關(guān)于大秦線重載列車下坡道安全運行和縱向力問題

1、關(guān)于大秦線重載列車下坡道平安運行和縱向力問題試驗研究鐵道車輛第43卷第1期2005年1月文章編號:10027602(2005)01000104關(guān)于大秦線重載列車下坡道平安運行和縱向力問題馬大煒(鐵道科學(xué)研究院研究與開展中心,北京100081)摘要:根據(jù)大秦線開行2萬t級重裁列車的要求,在試驗研究和理論計算的根底上,提出了大秦線重載列車下坡道運行的平安問題和縱向力問題,時其有關(guān)影響因素進行了分析,并探討了相應(yīng)的解決途徑.關(guān)t詞:大秦線;重栽列車;縱向力中圈分類號:U270.11文獻標(biāo)識碼:B大秦鐵路是我國第1條專用的重載鐵路,開通以2003年開始,鐵道部提出在大秦線上開行2萬t列車的跨越式開展目

2、標(biāo).為實現(xiàn)該目標(biāo),必須對運輸組織,管理和各種硬件設(shè)備實施重大的改革,機車車輛作為載運工具是首先需要考慮的內(nèi)容.近幾年來,隨著大功率電力機車及其重聯(lián)控制技術(shù)的開展,在牽引能力方面已可以滿足2萬t級重載列車的要求,但關(guān)鍵是對重載列車試驗研究的經(jīng)驗和有關(guān)理論計算的結(jié)果,本文主要對有關(guān)下坡道平安的再充氣和縱向力問題進行探討.l大秦線的下坡道條件和再充氣問題大秦線的一個顯著特點是上行重車方向存在長大坡道的連續(xù)下坡.根據(jù)線路條件,從化稍營一茶塢有2段分別長達53.7km和64.8km的連續(xù)下坡道,最大坡度達12,而且其間隔較短.因此,重載列車上行時對牽引能力的要求比平直道還低,而對列車的制動及操縱控制要求

3、很嚴格,這已成為制約重載列車運行平安的關(guān)鍵因素.根據(jù)?鐵路技術(shù)管理規(guī)程?的規(guī)定,重載貨車的制動能力按每百噸列車重量的換算閘瓦壓力設(shè)計可以充分滿足現(xiàn)有12下坡道上限速80km/h,緊急制動距離在800rn以內(nèi)的要求,但這是在列車制動系統(tǒng)充氣況與列車的編組輛數(shù),操縱狀態(tài),漏泄情況等因素有關(guān).根據(jù)試驗結(jié)果,將列車編組輛數(shù)對列車初充氣的收稿日期:20040730作者簡介:馬大煒(1946一),男,研究員.影響列于表1.由表1可以看出,編組輛數(shù)對列車初充氣時間是有影響的.編組輛數(shù)越多,初充氣時間越時間同樣與編組輛數(shù)有關(guān),特別是列車尾部車輛副風(fēng)缸的再充氣時間隨列車編組輛數(shù)的增多呈非線性增加,這對列車運行的

4、平安性將有很大影響.表1不同編組輛數(shù)列車的初充氣時間S由于重載列車的牽引重量大,機車的動力制動能力相對薄弱,列車在長大坡道區(qū)間下坡運行時不得不次空氣減壓后,列車的再充氣時間又取決于緩解波速和全列車的耗風(fēng)量(后者隨編組輛數(shù)的增加而增加).再充氣缺乏就會導(dǎo)致列車空氣制動能力逐次衰減,甚多,該問題就越為嚴重,這必然對重載列車的制動系統(tǒng)和司機操縱方法提出更高更多的要求,以保證下坡道運行平安性所必需的再充氣時間和再制動能力,這也是設(shè)計車輛空氣制動機時必須考慮的根本問題之一.但是,各類貨車制動機對此問題的設(shè)計又有所不同.?7鐵道車輛第43卷第1期2005年1月例如ABD,ABDW型制動機具有緊急制動后加速

5、充氣性能,103型制動機采用大容量副風(fēng)缸,120型制動機采用加速緩解作用和小制動缸方式等均有助于長大下坡道制動時的再充氣.在大秦線投入正式運用前的試驗研究階段,為了研究大秦線長大下坡道條件下重載列車再充氣的平安性問題,鐵道科學(xué)研究院曾與北京鐵路局協(xié)作開展了大量試驗工作并利用列車操縱程序進行了仿真研究.坡道運行模擬試驗結(jié)果見圖1,1989年6000t單編列車和1990年萬噸列車在大秦線實際試驗的下坡道操縱結(jié)果見表2.娶?薯4-_442530o175Z委000警一由表2可見,雖然兩者的編組輛數(shù)不同,但萬噸列車用高摩合成閘瓦配254mm制動缸和6000t列車用鑄鐵閘瓦配356inm制動缸的總耗風(fēng)量差

