一年运煤4.5亿吨，大秦铁路是如何做到的？
大秦铁路是我国利用铁路重载技术在20世纪80年代修建的第一条双线电气化运煤专线，专门开行重载单元列车。
大秦铁路最高年运输量达到4.5亿吨，平均每日运输量达到123万吨，是世界铁路运输的最高记录！
大秦铁路是如何做到一年运输4.5亿吨煤炭的？
什么是铁路重载技术？
简单来说，就是让火车一趟能拉更多货物的铁路运输技术，充分发挥铁路运输集中、大宗、长距离、全天候的优势，增加铁路线路的运输总量，降低单位运输成本。
提高铁路运输能力最经济（省钱）的方法是增加列车的编组重量，即增加列车的总重量。
增加列车编组重量的方法有两种：一是增加货车车厢的数量，第二是增加每节货车的载重量。
铁路线上能够同时运行的列车数量是有限制的，为了安全列车之间必须留出足够的距离。通过增加列车的总重量是提高铁路运输能力上限的主要方法。
举个例子：
普通列车一趟拉20个货车车厢，每个车厢载货60吨，单次运输的货物总量是1200吨。
重载列车一趟拉50个货车车厢，每个车厢载货60吨，单次运输的货物总量是3000吨。
升级版重载列车（1）一趟拉100个货车车厢，每个车厢载货80吨，单次运输的货物总量是8000吨。
升级版重载列车（2）一趟拉50个货车车厢，每个车厢载货100吨，单次运输的货物总量是5000吨。
现实中的重载技术是都是同时增加单节货车车厢的载重和列车货车车厢的数量。
以大秦铁路2万吨重载列车为例，采用5台韶山4型电力机车牵引204节货车车厢，货车通常是轴重25吨，载货量80吨的C80和C80B货车
铁路重载需要哪些条件？
铁路重载技术是一项系统工程，铁路线路、机车车辆、信号通信系统、供电系统、站场等各方面都必须符合开行重载列车的条件。
1、线路条件
线路是重载列车开行的基础设施，主要指线路的承载能力、几何尺寸、站线长度、线路坡度等，它们必须符合列车静动荷载对线路产生的各种力的要求，使线路与列车协调配套。
线路条件中主要的参数是限制坡度、最小曲线半径以及桥梁承重能力。
2、机车车辆
重载列车的总重量通常都在5000吨以上，甚至可能超过20000吨。
为满足重载列车牵引要求，机车需要有足够大的起动牵引力和制动力，以保证重载列车在长大坡度线路区段的运行安全，而且对列车重量超过10000吨时采用多机牵引。
因此机车的牵引功率和制动功率必须足够大。
3、货车车厢
重载运输要求货车车厢的制动系统必须可靠，车钩强度必须足够大，同时还必须安装大容量缓冲器。
重载货车车体强度可满足万吨列车牵引整列不摘车钩进入卸车站翻车机连续作业。
此外，从提高经济性的角度，货车的轴重越大越好，自重越轻越好。
4、机车无线同步操纵技术
重载列车通常都需要使用多台牵引机车，不论机车采用“集中式”重联牵引还是采用“分散式”牵引，都需要机车能实现同步操纵，实现2台或多台机车能够完全一致完成列车运行任务。
机车无线同步操纵技术是实现重载的关键技术之一。
5、通信信号系统
通信和信号系统必须能为列控信息、车地通信等关键信息提供承载网络通道。
确保车机联控及机车与机车、机车与调度(大三角)通话问题，满足信号调度集中的使用，同时有效地防止尾追事故，保证列车运输安全。
除此之外，供电系统、线路维修模式、货源组织等也都是实现重载铁路高效运输必须的条件。
大秦铁路是如何满足重载运输要求的？
1、铁路线路
大秦铁路是双线双向自动闭塞的I级电气化铁路，从大同到秦皇岛全长653千米。
大秦铁路的限制坡度是上行4‰（重车向秦皇岛方向），下行12 ‰（空车向大同方向）。
国外重载铁路的限制坡度各不相同：澳大利亚重载铁路的重车方向限制坡度为4‰~10‰，空车方向限制坡度为15‰~20‰；美国的重载铁路限制坡度空重车方向均为5‰。
大秦线所经地带大多为山区，线路地形复杂，但是同国外几个国家重载线路相比也是经济可行的，符合开行万吨级以上的重载列车的条件。
大秦铁路最小曲线半径：一般地段800 m，困难地段400 m。
