传统的的工业区都建有货运铁道,工厂或仓库设置铁路两侧,这有利于产品输出和生产材料引进。铁路运输公司,将定期集中分散在各厂矿辆到铁路货场(Freight Station)再由调车机车把货场的车辆送到编组站。同样铁路运输部门也把编组站解体的车辆送到货场或各厂矿。如果企业没有铁路连接,要用其它运输工具把货物运到铁路货场装载或从取货。这个运输模式运用至今。编组站的功能已在编组站一章中描述,不再赘述。
仅从吨-公里和单位能量消耗来看,铁路运输效率最高,特别是大宗货物的运输,例如煤炭运输,运输成本和效率最高。但考虑到货车编组,货场集散,铁路的运输效率和成本比汽车运输没有优势。特别是运输的灵活性(Flexibility),铁路运输无法跟公路运输相比,为此铁路运输部门失去了许多业务。面对公路运输的挑战,铁路运输部门也在想办法提高铁路运输效率,例如,专项运输,重载运输,集装箱运输等。同时各国政府也在关注环境和能源问题,毕竟铁路运输较清洁节能。计算机网络和自动化控制的应用也对提高铁路运输管理,运营效率有很大的帮助。到目前为止,铁路运输还是在陆路货物运输中独占鳌头。
货车车辆(Goods wagons or freight cars) 是没用动力的载货车辆。虽然货车辆有不同类型,但在每个地区网络内,这些货车辆需具备车钩(coupler)和制动气管接口等标准设备,使货车编列容易实现。
铁路货车有很多不同的种类,以适应在不同的场合使用。为了识别铁路货车的用途,国际铁路联盟(UIC)制定了特定的字母和序列号。当然,各国也有自己的编号,例如中国,P65(棚车65型),C60(敞车60型)等。常见的铁路货车类型包括敞车、棚车、平车、罐车、保温车等。
最初出现的货车是普通的棚车(boxcar),俗称闷罐车,车体就像是箱子一样,左右兩側有可以打开的敞门。棚车是铁路货车中的通用车辆,用于运送怕日晒,雨淋、雪侵的货物,包括各种粮谷等。一部分棚车还可以临时运送人员。到2002年底,中国铁路已拥有棚车91835辆,有六十多个型号,约占货车总数的20%。2017年,美国有棚车118000辆,约占货车总数的10%,美国的棚车数量正在逐年减少约1000辆。
保温车是一种特殊的棚车。1851年夏天,第一辆保温车开始试用,主要设备冰块,和外壳加隔热材料。美国北方铁路(Northern Railway)公司第一个使用保温车。同期美国(O&LC)公司使用的车辆载有冰块制冷设备开始向波士顿运送奶酪。1867年 J.B. Sutherland(Detroit Michigan)申请了第一个保温车的专利,除上述的设备,Sutherland还增加了空气流动控制。由于价格成本的原因,保温车一直没有广泛地应用起来。直到19世纪末,冰块制冷车才开始商业化。1930年,美国铁路拥有183,000保温车。到20世纪中叶,随车的机械制冷设备应用到车辆取代了冰块制冷。1970年代,美国铁路管理和其它原因,人们开始使用公路卡车保温车,铁路保温车日益下降,到2001年,保温车的保有量仅8000辆,达到历史最低。在后来的十几年内,铁路保温车的服务有所回升,到2005年,保温车已有25000辆行驶在美国铁路上。
敞车(Gondola car),主要供运送煤炭、矿石、矿建物资、木材、钢材等大宗货物用,也可用来运送重量不大的机械设备。若在所装运的货物上蒙盖防水帆布或其他遮篷物后,可代替棚车承运怕雨淋的货物。因此敞车具有很大通用性,在货车组成中数量最多;中国有约占货车总数的50% 以上的敞车。敞车按卸货方式不同可分为两类:一类是适用于人工或机械装卸作业的通用敞车;另一类是适用于大型工矿企业、站场、码头之间成列固定编组运输,用翻车机卸货的敞车。美国2017年,有各式无盖敞车211000辆,占货车总数的20%左右,多年来基本维持这个数量。美国有盖的“敞车”(Covered Hopper),占货车总数的50%,2017年底,这类车辆有554000辆,而且每年还以10000辆的速度增长。美国的敞车分为两种普通型(Gondola)和专用型(Hopper)两者主要不同是专用型敞车的底部或侧面有卸载的出口。
