【正文】 際標(biāo)準(zhǔn)，用模塊化、通用化、分布式將主變控制、輔變控制和微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制統(tǒng)一在一個(gè)平臺(tái)上，并具有智能化故障診斷功能。 徑向轉(zhuǎn)向架技術(shù)大功率交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車和電力機(jī)車采用徑向轉(zhuǎn)向架成為國際重載機(jī)車發(fā)展趨勢，尤其在美國、加拿大、澳大利亞等國的大軸重的重載線路上，徑向轉(zhuǎn)向架技術(shù)越來越成熟。GE、GMEMD等大公司生產(chǎn)的機(jī)車基本均采用徑向轉(zhuǎn)向架。我國主要機(jī)車制造廠如大連、戚墅堰、紫陽等工廠均開始小批量生產(chǎn)帶徑向轉(zhuǎn)向架的重載機(jī)車。據(jù)美國GMEMD公司的HTCR徑向轉(zhuǎn)向架長期運(yùn)營數(shù)據(jù)表明，徑向轉(zhuǎn)向架減少輪對與軌道間的沖角，比傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架的輪軌沖角減少75%，有效地降低輪軌間橫向作用力，減少輪軌磨耗及阻力，提高運(yùn)行穩(wěn)定性；機(jī)車車輪壽命延長10%，轉(zhuǎn)向架的軸重轉(zhuǎn)移從35%減少到10%。 重載列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)隨著重載運(yùn)輸發(fā)展，新型重載機(jī)車越來越多采用先進(jìn)的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，借助于網(wǎng)絡(luò)傳遞重聯(lián)控制信息，邏輯順序控制信息及牽引、制動(dòng)和速度控制信息。而重載列車中各車輛或部件的工作狀態(tài)也需要通過網(wǎng)絡(luò)傳送到主控機(jī)車上以用于狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷。實(shí)際運(yùn)用表明基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的列車控制與故障檢測技術(shù)的運(yùn)用，不僅可以提高重載列車系統(tǒng)的集成度、可靠性和可維修性，而且可以節(jié)省列車連線，減輕列車重量。重載列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在國際上主要有兩種發(fā)展模式，一種是歐洲模式，其列車通信網(wǎng)絡(luò)速度較高，實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，具有代表性的是TCN網(wǎng)絡(luò)，已形成ICE61375列車通信網(wǎng)絡(luò)的國際標(biāo)準(zhǔn)。一種是北美模式，可以分為有線列車通信網(wǎng)絡(luò)和無線列車通信網(wǎng)絡(luò)2種。有線車載網(wǎng)絡(luò)基于LonWorks現(xiàn)場總線，基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)是IEEE1473列車通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。主要供應(yīng)商有Webtec和NYAB公司；無線車載網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商主要是GE公司。 重載內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)節(jié)油技術(shù)先進(jìn)的重載內(nèi)燃機(jī)車上均采用柴油機(jī)泵管嘴式電子控制噴射系統(tǒng)，對降低柴油機(jī)燃油消耗和排放有良好的效果。、美國GE公司GEVO12柴油機(jī)為198g/kWh、美國Cat公司Cat3616柴油機(jī)為198g/kWh，而我國批量生產(chǎn)的柴油機(jī)沒有安裝電子控制噴射系統(tǒng)，燃油消耗率一般在208～204g/kWh之間。