铁路发展毕业论文范文

铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损与节能降耗 摘要:阐述了铁道机车车辆轮轨摩擦磨损的现状;研究了内燃机车车轮、闸瓦和钢轨的消耗数 量及相应的维修费用;指出了采用适当的新技术之后,在节能降耗方面会产生显著的经济效益。 关键词:车轮;轮缘;钢轨;摩擦磨损;铁道机车车辆;节能;降耗 众所周知,铁路运输是基于轮轨相互作用产生 的黏着牵引力和黏着制动力以实现列车运行的,轮 轨间因摩擦磨损在铁路运输中消耗的能量和能源 很多,耗资也很大。 随着铁路运输向高速、重载发展,因摩擦磨损 所致的事故风险也在增加。轮轨接触面形成的各 种损伤,不但缩短了轮轨的使用寿命,在严重磨损 后还会导致轮对和钢轨失效,危及行车安全。在这 方面,即使在高速铁路成功应用的国家,也曾付出 过惨重代价。例如:1998年,由于轮轴的疲劳断裂 而导致德国ICE高速列车脱轨,造成101人死亡, 84人重伤,直接经济损失约2亿马克。 与此同时,合理利用资源,实行节能降耗,是我 国的一项基本战略决策。为了节约能源,降低铁路 运输成本和机车车辆的制造与修理费用,对机车车 辆轮轨的摩擦磨损状况,需引起高度的重视。应当 采取相应的技术措施,努力将这种磨损造成的损失 降低到最小程度,以达到降耗增效的目的。 1 铁路钢轨的磨耗 据铁路工务部门统计,我国铁路有20%~30% 的路段钢轨磨损率大于国外严重磨损率指标,有 60%的曲线段钢轨因波磨造成严重损伤。摩擦磨 损带来的损失很大。 钢轨损伤的形态 铁路轮轨作用关系复杂,钢轨磨耗损伤的形态 主要有钢轨的压溃、侧磨、波磨、剥离等,这些占钢 轨总损伤量的80%以上。随着铁路机车车辆的重 载与高速化,轮轨间的摩擦磨损也日趋严重,如钢 轨的压溃与波磨迅速增长,且发生较为普遍(参见 图1)。 钢轨的年消耗量 据资料记载:“十五”期间,我国铁路钢轨用材 每年基本维持在110万t左右,除新线建设之外,其 中用于既有线路大修和维修消耗的钢材约为70~ 80万t/年。 据铁道部安检司调查,2003年因钢轨损伤而更 换所需的材料及人工费用约为50亿元。其中,因 钢轨压溃、侧磨、波磨等导致的损伤,占钢轨总损伤 量的80%以上,即40亿元左右。 2 机车车辆车轮的磨损 车轮是铁路机车车辆的重要走行部件。在列 车运行中,车轮滚动会使车轮踏面和轮缘发生磨 耗,而车轮在钢轨上滑动也会造成踏面损伤。 车轮损伤的形态 据失效分析统计,铁道机车车辆车轮损伤的主 要类型有轮缘磨耗、轮辋疲劳裂纹、热损伤、车轮踏 面剥离和崩裂等(参见表1和图2)。因磨耗造成车 轮部件失效的主要原因是轮轨接触应力集中、制动 热应力疲劳、累积塑性流动变形、夹杂物应力集中、 内部缺陷应力集中等。 车轮的消耗 目前,我国铁路机车、客车和货车约有500万 个车轮在运营中。这里所讲的车轮消耗,主要是指 磨损后车轮的维修和更换 以2006年为例,全路的机车、客车和货车就消 耗新轮63·1万只,平均以0·5万元/只计算,所需费 用约为31·55亿元。 在为完成中国工程院下达的“摩擦磨损与工程 应用咨询项目”时,笔者曾于2006年11月赴北京 铁路局丰台机务段进行过“铁路机车车辆关键零部 件摩擦磨损”的现场调研。从丰台机务段调查了解 到:以DF4型机车为例,由于车轮维修或全部更换, 该段平均每台机车每年所需人工费和材料费分别 为3·3万元和42·4万元,这尚不包括因修理或更换 时机车的停运损失。有关该段DF4型机车的旋轮 与换轮费用参见表2和表3;若按2005年全路机车 保有量17 500台推算,仅机车车轮的维修费用就近 5·8亿元。 制动闸瓦的消耗 在机车车辆制动系统的摩擦制动中,主要有踏 面闸瓦制动和盘形制动。