大風地區鐵路車站站坪合理坡度的選擇

陳玲娟，饒 武

(1.西南交通大學 交通運輸學院，四川 成都 610031；2.中鐵二院工程集團有限責任公司 土建一院，四川成都 610031)

我國大部分鐵路車站的站線，都存在著一定的坡度。近年來，貨車滾動軸承化，使車輛單位基本阻力減小，若車輛 (含車組、車列，以下同) 在有坡度的線路上停留，易受外界條件的影響而發生溜逸。在大風天氣較普遍的地區，車輛在大風天氣下，由于受到風力影響更易產生溜逸。在無風條件下，車輛停在坡道上時，受到重力向下分力和單位基本阻力的作用，當重力向下分力大于單位基本阻力時，車輛會順坡發生溜逸。在大風條件下，合理選擇站坪坡度，能在一定程度上保證車站作業安全，但是這個合理的站坪坡度不能保證在所有工況下車輛的安全，需要采取相應防溜措施。特別是在大風條件下，情況復雜得多，風向的改變會影響車輛溜逸的方向。

1 車輛溜逸模型的建立

車輛停留在坡道上，受到重力、風力、單位基本阻力的作用，根據風力的方向和車輛溜逸的方向不同，建立如下模型。

1.1 模型符號的定義

G為車輛所受重力/ N；u為車輛單位基本阻力/ (N/kN) ；θ為線路坡段的坡度角/rad；ρ 為空氣密度/ (kg/m3)，取平原地區平均值1.21；v 為風速/ (m/s) ；s 為車體受風面積/m2；F風為車體所受最大瞬時風力/N，F風=ρV2s /2。

1.2 模型的建立

根據車輛可能發生溜逸的情況，對車輛未采取制動措施，在坡道上溜逸的最小坡度角進行建模分析。

(1) 第①種情況。車輛停在坡道上，受到重力、單位基本阻力和水平逆坡方向風力的影響，車輛向上溜逸時臨界狀態應滿足：

由式⑴可知，當坡度角θ越大時，車輛越不易溜走。

(2) 第②種情況。車輛在坡道上，受到重力、單位基本阻力和水平順坡方向風力的影響，車輛向下溜逸時臨界狀態應滿足：

由式⑵可知，當坡度角θ越小時，車輛越不易溜逸。

(3) 第③種情況。車輛在坡道上，受到重力、單位基本阻力和水平逆坡方向風力的影響，車輛向下溜逸時臨界狀態應滿足：

由式⑶可知，當坡度角θ越小時，車輛越不易溜逸。

(4) 第④種情況。車輛在坡道上，受到重力、單位基本阻力和水平順坡方向風力的影響，車輛處于向上溜逸狀態。但是在無風條件下，車輛有向下溜逸的趨勢，而受水平順坡方向風力的影響，產生順坡的分力，使車輛更易向下溜逸，而不會向上溜逸，因此這種情況不會發生，僅考慮車輛在坡道上自然溜逸的情況。

由式⑷可知，當坡度角θ越小時，車輛越不易溜走。

2 計算結果分析

2.1 臨界坡度角計算

在滾動軸承情況下，貨車的單位基本阻力為u=3.5N/kN，即u=3.5。分析上述4種情況，當車輛重力G增大時，車輛越不易溜逸，但單個車輛是最容易溜逸的。由于第④種情況下的臨界坡度角θ=arctg(u)=3.5為固定值，在此主要分析車輛在前3種情況下的受力狀況。表1、表2、表3依次給出了單輛棚車P64GK，單輛敞車C64，單輛罐車G17在這3種情況下，計算得到的臨界坡度角θ。

2.2 臨界坡度角計算分析

(1) 重力G增大時，車輛越不易溜逸 。因此應重點做好空車和單輛車的防溜措施。

表1 單輛棚車P64GK的臨界坡度角 rad

表2 單輛敞車C64的臨界坡度角 rad

表3 單輛罐車G17的臨界坡度角 rad

(2) 大風地區站坪合理坡度宜設在1～2，這個坡度可以保證車輛在10 m/s順坡風力的作用下不會發生溜逸，而對于其他情況則應根據風向分別進行受力分析，得出所應采取的制動力，從而選擇相應的防溜措施。

(3) 當風速越大時，車輛越容易沿著風向的方向溜逸，第③種情況實際上是車輛向逆風方向溜逸，此情況只會發生在風速較小而坡度較大的時候，計算結果顯示第③種情況得出的臨界坡度角要大于站坪的合理坡度角，因此，第③種情況可以不予考慮。

2.3 所需制動力

從上述計算結果可以看出，當站坪合理坡度設為1～2時，通過對臨界坡度角計算結果分析，第③種情況、第④種情況不會發生，因此只需對第①種情況、第②種情況做出相應的防溜措施。

(1) 第①種情況。車輛停在坡道上時，受到重力、單位基本阻力和水平逆坡方向風力的影響。為防止車輛向上溜逸，需提供的制動力為：

表4 P64GK在第①、②兩種情況下所需制動力 N

表5 C64在第①、②兩種情況下所需制動力 N

表6 G17在在第①、②兩種情況下所需制動力 N

F制= F風cosθ?u (F風sinθ + G cosθ ) ? Gsinθ

(2) 第②種情況。車輛在坡道上，受到重力、單位基本阻力和水平順坡方向風力的影響，為防止車輛向下溜逸，需提供的制動力為：

F制=Gsinθ + F風cosθ?u (G cosθ ? F風sinθ )

表4、表5、表6給出了站坪坡度為1.5時，不同車型在不同工況下所應提供的制動力。

3 結束語

我國沿海及內陸地區，常有臺風及大風天氣，做好停站車輛的防溜措施至關重要。根據不同的風向對停站車輛影響的計算分析，得出大風地區的站坪合理坡度宜設在1～2。當在坡度為1.5時，給出各種車型在不同工況下所應給予的制動力，為相應防溜措施的選擇給出了理論依據。