27t軸重通用貨車對駝峰設(shè)計及作業(yè)控制的影響與對策

張紅亮，李榮華，劉 博

(1. 北京交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，北京 100044；2. 鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司 線路站場樞紐設(shè)計處，天津300142)

27t軸重通用貨車對駝峰設(shè)計及作業(yè)控制的影響與對策

張紅亮1，李榮華2，劉 博2

(1. 北京交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，北京 100044；2. 鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司 線路站場樞紐設(shè)計處，天津300142)

根據(jù) 27 t 軸重通用貨車所具有的車輪直徑增大、總重增加和車體尺寸增大等特性，分析由此帶來的對駝峰設(shè)計與作業(yè)控制的單位基本阻力減小、制動能力下降、駝峰控制范圍增加、單位風(fēng)阻力增大等影響。從調(diào)速控制、平縱斷面及峰高設(shè)計 3 個角度提出具體的應(yīng)對措施，為應(yīng)用 27 t 軸重通用貨車時的駝峰設(shè)計及作業(yè)控制提供理論參考。

單位基本阻力；平縱斷面設(shè)計；峰高設(shè)計；調(diào)速控制；貨車軸重

提高軸重是實現(xiàn)貨運重載化的重要途徑，我國鐵路重載運輸在經(jīng)歷了建國初期的 18 t 軸重、20 世紀 70 年代末的 21 t 軸重、21 世紀初的 23 t 軸重等發(fā)展階段以后，開始研究并推廣 27 t 軸重通用貨車在既有線的應(yīng)用問題[1-3](與通用貨車對應(yīng)的是專用貨車，由于設(shè)計結(jié)構(gòu)特殊，僅在某些運煤專線上使用，如無特殊說明本文均指通用貨車)。其中，27 t 軸重貨車過峰問題是既有線發(fā)展重載運輸?shù)年P(guān)鍵。因此，有必要研究 27 t 軸重貨車對駝峰設(shè)計及作業(yè)控制的影響。

1 27t軸重通用貨車特性

1.1 貨車車輪直徑增大

27 t 軸重貨車車輪直徑為 915 mm，與既有的21 t、23 t 軸重貨車 840 mm 車輪直徑相比，直徑增加 75 mm，增幅達 8.93%。根據(jù)已有研究成果[4]，車輪直徑的增大將使減速器制動軌與車輪接觸位置“相對下移”，同時，在施加相同制動力的情況下，減速器制動效果將降低[4]。對于減速頂來說，車輪直徑增大將提高減速頂?shù)呐R界速度、減小減速頂制動功[5]，不利于調(diào)車場連掛區(qū)調(diào)速控制。此外，車輪直徑增大將使輪軌接觸斑也隨之增大，在相同載荷下[6]，輪軌接觸應(yīng)力有所降低，鋼軌接觸變形有所減小，車輛滾動時的摩擦阻力也將降低，即車輛單位基本阻力將有所降低[6]，因而在駝峰設(shè)計及作業(yè)控制中需要考慮單位基本阻力降低帶來的調(diào)速控制及縱斷面坡度設(shè)計等問題。

1.2 貨車總重進一步增加

27 t 軸重貨車分別較既有的 21 t、23 t 軸重貨車軸重增加 28.6%、17.4%，在相同速度下，其動能也

具有同樣增幅；要想達到相同的預(yù)期控制速度，要求減速設(shè)備制動力同比例增加。此外，貨車軸重增加進一步增大駝峰設(shè)計與作業(yè)控制范圍。與 21 t、23 t 軸重時駝峰控制范圍 22～84 t、22～94 t 相比，27 t 軸重貨車與既有貨車混合編組后，駝峰控制范圍將達到22～108 t，分別較 21 t、23 t 軸重時的控制范圍增加38.7%、19.4%。因此，在駝峰設(shè)計與作業(yè)控制中，需要考慮單位基本阻力減小及軸重增加的雙重因素，調(diào)整控制等級及縱斷面設(shè)計坡度等技術(shù)參數(shù)，以適應(yīng)27 t 軸重貨車駝峰溜放制動需求。

