朔黃鐵路兩萬(wàn)噸列車充風(fēng)不足對(duì)車鉤力的影響

摘要：本文以兩萬(wàn)噸重載列車為例分析重載列車產(chǎn)生沖動(dòng)的原因，從而總結(jié)出充風(fēng)不足對(duì)重載列車車鉤力的影響。

關(guān)鍵詞：充風(fēng)不足；縱向沖動(dòng)；車鉤力

引言

鐵路作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈近年來(lái)得到快速發(fā)展，特別是兩萬(wàn)噸重載列車開(kāi)行后，解決了朔黃鐵路貨運(yùn)運(yùn)量大與運(yùn)能不足的矛盾。列車編組輛數(shù)的增加，給列車平穩(wěn)操縱帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，由此引發(fā)的脫軌、分離等事故風(fēng)險(xiǎn)概率大大增加，這對(duì)列車運(yùn)行安全帶來(lái)極大的隱患。本文從重載列車產(chǎn)生沖動(dòng)的根源入手，分析充風(fēng)不足對(duì)車鉤力造成的影響，進(jìn)而從優(yōu)化操縱的角度提出建設(shè)性的措施。

1、制動(dòng)系統(tǒng)的介紹

隨著列車總重與長(zhǎng)度的增加，其壓力空氣的消耗也隨著增加，因而帶來(lái)了壓力空氣的輸送、儲(chǔ)存與控制等一系列問(wèn)題。解決長(zhǎng)大列車空氣制動(dòng)機(jī)的制動(dòng)、緩解等問(wèn)題就是解決壓力空氣的輸送、儲(chǔ)存與控制問(wèn)題。

自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)的列車管在制動(dòng)過(guò)程中主要只擔(dān)任傳遞信息（即控制各車輛的三通閥或分配閥動(dòng)作）的作用。此時(shí)要求全列車的列車管壓力迅速而又均衡的減壓，這個(gè)問(wèn)題由于采用了常用和緊急制動(dòng)時(shí)的局部減壓作用以及閥內(nèi)相應(yīng)結(jié)構(gòu)的改造而得到解決。而在緩解與再充氣過(guò)程中列車管則要同時(shí)擔(dān)任傳遞信息和補(bǔ)充能源（即向各車輛的副風(fēng)缸再充風(fēng)）的雙重任務(wù)。列車各車輛載重的增大使制動(dòng)缸系統(tǒng)耗風(fēng)量（即副風(fēng)缸再充氣量）增加。而列車長(zhǎng)度的增加使列車管長(zhǎng)度與容積增加，列車管系本身耗風(fēng)量及列車前后壓力差（梯度）增加。這一切都造成在緩解充風(fēng)過(guò)程中，列車后部列車管壓力上升緩慢，前后車輛時(shí)間差過(guò)大，從而帶來(lái)一系列間題。

2、充風(fēng)不足的原因分析

2.1、施行兩段制動(dòng)充風(fēng)不足

施行兩段制動(dòng)后，充風(fēng)不足再次制動(dòng)，不僅全列車前后列車管的壓力尚不均衡，（前高后低）而且各車輛副風(fēng)缸的壓力此時(shí)更難達(dá)到一致。特別是車輛制動(dòng)機(jī)型式不同時(shí)，制動(dòng)時(shí)所引起的各制動(dòng)缸壓差也就更大，從而各車輛間產(chǎn)生不同的拉、推沖擊。