我国目前除新造的提速 客车和厂修改造的25型客车采用盘形制动外,其 他的机车车辆都是采用踏面制动,这对车轮的磨耗 是比较严重的。铸铁闸瓦相比合成闸瓦,可以获得 较高的黏着系数且摩擦系数稳定,但是磨耗快,成 本较高。以丰台机务段DF4、DF4D型机车为例,在1 个大修期内,每台DF4型机车需更换闸瓦8次, DF4D型机车需更换闸瓦10次。因此,每台机车的 换瓦费用分别为1·2万元和1·5万元。按该段现 有DF4型机车35台和DF4D型机车23台计算,这些 机车在1个大修期内换瓦的总费用为76·5万 3 降低轮轨磨耗的技术措施 我国《铁路节能技术政策》第11·1条指出:“应 注意抗磨减阻材料的推广使用。在全世界生产的 能量中,约有30%~40%的能量是消耗在与摩擦有 关的场合;我国与摩擦有关的能源消耗约占1/3 ~ 1/2。任何减轻摩擦、降低磨损的措施,都会直接或 间接地节约能源。” 针对目前机车车辆轮轨摩擦磨损严重、修理费 用高的现象,如果进一步推广应用淬火钢轨、轨面 打磨、磨耗型车轮、径向转向架和安装轮轨润滑装 置等现有的成熟技术,不但可以明显改善轮轨摩擦 磨损的现状,而且可以节约能源和原材料,大大降 低消耗,取得显著的经济效益。 采用淬火钢轨与维护 钢轨波磨问题是轮轨相互作用过程中极其复 杂的系统问题,根据不同的线路或区段,合理地选 择钢轨,有助于预防钢轨的波磨。例如:淬火钢轨 就很少发生波磨,因为它有较高的强度和硬度。因 此,建议在轨道波磨区段采用屈服强度较高的钢 轨。此外,轨面打磨也是主要防护手段,轨面打磨 可减小车体的振动和车轮对钢轨冲击力所造成的 磨损。实践表明,它可延长波磨轨寿命50%以上。 从调查得知,若采用淬火钢轨、侧面涂油和适时的 钢轨打磨等技术,仅钢轨材料一项每年就可节约费 用20亿元左右,因减磨而节约的能耗费用也是很 大的。 采用磨耗型车轮踏面 车轮磨损失效的形式主要有踏面磨耗到限和 轮缘磨耗到限。铁道部对机车车辆车轮踏面的使 用与维修都有相应的标准,如《DF4型内燃机车段 修规程》第3·11·6·8条中规定:踏面磨耗深度不大 于7 mm;而采用轮缘高度为25 mm的磨耗型踏面 时,踏面磨耗深度不大于10 mm。磨耗达到或超过 这些标准,就会危及行车安全。 早期的车轮踏面为锥型踏面。锥型踏面在使 用初期磨损很快,当磨损到一定程度后,磨损速率 开始减缓,踏面形状趋于稳定。通过长期观察和试 验发现,如果在车轮踏面设计时就采用磨耗型的车 轮踏面廓形,可有效地减轻轮轨接触应力,迅速降 低轮轨磨耗,有效延长轮轨使用寿命。 四方车辆研究所在对北京、广州、济南等铁路 局的机车车轮外形轮廓实测的基础上,设计了小半 径曲线区段使用的JM磨耗型车轮踏面。长期的运 用结果表明,应用该外形设计后,与原锥型踏面车 轮相比,轮缘减磨可达30%~70%. 一些铁路局根据各自所管辖线路的特点,也分 别研制了多种形式的车轮踏面。如上海铁路局研 发的ST系列磨耗型踏面,就取得了很好的减磨效 果(参见表5)。 表5 上海铁路局DF11型0072号机车车轮磨耗数据对比 由表5可知,采用ST-2型踏面后,机车每万公 里的轮缘磨耗率从0·304 mm降至0·190 mm,降低 了38%,车轮踏面剥离的故障也明显减少。 据有关资料分析:机车车辆若采用磨耗型车轮 踏面,每台机车每年可节约费用1·5万元。 采用径向转向架 传统的机车转向架,因传递牵引力和保证直线 上走行性能的需要,各轴基本上是被约束成相互平 行的。在通过曲线时,这种刚性定位的轮对与钢轨 之间会形成明显的冲角,从而使轮、轨都产生严重 的磨耗。曲线半径越小,磨耗越严重。