1.3 車體尺寸進一步增大

23 t 軸重的貨運主型車 C70、Р70分別較 21 t 軸重的 C64、Р64長度增加 538 mm、636 mm；而軸重增加至 27 t 時，貨運主型車 C80較 C70高度增加 377 mm，Р80較 Р70長度增加 2 000 mm。與以往提高軸重相比，27 t 軸重貨車的尺寸增幅十分顯著。在不利條件下，與既有車型相比，27 t 軸重貨車尤其是棚車具有更大的單位風(fēng)阻力，因而在駝峰峰高設(shè)計時，需要考慮 27 t 軸重棚車駝峰溜放風(fēng)阻力的影響。此外，受車體尺寸增大的影響，還需要調(diào)整駝峰及調(diào)車場平縱斷面設(shè)計參數(shù)，以適應(yīng) 27 t 軸重貨車溜放需求。

2 27t軸重通用貨車條件下的駝峰設(shè)計

2.1 駝峰調(diào)速控制

（1）駝峰頭部調(diào)速控制方面。原鐵道部于 2007年頒布了新的車輛減速器技術(shù)條件[7]，與原減速器上部限界相比，減速器制動軌高度可適當提升。根據(jù)已有研究成果[4]，按照新的機車車輛限界標準提高制動軌高度對減速器制動力的提升幅度達 50% 以上，可以有效緩解 27 t 軸重貨車動能增加造成的減速器間隔制動能力不足問題。但是，提高減速器制動軌高度需要盡快淘汰早期低限界的機車和車輛，防止調(diào)車作業(yè)中出現(xiàn)“刮車底”而造成調(diào)車事故。此外，還可通過增加制動壓力、研制新型減速器等方式提高減速器制動力。對于駝峰全頂式間隔調(diào)速方式，由于車輪直徑增加，減速頂制動效果有所降低，可以采用高強度減速頂、增加布頂數(shù)量或改造為減速器制動等方式提高間隔制動調(diào)速設(shè)備制動力[8]。

（2）調(diào)車場連掛區(qū)調(diào)速控制方面。對于調(diào)車場連掛區(qū)目的制動，一方面，由于 27 t 軸重貨車車輪直徑增大及動能增加，要求調(diào)車場連掛區(qū)增加布頂數(shù)量或采用高強度減速頂，以抵消 27 t 軸重貨車多余的動能；另一方面，由于貨車車體尺寸增大，在不利溜放條件下貨車單位風(fēng)阻力增大，要求調(diào)車場連掛區(qū)適當調(diào)整坡度，使輕載 27 t 軸重貨車滿足溜放距離要求。因此，對于調(diào)車場連掛區(qū)，在調(diào)速控制方面，建議在采用高強度減速頂或增加布頂數(shù)量增強制動力的同時，適當調(diào)整縱斷面各坡段設(shè)計坡度，以確保輕載27 t 軸重 Р80等貨車在不利條件下的必要溜放距離。

（3）調(diào)車場尾部停車區(qū)調(diào)速控制方面。①對于調(diào)車場尾部停車區(qū)，可以采用與駝峰頭部減速器類似措施，使用高強度重力式尾部停車器、提高制動軌高度和提高制動壓力等方式提高防溜制動能力，以避免車輛沖出調(diào)車線，造成調(diào)車事故。②對于既有尾部反坡，可以適當減小尾部反坡坡度，以減輕滿載 27 t 軸重貨車溜回調(diào)車場的風(fēng)險。

（4）調(diào)速控制系統(tǒng)參數(shù)方面。駝峰自動化系統(tǒng)通過壓磁式測重傳感設(shè)備根據(jù)貨車輪重推算貨車總重，根據(jù)質(zhì)量等級控制減速器施加不同制動力。27 t軸重貨車應(yīng)用后，駝峰控制范圍進一步增大，既有調(diào)速系統(tǒng)對過峰貨車質(zhì)量的 4 個等級劃分不能有效涵蓋滿載 27 t 軸重貨車的制動需求。建議調(diào)速控制系統(tǒng)增加制動力的質(zhì)量分級，使減速器能夠識別大質(zhì)量貨車，以便施加相應(yīng)強度制動力。

