朔黃鐵路兩萬噸列車運(yùn)行至北大牛站沖動(dòng)大的調(diào)查與分析

譚可林

（國能朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司機(jī)輛分公司，河北 滄州 062350）

1 產(chǎn)生沖動(dòng)大的基本情況

國能朔黃鐵路兩萬噸重載列車從2019 年1 月～2021 年4 月在北大牛站共計(jì)發(fā)生沖動(dòng)大34 件，其中2019 年沖動(dòng)大件數(shù)4 件，主要發(fā)生在冬季1 月、11 月、12 月；2020 年發(fā)生20 件，集中發(fā)生在10 月～12 月（每月4 件）；2021 年1 月～4 月發(fā)生10 件，其中3 月、4月各發(fā)生4 件。

1.1 線路情況及發(fā)生沖動(dòng)大位置

線路情況：北大牛一接近信號(hào)機(jī)至北大牛站內(nèi)線路縱斷面為12‰（380m）—10.6‰（1350m）—12.0 ‰ (402m)—10.5 ‰ (1000m)—8.3 ‰ (202m)—5.5‰(200m)—2.5‰(200m)—1.5‰(1200m)的下坡道，均處于500m 小半徑曲線。

分相中心位置：位于64.200km 處且在-8.3‰下坡道處。沖動(dòng)大位置：通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)分析看出，發(fā)生沖動(dòng)大地點(diǎn)整列車位于61.800 ～64.500km 處，主控機(jī)車在64.300 ～64.700km 處，從控機(jī)車位于63.100～63.500km 處。

圖1 發(fā)生沖動(dòng)大位置及線路圖

1.2 列車操縱情況

2 萬噸列車在北大牛站過分相發(fā)生沖動(dòng)大時(shí)，列車均處于帶閘情況，通過分析寧武西至龍宮和龍宮至北大牛站兩個(gè)區(qū)間的操縱情況如下：分析2020 年6 月至今27 列監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)文件。寧武西至龍宮采用兩把閘通過的有24 列，其中5 列停車緩風(fēng)；采用三把閘通過2 列，其中1 列在站內(nèi)停車緩風(fēng)，兩列均因控速采取追加減壓措施；采用一把閘通過1 列，從列車制動(dòng)力判斷均屬于制動(dòng)力較弱車體。

（1）龍宮到北大牛間27 列中16 列采用一把閘正常通過時(shí)在北大牛過分相發(fā)生沖動(dòng)大造車停車；11 列因控速或接信號(hào)追加減壓停車緩風(fēng)后，采用帶閘過分相時(shí)發(fā)生沖動(dòng)大造成停車。

（2）11 列停車緩風(fēng)的列車有10 列在動(dòng)車后由于控速在分相前有大再生瞬間退至200kN 以下過分相情況，包括5 列因控速在分相前追加減壓。

從控機(jī)車發(fā)生沖動(dòng)大位置位于第一次禁止雙弓后至從控機(jī)車斷電前。

1.3 車輛情況

2019 年1 月至今，北大牛帶閘過分相從車發(fā)生沖動(dòng)大共計(jì)34 列，現(xiàn)有車輛數(shù)據(jù)30 列，編組類型整列C80車體29 列，后部單元C80B 車體1 列。前部單元裝載量高于后部單元裝載量最大567t，后部單元裝載量高于前部單元裝載量最大393t。

2 沖動(dòng)大的產(chǎn)生及原因分析

2.1 牽引情況

通過牽引計(jì)算列車在北大牛站過分相時(shí)受力情況：

計(jì)算條件：216 輛C80 車體、總重21600t、換長237.6，選擇分相前速度58km/h，分相后速度54km/h，列車制動(dòng)力計(jì)算不考慮曲線阻力、隧道阻力，將列車分別按兩單元萬噸計(jì)算列車下滑力與制動(dòng)力。列車分相前58km/h 運(yùn)行計(jì)算列車下滑力與制動(dòng)力如表1 所示。

表1 計(jì)算列車下滑力與制動(dòng)力

通過計(jì)算列車分相前運(yùn)行過程中A 列合力104kN 小于B 列合力126kN，B 列對(duì)A 列呈現(xiàn)拉鉤力，此時(shí)，A 列呈拉鉤狀態(tài)；主車過分相無再生力，若此時(shí)從車保持再生力越大，A 列呈拉鉤狀態(tài)越大。算列車下滑力與制動(dòng)力如表2 所示。

