作者| 王麟，科普作家、铁路工程师
最近，关于世界最长重载铁路——浩吉铁路即将通车的消息在各大媒体持续发酵。
浩吉铁路全长1814公里，是中国规模最大的运煤专线，也是世界上一次性建成里程最长的重载铁路。那么，究竟什么是重载铁路，它与普通铁路又有何不同？我们今天就来谈谈这个话题。
（一）什么是重载铁路？
按照国际重载运输协会2005年制定的标准：每列列车的牵引质量不少于8000吨，车辆轴重不小于27吨，铁路线路长度不少于150公里的区段，每年计费的货运量不少于4000万吨。只要满足上述三个条件中的两个，就会被世界同行承认是重载铁路。
中国目前每列重载列车牵引质量已经达到1万吨至2万吨，很显然满足这个标准。
所谓牵引质量，指的是机车牵引货物列车的总吨数，也称牵引吨数、列车重量。
轴重是指一个铁路车辆轮对承受的机车或车辆重量，轴重反映了轨道承受的静荷载强度，铁路的轴重越大，每辆车装载的货物就越多。
当然，轴重也不能无限大，必须经过严格的科学计算和多方面的比较，因为轴重越大，对铁轨施加的压力就越大，钢轨损坏的周期就越短，铁路维修费用就越高，如果铁路后期的维修费用超过了因为轴重增加带来的收益，就很不划算了。
（二）1万吨货物如何拉得动？
重载列车和普通列车不同，差别就在于列车编组的方式不一样。
普通货物列车用一台韶山型电力机车就能拉上6000吨，如果想要拉到1万吨甚至2万吨，一台机车远远不够，就需要采用大功率机车，同时还要对货物列车进行组合。
而一般重载列车的组织形式有三种，分别是单元式重载列车、整列式重载列车和组合式重载列车。
单元式重载列车——以固定的机车车辆组合成一个运输单元，在装车站和些车站之间循环运行，中间不经过解体和重新编组。
该种编组方式以美国为代表，这样编组货物品种单一，运量大而集中，列车在装车地和卸车地之间循环往返运行。这种重载运输方式目前运用范围最广，经济效益也最显著。
整列式重载列车——由挂在头部的一台机车或者多台机车联合牵引，牵引的货车也五花八门，中间需要解体和重新编组，也就是说这类列车是由单机或多机重联牵引，列车由不同型式和载重的货车车辆混合编组，达到规定重载重量标准的列车。
这种列车的特点是车种车型不限、货物品种多样，其组织方法与普通货物列车类似，不在运输途中可以根据实际需要进行改编，因此具有更大的通用性，可适用于客货运输密度均较大的干线上采用。
组合式重载列车——这类列车是由两列级以上的同类货物列车首尾衔接，组合成一个整列，牵引机车位于列车的头部和中间。
这种类型的重载列车不要求固定机车车辆，也不要求单一货主，更不要求用同一种车型装载同一种货物，组合式重载列车可以在装车地和卸车地进行组织，也可以在技术作业站进行编组，列车直接到达卸车站和装车站解体编组，并无严格的限制。
上述三种编组方式各有优缺点，单元式重载列车拉的货物比较单一，适合专用的货运铁路，比如中国的运煤专线大秦铁路就大量开行单元式重载列车；整列式和组合式重载列车运输组织比较灵活，适用于运能比较紧张的铁路上，大秦铁路之外的普通铁路上，开行的都是整列式和组合式重载货物列车。
（三）重载列车如何实现“一条龙”运输？
单元重载列车采用固定编组，按固定线路循外运行于装、卸货物的两地，为了加快车辆周转，需采用机械化方式快速装卸。
运煤单元列车的车辆上采用可以两车相对转动的转子车钩，能满足翻车机上工作的要求。重载列车中的编组车辆多，当列车在线路上运行以及起动、制动时列车内部的纵向冲力加剧，使列车中每辆车承受的纵向力加大，因此需要高强度的车钩，用大容量的缓冲器来吸收列车冲击时的能量，同时要采用快速制动技术。
以大秦线为例，其采用的是单元式重载列车，这种列车的最大特点就是固定机车、固定车辆、固定货物品类、固定装车站和卸车站、固定运行路线，这就决定了单元式重载列车既有装车站负责装运货物，又有卸车站负责卸货，形成一条龙服务，除了在中间车站因为技术作业的需要临时进站停车之外，基本上无其他作业。
基本流程就是，列车先从技术作业站进入装车站，通过设置在环线或者直通线路的装煤仓装车之后，再返回技术作业站进行技术检查，然后驶往卸车站，到达卸车站的技术作业站之后，进行列车检查，然后进入卸车点不摘机车进行卸车作业，随后空车返回始发的技术作业站，一个运输循环就算完成了。
装车站——一般设在矿山里面，卸车点一般位于港口码头、电厂和钢铁厂里面。
重载列车在装车站的装车方式有两种，一种是环线装车，另一种是贯通式装车。装车站除了设置装车环线或者贯通式装车线之外，还要根据每天到达车站的列车对数，设置到达线和出发线，用来接发列车之用，必要时，还要设置牵出线和站修线，用来将损坏的列车牵引拉出，放到站修线上临时检查修理。
（重载列车装车）
采用环线装车之时，在环线上的合适位置装设漏斗仓或者高架溜槽，煤炭或者矿石就通过皮带输送机输送到漏斗仓或高架溜槽里面，通过计算机自动控制，定量装进下面的敞车里。