早期的铁路敞车都是木质车体的两轴车,载重量只有几吨。现代货车有性能良好的走行部和全金属结构的车体。货车载重量不断增大。多数国家车辆指标并只示体积不标载重量。其实车辆的最大的载重量标示在轮轴上。美国在最大允许轴重29.8吨时,四轴货车的载重量可达到90.7吨(除掉车辆的自重),而俄国铁路的最大允许轴重定为23.25吨,但采用增加轴数的办法,其八轴敞车载重量达到125吨。中国铁路目前最大允许轴重为21吨(大秦铁路23吨),因而货车载重量一般为60吨左右。
大部分平车(Flatcars)车体为一平板,主要用于运送钢材、木材、汽车、机械设备等体积或重量较大的货物,也可以借助集装箱运送其他货物。有的平车装有活动墙板,这种平车也可用来装运矿石、沙土、石砟等散粒货物。除了通用的平车外,还有几种不同类型的平车。
2017年底,美国有196000辆平车,占全部货车的19%。2015年1月,中国全路平车5.7万辆,占货车总数的8%。其中通用平车1.16万辆,共用平车2.3万辆,集装箱专用平车2.2万辆。
双端固定台平车(Bulkhead flatcars)用来防止货物在运行中(如列车紧急制动)从一个平车移动向另一个平车。钢管,圆木等长大货物较容易造成沿车体的纵向移动。
中心梁平车就是在车体中间加一道纵向梁和竖/斜的支架,这条梁把车体一分为二。通常中心梁平车两端设有固定“墙”。 这类车主要用来运送建筑材料,例如,木材(lumber),整块墙板,柱桩... 装车的时候,左右两边的货物力求均衡,避免偏载。
重型大件运输车辆。由于大件100吨以上,在北美地区,重载平车的车轴大于4轴(通常车辆两端个有两轴)。重型大件往往尺寸高达,车体底盘要求降低,车体分为三部分,前后两部份架在多轴转向加上,中间部分成凹型架在前后车体上。
专用货车种类并不太多,常见的有油罐车,汽车运送车。当然很多有盖或无盖的敞车,都有专项的运输,例如运煤(coal),水泥(ceremic) 专车,谷物(Grain)专车...人类社会的不断发展,新型专车不断就会出现。
牲畜铁路运输车,从1830年铁路开始商业运营就存在,那时没有专门的牲畜运输车。就是用普通货车。直到1860年,牲畜专运车辆才开始应用,以后130年,牲畜专用车一直在用,没有特别的变化。到1980年,这些牲畜铁路车辆,渐渐被专用汽车代替。现在几乎销声匿迹。
铁路早期的发展与煤炭和矿石运输需求有密切的关系。从200多年前,工业革命和蒸汽机车的应用,煤炭运输在铁路的运输中占有很大的比重。2007年统计数据,世界铁路煤炭运输占整个铁路货运总量的20%,其中70%的煤炭运往火力发电厂。世界上很多国家都有运煤铁路专线。通常运煤专线都是现代重载长大列车,每列车牵引150-250运煤车辆, 火车有有1.5公里-3公路长,一眼望去,颇为壮观,
美国主要的煤炭运煤专线是在珀德尔河地区(Powder River Basin)。专车把产煤区(Montana 和 Wyoming 州) 的煤通过铁路运往西海岸(California, Oregon和 Washington 州),除了使用部分煤用发电和其它工业用途,部分通过西海岸港口运往亚洲等地