根据计算，大秦线桥梁是能满足静荷载25t轴重要求的。
轴重指的是每根车轴允许分摊的最大整车重量，比如说铁路货车两个转向架4根轴，那么最大重量就是100吨。
2、机车车辆
大秦铁路使用的牵引机车主要是SS4改进型机车和HXD1、HXD2型机车三种。
SS4改进型电力机车是我国直流传动电力机车的代表，，机车额定功率为6400千瓦，电制动采用加馈电阻制动。
SS4型电力机车是我国80年代初为实现铁路重载研制的一款机车， 牵引功率达到6400Kw，主传动系统采用交-直流电传动方式，使用串励式直流牵引电动机。
1985年9月第一台韶山4型电力机车（SS4-0001）制成，是当时中国国内功率最大的货运电力机车。
1988年通过国家鉴定，1989年开始批量生产。
在大秦铁路，两台SS4改进型机车重联可牵引1万吨重载列车，4台SS4型机车可牵引2万吨重载列车。
HXD1型交流传动电力机车是由中国南车集团株洲电力机车厂与西门子公司合作研制的，采用欧洲标准制造的8轴重载货运电力机车。
机车采用先进的交-直-交电传动技术，单轴功率1200千瓦，总功率为9600千瓦；起动牵引力为760千牛/700千牛，最大电制动力为461千牛
机车装有Locotrol远程重联控制系统，适合于多机分布式重载牵引。
HX2型交流传动货运电力机车是中国北车集团大同电力机车有限责任公司与阿尔斯通公司合作研制的，采用欧洲标准制造的8轴重载货运电力机车。
机车采用先进的交-直-交电传动技术，起动牵引力为760千牛/700千牛，最大电制动力为510千牛，机车额定功率为10000千瓦。
机车装有Locotrol远程重联控制系统，适合于多机分布式重载牵引。
和谐D2型电力机车由中国北车集团大同电力机车有限责任公司与法国阿尔斯通交通运输股份有限公司联合开发。在阿尔斯通公司的PRIMA系列电力机车的基础上研制，根据中国铁路线路的具体情况设计而成。单轴功率为1200 kW，机车总功率为7200 kW，是中国铁路所有既有机车中单轴功率最大的机车。
3、货车车厢
大秦铁路开通运营后，最先使用的是C63A系列和C76系列敞车，由于早期设计和制造水平较为落后，这些车辆存在结构可靠性差、车体刚度和耐腐蚀性差、载重小等缺陷。
2003年后，铁道部专门安排研制了轴重25t、载重80t的C80、C80B型敞车。这些敞车车体采用铁素体不锈钢或铝合金制造，车辆轻量化水平较高，抗腐蚀能力好，有效降低了车辆自重系数，提高了列车载重水平。
这些新研制的货车还采用了120-1型空气控制阀，16、17型车钩，RFC牵引杆和大容量缓冲器，为大秦铁路提供了优良的装备保障。
4、机车无线同步操纵技术
当前世界上的机车无线同步操纵技术主要有两种：一种是美国通用公司开发的Locotrol，另一种是有线电控空气制动技术(简称ECP)。
2003年12月，铁道部组织考察组对美国和南非铁路重载技术进行了考察，对LocotroI技术和ECP技术进行了对比分析。
由于Locotrol技术结构简单，可以减少货车的改造工作量，易于列车按不同目的地解编，技术可行，经济合理，安全可控，更符合中国铁路路情和大秦线运输实际，因此铁道部最终引进了GE公司的Locotrol技术开行大秦线2万吨重载组合列车。
5、通信信号系统
利用移动通信技术的发展，与华为共同开发了铁路综合数字移动通信系统(GSM- R)，系统带宽大,可满足较大容量的通信需求；对大秦线既有通信系统进行改造，将有线与无线通信方式相结合，确保通信方便、快捷，信号稳定、可靠。。
大秦线 60%左右的线路处于山区，其余40%为平原和丘陵交织地带。在恶劣的地形条件下，GSM-R系统为重载列车提供全程通信，消除了多年来因山区通信盲区对运输造成的困扰，既保证了容量的要求，又保证了实时性的要求。
信号系统由计算机联锁系统、自动闭塞系统、DMIS系统及建立在 DMIS系统平台上的CTC系统、车载信号系统、环境监控系统组成。
