神華灑水車運行安全性的研究

吳大鈺　林生福

【摘 要】鐵路線路清篩作業中利用普通鐵路輕油罐車改造為灑水車，在作業中隨著車輛灑水的進行，罐內水量實時減少，車輛的安全性能在逐漸發生著變化，為了驗證灑水車的運用安全性，設計了4種裝載工況，研究以不同車速通過線路曲線時車輛的動力學性能指標，論證性能的可靠性，對灑水車安全運用具有重要意義。

【關鍵詞】灑水車 安全性 試驗

在神華鐵路線清篩施工中，大型養路機械清篩作業現場揚塵污染較為嚴重，危害作業人員身體健康，并對沿線環境造成較大的環境污染，為了解決該問題，神維分公司利用GQ70型輕油罐車改造成鐵路灑水車[1]，主體結構為罐車、灑水裝置和電源。車體由罐體連接機架、機組、油箱和管路總成焊接而成，軸重23噸，K6型轉向架，最高運行速度為100km/h；車下灑水裝置通過車端緩沖梁和走板支柱固定，電器控制箱固定在車體通過臺走板上，具有控制、檢測和灑水功能。

1 立項背景

《鐵路危險貨物運輸管理規則》（鐵運〔2008〕174號）規定，鐵路罐車非氣體類液體裝載必須滿足所裝液體產品的質量不得大于罐車標記的載重；同時要留有膨脹余量，所裝液體的體積上限不得大于罐體標記容積的95%，下限不得小于罐體標記容積的83%；在所裝液體體積下限低于罐體標記容積的83%時，如果罐體內未加防波板，不能用于鐵路運輸。

灑水車裝載的介質是水，比重高于輕油，為了防止滿罐時超載，在罐內設置了限位機構，限制最大裝載水量。灑水車一次性充裝滿后，在大型清篩機天窗點內作業前對作業線路區間進行灑水處理，使道床臟污土變得潤濕，實現降低清篩揚塵的目的，灑完后罐內余水留待后續天窗使用。考慮到施工中裝載水的體積長期低于罐體標記容積83%，并隨著灑水作業的進行實時減少，在罐內增設了2道防波板，減少制動時水的縱向涌動沖擊。

為了驗證改造罐內結構之后的灑水車能在不同裝載工況下以100km/h之內的各運行速度安全運行，委托中國鐵道科學研究院機車車輛研究所對灑水車的運行穩定性、平穩性等動力學性能指標進行測試，研究測試數據的變化趨勢，對動力學性能可靠性能進行論證，對于實現灑水車安全運用具有重大意義。

2 性能測試設計

2.1 測試線路選取

測試線路定在鐵科院的環行試驗基地，環行線大環全長9公里，曲線半徑1432m，超高105mm；小環復線全長8.7公里，小曲線半徑分別為R350m、超高120mm及R600m、超高80mm；小環全長8.5公里，曲線半徑1000m，超高150mm，直線段長度755m，并設置12#道岔可側向及直向通過（圖1）。線路全部采用混凝土軌枕，碎石道床，枕木數為1840根/公里，鋼軌為60kg/m U74熱軋軌，強度等級為780MPa。試驗車列按順時針方向運行。

2.2 測試工況選取

考慮到灑水車充裝后的運用特點，罐體滿載工況必須進行測試，同時作為標定依據，隨著灑水進行，在滿罐與空罐的區間分別選取車輛3/4載荷、1/2載荷和1/4載荷3種不同工況狀態進行性能測試，并兼顧考慮車輛經過小曲線及側岔，因此選擇在小環復線和小環兩條線依次進行上環試驗（見表1）。

2.3測點布置

選取灑水車前進方向的第一軸換裝一條測力輪對，進行輪軌力的測量，通過測到的垂向力和橫向力計算出脫軌系數、輪重減載率和輪軸橫向力；在灑水車前進方向的車體中梁距心盤內側1000mm以內選取測點，安裝加速度計，測量車體的橫向及垂向振動加速度，并計算出橫向、垂向平穩性指標；在灑水車前進方向的轉向架側架頂面軸承的上方安裝橫向加速度計，用來測試構架橫向振動加速度；在灑水車前后轉向架搖枕的兩端安裝位移計，測試搖枕彈簧垂向動撓度；在灑水車前進方向罐體端部及罐體中部的對應隔板部位安裝加速度計，測量不同工況下罐體的縱向加速度。

