駝峰及調(diào)車場設(shè)計方法的研究

李 磊

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司 線路運輸處，陜西 西安 710043）

重載運輸是我國鐵路貨運系統(tǒng)提高運輸能力的發(fā)展方向，編組站是鐵路貨運網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點，駝峰及調(diào)車場的解編能力直接影響編組站的能力。新型重載車輛的廣泛使用和不斷提高的運營條件，都要求駝峰及調(diào)車場的設(shè)計能適應(yīng)這些新條件的要求。通過結(jié)合現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范和設(shè)計理論，提出新設(shè)計條件下駝峰及調(diào)車場的設(shè)計方法，可以為駝峰及調(diào)車場的設(shè)計提供借鑒。

1 現(xiàn)行駝峰設(shè)計條件的變化及影響

1.1 基礎(chǔ)條件

在駝峰平縱斷面的設(shè)計中，以下基礎(chǔ)條件的變化將直接影響設(shè)計結(jié)果。

（1）溜放車輛類型的變化。隨著新型重載車輛的廣泛使用，C70已經(jīng)逐步成為重載運輸?shù)闹髁囆汀，F(xiàn)行設(shè)計規(guī)范確定的易行車(總重 80 t 的 C62)已不能作為典型易行車型。C70和 C62兩種車型外部參數(shù)相差不大。由于 C70溜放單位基本阻力略小，因此在駝峰設(shè)計中，計算易行車的相關(guān)基本參數(shù)應(yīng)以 C70為參考車型進行調(diào)整，建議將駝峰設(shè)計規(guī)范中易行車的計算車型改為滿載 C70、總重 93.6 t 計算[1]。難行車、中行車參數(shù)可維持現(xiàn)有規(guī)范的定義。

（2）溜放車型計算參數(shù)和基本構(gòu)造變化將引起車輛溜放阻力變小。溜放單個車輛或車組的總重增加將對調(diào)速設(shè)備和調(diào)速系統(tǒng)的能力適應(yīng)性提出新的要求。

（3）換長為 1.6 的長軸距車輛上峰溜放也影響駝峰設(shè)計參數(shù)的選擇。

1.2 運營條件

重載列車運營系統(tǒng)對樞紐能力尤其是樞紐內(nèi)編組站的能力要求越來越高，使一批大型編組站投入建設(shè)，調(diào)車線數(shù)量超過 40 條的大能力駝峰應(yīng)運而生。其中，新建新豐鎮(zhèn)站上行系統(tǒng)和武漢北站比較有代表性，其單系統(tǒng)調(diào)車場線路規(guī)模都達到 48 條，有效長滿足牽引質(zhì)量 5 000 t 的要求，對應(yīng)的駝峰設(shè)計也達到最大規(guī)模。駝峰自動化和編組站綜合自動化程度的不斷提高，都將增加駝峰及調(diào)車場的平縱斷面及調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計難度。

2 應(yīng)對變化條件下的駝峰設(shè)計方法

2.1 平面設(shè)計

駝峰溜放部分的平面設(shè)計是大能力駝峰平面設(shè)計的要點和難點，其基本要求是在滿足調(diào)車場規(guī)模的條件下，盡可能減小各條線路在溜放部分的差別，在平面布置上使各條線路經(jīng)過的道岔和曲線均衡。駝峰線路平面按對稱道岔線束均勻布置是較為理想的布置方式。調(diào)車場軸線兩側(cè)對稱分布線束則可以減少線束間的差別。駝峰線束布置形式的平面設(shè)計節(jié)點為線束內(nèi)線路數(shù)量及模塊布置形式。

駝峰線束結(jié)構(gòu)形式平面布置如圖1 所示。圖1 是模塊化線束布置的基本結(jié)構(gòu)圖，通過對各模塊的合理拼接組合就可以設(shè)計出滿足要求的各類型駝峰平面布置圖。

圖1 駝峰線束結(jié)構(gòu)形式平面布置圖

分析圖1可以直觀地發(fā)現(xiàn)線束內(nèi)線路數(shù)量為6 線 1 束的布置形式，可以最大程度減少線路在車輛溜放中的差別(線束內(nèi)線路的平面布置長度和曲線長度)。因此，線束內(nèi)線路數(shù)量以 6 線 1 束為合理的布置形式。線束內(nèi)的線路數(shù)量為 6 ± 2 條。調(diào)車場較為理想的線路布置數(shù)量為 12、24、30、36、40 條。該數(shù)量與全路既有和在建的比較典型的調(diào)車場線路數(shù)量基本吻合。對于線路數(shù)量多于 40 條的調(diào)車場，線束內(nèi)線路數(shù)量與其對應(yīng)的布置形式的模塊化設(shè)計更有實用價值。