美國對重載內(nèi)燃機(jī)車進(jìn)行過統(tǒng)計(jì)，在1980年未裝電子控制噴射系統(tǒng)時(shí)，內(nèi)燃機(jī)車1加侖燃油平均產(chǎn)出325英里噸，而目前安裝了電子控制噴射系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)車1加倉燃油平均可產(chǎn)出405英里噸，提高了72%。 重載機(jī)車故障遙測監(jiān)控技術(shù)2001年美國GMEMD公司為重載機(jī)車開發(fā)了IntelliTrain機(jī)車故障遙測監(jiān)控系統(tǒng)，采用這套新型的無線遙測遙控系統(tǒng)，可以對每一臺(tái)機(jī)車實(shí)施全壽命服務(wù)，大大提高了機(jī)車使用率，降低全壽命周期成本。2003年IntelliTrain系統(tǒng)正式投入使用，安裝了這一系統(tǒng)的機(jī)車不論在何處出現(xiàn)了故障，機(jī)車上的傳感裝置能自動(dòng)檢測故障并通過無線通信系統(tǒng)將故障情況、機(jī)車車號等信息直接發(fā)送到服務(wù)中心。服務(wù)中心立即通知就近的維修工程師攜帶備件去機(jī)車現(xiàn)場更換備件并檢測性能。在消除故障后IntelliTrain系統(tǒng)發(fā)出信息告之服務(wù)中心，機(jī)車已能正常投入使用。根據(jù)2年多使用經(jīng)驗(yàn)，這套系統(tǒng)已能發(fā)現(xiàn)機(jī)車80%的潛在運(yùn)行故障，比預(yù)期的修理期提早7～21天發(fā)現(xiàn)故障，延長了機(jī)車使用周期。所有故障中50%是在乘務(wù)人員從未報(bào)告過的情況下發(fā)現(xiàn)，2年多來機(jī)車的總故障率已下降70%。 重載機(jī)車無線遙控操縱系統(tǒng)(Locotrol)1959年美國GEHarris公司首先研發(fā)成功Locotrol系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)全部裝備要用一輛平車才能裝下，通過40多年的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到第4代，采用無線通訊閉環(huán)控制方式在前后部機(jī)車間傳輸命令及反饋信息?，F(xiàn)在世界各國采用Locotrol系統(tǒng)共有5600套，目前我國大秦線開行2萬t重載列車，在機(jī)車上均采用Locotrol系統(tǒng)。Locotrol系統(tǒng)的基本工作方式是前部機(jī)車通過GSMR系統(tǒng)，向中、后部機(jī)車發(fā)布同步牽引和制動(dòng)命令，實(shí)現(xiàn)前、中、后部機(jī)車的牽引及動(dòng)力制動(dòng)同步操縱及空氣制動(dòng)系統(tǒng)同步制動(dòng)與緩解。同時(shí)采用制動(dòng)管壓力自動(dòng)檢測，可以對系統(tǒng)的無線通訊狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。采用Locotrol系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：有效減輕重載列車的牽引車鉤力；在彎道上減少列車阻力，減輕輪軌磨耗，降低燃油成本5～6%；中、后部機(jī)車同步參與了全列車的列車管排風(fēng)與充風(fēng)，加快了列車的充排風(fēng)速度，提高制動(dòng)波傳播速度，有利于減輕列車制動(dòng)縱向力作用，減少斷鉤的危險(xiǎn)。 重載車輛新技術(shù) 提高軸重，最高軸重已達(dá)39t美國通過1988～，累計(jì)運(yùn)量達(dá)10億t，重點(diǎn)對制約增加軸重的主要因素，如橋梁、鋼軌、道碴、路基、焊接接頭等進(jìn)行詳細(xì)的檢測，、安全的。目前美、加、巴西、瑞典已采用30t軸重，南非、澳大利亞昆士蘭鐵路均是窄軌，已采用28t(舊車26t)軸重。俄羅斯重載列車軸重提高到27t。歐洲鐵路重載列車也已向25t軸重邁進(jìn)。目前美國正在普韋布洛FAST環(huán)線上進(jìn)行39t軸重的安全性運(yùn)行試驗(yàn)。 