朔黃線兩萬噸重載列車長大坡道沖動(dòng)原因分析及優(yōu)化措施

摘要 文章主要對兩萬噸列車在長大下坡道區(qū)段，采取循環(huán)制動(dòng)過程中，當(dāng)列車運(yùn)行地點(diǎn)和機(jī)車再生力不同的情況下，緩解列車制動(dòng)時(shí)，對列車產(chǎn)生的縱向力（分為壓鉤力和拉鉤力）進(jìn)行測量，并進(jìn)行分析對比，根據(jù)對比結(jié)果提出優(yōu)化措施，從而達(dá)到減輕列車沖動(dòng)，確保列車運(yùn)行安全可靠。

關(guān)鍵詞 兩萬噸;縱向力;重載列車;長大下坡道

中圖分類號 U296 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 2096-8949（2022）06-0065-03

前言

縱觀鐵路發(fā)展趨勢，客運(yùn)高速化、貨運(yùn)重載化已經(jīng)成為世界鐵路發(fā)展的必然趨勢。鐵路貨運(yùn)是國家經(jīng)濟(jì)命脈，關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)生活的方方面面。世界各國由于鐵路運(yùn)營條件、設(shè)備技術(shù)水平的不同，采用的重載列車運(yùn)輸模式和組織方式各不相同。為了推動(dòng)世界重載運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，國際重載協(xié)會(huì)（IHHA）于2005年國際重載協(xié)會(huì)修訂的重載鐵路新標(biāo)準(zhǔn)是滿足下列3條中的2條，即為重載鐵路[1]：

（1）列車重量不小于8 000 t。

（2）軸重達(dá)27 t以上。

（3）在長度不小于150 km線路上年運(yùn)量不低于4 000萬t。

朔黃線運(yùn)行的貨運(yùn)列車滿足以上1、3條要求，故定位為重載鐵路。

1 線路簡介

朔黃線作為國家能源集團(tuán)鐵路運(yùn)輸網(wǎng)的重要組成部分，是我國西煤東運(yùn)的重要通道。也必將適應(yīng)鐵路發(fā)展趨勢，追求數(shù)字化、重載化、信息化。由HXD1大功率交流機(jī)車組合牽引兩萬噸重載列車，因其運(yùn)輸能力強(qiáng)、成本低廉在朔黃線廣泛運(yùn)用[2]。

朔黃線西起山西神池縣、東至河北黃驊港，朔黃線神池南至肅寧北區(qū)段，其特點(diǎn)為：海拔落差大，橋隧多，最小曲線半徑為500 m。其中寧武西—原平南、南灣—小覺區(qū)間坡道基本在10‰～12‰之間。

2 兩萬噸重載列車牽引模式和數(shù)學(xué)模型

（1）該文選用HXD1八軸交流機(jī)車，采用1+1組合模式。即1臺(tái)HXD1+108輛+一臺(tái)HXD1+108輛，車輛采用C80型車輛（如圖1所示）。

（2）HXD1八軸交流機(jī)車和C80型貨車車輛相關(guān)參數(shù)如表1、表2。

（3）列車在12‰長大下坡道運(yùn)行時(shí)的力學(xué)模型。上行列車編組采用1+1模式，總重21 600 t，載重17 280 t，兩臺(tái)機(jī)車自重400 t，列車長度約2 680 m（包含機(jī)車長度），選用直線下坡道為模型進(jìn)行分析（如圖2）。

其中 f為列車下滑力：

式中：Fn——列車下滑阻力;F——支撐力;i——線路坡道;P—— 機(jī)車自重;G——牽引總重;g——重力加速度，取值9.81 m/s。

當(dāng)速度為60 km/h條件下運(yùn)行時(shí)，計(jì)算出機(jī)車、車輛單位基本阻力w0'、w0"分別為4.54 N/kN 、1.66 N/kN [3]。在未含曲線阻力、隧道阻力、摩擦力等情況下，當(dāng)限定速度為60 km/h，線路坡道i分別為4、6、8、10、12的下坡道時(shí)（下坡道負(fù)值），分別計(jì)算出下滑力，如表3：

從表3中可以看出，在不考慮天氣、線路曲線、隧道等因素的情況下，機(jī)車再生力發(fā)揮正常，兩萬噸列車能夠滿足在6‰的下坡道上勻速運(yùn)行，當(dāng)列車在超過6‰