駝峰及調(diào)車場調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計及調(diào)速設(shè)備規(guī)模的選擇、車輛溜放模擬檢算判定等都要求平面設(shè)計重復(fù)進行。因此，在外部條件及設(shè)計條件頻繁變化的設(shè)計環(huán)境下，利用駝峰設(shè)計軟件是實現(xiàn)駝峰平面高效設(shè)計的必要條件。

2.2 峰高的計算與選擇

駝峰的功能是讓各類上峰車輛利用峰高勢能分別溜放到不同線路的計算點。駝峰自動化程度的提高，要求不同能力的駝峰都能實現(xiàn)打靶，計算點可簡單劃一為打靶區(qū)末端。難行車在難行條件下溜入難行線計算點的峰高最高，為需要峰高(H需)，設(shè)計的峰高要滿足 H需。尤其是大能力駝峰，要保證駝峰設(shè)計能力則設(shè)計峰高必須滿足 H需[2]?，F(xiàn)有難行車的溜放條件在逐步改善，實際需要峰高比計算峰高略小，在進行縱斷面設(shè)計時，合理的凹形縱斷面設(shè)計會產(chǎn)生個別線路的設(shè)計峰高比 H需略高的情況。因此，在合理布置調(diào)速設(shè)備確保駝峰溜放作業(yè)安全的前提下，最終可選取比 H需略高的設(shè)計峰高。

2.3 調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速設(shè)備的設(shè)計

（1）調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)速設(shè)備設(shè)置的基本要求。設(shè)計調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)速設(shè)備，首先要保證各類車輛和車組(以下簡稱鉤車)在本地區(qū)各種氣候條件下溜放時前后鉤車的溜放間隔和溜放進路安全；其次要保證前后鉤車在調(diào)車場有效長范圍內(nèi)安全連掛。

（2）調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)速設(shè)備設(shè)計的基本方法。現(xiàn)有駝峰全頂式和股道全頂式調(diào)速系統(tǒng)的駝峰均為小能力駝峰，采用可控減速頂和普通減速頂進行調(diào)速；車場入口設(shè)計為減速區(qū)坡段，此坡段設(shè)有減速頂群，其作用同車場一部位減速器；計算表明，減速頂?shù)牟贾脭?shù)量與車輛載重和總重成正比。車輛總重增加，減速區(qū)頂群減速頂數(shù)量隨之增加，難行車附加阻力增大、途停概率增加，不能保證鉤車安全連掛。因此，新設(shè)計各類型駝峰均不宜選用頂群作為車場入口的調(diào)速設(shè)備，而宜采用調(diào)車場點連式(減速器＋減速頂)調(diào)速系統(tǒng)作為車場調(diào)速系統(tǒng)。

車場部分調(diào)速設(shè)備(包括尾部防溜設(shè)備)的設(shè)計計算按現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行。針對 C70系列新型重車而計算的在布頂區(qū)增加的減速頂數(shù)量，按規(guī)范規(guī)定為增加 17% 的布頂數(shù)量。但簡單增加布頂數(shù)量會惡化難行車的溜行條件，降低車輛安全連掛率，而其他能夠替代減速頂?shù)倪B續(xù)式調(diào)速設(shè)備研發(fā)尚不成熟。因此，在車場連掛區(qū)段，可采用制動功相對較高的內(nèi)側(cè)頂，以減少布頂數(shù)量，降低難行車附加阻力[3]。對于上峰重車比例大的駝峰調(diào)車場還可考慮在第一連掛區(qū)坡段布置大功率減速頂。

大能力駝峰峰高較高，推峰初速度也較高，鉤車間隔小，最后分路道岔溜行距離長。經(jīng)溜放檢算，最后分路道岔很難保證鉤車間隔，易行車溜入車場減速器的速度會超過入口限速。在車場線束前應(yīng)設(shè)間隔減速位。

峰頂至第一減速位入口的溜放區(qū)段設(shè)計加速坡和中間坡。由于該區(qū)段高差較大，鉤車溜入減速器的入口速度較高，平面設(shè)計減速器基本軌長度時可考慮增加 1～2 節(jié)的附加長度。一方面可保證調(diào)速系統(tǒng)判斷延時；另一方面可滿足為減速器預(yù)留提高制動力的平面設(shè)計條件。

