1.6 萬t 重載列車不同編組列車緊急制動(dòng)后受力研究

義滿紅

（國(guó)家能源集團(tuán)朔黃鐵路機(jī)輛分公司,河北 肅寧 062350）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人們對(duì)于各種能源的需求量日益增加,而我國(guó)目前的能源結(jié)構(gòu)仍然是以煤炭為主,所以煤炭需求量的增加也大大增加了鐵路運(yùn)輸?shù)膲毫碗y度,這就需要大力發(fā)展重載運(yùn)輸來節(jié)約勞力、物力和時(shí)間,緩和鐵路運(yùn)能和運(yùn)量之間的矛盾。我國(guó)目前發(fā)展較快并且主要采用的重載運(yùn)輸方式,是以大功率的交流電力機(jī)車及其重聯(lián)控制技術(shù)來牽引的重載列車。朔黃鐵路公司為了優(yōu)化運(yùn)輸組織,提高運(yùn)輸效率,創(chuàng)新編組方式,組織開行了1.6 萬t 列車,但是隨著列車編組長(zhǎng)度和載重量的增加,列車的操縱難度也隨之增加,尤其體現(xiàn)在列車制動(dòng)機(jī)的使用方面,容易出現(xiàn)判斷失誤或操作不當(dāng)?shù)葐栴},從而引發(fā)列車緊急制動(dòng)等非正常情況,所以需要對(duì)1.6 萬t 重載列車的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析。

1 列車編組方式[2]

1.1 空車編組方式

編組1：神八機(jī)車+108 輛C80 空車+SS4B/SS4G型直流機(jī)車+66 輛C64 空車+可控列尾。

1.2 重車編組方式

編組2：神八機(jī)車+108 輛C80 重車+SS4B/SS4G型直流機(jī)車+66 輛C64 重車+可控列尾。

2 緊急制動(dòng)靜態(tài)試驗(yàn)參數(shù)[1]

為了準(zhǔn)確測(cè)量1.6 萬t 重載列車產(chǎn)生緊急制動(dòng)后的制動(dòng)機(jī)響應(yīng)時(shí)間,以及緩解列車后車輛制動(dòng)機(jī)開緩時(shí)間,在空車和重車編組列車中布置測(cè)點(diǎn),分別為1、23、45、67、87、108、109、131、153、174 共10 個(gè)斷面。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1、表2。

表1 空車編組列車緊急制動(dòng)后制動(dòng)機(jī)響應(yīng)時(shí)間表

表2 重車編組列車緊急制動(dòng)后制動(dòng)機(jī)響應(yīng)時(shí)間表

3 緊急制動(dòng)仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)[4]

重載仿真動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)是通過大量車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型,仿真還原列車運(yùn)行中的縱向動(dòng)力學(xué)參數(shù)。下面通過對(duì)編組1 和編組2 分別進(jìn)行仿真,進(jìn)行動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)分析。

3.1 空車編組緊急制動(dòng)仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)

編組1 選定定州西站內(nèi)K319.000 施行緊急制動(dòng)停車,速度78.0 km/h,列車處于0.5‰和1.5‰的組合上坡道。編組情況：前部單元：108 輛C80 車體、總重2 160 t、換長(zhǎng)118.8；后部單元66 輛C64 車體、總重1 518 t、換長(zhǎng)79.2。仿真結(jié)果見圖1。

圖1 空車編組緊急制動(dòng)仿真曲線圖

從圖1 可以看出,當(dāng)施行緊急制動(dòng)后約22 s 列車產(chǎn)生最大壓鉤力,發(fā)生位置在23 位,最大壓鉤力為-732 kN；制動(dòng)后約27 s 壓鉤力迅速下降；后10 個(gè)測(cè)點(diǎn)位置均產(chǎn)生拉鉤力,約35 s 時(shí)最大拉鉤力達(dá)到最大值851 kN,發(fā)生位置為109 位。

3.2 重車編組緊急制動(dòng)仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)

編組2 選定新曲至定州西區(qū)間K311.500 施行緊急制動(dòng)停車,速度78.0 km/h,列車處于-2.5‰下坡、2.0‰上坡和-4.0‰下坡的起伏坡道。編組情況：前部單元：108 輛C80 車體、總重10 800 t、換長(zhǎng)118.8；后部單元66 輛C64 車體、總重5 676 t、換長(zhǎng)79.2。仿真結(jié)果見圖2。

圖2 重車編組緊急制動(dòng)仿真曲線圖

從圖2 可以看出,當(dāng)施行緊急制動(dòng)后約27 s 列車產(chǎn)生最大壓鉤力,發(fā)生位置在45 位,最大壓鉤力為-483 kN；制動(dòng)后約32 s 壓鉤力迅速下降；后10 個(gè)測(cè)點(diǎn)位置均產(chǎn)生拉鉤力,約35 s 時(shí)最大拉鉤力達(dá)到最大值701 kN,發(fā)生位置為109 位。

從編組1 和編組2 的仿真結(jié)果可以看出,1.6 萬t不同于兩萬t 緊急制動(dòng),車鉤力明顯降低。主要是由于列車的重量、長(zhǎng)度有差異,使制動(dòng)作用一致性明顯提高；由于后部分車輛的制動(dòng)率略微高于前部分,導(dǎo)致1.6 萬t 列車停車時(shí)產(chǎn)生較大拉鉤力。