的下坡道上運(yùn)行時(shí)，機(jī)車再生力無法克服列車的下滑力，需要配合空氣制動(dòng)進(jìn)行調(diào)速。

3 沖動(dòng)產(chǎn)生的原因和危害

3.1 沖動(dòng)產(chǎn)生的原因

由于車鉤之間存在間隙，兩萬噸列車在長大下坡道帶閘行駛時(shí)，當(dāng)列車具備緩解條件，進(jìn)行緩解充風(fēng)后，前部機(jī)車立即對后部車輛進(jìn)行充風(fēng)，中部機(jī)車在主控機(jī)車緩解后的1～2 s后，向前部車輛和后部車輛充風(fēng)，前部車輛在主控機(jī)車和中部

機(jī)車作用下迅速緩解，后部機(jī)車仍然處于帶閘制動(dòng)過程中，由于機(jī)車再生力無法克服下滑力，大約在列車緩解后15～20 s后，會(huì)在列車中部產(chǎn)生最大拉鉤力。兩萬噸列車緩解后15～20 s時(shí)車輛狀態(tài)圖如圖3。

隨著緩解時(shí)間增加，大約在主控機(jī)車緩解后50 s左，后部車輛逐步緩解，由于列車?yán)^力和下滑力的作用，會(huì)使后部列車加速向前，與前部車輛發(fā)生撞強(qiáng)效應(yīng)，大約在主控機(jī)車緩解后50 s左右，從而在列車中部產(chǎn)生最大壓鉤力。兩萬噸列車緩解后50 s左右時(shí)車輛狀態(tài)圖如圖4。

3.2 沖動(dòng)導(dǎo)致的危害

隨著鐵路貨運(yùn)組織重載化，編組數(shù)量的增加，列車安全運(yùn)行問題也逐漸凸顯出來。沖動(dòng)過大可能會(huì)導(dǎo)致車鉤脫離、車鉤斷裂、列車脫線，導(dǎo)致線路破壞，這對列車行車安全構(gòu)成重要危險(xiǎn)，應(yīng)對列車產(chǎn)生沖動(dòng)原因進(jìn)行分析，確保列車運(yùn)行安全。

4 綜合分析

該文選朔黃線南灣—滴流磴區(qū)間，K145—K152千米處進(jìn)行分析，其線路坡道圖如圖5：

試驗(yàn)機(jī)車為兩臺(tái)HXD1型電力機(jī)車，主控機(jī)車在給定不同再生力情況下進(jìn)行緩解，南灣站過風(fēng)相后，逐步增大機(jī)車再生力至給定值200～400 kN，當(dāng)列車運(yùn)行至K146.500 m處左右，列車速度60 km/h減壓50 kPa。運(yùn)行至K146+000 m—K147+800 m、 K149+300 m?K149+700 m兩處區(qū)間緩解列車。在中部機(jī)車車鉤處進(jìn)行測量其緩解后縱向受力，情況如表4：

為確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，分別在從控機(jī)車前中后三處車鉤處應(yīng)力進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量，其測量結(jié)果和受力動(dòng)態(tài)分析如表5：

對表5進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可以得出：

（1）地點(diǎn)由K146+000 m—K147+800 m調(diào)整到 K149+

300 m—K149+700 m后，用 200～300 kN 再生力緩解后，列車的拉鉤力最大 2 622 kN（超過了安全限值），最大壓鉤力為1 693 kN，列車安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)增加，與優(yōu)化試驗(yàn)的最大拉鉤力 796 kN，增加了 1 826 kN。壓鉤力與優(yōu)化試驗(yàn)的最大壓鉤力 1 318 kN，增加了 375 kN。建議緩解地點(diǎn)仍然為原區(qū)間，即K146+000 m—K147+800 m，通過調(diào)整機(jī)車再生力來間接調(diào)整縱向力大小。

（2）當(dāng)緩解速度越低時(shí)，其縱向力越大，越容易導(dǎo)致列車沖動(dòng)。

（3）當(dāng)緩解地點(diǎn)一致時(shí)，其緩解前再生力越小，縱向力越小，列車運(yùn)行越平穩(wěn)。

5 優(yōu)化措施

列車在帶閘運(yùn)行中，需要通過調(diào)整機(jī)車再生力來控制列車，盡量減少制動(dòng)次數(shù)，實(shí)現(xiàn)長波浪制動(dòng)，確保機(jī)車安全運(yùn)行。由于列車在制動(dòng)過程中車體制動(dòng)力和主從控機(jī)車減壓量的不同，導(dǎo)致前部車輛和后部車輛的制動(dòng)力不一致，當(dāng)列車穩(wěn)態(tài)運(yùn)行被破壞，由于車體漏風(fēng)或者乘務(wù)員為了控速追加減壓，從而導(dǎo)致列車制動(dòng)力增強(qiáng)，緩解后車鉤受力增大，不利于安全運(yùn)行。針對列車沖動(dòng)等問題，從機(jī)車操縱、行車組織、技術(shù)檢修等方面采取合理措施，降低機(jī)車受力，確保行車安全。為了進(jìn)一步確保兩萬噸重載列車在長大下坡道運(yùn)行安全，以及降低縱向沖動(dòng)，措施建議如下，以供參考：

