1.6 萬t 重載列車不同編組列車緊急制動后受力研究

義滿紅

（國家能源集團朔黃鐵路機輛分公司,河北 肅寧 062350）

隨著我國經濟的快速發展,人們對于各種能源的需求量日益增加,而我國目前的能源結構仍然是以煤炭為主,所以煤炭需求量的增加也大大增加了鐵路運輸的壓力和難度,這就需要大力發展重載運輸來節約勞力、物力和時間,緩和鐵路運能和運量之間的矛盾。我國目前發展較快并且主要采用的重載運輸方式,是以大功率的交流電力機車及其重聯控制技術來牽引的重載列車。朔黃鐵路公司為了優化運輸組織,提高運輸效率,創新編組方式,組織開行了1.6 萬t 列車,但是隨著列車編組長度和載重量的增加,列車的操縱難度也隨之增加,尤其體現在列車制動機的使用方面,容易出現判斷失誤或操作不當等問題,從而引發列車緊急制動等非正常情況,所以需要對1.6 萬t 重載列車的動力學進行分析。

1 列車編組方式[2]

1.1 空車編組方式

編組1：神八機車+108 輛C80 空車+SS4B/SS4G型直流機車+66 輛C64 空車+可控列尾。

1.2 重車編組方式

編組2：神八機車+108 輛C80 重車+SS4B/SS4G型直流機車+66 輛C64 重車+可控列尾。

2 緊急制動靜態試驗參數[1]

為了準確測量1.6 萬t 重載列車產生緊急制動后的制動機響應時間,以及緩解列車后車輛制動機開緩時間,在空車和重車編組列車中布置測點,分別為1、23、45、67、87、108、109、131、153、174 共10 個斷面。具體試驗數據見表1、表2。

表1 空車編組列車緊急制動后制動機響應時間表

表2 重車編組列車緊急制動后制動機響應時間表

3 緊急制動仿真試驗數據[4]

重載仿真動力學系統是通過大量車輛縱向動力學模型,仿真還原列車運行中的縱向動力學參數。下面通過對編組1 和編組2 分別進行仿真,進行動力學數據分析。

3.1 空車編組緊急制動仿真試驗數據

編組1 選定定州西站內K319.000 施行緊急制動停車,速度78.0 km/h,列車處于0.5‰和1.5‰的組合上坡道。編組情況：前部單元：108 輛C80 車體、總重2 160 t、換長118.8；后部單元66 輛C64 車體、總重1 518 t、換長79.2。仿真結果見圖1。

圖1 空車編組緊急制動仿真曲線圖

從圖1 可以看出,當施行緊急制動后約22 s 列車產生最大壓鉤力,發生位置在23 位,最大壓鉤力為-732 kN；制動后約27 s 壓鉤力迅速下降；后10 個測點位置均產生拉鉤力,約35 s 時最大拉鉤力達到最大值851 kN,發生位置為109 位。

3.2 重車編組緊急制動仿真試驗數據

編組2 選定新曲至定州西區間K311.500 施行緊急制動停車,速度78.0 km/h,列車處于-2.5‰下坡、2.0‰上坡和-4.0‰下坡的起伏坡道。編組情況：前部單元：108 輛C80 車體、總重10 800 t、換長118.8；后部單元66 輛C64 車體、總重5 676 t、換長79.2。仿真結果見圖2。

圖2 重車編組緊急制動仿真曲線圖

從圖2 可以看出,當施行緊急制動后約27 s 列車產生最大壓鉤力,發生位置在45 位,最大壓鉤力為-483 kN；制動后約32 s 壓鉤力迅速下降；后10 個測點位置均產生拉鉤力,約35 s 時最大拉鉤力達到最大值701 kN,發生位置為109 位。

從編組1 和編組2 的仿真結果可以看出,1.6 萬t不同于兩萬t 緊急制動,車鉤力明顯降低。主要是由于列車的重量、長度有差異,使制動作用一致性明顯提高；由于后部分車輛的制動率略微高于前部分,導致1.6 萬t 列車停車時產生較大拉鉤力。