澳大利亚有非常丰富的煤炭资源,著名的亨特谷运煤专线( Hunter Valley Coal Chain ,HVCC) 将澳大利亚亨特(Hunter,在New South Wales州)地区露天煤矿的煤炭运到港口。该线沿亨特(Hunter)河穿过亨特峡谷抵达东南方向的的Newcastle港口. 从该港口将煤航运到世界各地,特别是韩国和日本。 澳大利亚有六条运煤专线四条在Queensland州,( Abbot Point, Dalrymple Bay/Hay Point, Gladstone and Brisbane)。两条在 New South Wales州,通往Newcastle 和 Kembla 港口。Newcastle 港口 是世界上最大的煤炭输出港口。2013年,该港出口1.5亿吨煤炭,比2000年的0.68亿吨出口量提高一倍要多。
1970以后,英国的煤矿迅速减少。到了21世纪,多数英国煤矿业停业。煤炭年产量从1970年的1.57亿吨下降到2016年的1.8千万吨。运煤专线在欧洲越来越少。77%的使用的煤炭依靠进口。
南美州的哥伦比亚(Colombia)朱蒙德(Drummond)煤矿也是世界著名的煤矿,该煤矿拥有一条193公里的运煤专线。运煤专列由三辆内燃机车牵引6000吨重的煤炭(124-130节车辆)开往港口Puerto Drummond 。该铁路专线的复线工程正在进行,工程完工后,预计运煤量将提高63%。
大秦铁路自中国山西省大同市至河北省秦皇岛市,全长653公里,是中国西煤东运的主要通道。大秦铁路是中国的第一条双线电气化重载运煤专线,1992年底全线通车,2002年运量达到一亿吨设计能力。从2004年起,大秦铁路实施扩能技术改造,开行一万吨和两万吨重载组合列车,全线运量逐年大幅度提高,2010年运量突破4亿吨,成为世界上年运量最大的铁路线。
中国正在第二条运煤专线-蒙华铁路全長1837公里,是“北煤南运”新通道,它将是继大秦线后,国内又一条长距离的运煤专线。这条铁路从內蒙古浩勒抱吉出发,终点抵达江西省吉安。设计年运量2亿吨。
铁路运煤线有两个重要设备,煤炭自动装卸机。通常装煤设备把煤输送到一个高塔,塔下面可以通过火车,每节车辆通过塔时,煤从塔中卸入车中。卸煤设备把一节货车翻转,“四脚朝天”,把煤倒入轨道下方的煤炭输送机。
铁路运输和其它运输追求的目标就是,多拉快跑。超长的运煤专列就是一个范例。其实不仅是运煤,矿石运输,以及北美的重载货运,都有超长的货运列车。长大的货车受到几个方面因素的限制,牵引动力(机车功率,或供电系统功率),轮轨间的粘着力,机车驱动齿轮和车辆车钩的机械强度,线路坡度,旁通线长(passing loop),空气制动等等。下面例举几个世界超长(大于2公里)列车以飨读者
美国联合太平洋公司2010年在南加利福尼亚州试行了3.5英里(5.6公里)的超长货车,295辆货车,载运600多个集装箱,以每小时65英里的速度穿过洛杉矶地区。美国各铁路公司的列车长度在(2.4公里-4.0公里)间。各公司对有关车长信息深如莫测,尽管人们一直关心超长列车的安全性。目前美国政府没有关于列车长度的限制,各铁路公司强烈抵制这类规章的制定,毕竟这关系到各铁路公司的利润空间(Margin)。超长货车的事故常有发生,2017年CSX公司就有三起超长货车脱轨事件,六月,4000米长的货车在俄亥俄州 (Crestline)脱轨。八月,178辆的货车在宾夕法尼亚(Hyndman)脱轨。十一月,192辆长的货车在佛罗里达(Lakeland)脱轨,造成有害硫化物液体泄漏。目前在美国有七家一级铁路公司都在使用超长列车,CSX超长货车的问题,别的铁路公司没有吗?美国超长货车有问题,别的国家没有吗?