为降低轮、 轨的磨耗,近年来国内外开展了机车径向转向架研 究,并取得了很好的效果。两种不同转向架通过曲 线时的运行示意图见图3。 再举几个例子,以说明装用径向转向架后轮缘 的磨耗情况。 戚墅堰机车有限公司生产的首台装用径向转 向架的DF8B型7001号机车,在上海铁路局进行的 线路运用考核结果表明:与同轴重、装有传统转向 架且带轮轨润滑装置的DF8B型机车相比,前者的轮 缘磨耗仅为16%。【下转第8页】 【上接第4页】 资阳机车有限公司对径向转向架机车与传统 转向架机车在曲线上的冲角也进行了对比测试。 测试结果表明:仅就径向转向架冲角减少的程度而 言,轮缘磨耗至少降低了45%。 大连机车车辆有限公司生产的DF4D型径向转 向架机车,在柳州至怀化区段的客、货运牵引数据 表明,与装用传统转向架相比,机车车轮的轮缘磨 耗下降了74%。 据有关资料分析:若采用径向转向架技术,每 台机车每年可节约费用5·8万元。 安装轮轨润滑装置 润滑对减磨起着十分重要的作用。我国《铁路 节能技术政策》第3·6条强调指出:“内燃机车和电 力机车要加装新型轮轨自动润滑装置,减少磨耗和 阻力,降低机车能耗。” 以丰台机务段为例,安装轮轨自动润滑装置取 得了较好的效果。该段有118台机车在安装了铁 道科学研究院研制的华宝2号轮轨润滑装置后,使 每台机车的旋轮公里数由10万km延长至18万 km,车轮寿命由30万km延长至80万km。 除机车因车轮寿命延长产生的巨大社会效益 和经济效益之外,每台机车每年可节省旋轮(或换 轮)费用1万元。丰台机务段的118台机车,每年 可直接节省旋轮(或换轮)费用118万元。按全路 17 500台机车推算,每年可直接节省旋轮(或换轮) 费用1·75亿元。其投入产出比为1∶20。事实说 明:通过安装轮轨自动润滑装置,对轮轨进行润滑 后,不但可以减缓轮缘的磨耗,而且经济效益十分 可观。 4 结语 综上所述,在铁路运输中,机车车辆轮轨的摩 擦磨损已成为相当严重的问题。大量的钢轨与车 轮磨损,不但增加了材料的消耗,提高了修理成本 而且降低了运输的效率,增加了能源的消耗。为此 提出以下建议。 (1)从设计、制造到运输、修理,所有与此相关 的人员,对机车车辆轮轨的摩擦磨损状况,都应当 高度重视,并采取相应的对策。 (2)对目前已被证实具有良好减磨效果的措 施,应进一步加大推广应用力度。例如:对钢轨进 行适当的热处理和打磨,开发新型闸瓦,扩大磨耗 型踏面车轮、径向转向架和轮轨润滑装置的装车应 用等。 (3)在今后的技术引进或产品自主创新的研 发中,应更加重视对产品的摩擦副及磨损件标准的 研究。与此同时,应寻求和开发更适应轮轨摩擦副 的新材料、新技术、新工艺,以延长关键摩擦磨损件 的使用寿命,进而达到节能、降耗和增效的目的。

我国铁路运输普遍服务供给模式研究摘要：随着我国铁路运输业管制体制改革的深入，运输企业将逐步成为独立的市场主体，并走向商业化运输服务。然而，完全的商业化运行，将导致普遍运输服务的缺失，妨碍铁路运输业对经济发展所产生的正外部效应的扩散；但如果继续采取强制服务、交叉补贴来实现供给，又无疑会制约铁路运输企业的形成和产业改革的进程。这种两难的悖论制约着铁路运输业改革的进程。本文的研究，力求在满足铁路运输业改革进程的前提下，探讨实现铁路普遍服务的新的供给模式。关键词：铁路运输；服务供给模式根据铁道部的统计，1999年，铁路部门因承担普遍服务所造成的损失达到402亿元。尽管在成本信息机制和成本约束机制双缺乏的情况下，这402亿元的计算范围和准确性都是值得怀疑的，但我国铁路运输业普遍运输服务的存在却是不争的事实。如果无法建立正常的资金来源和成本补贴机制，而仍然默认由铁路运输企业自行承担普遍服务成本的话，那么，铁路运输企业的市场主体地位就难以真正形成，进而制约我国铁路运输业的持续改革进程。