发展重载运输是中国乃至全世界铁路货运发展的主要方向。重载列车运行速度高、牵引质量大,列车运行过程中蕴藏着巨大的动能和势能。而列车运行过程中涉及到的牵引能、势能、制动能耗、阻力能耗、动能等能量成分与纵断面设置情况密切相关。因此,研究重载列车运行过程中各能量组成部分在不同纵断面条件下的变化趋势,对选择节能纵断面和进行纵断面设计方案优化有重要的指导意义。本文结合重载铁路特点,建立了重载列车纵向动力学模型,提出了重载列车运行能耗计算方法,分析了上坡牵引、下坡循环制动工况下,列车纵向动力学性能及运行能耗,以及以山西中南部铁路通道为工程背景,分析了全线路纵向动力学性能及列车运行能耗。主要完成的研究成果有以下几个方面：(1)运用纵向动力学计算方法得到了HX_D1×2牵引万吨编组列车在限速75km/h时的最大无害坡度在0.795‰-0.8‰之间,要略小于运用质点运动学计算方法计算出的1.0001‰。(2)选取了0～9‰不同上坡区段,进行列车起动过程纵向动力学性能及能耗分析。研究得到：坡度较大时,随着坡度的增加,列车运行总能耗增长迅速、势能变化量占总能耗比例迅速增加,不利于重载列车的起动；坡度在2‰以下时,起动时间、起动距离和起动能耗增长幅度不大,且最终获得动能占总能耗比例较大,所以,建议在困难条件下,重载列车站坪坡度限制可由1‰适当放宽至2‰。(3)选取了1～13‰不同下坡区段,进行循环制动过程纵向动力学性能及能耗分析。研究得到：随着坡度的增加,重载列车循环制动过程中制动能耗始终占较大比例(超过50%),坡度大于-10‰以后甚至达到了90%以上;无论坡度大小、是否施加动力制动力,只要列车运行初速度相等、运行距离相同,则该列车在运行过程中需要从外界输入的电能大致相等。(4)以山西中南部铁路通道为工程背景,进行全线路纵向动力学性能及能耗分析。研究得到：长大下坡区段主要能耗为制动能耗,重力势能为主要能量来源；长子南站-水治南站区段列车牵引总能耗为5614.22kW.h,该区段大部分线路为长大下坡区段,在该区段列车运行过程占主要部分的仍为制动能耗,占到总能耗的80%以上。