針對(duì)停留車輛的人力制動(dòng)機(jī)止輪影響因素研究

葉余玲

(哈爾濱局集團(tuán)公司七臺(tái)河站，黑龍江 七臺(tái)河 154500)

1 停留車輛溜逸影響因素

1.1 受力分析

停留在鋼軌上的車輛從靜止到運(yùn)動(dòng)，需要打破力的平衡。車輛沿可能溜逸方向受力分析如圖1所示。圖1中，F(xiàn)z為車輛溜逸阻力，包括周頸上潤(rùn)滑油被擠出而產(chǎn)生阻力、人力制動(dòng)機(jī)阻力使車輪與鋼軌產(chǎn)生的最大靜摩擦力、防溜鐵鞋產(chǎn)生的靜摩擦力、自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的阻力；Fp表示車輛自身重量產(chǎn)生的沿坡道方向向下的分力，F(xiàn)f為風(fēng)壓對(duì)車輛產(chǎn)生的沿溜逸方向的壓力，當(dāng)風(fēng)向分力與溜逸方向相同時(shí)Ff為正，當(dāng)風(fēng)向分力與溜逸方向相反時(shí)Ff為負(fù)。當(dāng)Fz+Fp+Ff=0，即起動(dòng)阻力為0時(shí)，車輛達(dá)到溜逸的臨界值。

圖1 車輛停留受力分析圖

1.2 未采取止輪措施的車輛起動(dòng)阻力

起動(dòng)阻力是列車在緩解狀態(tài)下從靜態(tài)向動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的阻力。一方面機(jī)車、車輛因車輛在停留中較深的壓入鋼軌以及周頸上潤(rùn)滑油被擠出而產(chǎn)生阻力；另一方面，列車中前位車輛起動(dòng)后，其額外阻力消失，而把動(dòng)能依次傳遞給次位車輛，直至末位車輛起動(dòng)。在起動(dòng)過(guò)程中車輛受力情況非常復(fù)雜，起動(dòng)阻力計(jì)算公式通常根據(jù)專門的試驗(yàn)確定。機(jī)車車輛停留在坡道、曲線、隧道時(shí)，還會(huì)受到附加阻力，因此我國(guó)機(jī)車、車輛的單位起動(dòng)阻力Wqn是以起動(dòng)地段的線路加算坡度iq為變化量的函數(shù)計(jì)算。

機(jī)車、車輛加算阻力

Wj=Wi+Wr+Ws

(1)

加算坡度ij的千分?jǐn)?shù)等于單位加算附加阻力Wj的數(shù)值，ij=Wj

ij=i+ir+is

(2)

列車起動(dòng)阻力計(jì)算公式

Wq=

[∑(p·wqt)+G·Wqn+(∑P+G)·iq)]

·g·10-3(KN)

(3)

式中：滾動(dòng)軸承貨車起動(dòng)單位基本阻力Wqn取3.5 N/ KN；滑動(dòng)軸承貨車起動(dòng)單位基本阻力Wqn=3+0.4iq；計(jì)算結(jié)果小于5 N/KN時(shí)，按5 N/KN計(jì)算。

iq—起動(dòng)地段的加算坡度，‰；P—機(jī)車重量，t；G—車輛重量，t。

取機(jī)車總量P=0時(shí)，可以得到車輛緩解狀態(tài)下的起動(dòng)阻力公式為

Fqt=(wqIn+iq)·G·g·10-3

(4)

從計(jì)算公式可以得出，無(wú)風(fēng)情況下處于緩解狀態(tài)下的車輛的起動(dòng)阻力Fqt與車輛的總重、曲線、隧道成正比關(guān)系，與坡道成反比關(guān)系，當(dāng)Wqn+iq=0時(shí)，緩解狀態(tài)的車輛達(dá)到溜逸臨界值。通過(guò)計(jì)算可知，理論上無(wú)風(fēng)、無(wú)曲線條件下滾動(dòng)軸承貨車停留在3.5‰及以上的坡道會(huì)發(fā)生溜逸，滑動(dòng)軸承貨車停留在5‰及以上的坡道會(huì)發(fā)生溜逸。

1.3 采取止輪措施的車輛起動(dòng)阻力

目前，為了防止車輛溜逸主要采取的措施為人力制動(dòng)機(jī)緊固和安放防溜鐵鞋的方式。人力制動(dòng)機(jī)與防溜鐵鞋的制動(dòng)原理相同，均是使車輛輪對(duì)的運(yùn)動(dòng)方式由滾動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒?dòng)，從而提高車輛從靜止到運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力。

采取止輪措施的車輛起動(dòng)阻力Fqn計(jì)算公式為

Fqn=μh·Gz·g·iq·Gz·10-3(KN)

(5)

式中：μh—車輪與鋼軌，或鐵鞋與鋼軌的最大靜摩擦系數(shù)，車輪與鋼軌之間最大靜摩擦系數(shù)取0.15，鐵鞋與鋼軌的靜摩擦系數(shù)取0.58；Gz—止輪車輛的重量，t。一只防溜逸鐵鞋Gz取1/8止輪車輛的重量。