（1）機(jī)車操縱方面，合理利用線路縱斷面，選擇合理的初制動(dòng)和緩解地點(diǎn)，在投入空氣制動(dòng)前，將機(jī)車再生力給至目標(biāo)值，充風(fēng)壓縮整列車的車鉤，調(diào)速減壓后，等速度可控后，適當(dāng)調(diào)整機(jī)車再生力，實(shí)現(xiàn)長波浪制動(dòng)，減少空氣制動(dòng)使用次數(shù)[4]。

1）因速度越低時(shí)，縱向力越大，在列車運(yùn)行時(shí)，在滿足列車充風(fēng)條件下，盡量提高列車緩解速度，建議當(dāng)列車速度低于35 km/h時(shí)，采取停車緩風(fēng)措施，避免因速度過低導(dǎo)致列車沖動(dòng)。

2）選擇緩解地點(diǎn)不同導(dǎo)致縱向力大小也不同，在操縱機(jī)車駕駛中，當(dāng)遇到小曲線半徑、變坡點(diǎn)等位置時(shí)，避免大電流牽引機(jī)車，使用小電流牽引，使車輛車鉤一直處于拉伸狀態(tài)，降低列車沖動(dòng)。

3）在緩解前，為了減少列車沖動(dòng)，最大限度降低縱向力，在緩解前30 s，在滿足列車充風(fēng)要求情況下，適當(dāng)降低緩解再生力，再生力最低為200 kN，緩解后50 s內(nèi)不得隨意調(diào)整機(jī)車再生力。

4）當(dāng)列車不在規(guī)定的緩解地點(diǎn)或者速度達(dá)不到緩解要求時(shí)，嚴(yán)禁緩解。

（2）行車組織方面，及時(shí)和調(diào)度指揮中心聯(lián)系，調(diào)整機(jī)車位置，防止機(jī)車長期存在擔(dān)當(dāng)從控牽引任務(wù)，連續(xù)擔(dān)任三趟從控牽引任務(wù)時(shí)，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

（3）技術(shù)檢修方面，合理安排機(jī)車檢修，在檢修過程中嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)不符技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的配件，及時(shí)進(jìn)行更換，對長時(shí)間投入使用的機(jī)車配件進(jìn)行預(yù)防修，確保機(jī)車狀態(tài)良好。

6 結(jié)束語

朔黃鐵路開行兩萬噸重載列車以來，由于列車沖動(dòng)原因?qū)е碌耐＼囀录l繁發(fā)生，對機(jī)車技術(shù)狀態(tài)和鐵路運(yùn)輸組織造成嚴(yán)重的影響，帶來很大的安全隱患，通過四年時(shí)間摸索，實(shí)踐，結(jié)合機(jī)車乘務(wù)員日常反饋的操縱建議出發(fā)，進(jìn)行試驗(yàn)，通過分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行論證，結(jié)合朔黃線實(shí)際情況，逐步優(yōu)化兩萬噸重載列車操縱模式，大幅度減少了因操縱原因?qū)е碌牧熊嚊_動(dòng)，確保列車安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]冀彬. 大秦線重載列車發(fā)展研究[J]. 中國鐵路， 2009

（3）： 31-35.

[2]徐磊. 朔黃鐵路重載列車組織方案研究[J]. 鐵道貨運(yùn)， 2017（1）： 10-15.

[3]王超宇. 城市軌道交通牽引計(jì)算曲線與信號控制列車運(yùn)行曲線差異分析——以長沙地鐵5號線一期工程為例[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計(jì)， 2021（20）： 48-50.

[4]張益銘. 2萬t列車通過朔黃鐵路長大坡道優(yōu)化研究[D].大連：大連交通大學(xué)， 2020.

收稿日期：2022-01-20

作者簡介：康強(qiáng)龍（1993—），男，本科，助理工程師，研究方向：鐵路運(yùn)輸。