為保證速度控制和打靶精度，可在車場一部位減速器分配較大的制動力。宜在單根 25 m 標(biāo)準(zhǔn)制動軌結(jié)構(gòu)長度范圍內(nèi)采用 6＋6 節(jié)設(shè)置，下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)按 7＋7 節(jié)預(yù)留，以充分發(fā)揮車場一部位的制動能力。

2.4 縱斷面設(shè)計

2.4.1 調(diào)車場縱斷面設(shè)計的基本原理

峰頂?shù)杰噲鲆徊课坏目v斷面設(shè)計應(yīng)盡可能呈現(xiàn)凹形，以使鉤車在保持推峰初速及一部位入口定速的前提下，以較高的速度經(jīng)過道岔區(qū)，有利于保持鉤車間隔并實現(xiàn)快速分路[4]。

2.4.2 縱斷面設(shè)計的基本方法

（1）打靶區(qū)坡段和車場一部位坡段。重型車的車場溜放基本阻力很小，打靶區(qū)坡段坡度不宜超過 0.8 ‰，坡長不宜超過 120 m，小能力駝峰此段坡長可適當(dāng)縮短。車場一部位坡段長度按現(xiàn)行規(guī)范選取。

（2）溜放部分縱斷面設(shè)計。根據(jù)計算峰高可計算出峰頂距車場一部位的高差，檢算并判斷易行車在車場一部位的入口速度；如果不超速，則溜放部分不設(shè)減速位。在這種情況下，應(yīng)設(shè)計較大的加速坡坡度，中間坡則應(yīng)采用較小的坡度，道岔區(qū)坡采用平坡或滿足規(guī)范要求的小反坡。這樣可以保證鉤車在道岔區(qū)有較高的過岔速度，保證鉤車間隔和進路安全。當(dāng)易行車在車場一部位入口超速或設(shè)計為凹形縱斷面仍無法保證鉤車間隔時，溜放部分需要設(shè)置減速器。同理，駝峰的縱斷面也應(yīng)設(shè)計呈凹形，增大加速坡的坡度。溜放部分設(shè) 2 級間隔減速位時，現(xiàn)行規(guī)范對溜放部分坡段的設(shè)計給出了約束范圍，其中要求 1 級間隔減速位坡段坡度不小于 11 ‰；2 級間隔減速位坡段坡度不小于 8 ‰，這樣會導(dǎo)致加速坡的坡度設(shè)計較緩，車輛提速較慢，溜放狀態(tài)不理想。建議溜放部分間隔減速位坡段坡度可采用不小于難行車難行條件下總阻力能高當(dāng)量坡的坡度，以改善冬季溜車不利條件下鉤車溜行狀態(tài)，保證溜放間隔并提高駝峰解體能力。

3 結(jié)束語

駝峰平面設(shè)計應(yīng)以對稱道岔線束布置為基礎(chǔ)，合理確定線束模塊形式并輔助計算機軟件實現(xiàn)。駝峰峰高計算按難行車需要峰高選取，設(shè)計峰高應(yīng)不小于計算需要峰高。在保證調(diào)速設(shè)備正常使用并可確保溜放安全的前提下，最終采用的峰高可略大于計算需要峰高；新設(shè)計駝峰調(diào)車場調(diào)速系統(tǒng)宜選取點連式(減速器＋減速頂)調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速設(shè)備的規(guī)模按不同能力駝峰的需求合理確定，減速頂數(shù)量可分不同季節(jié)、不同線路適量增減。

[1]鐵道科學(xué)研究院運輸及經(jīng)濟研究所，北京交通大學(xué). 23 t 軸重新型貨車對駝峰運營及設(shè)計影響試驗報告 [R]. 北京：鐵道科學(xué)研究院，2005.

[2]鐵道科學(xué)研究院運輸及經(jīng)濟研究所. 駝峰峰高設(shè)計的研究 [R]. 北京：鐵道科學(xué)研究院，1993.

[3]哈爾濱鐵路局減速頂調(diào)速系統(tǒng)研究中心，鐵道科學(xué)研究院運輸及經(jīng)濟研究所.滾動軸承車輛溜放基本阻力的測試及研究 [R]. 哈爾濱：哈爾濱鐵路局減速頂調(diào)速系統(tǒng)研究中心，2002.

[4]李 磊.凹形反坡溜放縱斷面設(shè)計提高駝峰解體能力 [J]. 蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報，2003，22(7)：97-101.