2.2 平縱斷面設(shè)計

（1）駝峰頭部縱斷面設(shè)計。受車輪直徑增大和貨車總重增大帶來的單位基本阻力減小等因素影響，既有駝峰縱斷面設(shè)計中，存在車輛高速區(qū)溜放速度超過減速器、道岔最高容許入口速度的潛在風(fēng)險，應(yīng)在駝峰頭部縱斷面設(shè)計中適當調(diào)整高速坡坡度，使車輛在溜放至減速器、道岔入口處時不超過其最高容許入口速度。

（2）駝峰頭部平面設(shè)計。由于 27 t 軸重貨車尤其是 Р80貨車長度增幅十分顯著，其內(nèi)軸距也隨著軸重同步增長，在駝峰溜放時需要注意增大道岔保護區(qū)段長度、反向曲線插入軌長度、岔后插入軌長度等平面

設(shè)計參數(shù)。此外，由于貨車長度的增加，部分駝峰峰頂至第一分路道岔入口處長度會相對不足，難-中鉤車組合 (難行車在前、中行車在后的解體作業(yè)順序) 存在溜放追鉤風(fēng)險，駝峰平面設(shè)計中需要適當增加這一區(qū)段的長度，以使車輛在脫鉤后能夠迅速拉開距離，避免追鉤。

2.3 峰高設(shè)計

既有設(shè)計規(guī)范推薦采用 30 t 總重關(guān)門窗的 Р50車輛作為駝峰設(shè)計的難行車[9]，與設(shè)計規(guī)范中推薦的車型相比，在相同質(zhì)量下，27 t 軸重 Р80貨車具有更大的風(fēng)阻力，尤其是當不利條件下駝峰溜放方向與風(fēng)向夾角不滿 180°時，車長的增加使其受風(fēng)面積較既有車型增加 10% 以上。因此，建議將駝峰設(shè)計難行車車型調(diào)整為 30 t 總重關(guān)門窗的 Р80。此外，由于 Р80貨車受風(fēng)面積的增大，不利條件下單位風(fēng)阻力也同時增大，為達到調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計要求，需要適當調(diào)整駝峰高度，使其能夠在不利條件下溜放至難行線計算點時達到調(diào)速系統(tǒng)規(guī)定的速度。

綜上所述，27 t 軸重通用貨車應(yīng)用對駝峰設(shè)計及作業(yè)控制的影響及應(yīng)對措施如圖 1 所示。

圖1 27t軸重通用貨車應(yīng)用對駝峰設(shè)計及作業(yè)控制的影響及應(yīng)對措施

3 結(jié)束語

與以往貨車軸重提高相比，軸重由 21 t、 23 t 提高至 27 t 使車體變化較大，27 t 軸重貨車駝峰溜放造成的平縱斷面設(shè)計及作業(yè)控制問題也隨之出現(xiàn)。在全面分析 27 t 軸重貨車駝峰溜放帶來的駝峰設(shè)計及調(diào)速控制問題的基礎(chǔ)上，從作業(yè)控制、平縱斷面設(shè)計和峰高設(shè)計 3 個角度提出相應(yīng)的解決措施，為應(yīng)用 27 t 軸重貨車時的駝峰設(shè)計及作業(yè)控制提供參考。

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（責(zé)任編輯 信聰聰）

The Influences and Countermeasures of 27t Axle-Load General Service Freight Car to Hump Design and Operating Control

ZHANG Hong-liang1, LI Rong-hua2, LIU Bo2
(1. School of Traffic and Transportation, Вeijing Jiaotong University, Вeijing 100044; 2. The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation Рermanent Way, Station Yard and Terminal Design Department, Tianjin 300142)

27t Axle-load General Service Freight Car (27t AGSFC) has lager wheel diameter, heavier axle-load, and bigger body size, which lead to some hump design and operating control issues, like decreasing unit basic resistance, reducing braking force, enlarging hump control range, increasing unit wind resistance. Therefore, several countermeasures have been proposed to provide the theoretical

for the hump design and operation control of the 27t AGSFC in the view of speed control, hump height design, horizontal and vertical design.

Unit Вasic Resistance; Horizontal and Vertical Section Design; Hump Height Design; Speed Control; Car Axle Load

1004-2024(2016)11-0024-04

U291.4+3

A

10.16669/j.cnki.issn.1004-2024.2016.11.06

2016-10-18

張紅亮(1981—)，男，河南內(nèi)黃人，博士。

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助(2012JВM071)