在大秦线建设TETRA/GSM-R铁路移动信息化基础平台，满足了无线调度、无线传输、无线预警、车机联控、区间工务无线维护通信、区间应急救援无线通信、DMIS无线传输、列车尾部装置传输等移动通信需要。彻底解决枢纽干扰问题，确保车机联控及机车与机车、机车与调度(大三角)通话问题，满足信号调度集中的使用，同时有效地防止尾追事故，保证大秦线重载列车运输安全。
大秦铁路开行列车重量的升级
1990年，大秦铁路以不同形式编组完成5000吨、8000吨、10000吨重载单元列车、组合列车综合试验，湖东站至茶坞站区间实现4000吨列车常态化开行。
1992年，大秦铁路全线贯通，实现5000吨、6000吨重载单元列车常态化开行。
1万吨重载列车于2002年底开始研究和试验，2003年9月1日开始常态化开行。2007年达到日均61列，2008年达到62列。
2万吨重载组合列车于2003年开始进行技术经济论证，并对固定设备和移动设备进行技术改造，在一系列试验的基础上，于2006年3月28日正式开行，
大秦线开行2万吨重载组合列车是一项复杂的系统工程，涉及到很多技术难题。
2万吨重载组合列车长达2672米，大秦线地处山区，隧道多，坡道大，采用Locotrol技术开行2万吨重载组合列车，必须解决好“山区铁路通信可靠性、长大下坡道周期制动、长大列车纵向冲动”三大技术难题。
铁道部先后安排了60多项科研项目，以攻克三大技术难题为主要目标，在列车同步操纵、无线数据传输、牵引、制动技术、车辆重载技术、基础设施强化技术、牵引供电强化技术、重载运输组织技术、重载组合列车优化操纵、综合维修技术等方面开展了一系列技术创新工作，形成了大秦线2万吨重载组合列车重载运输技术体系。
在铁道部的组织下，自2004年起进行了3个阶段、上百次试验(其中综合试验26次)，对大秦线开行2万吨重载组合列车进行了系统集成创新，掌握了3种编组开行方式的技术。
1、采用4台SS4机车进行4x5000吨重载组合列车综合试验。
Locotrol技术在世界各国重载运输中均以5000吨列车的长度为基本单元开行重载组合列车。
这种模式由4列编组51辆的C80型单元列车，每列由SS4机车单机牵引连挂而成(简称1+1+1+1模式)。
2004年12月12日，第一列2万吨(4x5000吨)重载组合列车试验成功，开创了我国2万吨重载列车的先河。
2、采用4台SS机车进行2x10000吨重载组合列车综合试验。
大秦线有46个万吨装车点和8个2万吨装车点，为了满足运输需要，提高运输效率，需要开行万吨单元列车组成的2万吨重载组合列车。
自2005年开始，通过科学论证、系统集成、综合试验，大秦铁路在世界上首次实现了Locotrol技术与GSM-R技术的结合，成功进行了2x10000吨重载组合列车综合试验，标志着中国铁路重载运输技术达到世界先进水平。
这种模式下列车由2列编组105辆的C80型单元万吨列车连挂而成，列车前部1台SS4型机车牵引，中部2台SS4型机车重联牵引尾部连挂1台SS4型机车(简称1+2+1模式)。
3、采用2台和谐型机车开行2x10000吨重载组合列车。
2007年5~7月，成功进行了用2台大功率和谐型电力机车加可控列尾装置牵引2万吨重载组合列车的综合试验，开创了世界铁路重载史的新篇章。
采用2台大功率和谐型机车牵引2万吨重载组合列车，减少了机车台数，提高了运输效率和经济效益。
列车由1台HX机车牵引105辆C80型与另一台HX。机车牵引105辆C80型组合.尾部加可控列尾装置(简称1+1+可控列尾模式)。
2万吨重载组合列车技术是大秦铁路年货运量超过4亿吨的关键。
开行2万吨重载组合列车，是大幅度提高大秦铁路运输能力的最优选择。2万吨重载组合列车净载重16800吨，如每天开行24.5对列车，即可达到年运量1.5亿吨；每天开行49对列车，可实现年运量3亿吨；每天开行70对列车，可实现年运量4亿吨。
2007年2万吨重载组合列车开行达到日均26列，2008年达到日均38列，是大秦铁路年货运量持续提升的主要原因。
