大飯鋪至馬柵鐵路長大下坡道取值分析研究

車 燕

（鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司 運輸規(guī)劃處，天津 300251）

大飯鋪至馬柵鐵路(簡稱大馬鐵路) 位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)[1]，北與準(zhǔn)(格爾旗) 東(勝) 鐵路接軌后與大(同) 準(zhǔn)(格爾旗) 線、呼( 和浩特) 準(zhǔn)(格爾旗) 線連通，南端直接與朔( 州) 準(zhǔn)(格爾旗) 線貫通。線路起點為準(zhǔn)東鐵路大飯鋪西線路所，沿線設(shè)西黑岱站、榆樹塔站、碾子灣站、龍口站，最終引入朔準(zhǔn)線上的馬柵站，線路全長約 60km。該鐵路項目主要為開發(fā)準(zhǔn)格爾煤田南部礦區(qū)所修建，運煤專線沿線產(chǎn)生的煤炭部分經(jīng)朔準(zhǔn)線、北同蒲線、大(同) 秦(皇島) 線去往秦皇島港水運，另一部分經(jīng)準(zhǔn)東線、呼準(zhǔn)線、集(寧) 包( 頭) 線、集(寧) 張(家口) 線、張(家口) 唐(山) 線去往曹妃甸港水運，是大秦線、張?zhí)凭€的煤運集運通道之一。

1 大馬鐵路運輸組織方式分析

1.1 大馬鐵路煤運通道內(nèi)各線概況

大馬鐵路煤炭外運通道內(nèi)各線路限制坡度及牽引質(zhì)量如表1 所示。

由表1 可知，大馬鐵路煤炭外運通道各線(除大秦線、北同蒲線外) 牽引質(zhì)量多為 5 000 t、10 000 t。根據(jù)項目設(shè)計及運營情況，通道內(nèi)各線開行的煤炭列車以組織 10 000 t、20 000 t 為主，限制坡度多為重車方向 6‰、輕車方向 12‰～14‰。

1.2 大馬鐵路運輸組織方式

根據(jù)通道內(nèi)各線概況，大馬鐵路運輸組織分為組織 10 000 t 重載循環(huán)直達貨物列車和組織 5 000 t直達貨物列車 2種運輸方案。以下分別從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、運輸組織、能力適應(yīng)性等方面進行方案比選。

（1）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)性。大馬鐵路至曹妃甸港的煤炭通道中，準(zhǔn)東、呼準(zhǔn)、集包、張集、張?zhí)频染€均為 10 000 t 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；大馬鐵路至秦皇島港的運輸通道中，連接的朔準(zhǔn)線是大秦線集運系統(tǒng)的重要部分，為 10 000 t 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；因此大馬鐵路牽引質(zhì)量為 10 000 t 時，能與通道各線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào)；牽引質(zhì)量為 5 000 t 時，與通道內(nèi)各線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性較差。

（2）運輸組織。大馬鐵路牽引質(zhì)量為 10 000 t時，與通道內(nèi)水運大宗運量牽引質(zhì)量一致，運輸組織簡單靈活，運輸效率高；大馬鐵路牽引質(zhì)量為5 000 t 時，運營成本增大，運輸效率低，與我國煤炭運輸通道開行重載萬噸及以上列車的趨勢不符。

（3）能力適應(yīng)性。①大馬鐵路牽引質(zhì)量為10 000 t 時，通道內(nèi)近期除朔準(zhǔn)線、大秦線能力飽和外，其余各線能力可以滿足需求；遠期張集線能力接近飽和，朔準(zhǔn)、北同蒲線則能力不足；②大馬鐵路牽引質(zhì)量為 5 000 t 時，通道內(nèi)近期朔準(zhǔn)線、大秦線能力不足；遠期通道內(nèi)張集線、朔準(zhǔn)線、北同蒲線、大秦線能力不足。