采用新型轉(zhuǎn)向架及懸掛系統(tǒng)美國對重載車輛的三大件轉(zhuǎn)向架進(jìn)行了改進(jìn)并研制各種新型轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)，1999～2001年已試驗(yàn)了四種具有新型懸掛系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架，并在FAST環(huán)形線上進(jìn)行了3年多的性能試驗(yàn)，取得良好的結(jié)果。，與30t軸重的三大件轉(zhuǎn)向架相比，曲線區(qū)段的橫向力降低50%，直線區(qū)段阻力降低15%，曲線區(qū)段阻力降低50%，點(diǎn)頭、最高運(yùn)行速度可達(dá)100km/h。加拿大研究試驗(yàn)一種可控制型轉(zhuǎn)向架，也取得較好的效果。美國TTCI通過試驗(yàn)旁承承載方式可以提高重載貨車的高速穩(wěn)定性，減少蛇行、空車爬軌傾向，提高貨車運(yùn)行速度24～32km/h。 采用鋁合金或不銹鋼車體降低空重比降低車輛自重可以增加載重，同時(shí)節(jié)約能源，提高效益，美國重載貨車中90%采用了鋁合金車體，其成本僅比鋼車體增加1/3，但使用壽命大大延長，而且提高了載重量，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。 采用雙層集裝箱車輛北美、澳大利亞等重載國家廣泛開展雙層集裝箱運(yùn)輸，其在鐵路公司運(yùn)輸收入的比重中日益增長，現(xiàn)在雙層集裝箱重載列車已占重載列車總數(shù)1/4左右，雙層集裝箱平車發(fā)展很快，成為重載車輛中的新品種。 改進(jìn)車輪材質(zhì)、提高車輪耐剝離性能重載車輛在運(yùn)用中最突出的問題是車輪踏面剝離嚴(yán)重。由于輪軌接觸應(yīng)力的增加，車輪制動(dòng)熱負(fù)荷上升，引起車輪剝離失效。美國TTCI正在系統(tǒng)研究軌頂潤滑，鋼軌打磨，監(jiān)測輪軌間動(dòng)力作用，改進(jìn)轉(zhuǎn)向架附件及維修，心盤涂油潤滑等方法降低輪軌間應(yīng)力，但關(guān)鍵問題是要提高車輪材質(zhì)的抗剝離性。為此美國已研制成功一種新合金材質(zhì)的車輪，與傳統(tǒng)車輪相比，相同運(yùn)量條件下車輪踏面上的剝離長度可減少59%，深度可減少43%。 高強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)車鉤及大容量高性能緩沖器開行重載列車最大隱患是由于列車縱向力過大發(fā)生斷鉤脫軌事故，這種事故占美國重載列車全部事故總數(shù)的90%左右，因此提高車鉤強(qiáng)度及緩沖器的容量特性是保證重載列車安全的重要措施。目前美國AAR標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的E級車鉤，破壞強(qiáng)度可達(dá)9342kN，Mark50型緩沖器，行程可達(dá)83mm，能量吸收率達(dá)90%。 車輛高效裝卸裝備研究高效率的漏斗裝煤設(shè)備及其他裝煤設(shè)備(如底開門煤車的傳送帶裝煤機(jī))等是保證重載列車均衡裝煤，縮短裝卸周期的重要設(shè)備，目前世界各國1萬t重載列車裝煤時(shí)間普遍在40分～1小時(shí)之間，翻車機(jī)卸煤設(shè)備可以三車、四車同時(shí)翻轉(zhuǎn)、不摘鉤作業(yè)，1萬噸煤在1小時(shí)內(nèi)能全部卸完。 重載列車制動(dòng)新技術(shù)—ECP ECP(電控空氣制動(dòng)系統(tǒng))對重載列車的重要性20世紀(jì)末超過1萬t的重載列車存在的最大隱患是：由于空氣制動(dòng)波速無法超過300m/s，重載列車在常用、緊急制動(dòng)時(shí)經(jīng)常發(fā)生前后制動(dòng)力不一致，造成斷鉤、脫軌事故；重載列車在長大下坡道上由于沒有階段緩解作用，再充氣時(shí)間過長，容易造成列車失控、對安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。1995年美國首先研究ECP技術(shù)，1997年開始在美國，加拿大裝車試驗(yàn)取得成功，1999年美國AAR開始制訂ECP規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。目前ECP已在美國、加拿大、澳大利亞、南非等國1萬t以上重載列車上批量裝車運(yùn)用達(dá)數(shù)萬輛。 