2014年由中国铁路总公司在大秦铁路组织实施的3万吨重载列车运行试验日前取得圆满成功。3万吨重载列车实现了我国铁路重载列车牵引重量从2万吨到3万吨的跨越，使我国成为世界上仅有几个掌握3万吨铁路重载技术的国家之一。
3万吨重载列车由4台电力机车牵引、编组320辆、总长3971米、满载3万吨煤炭，创造了我国铁路重载列车牵引重量新纪录。
这次试验的成功实施，不仅对提高铁路运输能力、满足日益增长的铁路运输需求具有重要现实意义，而且推动了我国铁路重载技术的创新发展，为促进铁路可持续发展提供了有力的技术支撑。
大秦铁路货运量的发展
1978年，全国的煤炭货运量仅4亿吨左右。
2010年12月26日，随着77037次2万吨重载列车缓缓驶入秦皇岛柳村南站，我国煤炭运量最大的能源大动脉——大秦铁路年运输量突破4亿吨。
4亿吨煤炭意味着什么？
4亿吨年运量，是世界单条铁路年运量的理论极限的两倍，是国外同行尚无法逾越的一座技术巅峰。
1992年建成通车时，大秦铁路设计的年运输能力为1亿吨。
当时列车牵引重量只有5000~6000吨，编组辆数60~72辆，列车长度720~864m，最高运行速度为空车70km/h、重车80km/h。
为了在较短时间内提高煤炭运量，2003年开始，大秦铁路的重载技术不断升级，先后实施2亿吨、4亿吨扩能改造。
随着各项技术的进步，大秦铁路先后常态化开行了10000吨和20000吨列车，使得运输能力有了显著的提升。
2005年起，连续3年每年增运5000万吨。
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。
大秦铁路 2007年年运量突破了 3亿吨。
2008年进行了 4亿吨扩能改造。
2010年大秦铁路年运输量突破4亿吨。
迅速增长的货运量使得大秦铁路的经济效益极佳。
大秦铁路92亿元的扩能改造投资，仅用3年多就收回。
相当于用新建一条铁路1/3的投资，新建了三条煤炭大动脉，不仅节约了2.4万亩土地，还满足了全国1/3人口一年的生活用电需求。
大秦铁路不仅经济效益好，环保效益更是突出。
多开一列大秦铁路的2万吨重载列车，就相当于分流了300辆公路货车的运输需求，前者车体长约2700米，而后者首尾相连将长达10多公里。
按照大秦铁路年运量4亿吨计算，年耗电量为34.3亿千瓦时，折合费用22.6亿元，碳排放量105万吨。同等运量，换做公路运输，将消耗柴油1645万吨，折合费用1046亿元，碳排放量5974万吨，其能耗成本是大秦铁路的46倍，碳排放量是大秦铁路的57倍。
中国重载铁路技术的发展
中国重载铁路自20世纪80年代起，经过几十年的发展，构建起了以大秦铁路为代表的25吨轴重重载运输技术体系；采用以25吨轴重和谐 HXD1和HXD2型交流传动八轴9600kW为主的重载货运电力机车和C80系列运煤专用敞车，以及分布式无线同步控制等技术，创造了单条铁路年运量达4.45亿吨的世界纪录。
2023年，中国重载第一铁路“大秦铁路”的累计运量突破80亿吨，这是多么了不起的成就！
在此基础上，中国铁路近年来又开展了30ｔ轴重重载铁路运输相关技术和开行3万ｔ重载组合列车成套技术的研究，新研制出30吨轴重的和谐 HXD1F和HXD1F型交流传动货运电力机车以及C96和C96H型专用运煤敞车，在中南铁路采用了我国近年来研发的30ｔ轴重重载工务工程技术和设备。
在铁路重载运输技术上，中国成功掌握了引进的技术，并且引进技术的基础上开发了更先进的技术，达到了全球最先进的水平。
在掌握技术的基础上，中国还修建了神华朔黄铁路、浩吉铁路等用于煤炭运输的重载铁路，满足了我国经济发展对能源的需求。
中国成功运营了世界上运量最大的重载铁路，而且将全球铁路重载技术提升到了一个新的高度。
铁路运输技术的进步，也是中国工业化的重要组成部分。
来源：中国新闻网，作者：郭满天
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