摘要 文章主要對兩萬噸列車在長大下坡道區(qū)段，采取循環(huán)制動過程中，當列車運行地點和機車再生力不同的情況下，緩解列車制動時，對列車產(chǎn)生的縱向力（分為壓鉤力和拉鉤力）進行測量，并進行分析對比，根據(jù)對比結(jié)果提出優(yōu)化措施，從而達到減輕列車沖動，確保列車運行安全可靠。

關(guān)鍵詞 兩萬噸;縱向力;重載列車;長大下坡道

中圖分類號 U296 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）06-0065-03

前言

縱觀鐵路發(fā)展趨勢，客運高速化、貨運重載化已經(jīng)成為世界鐵路發(fā)展的必然趨勢。鐵路貨運是國家經(jīng)濟命脈，關(guān)系國民經(jīng)濟生活的方方面面。世界各國由于鐵路運營條件、設(shè)備技術(shù)水平的不同，采用的重載列車運輸模式和組織方式各不相同。為了推動世界重載運輸?shù)陌l(fā)展，國際重載協(xié)會（IHHA）于2005年國際重載協(xié)會修訂的重載鐵路新標準是滿足下列3條中的2條，即為重載鐵路[1]：

（1）列車重量不小于8 000 t。

（2）軸重達27 t以上。

（3）在長度不小于150 km線路上年運量不低于4 000萬t。

朔黃線運行的貨運列車滿足以上1、3條要求，故定位為重載鐵路。

1 線路簡介

朔黃線作為國家能源集團鐵路運輸網(wǎng)的重要組成部分，是我國西煤東運的重要通道。也必將適應(yīng)鐵路發(fā)展趨勢，追求數(shù)字化、重載化、信息化。由HXD1大功率交流機車組合牽引兩萬噸重載列車，因其運輸能力強、成本低廉在朔黃線廣泛運用[2]。

朔黃線西起山西神池縣、東至河北黃驊港，朔黃線神池南至肅寧北區(qū)段，其特點為：海拔落差大，橋隧多，最小曲線半徑為500 m。其中寧武西—原平南、南灣—小覺區(qū)間坡道基本在10‰～12‰之間。

2 兩萬噸重載列車牽引模式和數(shù)學(xué)模型

（1）該文選用HXD1八軸交流機車，采用1+1組合模式。即1臺HXD1+108輛+一臺HXD1+108輛，車輛采用C80型車輛（如圖1所示）。

（2）HXD1八軸交流機車和C80型貨車車輛相關(guān)參數(shù)如表1、表2。

（3）列車在12‰長大下坡道運行時的力學(xué)模型。上行列車編組采用1+1模式，總重21 600 t，載重17 280 t，兩臺機車自重400 t，列車長度約2 680 m（包含機車長度），選用直線下坡道為模型進行分析（如圖2）。

其中 f為列車下滑力：

式中：Fn——列車下滑阻力;F——支撐力;i——線路坡道;P—— 機車自重;G——牽引總重;g——重力加速度，取值9.81 m/s。

當速度為60 km/h條件下運行時，計算出機車、車輛單位基本阻力w0'、w0"分別為4.54 N/kN 、1.66 N/kN [3]。在未含曲線阻力、隧道阻力、摩擦力等情況下，當限定速度為60 km/h，線路坡道i分別為4、6、8、10、12的下坡道時（下坡道負值），分別計算出下滑力，如表3：

從表3中可以看出，在不考慮天氣、線路曲線、隧道等因素的情況下，機車再生力發(fā)揮正常，兩萬噸列車能夠滿足在6‰的下坡道上勻速運行，當列車在超過6‰

的下坡道上運行時，機車再生力無法克服列車的下滑力，需要配合空氣制動進行調(diào)速。

3 沖動產(chǎn)生的原因和危害

3.1 沖動產(chǎn)生的原因

由于車鉤之間存在間隙，兩萬噸列車在長大下坡道帶閘行駛時，當列車具備緩解條件，進行緩解充風后，前部機車立即對后部車輛進行充風，中部機車在主控機車緩解后的1～2 s后，向前部車輛和后部車輛充風，前部車輛在主控機車和中部

機車作用下迅速緩解，后部機車仍然處于帶閘制動過程中，由于機車再生力無法克服下滑力，大約在列車緩解后15～20 s后，會在列車中部產(chǎn)生最大拉鉤力。兩萬噸列車緩解后15～20 s時車輛狀態(tài)圖如圖3。

隨著緩解時間增加，大約在主控機車緩解后50 s左，后部車輛逐步緩解，由于列車拉鉤力和下滑力的作用，會使后部列車加速向前，與前部車輛發(fā)生撞強效應(yīng)，大約在主控機車緩解后50 s左右，從而在列車中部產(chǎn)生最大壓鉤力。兩萬噸列車緩解后50 s左右時車輛狀態(tài)圖如圖4。

3.2 沖動導(dǎo)致的危害

隨著鐵路貨運組織重載化，編組數(shù)量的增加，列車安全運行問題也逐漸凸顯出來。沖動過大可能會導(dǎo)致車鉤脫離、車鉤斷裂、列車脫線，導(dǎo)致線路破壞，這對列車行車安全構(gòu)成重要危險，應(yīng)對列車產(chǎn)生沖動原因進行分析，確保列車運行安全。