2.2、偷風(fēng)操作、誤操作

偷風(fēng)操作是指制動(dòng)減壓時(shí)，制動(dòng)管排完風(fēng)后，列車未停穩(wěn)前，人為移動(dòng)自閥手把短時(shí)間置于充風(fēng)位再回到中立位，這種行為稱為偷風(fēng)。偷風(fēng)使列車制動(dòng)全部或部分緩解，而且又不能及時(shí)向制動(dòng)管補(bǔ)風(fēng)。這樣再實(shí)行制動(dòng)時(shí)，造成嚴(yán)重充風(fēng)不足。列車在長(zhǎng)大坡道上的操縱不當(dāng)或者盲目自信緩解速度高，造成實(shí)際充風(fēng)時(shí)間短于列車再制動(dòng)時(shí)需要的充風(fēng)時(shí)間，這勢(shì)必會(huì)造成列車充風(fēng)不足。雖然大量減壓，但不發(fā)生制動(dòng)作用，制動(dòng)力大大下降。極易發(fā)生冒進(jìn)信號(hào)和沖突事故，特別是兩萬(wàn)噸重載列車在長(zhǎng)大下坡道容易發(fā)生更大危險(xiǎn)，甚至是列車失控。

3、兩萬(wàn)噸重載管路特點(diǎn)

兩萬(wàn)噸重載列車由于耗風(fēng)量比一般列車大、制動(dòng)管路長(zhǎng)、充風(fēng)時(shí)制動(dòng)管壓力梯度大，因此充風(fēng)時(shí)間必然成倍增加，在長(zhǎng)大下坡道運(yùn)行時(shí)，會(huì)對(duì)列車運(yùn)行安全帶來(lái)較大威脅。列車管系的漏泄對(duì)長(zhǎng)大列車制動(dòng)機(jī)的制動(dòng)、保壓和緩解都有較大的影響。它不但增加了空氣消耗量，增大前后部列車管的壓力梯度，而且對(duì)緩解與再充氣的影響更大，它使本來(lái)已經(jīng)上升緩慢的尾部列車管升壓變得更慢、緩解波速降低，很可能造成緩解不良。

4、車鉤力的分析

4.1縱向力作用的產(chǎn)生

空氣制動(dòng)機(jī)在施行制動(dòng)或緩解時(shí)所產(chǎn)生的空氣波（列車管減壓波或增壓波）有一個(gè)沿列車管由前向后擴(kuò)散或傳播的過(guò)程；列車越長(zhǎng)其前后部開(kāi)始制動(dòng)或緩解的時(shí)間差就越大。這種“沿列車長(zhǎng)度的制動(dòng)或緩解作用的不同時(shí)性”是列車制動(dòng)或緩解時(shí)發(fā)生強(qiáng)烈縱向沖動(dòng)的主要原因。具體而言，在列車制動(dòng)過(guò)程中的每一瞬間，各個(gè)機(jī)車車輛具有不同的單位制動(dòng)力。車輛之間存在的速差是列車產(chǎn)生縱向沖動(dòng)的直接原因，而車輛間的這種速差則是于各車之間作用力的差異所引起的。由于列車中車輛的制動(dòng)、緩解作用依賴于壓縮空氣的壓力變化在列車管中的傳播速度，因此，制動(dòng)過(guò)程中車輛制動(dòng)力的差異不可避免。同時(shí)車鉤間存在的間隙更加劇了列車的這一沖動(dòng)。

4.2列車制動(dòng)時(shí)的縱向沖擊力計(jì)算公式

根據(jù)前蘇聯(lián)勃·勒·卡洛瓦茨基和沃·莫·卡贊林諾夫的理論研究，列車制動(dòng)時(shí)的縱向沖擊力（最大靜壓縮力和最大動(dòng)壓縮力的總和）R可按下列公式計(jì)算：

式中 A—反映試行制動(dòng)時(shí)的車鉤狀態(tài)和制動(dòng)缸充氣特性系數(shù)，制動(dòng)時(shí)車鉤在壓縮狀態(tài)下A≈0.42，車鉤在拉伸狀態(tài)、制動(dòng)缸變速充氣時(shí)A為0.75（無(wú)變速充氣時(shí)為1.5）；

