技术控制的综合调试运行试验和在平道及12‰坡道的常用制动、紧急制动、大坡道区段循环制动、4‰坡道的列车启动加速试验,1.97万吨组合列车运行试验,2万吨组合列车在平道及12‰坡道的常用制动、紧急制动、大坡道区段循环制动、4‰坡道的列车启动加速试验等项目。”康熊说。铁建所负责对地面15个测点的测试,包括桥梁、路基、隧道、曲线和长大下坡道,通过测试2万吨组合列车运行对上述设施的动力作用,分析研究既有线基础设施对2万吨组合重载列车、2亿吨年运量的适应性和安全性要求,以及2万吨重载列车作用下线、桥、路基等设施的动力响应、长期稳定性和维修性,提出安全可靠、经济合理、切实可行的线、桥、路基等设施在重载、大运量条件下的强化技术措施,制定科学的维修养护周期和方法。这几次综合试验还对最大车钩力发生的位置、紧急制动车钩力、循环制动再充气时间、模拟通讯中断后的列车运行、从控机车响应时间、追加制动、SS4机车牵引功率发挥状况、自动过分相功能的进行了试验验证。综合试验验证了采用LOCOTROL技术和GSM-R技术及相关配套重载技术,能够满足大秦线开行2×1万吨和4×5000吨重载组合列车的要求。采用LOCOTROL技术和800MHz无线数据通信及相关配套重载技术,能够满足开行4×5000吨重载组合列车和3×5000吨(3×60辆C62/C64)组合列车的要求。采用1+2+1机车布置方式开行2×1万吨组合列车,符合大秦线运输特点,有利于纵向力的合理分配,提高了周期制动的再充风能力,是目前大秦线2万重载列车的组合方案。2万吨重载组合列车行车组织办法、机车优化操纵办法是合理有效的。2004年12月12日,铁道部部长刘志军亲自组织大秦铁路2万吨重载列车试验,经过9小时20分钟不间断运行,列车安全平稳地停靠在秦皇岛柳村南站,首次试验一举成功。2005年大秦铁路成功突破2亿吨,实现了运输能力的翻番。2006年大秦铁路再增运量5000万吨,创造了单条铁路年运煤炭2.5亿吨的新纪录,在世界重载铁路的发展史上留下了浓墨重彩的一笔。2007年,大秦铁路再创世界铁路重载运输的奇迹,实现了年运3亿吨煤炭的新突破。在奇迹之上再创奇迹,这就是大秦人的气概,这就是中国铁路人的气概。在奇迹的背后,是康熊等专家们一次次的调研、论证、计算、模拟,是康熊等专家们一次次的艰苦技术攻关。

  

  

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