ECP的功能、優(yōu)點(diǎn)ECP主控機(jī)車通過網(wǎng)絡(luò)直接控制列車中各輛車的副風(fēng)缸向制動(dòng)缸充風(fēng)制動(dòng)或制動(dòng)缸排風(fēng)緩解，空氣是制動(dòng)力產(chǎn)生來源，但空氣不作為控制指令傳遞的介質(zhì)，達(dá)到整列車的車輛同時(shí)響應(yīng)制動(dòng)、緩解信息，具有嚴(yán)格的同步性。同時(shí)還具有階段制動(dòng)和階段緩解性能，利用貫通全列車的電纜可同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)車動(dòng)力分散牽引控制(即Locotrol)。各國采用ECP系統(tǒng)后，取得良好的效果：平均車鉤力降低25%，斷鉤事故基本消滅，消除制動(dòng)工況下脫軌的危險(xiǎn)；制動(dòng)距離可縮短50～70%；消除意外緊急制動(dòng)現(xiàn)象；車輛平均周轉(zhuǎn)時(shí)間至少縮短9%；壓力空氣消耗降低，節(jié)能23%；車輛維修費(fèi)用降低，車輪磨耗減少7%，閘瓦磨耗減少27%；車輪踏面剝離大大減輕；車體疲勞載荷降低。 ECP技術(shù)發(fā)展前景國際鐵路權(quán)威人士對其評價(jià)是：“ECP是威斯汀豪斯發(fā)明自動(dòng)制動(dòng)機(jī)后的100多年來貨車制動(dòng)系統(tǒng)的最大改革”，“ECP取代貨車傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的意義就像內(nèi)燃機(jī)車取代蒸汽機(jī)車一樣”。美國AAR2006年已宣布將全力推廣ECP系統(tǒng)。 重載線路養(yǎng)護(hù)維修新技術(shù) 采用多品種專業(yè)化的大型養(yǎng)路機(jī)械重載線路的養(yǎng)護(hù)維修是保證重載列車安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，重載發(fā)達(dá)國家均以大型養(yǎng)路機(jī)械來保證重載線路達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用多元化、多品種、專業(yè)化的大型機(jī)械配套覆蓋全部修程。各種大型養(yǎng)路機(jī)械由于采用了全新的技術(shù)與工藝，達(dá)到更高的效率和性能，包括搗固車，道碴清篩車，線路穩(wěn)定車，邊坡整形車，道岔搗固車，線路大修列車等等。普拉查公司最新型的093X型連續(xù)走行式三枕搗固車集連續(xù)搗固，軌道穩(wěn)定，道床整形三種功能于一身，作業(yè)速度達(dá)到2200km/h，比雙枕搗固車效率提高47%。RM900型道碴清篩車具有1000m3/h的道碴處理能力，比RM80型效率提高54%，一年可鋪碴35萬m3，60萬t。 鋼軌斷面形狀的控制及鋼軌打磨技術(shù)預(yù)防性鋼軌打磨技術(shù)已經(jīng)成為線路養(yǎng)護(hù)技術(shù)的重要組成部份。美國諾?？髓F路公司(NS)2002年試驗(yàn)表明，采用預(yù)防性打磨比修理性打磨，鋼軌年傷損率降低65%。澳大利亞采用了預(yù)防性鋼軌打磨技術(shù)，半徑小于450m的曲線區(qū)段，每通過8MGT總重打磨一次，半徑大于4000m的直線區(qū)段，每通過30MGT總重打磨一次，合理費(fèi)用是每公里打磨支出10000澳元，而鋼軌壽命延長50%～58%。巴西MRS鐵路采用了預(yù)防性循環(huán)打磨技術(shù)，在1674km線路上，節(jié)油3%，鋼軌壽命延長一倍，斷軌率降低45%。南非對道岔采用定期預(yù)防性打磨，改善了道岔接觸應(yīng)力狀態(tài)，打磨前接觸應(yīng)力為3300MPa，橫向力達(dá)43862N，打磨后接觸應(yīng)力降至2376MPa，橫向力為42545N。 用軌頂潤滑技術(shù)降低輪軌接觸應(yīng)力和橫向力，其開行的鐵礦石重載列車經(jīng)常在曲線區(qū)段發(fā)生脫軌事故，2003年7月就發(fā)生28輛車嚴(yán)重脫軌的事故。此后采用軌頂潤滑的技術(shù)，沒有再發(fā)生曲線脫軌事故。美國采用兩種軌頂潤滑方式，通過試驗(yàn)，采用道旁潤滑裝置，輪軌橫向力下降32～38%。采用機(jī)車潤滑裝置，2003年7月沒有潤滑時(shí)，輪軌橫向力為90kN，2003年9月采用一個(gè)噴嘴潤滑后，輪軌橫向力降至60kN，2003年12月采用5個(gè)噴嘴潤滑，輪軌橫向力降至40kN。