在装车过程中，列车不停，而是匀速通过。这样，在装车过程中列车不用解体和编组，大大提高了装车效率，采用环线装车方式，每小时可装车7000到10000吨。
如果必须采用贯通式装车方式也是无奈之举，一般在地形条件比较困难的条件下采用，因为设置装车环线需要开阔的地形，贯通式装车之时，装车线应该满足停放一列车的长度，在装车完毕之后，还要通过回转线牵引折返，如此一来，装车效率就大大降低了。
卸车站——车站布置方式与装车站大同小异，只不过将装货的漏斗仓变成了卸车机或者翻车机。
为了提高卸车效率，在卸车站一般也是采用环线卸车，利用翻车机每次一节或者两节车厢，不摘钩将车厢翻转，货物卸进货仓里。在普速铁路上，货运量不大的时候，在卸车站可采用人工卸车或者抓斗铲车卸车。
（重载列车卸车）
不管是装车站还是卸车站，除了装载机和卸车机之外，还需要配备电子动态汽车衡、储货坑、皮带输送机、中转站、储货场、储货筒仓等附属设备，为重载列车提供周到的服务。
（四）重载铁路怎么又多又安全地运输货物？
“流程”问题理清了，最重要的问题来了。运输货物，当然每次拉得越多越好，但是也有一个限制，同时，当数百节车厢连挂成一列长达3公里的重载列车的时候，如何能够安全地将其开往目的地，才是迫切需要解决的技术难题。
重载列车通过大功率机车牵引上百辆的货车，长度是普通货物列车长度的一倍甚至两倍以上，这么长的车列，由一台机车牵引肯定不够，这就需要多机重联牵引，或者将两台机车串联在列车上的最前面，或者一台在前面另一台在中间，前者就机车集中连挂，后者是机车分散连挂。
（国外重载列车）
重载机车在列车头部和中间及尾部分散布置，可以减轻列车纵向冲击力，降低折断车钩的危险，但这两种连挂方式都面临一个重要的问题，那就是如何使两台机车甚至更多的牵引机车同步运行，这个问题如果解决不了，前后机车的联系和操纵就不能协调，直接影响行车的安全，重载运输只能是空谈。
还好，科学家们在实践中研发成功“动力分布多机重联同步控制技术”，较好地解决了这个难题。
（五）重载运输列车头、尾如何同步运行？
由于重载列车采用远程控制，主车到从车之间的通信距离一般达到700-1500米，并且由于牵引质量大，如果多台机车不能同步协调工作，将会带来安全隐患，因此要想让一列重载列车中的多台机车同步运行，就需要采取技术手段让其工作步调一致，做到同时启动，同时制动，同时停车，只有这样，才能保证重载列车的运输安全。
经过多年的研发实践，在世界重载运输领域，先后发展出了三种技术手段，第一种就是“传统的多机集中重联控制技术”，第二种是“动力分布多机有线重联同步控制技术（ECP）”，第三种是“动力分布多机无线重联同步控制技术（LOCOTROL）”。
（重载组合列车控制示意图）
传统的多机集中重联控制技术——最简单，也最原始，就是将牵引机车全部放置在列车的最前端，通过提高牵引功率来提高列车的牵引能力，以此达到重载运输的目的。
但是该模式存在很大缺点，由于列车的制动采用压缩空气，空气的压力波传播速度大约是210米/秒，传播需要一定时间，当前车开始制动的时候，后车不能同时接到制动指令，前后车辆的制动无法做到一致，循环制动周期时间长，对司机的操作提出了更严苟的要求，车钩受力状况没有改善，随着牵引质量的提高，车钩受力更加恶化。
因此，采用这种控制手段的列车编组不能太长，牵引质量通常不超过1万吨。
（传统集中重联控制示意图）
动力分布多机有线重联同步控制技术（ECP）——是将机车分别放置在列车的不同位置，通过车辆间的有线通信网进行机车间的协同牵引控制和车辆制动。
该技术由于采用机车分布动力，有利于车钩受力状况的改善。车辆上安装电子制动控制单元，通过列车通信网同步进行车辆的空气制动，空气制动及缓解的速度大大提高，前后车辆的制动一致性很好，循环制动周期时间短，有利于重载列车的安全运行。这种控制技术优点很明显，但是存在车辆改造成本高的缺点。
（ECP控制技术）
动力分布多机无线重联同步控制技术（LOCOTROL）——其技术原理是通过无线方式构筑通信的桥梁，主车通过机车同步控制系统发出控制命令，经无线传输系统控制其他的从车，从车根据主车的控制及本车的情况实时控制运行，从而达到各从车与主车之间协调同步运行。
采用这项技术，牵引机车分别放置在列车中的不同位置，通过无线通信方式进行机车间的协同牵引及制动控制。
该技术由于采用机车分布动力方式，有利于车钩受力状况的改善，同时在列车中不同位置进行充风排风，空气的压力波速提高到大约是280米秒，改善了前后车辆的制动一致性，缩短循环制动周期，机车同步牵引性能好，制动距离减少，有利于重载列车的安全运行。
（LOCOTROL系统原理图）
虽然采用机车分布动力无线重联技术更具有优势，易于实现，但是价格昂贵，实现的技术难度也大。中国选择何种控制模式，还需要通过经济技术比较并结合铁路的运营的实际情况才能确定。