— 一輛車的閘瓦壓力總和；

— 閘瓦摩擦系數(shù)；

— 一輛車的長(zhǎng)度；

— 列車編組量數(shù)；

— 列車制動(dòng)波速；

— 一輛車制動(dòng)缸充氣時(shí)間。

4.3列車緩解時(shí)的縱向沖動(dòng)分析

制動(dòng)缸充氣時(shí)間是影響列車的制動(dòng)時(shí)的縱向沖動(dòng)的重要因素。列車緩解波速較制動(dòng)波速傳遞慢，緩解列車制動(dòng)時(shí)，前部車輛緩解，后部車輛仍處于制動(dòng)，車鉤處于拉伸狀態(tài)產(chǎn)生車鉤拉力。由于車鉤的承拉能力遠(yuǎn)低于承壓力，如車鉤拉力過(guò)大，可能出現(xiàn)斷鉤。隨著后部車輛開(kāi)始緩解，后部車輛的速度又大于前部車輛的速度，列車會(huì)前擁。低速緩解時(shí)，由于閘瓦摩擦系數(shù)隨著列車速度的降低而增大，各車輛的制動(dòng)力差異增大，所以在低速制動(dòng)時(shí)列車縱向沖擊力加劇，所以斷鉤危險(xiǎn)會(huì)更大。

從直觀上講，緩解時(shí)的列車縱向沖動(dòng)是由于沿列車長(zhǎng)度方向制動(dòng)力緩解的差異性引起的，而這種差異的大小與緩解波速和制動(dòng)缸的降壓特性密切相關(guān)。對(duì)于一定的制動(dòng)裝置，其制動(dòng)缸的降壓特性可視為不變，緩解時(shí)列車的縱向沖動(dòng)，與下列因素成正比：1.整列車的制動(dòng)力下降速率；2.相鄰車的制動(dòng)力差。

當(dāng)緩解波速很高時(shí)，相鄰車的制動(dòng)力差很小，列車的縱向沖動(dòng)很小；當(dāng)緩解波速很低時(shí)，整個(gè)列車的制動(dòng)力下降速率很小，列車的縱向沖動(dòng)也很小；當(dāng)緩解波速在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，緩解波速提高，導(dǎo)致項(xiàng)1增加、項(xiàng)2減少，綜合影響使列車縱向沖動(dòng)水平增加，由此說(shuō)明，存在一個(gè)使列車縱向沖動(dòng)最大的緩解波速—“臨界緩解波速”。

緩解時(shí)列車最大車鉤力水平與列車長(zhǎng)度、重量、緩沖器性能、緩解波速、緩解前車鉤狀態(tài)、緩解時(shí)列車管減壓量及緩解初速密切相關(guān)。列車最大車鉤力隨車鉤初始間隙代數(shù)值的增加而減少；隨緩解初速的增加而減少；隨緩解時(shí)列車管減壓量的增加而增加在列車操縱時(shí)，初始車鉤狀態(tài)很難人為調(diào)整，緩解波速又是制動(dòng)系統(tǒng)固有的特性，所以只能通過(guò)改變緩解初速來(lái)控制列車最大車鉤力。

5、結(jié)束語(yǔ)

重載列車緩解時(shí)，在制動(dòng)設(shè)備完好的情況下，其沖動(dòng)水平已經(jīng)很高，因此重載列車的操縱必須從制定操縱規(guī)范、提高司機(jī)操縱水平和優(yōu)化行車組織等多方面予以配合，并充分利用機(jī)車動(dòng)力制動(dòng)；另外需避免空、重車及不同類型車輛混編，據(jù)前蘇聯(lián)的重載運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)，混編列車最大車鉤力將增大20一40%。對(duì)新型車輛，建議從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，研究、設(shè)計(jì)車輛制動(dòng)機(jī)的緩解特性、閘瓦特性以及車鉤強(qiáng)度與緩沖器性能，以便有效地抑制過(guò)大沖擊力的形成，確保重載列車的安全、正點(diǎn)開(kāi)行。

參考文獻(xiàn)

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[3] 鐵路機(jī)車操作規(guī)則 中國(guó)鐵路總公司-中國(guó)鐵道出版社，TG/JW104-2012

作者簡(jiǎn)介：馬錦華，男、1982.11.19漢族、陜西商洛、本科、助理工程師、研究方向：鐵路運(yùn)輸。

（作者單位：國(guó)家能源集團(tuán)朔黃鐵路機(jī)輛分公司）