表2 計(jì)算列車下滑力與制動(dòng)力

列車在分相后受力：列車分相后54km/h 運(yùn)行。

通過計(jì)算列車分相后運(yùn)行過程中A 列合力260kN 大于B 列合力99kN，A 列對(duì)B 列呈擠壓狀態(tài)，此時(shí)，A 列呈壓鉤狀態(tài)；主車過分相后再生力越大，對(duì)B 列產(chǎn)生的瞬間壓鉤力越大。

2.2 從控機(jī)車制動(dòng)力

兩萬噸由于同步編組后機(jī)車特性的影響，主控機(jī)車在斷電后從控機(jī)車會(huì)在未斷電的情況下制動(dòng)缸壓力上升120 ～150kPa，此時(shí)，從控機(jī)車施加制動(dòng)力，通過牽引計(jì)算可得出以下結(jié)果：

以58km/h 計(jì)算HXD1 機(jī)車制動(dòng)力如下：

【牽規(guī)】中4.7.3 表7 查得HXD1 機(jī)車每臺(tái)緊急制動(dòng)換算閘瓦壓力：Kh=360kN。

常用制動(dòng)減壓50kPa 時(shí)：

機(jī)車制動(dòng)力：111.6×0.17=18.9kN。

計(jì)算可得，主控機(jī)車在斷電后從控機(jī)車制動(dòng)缸上閘能產(chǎn)生18.9kN 的制動(dòng)力。

2.3 仿真計(jì)算情況（北大牛過分相受力情況）

仿真過程采用龍宮至北大牛間一把閘操縱，北大牛過分相主控機(jī)車保持200kN 再生力斷電，閉合后保持200kN 再生力后，從控機(jī)車前部車鉤和后部車鉤受力情況。仿真過程列車受力圖如圖2。仿真結(jié)果列車受力圖如圖3。

圖2 仿真過程列車受力圖

圖3 仿真結(jié)果列車受力圖

仿真結(jié)果：列車保持200kN 再生力斷電后，前部單元由壓鉤狀態(tài)逐漸釋放，合閘后前部單元列車由前向后快速產(chǎn)生壓鉤力，傳遞至109 位達(dá)到最大值，仿真得到最大車鉤力-995kN。

2.4 綜合試驗(yàn)機(jī)車采集數(shù)據(jù)情況

兩萬噸綜合檢測(cè)試驗(yàn)機(jī)車在部分列車在北大牛站帶閘過分相時(shí)受力情況見圖4。

圖4 28532 次試驗(yàn)機(jī)車最大車鉤力1649kN 受力圖

通過兩萬噸綜合檢測(cè)試驗(yàn)機(jī)車受力和列車操縱情況綜合分析可知，龍宮至北大牛間帶閘過程中兩萬噸列車受力可分為以下兩種情況：

（1）龍宮至北大牛間大再生力控速受力情況。28126 次龍宮至北大牛間監(jiān)控曲線和車鉤受力圖如圖5。

圖5 監(jiān)控曲線圖

圖6 列車受力圖

結(jié)合操縱和受力情況綜合分析可以說明，在該區(qū)間使用較大再生力控速時(shí)，尾部車輛由于虛風(fēng)嚴(yán)重，制動(dòng)力變?nèi)?，造成列車前后單元萬噸制動(dòng)力差較明顯，在北大牛過分相時(shí)由于坡道變化和斷電操作誘發(fā)從控機(jī)車壓鉤力增大現(xiàn)象。2020 年12 月，北大牛站連續(xù)發(fā)生多起因沖動(dòng)大導(dǎo)致停車案例，運(yùn)管中心根據(jù)綜合檢測(cè)試驗(yàn)機(jī)車采集過分相前大再生退流斷電時(shí)，易產(chǎn)生列車縱向力增大情況，特制定了龍宮、北大牛兩個(gè)車站運(yùn)行至二接近后再生力降低至200kN 以下通過分相，該措施執(zhí)行后，2021 年1 月和2 月各發(fā)生1 件沖動(dòng)大停車。

（2）龍宮至北大牛間小再生力控速受力情況。2021 年3 ～4 月發(fā)生多起龍宮至北大牛間小再生力通過北大牛分相時(shí)導(dǎo)致沖動(dòng)大停車案列，通過分析監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及近期綜合試驗(yàn)機(jī)車在該區(qū)間小再生力運(yùn)行時(shí)列車受力情況分析如下：2021 年4 月11 日，28242 次龍宮至北大牛間小再生力通過該區(qū)間，在過分相時(shí)發(fā)生沖動(dòng)大案例，圖7 是28242 次監(jiān)控曲線操縱圖。