1 普遍服务的特征和政策目标1．1 普遍服务的内涵普遍服务主要包括无法通过商业化运营来补偿成本、但又出于某些宏观因素考虑而必须提供的服务。铁路运输企业承担了大量的国土开发，地区经济发展，民族团结，政治军事等明确具有社会公益性质的铁路路网设施的建设，还承担了欠发达地区经济与社会发展，军事物资，扶贫救灾，军人残疾人和在校学生等大量非盈利性的公益运输服务，这些公共性运输的成本是无法通过市场化和商业化方式取得补偿的。像较为偏远地区、山区等，要么建设成本特别高，要么运营成本特别大、客流稀少、收益偏低。在这些地区提供服务，成本较高、收益能力没有保证，作为纯粹收益导向型企业不会对这些地方的运输服务供应有兴趣。而如果收缩这些地区的服务，则又不能发挥铁路作为基础设施带动经济发展的隐性社会效益。综合铁路普遍运输服务供给而言，主要可以归纳为两个重要的经济学特性。首先，典型的公共产品。作为一种交通类基础设施或平台，它不仅具有非竞争性、非排他性，而且还具有正外部性，不仅能给提供者和消费者带来收益，而且还会对社会或他人产生收益。这就决定政府必须考虑普遍服务的供给问题，并使它的服务具有可及性、便利性和公平性。其次，典型的全国性和区域性共存的公共产品。铁路运输具有网络性的特点。通过接人铁路运输服务网络，不仅是接人了区域的运输服务市场，更可以此为杠杆接人全国性的运输服务网络。这样，获得这种网络性公共服务的农民不仅从当地服务中受益，而且从全国服务中受益。运输普遍服务的问题，不仅在我国，在其他国家和地区也同样存在，所不同的仅仅是由于经济发展的均衡程度以及居民承受能力不同所引起的政策措施不同。1，2 普遍服务供给的政策目标铁路运输业是对国民经济发展有重要推动作用的准公共性基础设施，因此，实现铁路普遍服务的有效供给是非常必要的。也正是由于这个原因，英、德、法等国家在进行现代管制改革的进程中，都将推动普遍服务作用一项重要的改革举措。综合考察这些国家在运输普遍服务上供给上的政策目标，几乎无一例外地表现出这样的政策目标。1)可获得性(available)。铁路运输是网络型产业，存在着巨大的网络外溢效应。当存在这种外部性时，如果不采取一定的措施，就会导致市场失效，比如加入网络的用户过少，或者从动态的角度讲，网络的发展会受到不利的影响。相反，如果采取对网络的接入提供补贴的政策，则会解决或者缓解这个问题，这正是普遍服务政策需要达到的结果。2)可接人性(accessible)。经济发展和铁路运输发展之间的关系非常复杂。现代经济的发展，从某种意义上看，是与铁路的快速发展密切相关的。通过普遍服务的推广，将有效促进欠发达地区的经济发展，消除区域经济发展不均衡的现状。通过运输服务的供给也有利于促进国家政治、经济和文化融合。3)可负担性(affordable)。运输服务在国民经济中地位重要，而从普遍服务的角度来看，是成本无法补偿收益的部分。因此，这决定了其普遍服务的定价需要得到政府的控制，能让大部分的用户能够承受得起。简单地说，就是采取有利于弱势群体的管制措施，采取特殊的再分配方式，“这包括对富人和穷人实行差异化的服务策略”。2 我国铁路运输普遍服务供给的现行模式我国铁路运输业从建国以后，就为政府所严格管制，全部的运输服务几乎都统一供给。而随着经济的发展，商业性铁路和非商业性铁路也并没有分开，仍然混同一起。2．1 现行供给模式的特征我国铁路运输业普遍服务的供给，综合而言，体现出以下的三种特征。1)强制服务强制服务可能是最常用的促进普遍服务实现的主要方法。我国铁路运输业中，国铁是占据了主导性的市场份额，而其他进入者行同点缀。为了降低流通中的成本消耗，我国铁路运输业被要求承担着普遍服务的责任。