綜上所述，為方便組織裝車地至卸車地的煤炭直達運輸，減少列車中途增減軸作業(yè)，提高運輸效率，減少通道壓力，大馬鐵路運輸方案為開行 10 000 t 重載貨物列車。

2 大馬鐵路限制坡度方案

大馬鐵路主要承擔(dān)煤炭外運，以碾子灣站為分界，分別去往準(zhǔn)東、朔準(zhǔn)線，因而采用與相鄰線路一致的限制坡度有利于實行機車長交路，提高運輸質(zhì)量，加速機車車輛的周轉(zhuǎn)。目前，在國內(nèi)生產(chǎn)的電力機車中，HXD系列可以在 6‰ 的坡度上牽引 4 000～7 000 t，既有 SS4系列機車可以牽引5 000 t。

表1 大馬鐵路煤炭外運通道坡度及牽引質(zhì)量表

以節(jié)約投資、有利運輸組織為原則，大馬鐵路重車方向推薦 6‰ 的限制坡度。碾子灣站至準(zhǔn)東線區(qū)段，重車方向一路上坡，采用 6‰ 的限制坡度基本能適應(yīng)地形，10 000 t 列車采用電力機車雙機牽引；而碾子灣站至朔準(zhǔn)線區(qū)段，重車方向地形連續(xù)下坡，形成長大下坡道，對列車制動及操縱控制要求很嚴(yán)，成為制約運行安全的關(guān)鍵因素。因此，需要從制動安全性角度分析合適的長大下坡道的坡度取值。

3 長大坡道坡度取值的計算方法

3.1 計算原則

由于重載列車的牽引質(zhì)量大，當(dāng)其在長大下坡道運行時，機車制動力相對薄弱，需依賴空氣制動的周期進行制動調(diào)速。《 列車牽引計算規(guī)程 》( 簡稱《 牽規(guī) 》) 中規(guī)定“長大下坡道的牽引輛數(shù)受制動機充風(fēng)時間和空走時間的限制”[2]。因此，合理的長大下坡道坡度取值需保證重載列車在下坡道運行進行周期制動時，緩解充風(fēng)時間加制動空走時間小于(或等于) 列車從緩解初速至限速的時間，以保證制動安全。公式表達為

式中：tc為緩解充分時間，s；tk為制動空走時間，s；tz為緩解增速時間，s；t'k為緩解留閘時間，s。

3.2 副風(fēng)缸再充風(fēng)時間

《牽規(guī)》附錄 K 指出貨物列車制動機副風(fēng)缸充風(fēng)時間與編組輛數(shù)和減壓量有關(guān)，還與列車管定壓有關(guān)?！惰F路技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定“長大下坡道區(qū)段及重載列車自動制動機主管壓力由鐵路局規(guī)定，報鐵道部批準(zhǔn)”[3]。

從全路重載列車運行情況分析，不少鐵路局的長大下坡道區(qū)段運行的列車及重載列車的主管壓力大部分為 600 kPa。但是，由于貨物列車制動主管定壓 600 kPa 存在弊端，建議主管定壓恢復(fù)至 500 kPa[4-5]。因此，計算列車制動主管壓力時采用定壓 500 kPa，空氣制動常用制動調(diào)速的減壓量采用 100～120 kPa(對應(yīng)常用制動系數(shù)約為 0.8)，10 000 t 重載列車的編組輛數(shù)約為100～126 輛。

不同編組輛數(shù)列車的副風(fēng)缸充風(fēng)時間如表2 所示。由于《 牽規(guī) 》對貨物列車再充風(fēng)時間只列到80 輛，大于 80 輛按曲線外延估算取值，帶“ * ”號的數(shù)據(jù)采用內(nèi)插法得到。