圖7 28242 次龍宮至北大牛間監(jiān)控曲線圖

通過分析2020 年4 月18 日28146 次數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩萬噸綜合檢測(cè)試驗(yàn)機(jī)車在龍宮至北大牛間幾乎同樣也是小再生力運(yùn)行，分析受力數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在該區(qū)間列車車鉤力呈現(xiàn)出有拉鉤力和壓鉤力的規(guī)律性變化，監(jiān)控曲線和車鉤受力圖如圖8、圖9。

圖8 綜合試驗(yàn)機(jī)車28146 次龍宮至北大牛間監(jiān)控曲線圖

圖9 綜合試驗(yàn)機(jī)車28146 次車鉤受力圖

詳細(xì)分析28146 次列車受力情況，列車車鉤受力呈現(xiàn)出有拉有壓的變化，雖然在北大牛過分相時(shí)未發(fā)生受力增大現(xiàn)象，可能與列車運(yùn)行速度較低有關(guān)，但是，在區(qū)間內(nèi)有頻繁的受力變化情況，最大拉鉤力500kN，最大壓鉤力700kN，從控機(jī)車發(fā)生在61.296km 處受前部列車在-10.6‰處，中部及后部列車處于-11.5‰和-12‰處，因線路變化造成列車先產(chǎn)生拉鉤力后再產(chǎn)生壓鉤力。同時(shí)也充分說明，兩萬噸列車在帶閘運(yùn)行過程中會(huì)因前后制動(dòng)力差時(shí)導(dǎo)致列車縱向受力有明顯變化情況。

北大牛過分相時(shí)結(jié)合操縱和列車受力變化情況在該區(qū)間使用小再生力控速時(shí)，列車充風(fēng)時(shí)間長，尾部車輛滿風(fēng)，前后單元萬噸制動(dòng)力較為一致，或者后部制動(dòng)力大于前部單元制動(dòng)力時(shí)，列車受線路坡道影響，會(huì)呈現(xiàn)出有拉鉤力和壓鉤力的變化過程。當(dāng)列車運(yùn)行至北大牛過分相時(shí)，受后部單元萬噸大部分在-10.6‰下坡道時(shí)制動(dòng)力較強(qiáng)，前部列車在-12‰和-10.5‰上，前部單元由于過分相斷電造成列車?yán)^力明顯，合閘后疊加線路坡道變小（-8.3‰和-5.5‰），迅速由拉鉤力轉(zhuǎn)變成壓鉤力，最終導(dǎo)致從控機(jī)車壓鉤力增大，誘發(fā)沖動(dòng)大情況。

（3）綜合上述兩種情況，兩萬噸列車在龍宮至北大牛間因線路坡道變化和兩萬噸列車在該區(qū)間的運(yùn)行特性，尾部風(fēng)壓太虛或者太滿都會(huì)引起列車帶閘過程中因線路坡道變化和過分相操作誘發(fā)列車縱向受力增大，從而導(dǎo)致列車壓鉤力增大現(xiàn)象，造成沖動(dòng)大停車。

3 初步原因分析

3.1 線路坡道及分相位置影響

結(jié)合牽引計(jì)算結(jié)果、仿真數(shù)據(jù)、兩萬噸綜合檢測(cè)試驗(yàn)機(jī)車數(shù)據(jù)綜合分析結(jié)果如下：兩萬噸列車運(yùn)行至北大牛過分相前受線路坡道影響，前部單元合力104kN 小于后部單元合力126kN，后部列車對(duì)前部列車呈現(xiàn)拉鉤狀態(tài)，由于主控機(jī)車斷電過分相失去再生力，造成前部單元拉鉤力增大，此時(shí)，從控機(jī)車保持?jǐn)嚯娗霸偕?，加劇前部單元拉鉤力。當(dāng)列車通過分相后前部單元列車進(jìn)入-8.3‰和-5.5‰變坡點(diǎn)時(shí)，前部單元合力260kN 大于后部單元合力99kN 時(shí)，前部單元對(duì)后部單元呈擠壓狀態(tài)，疊加主車過分相后再生力迅速增大，必然會(huì)對(duì)后部單元造成壓鉤力增大現(xiàn)象。