3 數據采集與評定標準

3.1數據采集處理

數據測試及采集系統由IMC公司的生產的1套SL-2信號采集儀和1套C1信號采集儀、2臺微型計算機和穩壓電源等組成。一臺微型計算機對信號采集儀進行數據采集控制，另一臺微型計算機用于數據實時監測、集中處理與匯總，兩臺計算機通過局域網絡實現數據傳輸。

3.2 評定標準

按照GB 5599-85《鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規范》的規定，評定內容主要為車輛運行運行穩定性（安全性）和平穩性（運送貨物的完整性）等，運行穩定性包括脫軌系數、輪重減載率和輪軸橫向力允許限度等，平穩性評定包括平穩性指標、最大振動加速度和平均最大振動加速度。主要評定標準如下：

（4）車體加速度。

車體橫向振動最大加速度值≤4.91m/s2（0.5g），車體垂向振動最大加速度值≤6.87m/s2（0.7g），并且在100km的試驗區段內，規定超過限度值的個數不應大于3個；若超限值個數超出3個，則以出現超限值的最低速度級作為車輛限制速度。

4 測試結果與分析

4.1運行穩定性

灑水車各工況的最大脫軌系數低于評定標準1.2，最大輪重減載率低于評定標準0.65，輪重橫向力最大值（表3）低于評定標準的限度值，各項動力學穩定性指標良好。

4.2運行平穩性

灑水車各工況的橫向和垂向振動加速度最大值（表4）均低于評定標準4.91m/s2和6.87m/s2，平穩性指標最大平均值均小于評定指標3.5，屬于優級。

通過對測試數據的統計分析，灑水車在100km/h試驗速度范圍內以不同運行速度進行的8圈跑行試驗中，隨著裝水量的減少，脫軌系數值越來越大，輪軸橫向力值越來越小，輪重減載率沒有明顯變化，橫向振動加速度和平穩性指標最大值稍微變大，而車體垂向振動加速度和平穩性指標最大值稍微變小，車體橫向、垂向平穩性指標均屬優級。

4.3其它測試項目

（1）罐體縱向加速度測試。通過縱向加速度數據對比，緊急制動情況未見較大縱向沖擊（見表5）。

（2）彈簧撓度的測試。在實施緊急制動試驗過程中，前進方向的轉向架搖枕兩側位移處于壓縮狀態，后端轉向架搖枕兩側位移處于拉伸狀態，制動過程中罐體內的載荷有向前端轉移的趨勢，最大搖枕彈簧垂向動態位移為5.94mm。在整個動力學性能測試過程中，搖枕彈簧的最大垂向動撓度為19.21mm，比較來看，緊急制動未見較大搖枕彈簧垂向動撓度。

（3）側架橫向加速度測試。在10Hz濾波頻率下，側架橫向加速度最大值為3.43m/s2。整個測試過程中，在最高運行速度100km/h范圍內，未見轉向架構架出現橫向蛇行。

5結語

灑水車的動力學性能測試結果驗證了在不同裝載量工況下車輛動力學性能良好，能夠滿足在神華鐵路實現安全連掛運行作業的要求，對保障鐵路清篩灑水降塵作業。

參考文獻：

[1]林生福，吳大鈺，范春鋒.神華鐵路灑水車的研制.機車車輛工藝，2015，312（4）：27-30.

[2]翟婉明.貨物列車動力學性能評定標準的研究與建議方案（續一）——輪軌橫向力評定標準.鐵道車輛，2002，40（2）：9-10，25.

作者簡介：吳大鈺（1983—），男，滿族，遼寧北鎮人，工程師，碩士，研究方向：車輛工程；

林生福（1963—），男，漢族，福建沙縣人，高級工程師，本科，研究方向：機車車輛工程。