4 朔黃鐵路1.6 萬t 緊急制動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)[1]

4.1 空車編組緊急制動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

編組1 在定州西站內(nèi)K319.244 進(jìn)行緊急制動(dòng),速度80.8 km/h,制動(dòng)走行距離452 m,制動(dòng)時(shí)間33.2 s,整列車產(chǎn)生制動(dòng)作用的時(shí)間為4.6 s,全列制動(dòng)升壓時(shí)間11.0 s。具體受力數(shù)據(jù)見表3。

表3 空車編組列車緊急制動(dòng)后試驗(yàn)結(jié)果

緊急制動(dòng)停車過程中,列車第一小列（108 輛C80）各斷面的車鉤力波形都是先壓鉤后拉鉤,拉鉤力數(shù)值大于壓鉤力數(shù)值。第二小列（66 輛C64）各斷面未產(chǎn)生壓鉤力現(xiàn)象。具體試驗(yàn)波形見圖3。

從圖3 可以看出,緊急制動(dòng)停車過程中,列車第一小列（108 輛C80）各斷面的車鉤力波形都是先壓鉤后拉鉤,拉鉤力數(shù)值大于壓鉤力數(shù)值,如圖3 所示。所有測(cè)試斷面中最大拉鉤力901 kN,出現(xiàn)在第1 位貨車,最大壓鉤力-584 kN,出現(xiàn)在45 位貨車；列車第二小列（66 輛C64）各測(cè)試斷面的車鉤力數(shù)據(jù)以拉鉤力為主,如圖4 所示,除從控機(jī)車后部的109 位貨車有153 kN 的壓鉤力外,其它3個(gè)測(cè)試斷面未產(chǎn)生壓鉤力。

圖3 空車緊急制動(dòng)后各斷面車鉤力變化圖

4.2 重車編組緊急制動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

區(qū)間K311+802 進(jìn)行緊急制動(dòng),速度79.2 km/h,制動(dòng)走行距離691 m,制動(dòng)時(shí)間51.6 s,整列車產(chǎn)生制動(dòng)作用的時(shí)間為4.6 s,全列制動(dòng)升壓時(shí)間14.3 s。具體受力數(shù)據(jù)見表4。

表4 重車編組列車緊急制動(dòng)后試驗(yàn)結(jié)果

緊急制動(dòng)停車過程中,列車第一小列（108 輛C80）各斷面的車鉤力波形都是先壓鉤后拉鉤,拉鉤力數(shù)值大于壓鉤力數(shù)值。第二小列（66輛C64）產(chǎn)生較小拉鉤力后,變?yōu)閴恒^力。具體試驗(yàn)波形見圖4。

從圖4 可以看出,緊急制動(dòng)停車過程中,車鉤力的變化過程是先壓鉤后拉鉤,拉鉤力數(shù)值大于壓鉤力數(shù)值,壓鉤力的產(chǎn)生主要是由于車輛間制動(dòng)存在時(shí)間差,頭部車輛先制動(dòng),后部車輛前涌時(shí)產(chǎn)生的。各測(cè)試斷面的最大壓鉤力-730 kN（45 位）,與拉鉤力相比,壓鉤力數(shù)值較小。各斷面的最大拉鉤力1 221 kN（109位）,107 位和174 位貨車未產(chǎn)生壓鉤力。

圖4 重車緊急制動(dòng)后各斷面車鉤力變化圖

5 結(jié)論[2,3,5]

1.6 萬t 列車施行緊急制動(dòng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生先壓鉤后拉鉤的過程,壓鉤力的產(chǎn)生主要是由于車輛間制動(dòng)存在時(shí)間差,最高時(shí)間差值為4.2 s,當(dāng)緊急制動(dòng)發(fā)生時(shí),頭部車輛先制動(dòng),后部車輛前涌時(shí)產(chǎn)生的；產(chǎn)生較大拉鉤力的原因與列車的編組方式有關(guān),C80 和C64 兩種不同的車型混編,由于C64 的制動(dòng)率大于C80,而且編組位置在列車后半部,緊急制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生對(duì)前部單元較大拉鉤作用。針對(duì)以上情況,特制定以下注意項(xiàng)點(diǎn)。

（1） 除危及列車運(yùn)行安全或會(huì)造成群死群傷時(shí),1.6 萬t 列車嚴(yán)禁使用緊急制動(dòng)。

（2） 循環(huán)制動(dòng)過程中,施行空氣制動(dòng)前應(yīng)增大列車再生力發(fā)揮,避免前后單元制動(dòng)率不一致,導(dǎo)致對(duì)前部單元的拉鉤作用。

（3） 緊急制動(dòng)后,列車車鉤呈拉鉤狀態(tài),在小轉(zhuǎn)大坡道地點(diǎn)產(chǎn)生緊急制動(dòng)時(shí),列車?yán)^力增大,且線路坡度差越大,列車?yán)^越嚴(yán)重。應(yīng)避免該處的緊急發(fā)生,如發(fā)生時(shí),需重點(diǎn)檢查從控機(jī)車車鉤連掛、鉤緩裝置以及全列車的車鉤連掛狀態(tài),防止發(fā)生斷鉤后未發(fā)現(xiàn),造成列車再次產(chǎn)生緊急制動(dòng)作用。

（4） 站內(nèi)停車時(shí),將速度降低至5 km/h 以下減壓,避免拉鉤力的產(chǎn)生。