6、不多,所以循環(huán)制動操縱方法和運行時分根本上一致,這與模6000t級列車為例,按照實際列車空氣制動系統(tǒng)定壓為0.6MPa,減壓量為0.05MPa"-0.7MPa,動力制動最大電流為700A,下坡道限速75km/h等條件進行模擬計算的結(jié)果說明,在該區(qū)間內(nèi)只要司機調(diào)速操縱時以動力制動為主,且適當(dāng)配以空氣制動的聯(lián)合作用,是完全能夠平安下坡的;萬噸列車采用合成閘瓦配9OrIIIIBHIIIIIIJP.IIE圖1大秦線坡道運行模擬試驗結(jié)果裹2大秦線長大下坡道調(diào)速制動模擬結(jié)果?2?套裝置循環(huán)制動的保壓時間為3rain8rain,再充氣時間為5min8rain,比應(yīng)用鑄鐵閘瓦時的4rain6rain

7、再充氣時間有更充分的制動能力儲藏,所以也應(yīng)該能滿足要求.此外,在鐵道科學(xué)研究院的長大列車制動試驗臺上還分別進行了6000t列車和10000t列車制動系統(tǒng)的模擬試驗,其中也包括下坡道再充氣模擬試驗,試驗結(jié)果見表3.不難看出,在司機合理操縱的條件下,可以充分保證萬噸列車尾部車輛足夠的制動能力.但是,從萬噸列車到2萬t列車,在空氣制動裝置條件不變的情況下,其再以看出,對于萬噸列車,在100kPa空氣減壓量和高摩合成閘瓦配254mm制動缸的條件下,為保持制動缸壓力衰減系數(shù)在0.9以上的再充氣時間為240S,低于1990年萬噸列車運行試驗時循環(huán)制動的平均充氣時間(約370s),裹3萬噸列車下坡道循環(huán)制動

8、模擬試驗結(jié)果減壓量/kPa5O701006070磊菱不正常正常不正常正常正常正常正常正常Ns)7878787注:1)尾部車輛制動壓力衰減系數(shù)之最低值2)尾部車輛在循環(huán)制動后轉(zhuǎn)緊急制動時制動缸壓力衰減系數(shù);3)N循環(huán)制動次數(shù).,悟驏蟹餐基鍛y,塔硼關(guān)于大秦線重載列車下坡道平安運行和縱向力問題馬大煒減壓量和高摩合成閘瓦配254mm制動缸的條件下相應(yīng)的再充氣時間至少需要500S以上,這超過了1990年萬噸列車運行試驗時循環(huán)制動的平均再充氣時間.因此,對機車的動力制動能力,司機操縱技術(shù)和列車制動裝置有更高的要求,需要經(jīng)過充分的試驗研究才能確保2萬t列車在長大下坡道上的平安運行.2重載列車斷鉤問題簡析縱

9、向動力作用是重載列車的關(guān)鍵技術(shù)問題,主要反映為車鉤力.影響車鉤力大小的因素有列車組成,制動裝置組成,車鉤緩沖裝置,線路條件以及司機操縱產(chǎn)生的壓鉤力和低速緩解(調(diào)速制動)過程中導(dǎo)致的拉車鉤強度之間的關(guān)系.表4列車最大縱向力與車鉤強度注:試驗記錄緊急工況制動初速度為40km/h;低速緩解制動初速度為20km/h.隨著重載列車的迅速開展,在國內(nèi)開展有關(guān)列車縱向動力學(xué)的研究已有多年,主要分為試驗研究和仿列車運行試驗最大縱向力與計算結(jié)果比照,表6為萬噸列車停車制動試驗結(jié)果.表5中的試驗結(jié)果因測點有限,不能充分反映列車的實際最大車鉤力,故往往小于仿真計算的最大值;仿真計算的最大值與司機操縱方法或列車的縱向

10、游間狀態(tài)有關(guān),故有不同的計算值.衰56000t列車運行試驗最大縱向力與計算結(jié)果比照表61990年萬噸列車停車制動試驗結(jié)果由表5,表6可以看出,6000t10000t列車低速緊急制動時的最大壓鉤力測試值為1300kN,實際上有可能更大,如電算值為1539kN,但仍低于限值kPa,最大拉鉤力也遠低于車鉤強度,所以在正常操縱的疲勞破壞或強度缺乏有關(guān)以外,主要還是與少數(shù)司機的操縱方式不當(dāng)有關(guān).影響列車制動作用時縱向力最重要的因素還是列車編組輛數(shù).理論研究及實際試驗結(jié)果均說明,在同樣裝置和司機操縱條件下的最大縱向車鉤力隨列車編組輛數(shù)呈非線性增長,并可應(yīng)用積分運算或簡化計算制動機和鑄鐵閘瓦2號緩沖器等裝備