4 朔黃鐵路1.6 萬t 緊急制動試驗數據[1]

4.1 空車編組緊急制動試驗數據

編組1 在定州西站內K319.244 進行緊急制動,速度80.8 km/h,制動走行距離452 m,制動時間33.2 s,整列車產生制動作用的時間為4.6 s,全列制動升壓時間11.0 s。具體受力數據見表3。

表3 空車編組列車緊急制動后試驗結果

緊急制動停車過程中,列車第一小列（108 輛C80）各斷面的車鉤力波形都是先壓鉤后拉鉤,拉鉤力數值大于壓鉤力數值。第二小列（66 輛C64）各斷面未產生壓鉤力現象。具體試驗波形見圖3。

從圖3 可以看出,緊急制動停車過程中,列車第一小列（108 輛C80）各斷面的車鉤力波形都是先壓鉤后拉鉤,拉鉤力數值大于壓鉤力數值,如圖3 所示。所有測試斷面中最大拉鉤力901 kN,出現在第1 位貨車,最大壓鉤力-584 kN,出現在45 位貨車；列車第二小列（66 輛C64）各測試斷面的車鉤力數據以拉鉤力為主,如圖4 所示,除從控機車后部的109 位貨車有153 kN 的壓鉤力外,其它3個測試斷面未產生壓鉤力。

圖3 空車緊急制動后各斷面車鉤力變化圖

4.2 重車編組緊急制動試驗數據

區間K311+802 進行緊急制動,速度79.2 km/h,制動走行距離691 m,制動時間51.6 s,整列車產生制動作用的時間為4.6 s,全列制動升壓時間14.3 s。具體受力數據見表4。

表4 重車編組列車緊急制動后試驗結果

緊急制動停車過程中,列車第一小列（108 輛C80）各斷面的車鉤力波形都是先壓鉤后拉鉤,拉鉤力數值大于壓鉤力數值。第二小列（66輛C64）產生較小拉鉤力后,變為壓鉤力。具體試驗波形見圖4。

從圖4 可以看出,緊急制動停車過程中,車鉤力的變化過程是先壓鉤后拉鉤,拉鉤力數值大于壓鉤力數值,壓鉤力的產生主要是由于車輛間制動存在時間差,頭部車輛先制動,后部車輛前涌時產生的。各測試斷面的最大壓鉤力-730 kN（45 位）,與拉鉤力相比,壓鉤力數值較小。各斷面的最大拉鉤力1 221 kN（109位）,107 位和174 位貨車未產生壓鉤力。

圖4 重車緊急制動后各斷面車鉤力變化圖

5 結論[2,3,5]

1.6 萬t 列車施行緊急制動時,會產生先壓鉤后拉鉤的過程,壓鉤力的產生主要是由于車輛間制動存在時間差,最高時間差值為4.2 s,當緊急制動發生時,頭部車輛先制動,后部車輛前涌時產生的；產生較大拉鉤力的原因與列車的編組方式有關,C80 和C64 兩種不同的車型混編,由于C64 的制動率大于C80,而且編組位置在列車后半部,緊急制動時產生對前部單元較大拉鉤作用。針對以上情況,特制定以下注意項點。

（1） 除危及列車運行安全或會造成群死群傷時,1.6 萬t 列車嚴禁使用緊急制動。

（2） 循環制動過程中,施行空氣制動前應增大列車再生力發揮,避免前后單元制動率不一致,導致對前部單元的拉鉤作用。

（3） 緊急制動后,列車車鉤呈拉鉤狀態,在小轉大坡道地點產生緊急制動時,列車拉鉤力增大,且線路坡度差越大,列車拉鉤越嚴重。應避免該處的緊急發生,如發生時,需重點檢查從控機車車鉤連掛、鉤緩裝置以及全列車的車鉤連掛狀態,防止發生斷鉤后未發現,造成列車再次產生緊急制動作用。

（4） 站內停車時,將速度降低至5 km/h 以下減壓,避免拉鉤力的產生。