加拿大国家铁路公司双层集装箱货运列车,4.2公里长,通常一般货车最长不能超过3.7公里,专用货车不超过3公里,牵引重量不超过2万吨。
澳大利亚Rio Tinto铁路公司货车—29,500吨铁矿,2.4 公里长, 三节内燃机车牵引。
澳大利亚BHP Billiton 公司 铁矿专车,268车辆,牵引24,200 吨,2.8 公里长, 两节SD70ACe内燃机车在前牵引,两节SD70ACe 内燃机车在中间作为补机,可遥控控制。
BHP Billiton公司:336 车辆,超过3公里长,44,500 吨重铁矿石,6台内燃机车,其中包括两台中间遥控补机。
世界最长最重的火车记录由BHP Billiton 公司保持, 682 车辆, 7.3公里长,牵引重量82,000 吨铁矿石,加车重总重量为99734吨, 8台内燃机车牵引。
澳大利亚Leigh Creek 煤矿公司货车—2.8 长, 161 车辆,2台机车牵引。
巴西Carajás 铁路公司,(1600mm宽轨),通常 330-car 车辆,3公里长铁矿列车。
巴西VLI 公司的谷物专列,160 车辆,3.2长。VLI 铁路公司是VLI Logistical 集团公司的下属企业,拥有 800 台内燃机车,22,000货车,和超过 8000 公里的铁路网络。
中国大秦铁路运煤专列—20,000 t, 3.2 km, 210车辆。
阿拉伯毛利坦尼亚(Mauritania)—3公里长的矿石运输专列。Mauritania 铁路公司与1963年开始运营, 全长704公里单轨铁路。连接Zouerate铁矿和Nouadhibou港口。
印度尼西亚Muara Wahau-Bengalon port 煤炭专列,列车长2.2公里,该铁路130公里长。
南非Sishen–Saldanha 铁路矿石专线,窄轨(1,067 mm),为矿石出口线 (OREX), 长861公里,连接sishen铁矿(Northern Cape ) 和 Saldanha 港口,每年矿石运送量 6千万吨,全线电气化铁路。1976 开始运营,起初有三台电力机车牵引210载重100吨的铁矿车辆,2007年,铁路公司应用无线电动力分配技术(Radio Distributed Power ) ,10台电力机车和内燃机车混编的机组,牵引342辆车辆,总重41400吨,列车长3.78公里。惊人的是这条钢铁巨龙仅有一名司机和一名助手操作。
超长重载列车提高了货物运输的效率和能力,但真正改变铁路货运模式,提高整个铁路货运能力和经济效益的是集装箱运输,或者集装箱和重载的相结合。
集装箱运输(intermodal container transportation) 包括船运,铁路运输和公里运输。它们之间相互相成,形成一个有效的运输大系统。
1841年英国,铁制的货箱用来运煤(Vale of Neath - Swansea Docks)。第一次世界世界大战间英国大东方铁路(Great Eastern Railway)公司用木制货箱在火车和船运间,运送旅客的行李(Harwich 港)。 1900年代,家具货箱第一次应用到公路和铁路运输中。这些早期的货箱最大的共同特点是没有标准化。因此真正集装箱的概念是这些货箱有了标准化的尺寸。
在1920年代,英国公司 (Railway Clearing House,RCH) 首先使用标准尺寸的货运箱,与现代集装箱比,仅有1.5或3.0米长,通常是木制的,顶部呈弧形,而且较脆弱,不能叠压。1928年,伦敦 Midland and Scottish 铁路公司使用这种货箱,提供“门对门”的铁路-公路递送服务。当然英国这个标准没有被其他国家采纳。RCH的货箱(container)在英国应用较广泛,英国四大铁路公司都采用这一货箱。可用起重机来装车和卸车。有的搬运公司如Pickfords也用同种方式,为私人和企业提供服务。这些都是早期的集装箱运输。