11、條件下的最大縱向力計算結(jié)果,可以看出編組輛數(shù)的增加導(dǎo)致縱向力增大很多.表7緊急制動時最大縱向力(制動初速度為4Okm/h)計算結(jié)果比擬kN編組輛數(shù)354O455O556O657O76近年來通過對車輛裝備的改良,特別是采用高摩?3?鐵道車輛第43卷第1期2005年1月合成閘瓦和大容量緩沖裝置后,即使在我國現(xiàn)有大秦線重載列車裝備條件下,該最大縱向力可以減少50以上,尚能滿足100輛編組萬噸列車最大縱向力的要理論,在正常運用情況下,2萬t列車的最大縱向力不會太大,危險工況是低速緊急制動和低速緩解時的縱成閘瓦,新型緩沖器的采用可以在一定程度上減輕2萬t列車的縱向力,但其最大縱向力很可能到達2500kN

12、(現(xiàn)有車鉤的強度極限)以上,從而導(dǎo)致車鉤用條件,技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)和國外的區(qū)別,尤其是和大量開行重載列車的北美國家相比,我國的緊急制動距離限制僅為800in,制動率幾乎是AAR標(biāo)準(zhǔn)的一半,因此在其他條件都相同的情況下,最大縱向力根本上和列車的制動力(閘瓦壓力)成正比,所以不能完全照搬國外已經(jīng)成功的運用經(jīng)驗.總之,解決縱向力導(dǎo)致的斷鉤或疲勞破壞問題是開行2萬t列車必然面臨的根本問題.3開行2萬t列車的建議根據(jù)國內(nèi)外開行重載列車的經(jīng)驗和既有根底,有采用理論研究(包括仿真計算),試驗臺試驗,列車靜置試驗和實際運行試驗相結(jié)合的研究方法,并應(yīng)充分總結(jié)利用大秦線開行5000t10000t列車的成功經(jīng)驗.此外,關(guān)

13、于制動操縱方法和縱向力的研究也包括對重載列車司機開展培訓(xùn)這一重要方面.(1)貨物列車電控空氣制動裝置(ECP)是解決2萬t列車上述制動問題的有效途徑,近幾年來已在作.在開發(fā)過程中要注意國內(nèi)外的不同條件,應(yīng)根據(jù)大秦鐵路的具體情況進行大量的研究改良和試驗工作,之后才能投入正式運用.(2)機車同步遙控裝置是比擬早期的重載列車操縱裝備,雖然其效果不及ECP顯著,但不必改造車輛,相對而言比擬簡單,亦可根本解決上述問題,因此也值得進行研究.(1)改良重載貨運機車的動力制動性能以利于司機操縱,特別是要改善調(diào)速制動時的列車縱向動力作?4?用.(2)改良機車重聯(lián)性能并研究組合列車方式的可行性和必要性.(3)鑒于

14、120型制動機直接作用方式副風(fēng)缸容量缺乏和無保壓閥的結(jié)構(gòu)不利于2萬t列車長大下坡道的再充氣作用,建議采用2種解決途徑:一種途徑是恢復(fù)103型制動機的間接作用方式,這樣可有利于空重車調(diào)整作用,更可通過大副風(fēng)缸有效地改善再充氣作用,目前的120K型制動機已恢復(fù)間接作用方式,正在進行運用考驗,可考慮將其應(yīng)用于重載車輛;另一種途徑是北美鐵路采用的壓力保持閥方式,該方式可滿足下坡道再充氣的需要,但改造的工作量比擬大,而且投資也比擬高.(4)現(xiàn)有重載車輛用車鉤緩沖裝置,高摩合成閘瓦的性能應(yīng)根據(jù)2萬t列車的要求加以研究改良.由于我國的制動標(biāo)準(zhǔn)和國外同類標(biāo)準(zhǔn)不盡相同,貨車以800m緊急制動距離為限的設(shè)計制動率

15、幾乎是AAR標(biāo)準(zhǔn)的2倍,這是導(dǎo)致2萬t重載列車縱向力過大的重要因素.考慮大秦線作為專線的特殊要求,建議對大秦線用的重載車輛可延長其制動距離,以降低設(shè)計制動力.例如,按照AAR標(biāo)準(zhǔn),2萬t列車的制動力幾乎相當(dāng)于我國萬噸列車的制動力,相應(yīng)的縱向力亦可減半,在專線條件下應(yīng)有可行性.總之,為實現(xiàn)大秦線開行2萬t級重載列車的發(fā)展目標(biāo),必須引進國外先進經(jīng)驗并結(jié)合國內(nèi)具體情況進行大量研究工作,這是我國鐵路工作者當(dāng)前面臨的重要任務(wù).參考文獻:13馬大煒.重載列車及其試驗研究l-J3.鐵道車輛,1998,36(10):2526;1998,36(11):13(1):2O一25;1999,37(2):1ll5;1999,37(3):2225;1999,37(4):l6一l9;1999,37(5):