表2 不同編組貨物列車再充風(fēng)時間表 s

3.3 空走時間

貨物列車常用制動空走時間采用下式計算。

式中：n 為牽引輛數(shù)；r 為列車管減壓量，kPa；ix為列車所經(jīng)過的下坡道加算坡度千分數(shù)(包括曲線折減)，下坡取負值。

3.4 列車在長大下坡道的增速時間

采用分析法，按速度間隔計算增速時間的公式為

式中：v1，v2為所取速度間隔的初速和末速(注意不能跨機車動力制動力特性曲線的拐點取速度間隔)，km/h；c 為該速度間隔內(nèi)作用在列車上的單位合力(按速度間隔平均速度計算)，N/kN。

在列車使用動力制動運行時，單位合力的計算公式為

式中：w0為列車單位基本阻力，N/kN；bd為列車單位動力制動力，N/kN。

式中：Bd為機車動力制動力(按速度間隔平均速度取值)，kN。

3.5 緩解留閘時間

緩解留閘時間按制動空走時間和制動缸排風(fēng)時間的比值擬定。當(dāng)下坡道 ix<15‰ 時，t'k= 0.5 tk；當(dāng) ix≥15‰ 時，t'k= 0.25 tk。

4 計算實例

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

以 SS4B型機車雙機牽引的萬噸重載列車為例，對 12‰ 以上的長大下坡道周期制動安全性進行分析。

4.1.1 編組形式

萬噸重載列車按以下 2種形式進行編組，如表3 所示。

表3萬噸重載列車編組形式表

4.1.2 貨物列車制動限速值及最低緩解速度

本次檢算最低緩解速度按《 機車操作規(guī)程 》[6]第二十四條規(guī)定，對重載列車按 30km/h考慮，貨物列車在長大下坡道的制動限速值按《 鐵路技術(shù)管理規(guī)程 》第二十條規(guī)定取值，具體如表4 所示。

表4 貨物列車制動限速表

4.2 檢算結(jié)果

下坡制動安全性分析結(jié)果如表5 所示。當(dāng)減壓量為 100 kPa 時，理論計算單元萬噸列車能適應(yīng)的最大下坡為 15‰，組合萬噸列車則適應(yīng)到 17‰；當(dāng)減壓量為 120 kPa 時，理論計算單元萬噸列能適應(yīng)的最大下坡為14‰，組合萬噸列車則適應(yīng)到 16‰。

表5 下坡制動安全性分析

綜上所述，大馬鐵路采用 17‰ 的限制坡度，僅能開行組合萬噸列車，運輸模式單一；如果采用14‰ 的限制坡度，既可以開行單元萬噸列車，也可以開行組合萬噸列車，模式多樣，運輸組織靈活。

5 結(jié)論

從運輸概況及運輸組織分析，大馬鐵路為開行10 000 t 重載貨物列車的運煤專線。從重載列車在長大下坡道運營安全的角度出發(fā)，以滿足周期制動要求為前提，計算不同萬噸列車編組形式適應(yīng)的最大下坡道取值方案理論值。結(jié)合各種列車的運營需求，建議大馬鐵路重車方向長大下坡道取值最大不超過 14‰。

[1]新建鐵路大路西至馬柵線大飯鋪西至馬柵段可行性研究報告[R]. 天津：鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，2012.

[2]中華人民共和國鐵道部. TBT / T 1407-1998 列車牽引計算規(guī)程[S]. 北京：中國鐵道出版社，1999.

[3]中華人民共和國鐵道部. 鐵路技術(shù)管理規(guī)程[S]. 北京：中國鐵道出版社，2006.

[4]閆永平，王奇鐘. 重在列車制動主管定壓應(yīng)恢復(fù)為500 kPa[J]. 鐵道機車車輛，2008(2)：69-70.

[5]張中央，孫中央. 關(guān)于取消貨物列車600 kPa 列車主管定壓的建議[J]. 中國鐵路，2000(12)：51-52.

[6]中華人民共和國鐵道部. TG / JW 104-2012 機車操作規(guī)程[S]. 北京：中國鐵道出版社，2000.