加拿大CP鐵路采用軌頂潤滑管理5年，曲線區(qū)段鋼軌磨耗下降43～58%，輪軌橫向力降低40～45%，并節(jié)省燃油1～3%。 采用新型重載軌道結(jié)構(gòu) 新型軌道結(jié)構(gòu)美國、加拿大、澳大利亞、南非等國家在重載線路上均采用無縫線路，提高重載列車運(yùn)行平穩(wěn)性，減少對線路的動(dòng)力作用。一系列新型軌道結(jié)構(gòu)，包括無碴軌道，梯形軌道都在美國普韋布洛環(huán)線上進(jìn)行大運(yùn)量試驗(yàn)，考核其安全性及可靠性，以利于在重載線路上推廣采用。 采用可動(dòng)心軌道岔及其他新型道岔美國、加拿大、南非、澳大利亞、巴西等國家在重載線路上正在普及采用可動(dòng)心軌道岔及新型菱形轍叉，有利于減少線路道岔區(qū)間的動(dòng)力作用，提高可靠性。據(jù)美國2004年試驗(yàn)證明，新型的菱形轍叉替代舊有的轍叉，全美國由于采用新型菱形轍叉，節(jié)省維修費(fèi)用1億美元。各種新型緩沖式軌下墊板正在普韋布洛環(huán)行線上進(jìn)行試驗(yàn)比較。 研究開發(fā)耐磨、防表面裂紋、防軌內(nèi)裂紋的新型鋼軌美國已經(jīng)針對重載線路最經(jīng)常現(xiàn)的鋼軌表面裂紋，軌內(nèi)裂紋故障進(jìn)行大量的研究試驗(yàn)，目前已經(jīng)開發(fā)一種新型HE型鋼軌(Hyper Eutectold)，具有耐磨，抗表面裂紋及軌內(nèi)裂紋生成的特殊性能。在現(xiàn)場試鋪?zhàn)C明，這種鋼軌在曲線地段比普通的鋼軌耐磨性提高38%。俄羅斯研究的巴氏鋼軌也取得較好的結(jié)果。其主經(jīng)指標(biāo)Rm=1600N/m2，=1270N/m2，Kcu20=～，Kcu60=～。 采用鋁熱焊新技術(shù)無縫鋼軌的焊接接頭是重載線路的薄弱環(huán)節(jié)，經(jīng)常發(fā)生焊接接頭斷裂事故。法國已研發(fā)一套新型的鋁熱焊技術(shù)裝備，保證接頭部分的材質(zhì)強(qiáng)度比鋼軌母體還好。 安全監(jiān)測技術(shù) 集成型路旁安全監(jiān)測系統(tǒng)美國已研發(fā)的路旁安全監(jiān)測系統(tǒng)包括：路旁軸承聲學(xué)探測系統(tǒng)(ABD)、轉(zhuǎn)向架性能監(jiān)測系統(tǒng)(TPD)，車輪扁疤檢測系統(tǒng)(SWD)，車輪沖擊載荷測試系統(tǒng)(WILD)，車輪外形監(jiān)測系統(tǒng)(WPD)，車輪溫度測試系統(tǒng)(WTD)，紅外軸承溫度探測系統(tǒng)(HBD)。路旁軸承聲學(xué)探測系統(tǒng)采用拾音器采集通過列車的噪聲，應(yīng)用高頻共振原理，分辨出軸承的工作狀態(tài)。這種裝置已有90%正確判別率，可有效防止軸承故障。我國大秦線及繁忙干線已引進(jìn)美國的這套系統(tǒng)。集成型路旁安全監(jiān)測系統(tǒng)用遠(yuǎn)程信息服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行管理。 先進(jìn)的軌檢車及鋼軌探傷車美國、加拿大、澳大利亞、巴西、南非等國均采用了先進(jìn)的軌檢車技術(shù)，應(yīng)用慣性制導(dǎo)系統(tǒng)，矢量化計(jì)算方法，自行標(biāo)定與自檢，對軌道的各種幾何形狀參量，線路不平順及鋼軌斷面磨耗進(jìn)行檢測，提高重載路網(wǎng)的安全性和使用效率。鋼軌探傷車在超聲波探傷工作原理基礎(chǔ)上，又開發(fā)了探傷速度更高的新技術(shù)，美國已研制了新型低頻渦流鋼軌探傷車，探傷速度可達(dá)80km/h以上。 采用地面探測雷達(dá)對路基狀態(tài)作出評價(jià)路基是重載線路的承載基礎(chǔ)，但其發(fā)生病害不易檢測。美國已經(jīng)采用新型地面探測雷達(dá)裝置，安裝在高軌車輛上，采集的數(shù)據(jù)可以直接處理路基橫斷面圖象，確認(rèn)道碴囊，軟粘土，底碴深度及濕土區(qū)等病害問題，有利于路基病害的及時(shí)處理。 接觸網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測南非、澳大利亞、巴西等國對重載線路牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，采用力測量法原理，測量弓網(wǎng)之間