3.2 前后部單元萬噸載重差影響

分析30 列車輛編組信息，發(fā)生在整列C80 型車體居多，共計(jì)29 列占比97%，后部C80B 型車體1 列，占比3%，裝載狀態(tài)存在不同程度的載重差現(xiàn)象，前部單元高于后部單元裝載量最大567t，后部單元高于前部單元裝載量最大393t。根據(jù)列車載重差直接影響列車制動(dòng)力和下滑力，如后部載重大、尾部虛風(fēng)，造成滿再生控速運(yùn)行至北大牛過分相快速退再生斷電易產(chǎn)生沖動(dòng)大，執(zhí)行二接近200kN 再生后可控制部分列車在過分相時(shí)壓鉤力突然增大現(xiàn)象；如前部載重大，滿風(fēng)狀態(tài)，整個(gè)區(qū)間小再生控速或者小零位控速時(shí)，列車運(yùn)行至北大牛分相前-10.6‰前部-12‰后部-10.6‰影響，造成前部單元車鉤完全拉開在進(jìn)入小坡道車鉤迅速壓縮時(shí)，易發(fā)生壓鉤力增大。

3.3 尾部管壓585kPa 影響（如表3）

表3 585kPa 執(zhí)行前后充風(fēng)時(shí)間對(duì)比記錄表

2020 年8 月下發(fā)的機(jī)輛分公司重載列車行車安全措施中，制定了兩萬噸列車減壓前尾部風(fēng)壓不低于585kPa，如低于585 執(zhí)行停車緩風(fēng)，造成部分列車出現(xiàn)了龍宮至北大牛間制動(dòng)時(shí)等尾部風(fēng)壓情況，通過對(duì)2000多列兩萬噸列車監(jiān)控文件分析，2019 年11、12 月和2020 年11、12 月兩萬噸列車在龍宮站內(nèi)緩解至再制動(dòng)時(shí)充風(fēng)時(shí)間情況，發(fā)現(xiàn)2020 年比2019 年平均充風(fēng)時(shí)間多21 秒，初制動(dòng)速度比2019 年低3km/h，最終形成兩萬噸列車尾部車輛充風(fēng)太滿，在龍宮至北大牛間帶閘過程中列車縱向受力頻繁變化，從而導(dǎo)致過分相時(shí)出現(xiàn)縱向力大情況。

3.4 機(jī)車動(dòng)力差影響

主控機(jī)車過分相斷電后，從控機(jī)車保持再生力輸出，加劇了前部單元列車車鉤拉伸狀態(tài)。

3.5 操縱影響

制動(dòng)力判斷不準(zhǔn)確，造成列車空氣制動(dòng)和動(dòng)力制動(dòng)配合使用不合理，如滿再生控速或者小零位控速。

3.6 機(jī)車特性影響

兩萬噸列車由于同步編組后機(jī)車特性的影響，主控機(jī)車在斷電后從控機(jī)車會(huì)在未斷電的情況下，制動(dòng)缸壓力上升120kPa-150kPa，此時(shí)，從控機(jī)車產(chǎn)生的制動(dòng)力可能會(huì)增加一部分機(jī)車對(duì)前部列車的拉鉤力，但是由于產(chǎn)生的制動(dòng)力較小，不是主要影響產(chǎn)生沖動(dòng)大的因素。

4 綜合分析

兩萬噸列車運(yùn)行在龍宮至北大牛區(qū)間63.900km 處，主控機(jī)車斷電后，由于坡度差和動(dòng)力制動(dòng)差的影響，前部單元列車車鉤由壓縮狀態(tài)逐漸變?yōu)槔鞝顟B(tài)；主控機(jī)車合閘后，后部單元列車處于-12‰～-10.5‰變坡點(diǎn)處，此時(shí)，后部單元萬噸下滑力增大，與前部單元萬噸列車逐漸進(jìn)入（-8.3‰和-5.5‰）凹型坡道后下滑力減小，從控機(jī)車受前部單元和后部單元縱向作用造成列車車鉤出現(xiàn)先拉伸后壓縮的變化過程，導(dǎo)致中部機(jī)車承受較大的擠壓力，極易造成列車發(fā)生較大沖動(dòng)，加之發(fā)生地點(diǎn)在小半徑曲線易發(fā)生車鉤偏轉(zhuǎn)角增大造成車體錯(cuò)位現(xiàn)象，當(dāng)線路條件、過分相、車輛裝載量、列車減壓量、再生配合使用等多種因素疊加后造成兩萬噸列車在該地點(diǎn)易發(fā)生較大沖動(dòng)。