1933年,欧洲国际商业货箱署BIC成立(法语:Bureau International des Conteneurs). 同年BIC 制定了第一版的集装箱标准,分5吨级和2.5吨级两种。1950年代,美国国防部使用标准的钢制集装箱运货,在1968-1970年间,国际标准组织ISO(International Organization for Standardization )采用和推广了美国国防部的集装箱标准。集装箱长10,20,40,48 和53英尺 (3.0,6.1,12.19,14.63,16.15米),高8 ft (2.44 m) -9 ft 6 in (2.9 m) 。 标准的集装箱开始得到广泛的应用。
美国从1960年代开始,集装箱的应用稳步上升。铁路集装箱运输流量从1980 到2002年增加了三倍,根据美国铁路委员会AAR(Association of American Railroads )的数据, 1980年,集装箱和半集装箱的拖车有3百10万台,到2002年上升到9百30万万。大量的资金投入到集装箱铁路运输业中,例如1980年代末期,7亿4千万美元的投资到旧金山奥克兰港口的集装箱铁路设施建设 。美国集装箱运输有两种,集装箱和半集装箱式的拖车(piggyback trailer)。拖车从铁路车辆卸下后,直接挂上卡车即可上公路。 铁路集装箱运输,基本使用铁路的平车或改进型。
从1984年开始,双层集装箱运输增加普及占美国集装箱运输的70%。双层叠加(double-stack)的集装箱运输提高了货运能力和效率,同时减少货物在运输中的破损, 特别是平车改进型,加强下层的集装箱固定,封锁集装箱在运输的开启,改善运输的安全性。欧洲对采用双层集装箱运输有较为严格要求,但这个保守的观念也在改变,2007年,欧洲新开铁路Betuweroute (荷兰 Rotterdam - 德国工业区)设计使用双层集装箱运输。但是在2017年,Betuweroute铁路建成10周年的评价中,没有提及双层集装箱的作用。主要原因是电气化铁路供电网的高度,限制了双层集装箱的使用。印度为了实现双层集装箱运输,把供电网高度从6.5米改造成7.45米。此外还有一个隧道桥梁高度限制。结论是双层集装箱不是什么线路都能用的。北美大多线路是内燃机车牵引,双层集装箱运输要容易些,但各大铁路公司,也投巨资进行线路改造。1.Heartland Corridor公司 (Norfolk Southern Railway) — 3.2亿美元, 2.Norfolk Southern Crescent Corridor — 25亿美元,3.CSX运输公司— 7亿美元,4.芝加哥环保部门— 30亿美元...
一列满载的集装箱运输相当280-300辆汽车运输,集装箱运的运输效益不言而喻。不仅在运行过程效益显著,在装卸作业中,集装箱的优势更加突出。一艘满载集装箱的货轮驶入港口码头,巨大的吊车(Quay Crane) 把船上的集装箱卸下,由码头集装箱运输车(Shuttle Carrier)转运到临近的集装箱集散场(Container yard)。
在集装箱集散场,集装箱装卸RMG吊车( rail mounted gantry cranes )把集装箱装入铁路和公路车辆。现代的装卸吊车自动装载能力很强。3D 激光扫描设备探测准确的集装箱位置,根据中心数据库,将每一集装箱放入要转载的车辆,这个自动过程几乎无人工操作。
当集装箱列车进入下一集装箱集散场时,集装箱装卸吊车设备进行解体和编组。解体的集装箱装入等待的汽车,直接送往客户。转运的集装箱有吊车装入另一列集装箱列车。列车不需要真正的解体,不需溜放,不需重新组编,甚至不需编组站!这就是为什么上章“编组站”提到美国的编组站数目不断减少。