1.4 風(fēng)壓阻力

風(fēng)壓是垂直于氣流方向的平面所受到的風(fēng)的壓力。風(fēng)壓與風(fēng)速、空氣重度、重力加速度有關(guān)，而空氣重度、重力加速度隨緯度和海拔高度而變，風(fēng)速相同、溫度相同的情況下，風(fēng)壓在高原比在平原地區(qū)小。風(fēng)壓通用計(jì)算公式為

(6)

考慮最不利的情況下，風(fēng)向與停留車輛溜逸方向相同時(shí)，風(fēng)壓力達(dá)到最大值，風(fēng)壓受力面積為車輛的和截面積，采用P70車型的橫截面積，取9 m2。通過(guò)計(jì)算得出最不利情況下車輛受到風(fēng)壓力表1。

表1 最不利條件下車輛受到風(fēng)壓力表

2 人力制動(dòng)機(jī)防溜逸能力分析

一組車輛停留在線路上，對(duì)于部分車輛采取止輪措施后，整組停留車輛溜逸的起動(dòng)阻力公式應(yīng)為

Fq=Fq′+Fq″+Ff(KN)

(7)

將公式(4)、(5)代入公式(7)得到：

Fqn=(Wqn+iq)·G·g·10-3+μh·Gz·g·iq·Gz·g·10-3+Ff(KN)

(8)

式中：Wqn—起動(dòng)單位基本阻力。目前鐵路貨車大多采用滾動(dòng)軸承，因此采用Wqn取3.5 N/ KN；i—起動(dòng)地段的加算坡度，‰。因車輛停留彎道不易統(tǒng)計(jì)掌握，且彎道阻力與隧道阻力均為阻礙車輛溜逸的正阻力，不進(jìn)行計(jì)算，不會(huì)產(chǎn)生安全隱患，站內(nèi)線路也沒(méi)有隧道，因此計(jì)算中iq等于坡道的千分?jǐn)?shù)i，溜逸方向?yàn)橄缕拢虼巳∝?fù)值。

當(dāng)Fp=0時(shí)，代入公式(8)，得到停留車輛達(dá)到溜逸臨界值。一輛人力制動(dòng)機(jī)的最大制動(dòng)能力計(jì)算公式

(9)

以P70、C70、X6A為例，計(jì)算不同風(fēng)力、空、重情況下人力制動(dòng)機(jī)止輪能力，空車時(shí)Gz取止輪車輛自重，重車時(shí)Gz取止輪車輛滿載時(shí)的總重。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2、表3、表4。結(jié)果表明滾動(dòng)軸承貨車的溜逸坡度與單位起動(dòng)阻力成正相關(guān)，單位起動(dòng)阻力越大，開(kāi)始產(chǎn)生溜逸的坡度越大。人力制動(dòng)機(jī)的止輪能力與止輪車輛總重量為正比關(guān)系，車輛越重止輪能力越強(qiáng)。人力制動(dòng)機(jī)的止輪能力與線路坡度、風(fēng)力等級(jí)負(fù)相關(guān)，止輪能力隨著坡度變化明顯，隨風(fēng)力等級(jí)變化不明顯。

表2 風(fēng)力為0級(jí)時(shí)一輛人力制動(dòng)機(jī)的止輪能力

表3 風(fēng)力為6級(jí)時(shí)一輛人力制動(dòng)機(jī)的止輪能力

表4 風(fēng)力為12級(jí)時(shí)一輛人力制動(dòng)機(jī)的止輪能力

3 結(jié) 論

(1)車輛的單位起動(dòng)阻力決定了車輛開(kāi)始溜逸的線路坡度。

(2)止輪車輛的重量與止輪能力成正比關(guān)系，重量越重止輪能力越強(qiáng)，在6‰坡道、12級(jí)風(fēng)條件下對(duì)1輛車進(jìn)行人力制動(dòng)機(jī)止輪，可以防止同等重量41～55輛車溜逸。通過(guò)空、重車重量對(duì)比可以得出，一輛空車止輪可以防止同種車型滿載情況下9～11輛車溜逸。因此空重混編的車輛對(duì)重車進(jìn)行止輪，可以更有效的防止車輛溜逸。

(3)通過(guò)止輪能力分析發(fā)現(xiàn)，止輪位置與止輪能力無(wú)關(guān)，但是考慮到車鉤承受能力、車輛連掛不徹底、作業(yè)方便等因素，止輪車輛以停留車輛兩端最外方為宜。

(4)風(fēng)力等級(jí)與停留車輛溜逸負(fù)相關(guān)，通過(guò)表2～表4的數(shù)據(jù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)力對(duì)空車的影響比對(duì)重車大，12級(jí)風(fēng)情況下空車止輪能力約減少13輛，重車約減少3輛。