4 綜合分析

該文選朔黃線南灣—滴流磴區(qū)間，K145—K152千米處進行分析，其線路坡道圖如圖5：

試驗機車為兩臺HXD1型電力機車，主控機車在給定不同再生力情況下進行緩解，南灣站過風相后，逐步增大機車再生力至給定值200～400 kN，當列車運行至K146.500 m處左右，列車速度60 km/h減壓50 kPa。運行至K146+000 m—K147+800 m、 K149+300 m?K149+700 m兩處區(qū)間緩解列車。在中部機車車鉤處進行測量其緩解后縱向受力，情況如表4：

為確保數(shù)據(jù)準確性，分別在從控機車前中后三處車鉤處應(yīng)力進行動態(tài)測量，其測量結(jié)果和受力動態(tài)分析如表5：

對表5進行數(shù)據(jù)分析，可以得出：

（1）地點由K146+000 m—K147+800 m調(diào)整到 K149+

300 m—K149+700 m后，用 200～300 kN 再生力緩解后，列車的拉鉤力最大 2 622 kN（超過了安全限值），最大壓鉤力為1 693 kN，列車安全運行風險系數(shù)增加，與優(yōu)化試驗的最大拉鉤力 796 kN，增加了 1 826 kN。壓鉤力與優(yōu)化試驗的最大壓鉤力 1 318 kN，增加了 375 kN。建議緩解地點仍然為原區(qū)間，即K146+000 m—K147+800 m，通過調(diào)整機車再生力來間接調(diào)整縱向力大小。

（2）當緩解速度越低時，其縱向力越大，越容易導(dǎo)致列車沖動。

（3）當緩解地點一致時，其緩解前再生力越小，縱向力越小，列車運行越平穩(wěn)。

5 優(yōu)化措施

列車在帶閘運行中，需要通過調(diào)整機車再生力來控制列車，盡量減少制動次數(shù)，實現(xiàn)長波浪制動，確保機車安全運行。由于列車在制動過程中車體制動力和主從控機車減壓量的不同，導(dǎo)致前部車輛和后部車輛的制動力不一致，當列車穩(wěn)態(tài)運行被破壞，由于車體漏風或者乘務(wù)員為了控速追加減壓，從而導(dǎo)致列車制動力增強，緩解后車鉤受力增大，不利于安全運行。針對列車沖動等問題，從機車操縱、行車組織、技術(shù)檢修等方面采取合理措施，降低機車受力，確保行車安全。為了進一步確保兩萬噸重載列車在長大下坡道運行安全，以及降低縱向沖動，措施建議如下，以供參考：

（1）機車操縱方面，合理利用線路縱斷面，選擇合理的初制動和緩解地點，在投入空氣制動前，將機車再生力給至目標值，充風壓縮整列車的車鉤，調(diào)速減壓后，等速度可控后，適當調(diào)整機車再生力，實現(xiàn)長波浪制動，減少空氣制動使用次數(shù)[4]。

1）因速度越低時，縱向力越大，在列車運行時，在滿足列車充風條件下，盡量提高列車緩解速度，建議當列車速度低于35 km/h時，采取停車緩風措施，避免因速度過低導(dǎo)致列車沖動。

2）選擇緩解地點不同導(dǎo)致縱向力大小也不同，在操縱機車駕駛中，當遇到小曲線半徑、變坡點等位置時，避免大電流牽引機車，使用小電流牽引，使車輛車鉤一直處于拉伸狀態(tài)，降低列車沖動。

3）在緩解前，為了減少列車沖動，最大限度降低縱向力，在緩解前30 s，在滿足列車充風要求情況下，適當降低緩解再生力，再生力最低為200 kN，緩解后50 s內(nèi)不得隨意調(diào)整機車再生力。

4）當列車不在規(guī)定的緩解地點或者速度達不到緩解要求時，嚴禁緩解。

（2）行車組織方面，及時和調(diào)度指揮中心聯(lián)系，調(diào)整機車位置，防止機車長期存在擔當從控牽引任務(wù)，連續(xù)擔任三趟從控牽引任務(wù)時，及時進行調(diào)整。

（3）技術(shù)檢修方面，合理安排機車檢修，在檢修過程中嚴格執(zhí)行相關(guān)技術(shù)標準，發(fā)現(xiàn)不符技術(shù)標準的配件，及時進行更換，對長時間投入使用的機車配件進行預(yù)防修，確保機車狀態(tài)良好。

6 結(jié)束語

朔黃鐵路開行兩萬噸重載列車以來，由于列車沖動原因?qū)е碌耐＼囀录l繁發(fā)生，對機車技術(shù)狀態(tài)和鐵路運輸組織造成嚴重的影響，帶來很大的安全隱患，通過四年時間摸索，實踐，結(jié)合機車乘務(wù)員日常反饋的操縱建議出發(fā)，進行試驗，通過分析試驗數(shù)據(jù)，進行論證，結(jié)合朔黃線實際情況，逐步優(yōu)化兩萬噸重載列車操縱模式，大幅度減少了因操縱原因?qū)е碌牧熊嚊_動，確保列車安全運行。

參考文獻

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（3）： 31-35.

[2]徐磊. 朔黃鐵路重載列車組織方案研究[J]. 鐵道貨運， 2017（1）： 10-15.

[3]王超宇. 城市軌道交通牽引計算曲線與信號控制列車運行曲線差異分析——以長沙地鐵5號線一期工程為例[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計， 2021（20）： 48-50.

[4]張益銘. 2萬t列車通過朔黃鐵路長大坡道優(yōu)化研究[D].大連：大連交通大學(xué)， 2020.

收稿日期：2022-01-20

作者簡介：康強龍（1993—），男，本科，助理工程師，研究方向：鐵路運輸。