2)交叉补贴模式我国国铁占据了主导市场份额，自然在普遍服务的供给中也发挥了重要的作用。而且，由于我国国铁行政『生垄断下管制的特殊格局，铁路运输服务的交叉补贴可能显现得较为特异。即使目前在某些特殊区域、特定线路上实现了突破，采取了新线新价等方式，但总体上看，价格管制的现状依然没有改变。El前，在我国铁路运输业中所采取的交叉补贴主要有以下几种。(1)单一业务内部交叉补贴。某些公益性服务，如学生的寒暑假、军人的运送等带有公益性色彩的非商业性服务具有低收益性，或者说是低接人费用，主要通过普通票务收入来补贴这部分成本，其他业务也可能提供或者获得补贴。(2)业务间交叉补贴。货运和客运之间的收益范围、额度都不一样相互之间交叉补贴。(3)区域间交叉补贴。铁路运输业实施刚性票价率制度，且收支两条线的问题尚未得到全面解决，因此，存在着经济发展、客货流量不同区域之间的相互补贴问题。3)接入亏损补贴在我国铁路运输业是行政性垄断下的管制格局中，进入主体的目标被赋予了多元化的趋势，即使其目的完全是为了获得商业利益的投资，也被强制承担了普遍服务承担者的内涵。尽管目前对于进入者亏损补贴的方式已经出现，铁道部所给三茂铁路的资费补偿就是一个典型的案例，但由于进入者范围较小，这种补贴机制尚不突出。2．2 现行供给模式的弊端就我国而言，尽管采取这些方式最终实现了我国铁路运输业普遍服务的供给，但这些方式本身所显示出来的缺点和弊端也不容忽视。事实上，正是由于普遍服务的存在，使我国铁路运输业管制改革的步伐屡屡受困。在这样的管制格局中，实质上是屏蔽了铁路运输企业的形成可能。我国铁路运输业目前普遍服务供给模式的弊端，主要体现在以下几个方面：1)企业无法在竞争环境中生存，普遍服务被用于妨碍竞争的目的运输企业主要提供普遍服务，这种服务的提供，运输成本无法实现有效回收。而在运输企业在必须承担这种服务的情况下，为了企业的存续，需要通过其他业务来进行补贴。这样，如果是存在来源于其他市场主体的“刮脂”行为，则必然导致企业的财务能力难以为继。因此，以提供普遍服务的条件，在位者必然要求管制者维持其市场垄断地位。而管制者也往往出于维护普遍服务获得的角度出发，制定相应的保护性措施。于是乎，从普遍服务一成本无法回收一交叉补贴一预算软约束一管制者被“俘虏”一维护企业地位，形成了一个难以打破的怪圈。我国铁路运输业管制主体与客体合二为一的现状，使得这种普遍服务的供给更成为铁路运输业维持垄断地位、抵制来自消费者诉求、抵制政府改革压力的坚实盾牌。2)普遍式补贴效率低下，真正的受益者并不完全是补贴需要者我国铁路运输业存在着全行业的普遍性补贴。在这种补贴方式下，其实质是为了体现出对各种运输服务存续的追求，是通过间接型的对运输服务实现正常总体供给的补贴，而不是对于具体普遍服务需求者真正的、直接的补贴。于是，支付能力强的旅客与支付能力弱的旅客获得了同样的额度。这样的补贴形式，只能最终扭曲运价等行为机制，而无法使普遍服务的补贴落实到其真实需求者中。由于将服务普遍性，没有体现市场的层次性和需求的多元化，使旅客获得服务的质量相对较低。3)补贴额度的确定受到多种因素影响，难以准确计算在铁路运输业的行政性垄断下，企业成本预算软约束的问题。而且，由于缺乏竞争，企业将其成本打得越高，为普遍服务的支出越多，其收买管制者的可能性就越大，对其获得后续投入的可能性就越大。显然，这种缺乏信息揭示的情况下，无法实现管制者清晰了解企业的成本状态，并相应制定补贴额度，最大化其补贴效率。而且，在接入管制补贴的情况下，在位者更可以通过行政权利来降低对进入者的补贴额度，削弱其进入铁路运输市场参与竞争、获得利益的积极性。事实上，这种采取交叉性质补贴的方式，即使在美国等基于市场化条件下进行的管制也难以体现效率。