神華灑水車運(yùn)行安全性的研究

吳大鈺　林生福

【摘 要】鐵路線路清篩作業(yè)中利用普通鐵路輕油罐車改造為灑水車，在作業(yè)中隨著車輛灑水的進(jìn)行，罐內(nèi)水量實(shí)時減少，車輛的安全性能在逐漸發(fā)生著變化，為了驗(yàn)證灑水車的運(yùn)用安全性，設(shè)計(jì)了4種裝載工況，研究以不同車速通過線路曲線時車輛的動力學(xué)性能指標(biāo)，論證性能的可靠性，對灑水車安全運(yùn)用具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】灑水車 安全性 試驗(yàn)

在神華鐵路線清篩施工中，大型養(yǎng)路機(jī)械清篩作業(yè)現(xiàn)場揚(yáng)塵污染較為嚴(yán)重，危害作業(yè)人員身體健康，并對沿線環(huán)境造成較大的環(huán)境污染，為了解決該問題，神維分公司利用GQ70型輕油罐車改造成鐵路灑水車[1]，主體結(jié)構(gòu)為罐車、灑水裝置和電源。車體由罐體連接機(jī)架、機(jī)組、油箱和管路總成焊接而成，軸重23噸，K6型轉(zhuǎn)向架，最高運(yùn)行速度為100km/h；車下灑水裝置通過車端緩沖梁和走板支柱固定，電器控制箱固定在車體通過臺走板上，具有控制、檢測和灑水功能。

1 立項(xiàng)背景

《鐵路危險貨物運(yùn)輸管理規(guī)則》（鐵運(yùn)〔2008〕174號）規(guī)定，鐵路罐車非氣體類液體裝載必須滿足所裝液體產(chǎn)品的質(zhì)量不得大于罐車標(biāo)記的載重；同時要留有膨脹余量，所裝液體的體積上限不得大于罐體標(biāo)記容積的95%，下限不得小于罐體標(biāo)記容積的83%；在所裝液體體積下限低于罐體標(biāo)記容積的83%時，如果罐體內(nèi)未加防波板，不能用于鐵路運(yùn)輸。

灑水車裝載的介質(zhì)是水，比重高于輕油，為了防止?jié)M罐時超載，在罐內(nèi)設(shè)置了限位機(jī)構(gòu)，限制最大裝載水量。灑水車一次性充裝滿后，在大型清篩機(jī)天窗點(diǎn)內(nèi)作業(yè)前對作業(yè)線路區(qū)間進(jìn)行灑水處理，使道床臟污土變得潤濕，實(shí)現(xiàn)降低清篩揚(yáng)塵的目的，灑完后罐內(nèi)余水留待后續(xù)天窗使用?？紤]到施工中裝載水的體積長期低于罐體標(biāo)記容積83%，并隨著灑水作業(yè)的進(jìn)行實(shí)時減少，在罐內(nèi)增設(shè)了2道防波板，減少制動時水的縱向涌動沖擊。

為了驗(yàn)證改造罐內(nèi)結(jié)構(gòu)之后的灑水車能在不同裝載工況下以100km/h之內(nèi)的各運(yùn)行速度安全運(yùn)行，委托中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所對灑水車的運(yùn)行穩(wěn)定性、平穩(wěn)性等動力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行測試，研究測試數(shù)據(jù)的變化趨勢，對動力學(xué)性能可靠性能進(jìn)行論證，對于實(shí)現(xiàn)灑水車安全運(yùn)用具有重大意義。

2 性能測試設(shè)計(jì)

2.1 測試線路選取

測試線路定在鐵科院的環(huán)行試驗(yàn)基地，環(huán)行線大環(huán)全長9公里，曲線半徑1432m，超高105mm；小環(huán)復(fù)線全長8.7公里，小曲線半徑分別為R350m、超高120mm及R600m、超高80mm；小環(huán)全長8.5公里，曲線半徑1000m，超高150mm，直線段長度755m，并設(shè)置12#道岔可側(cè)向及直向通過（圖1）。線路全部采用混凝土軌枕，碎石道床，枕木數(shù)為1840根/公里，鋼軌為60kg/m U74熱軋軌，強(qiáng)度等級為780MPa。試驗(yàn)車列按順時針方向運(yùn)行。

2.2 測試工況選取

考慮到灑水車充裝后的運(yùn)用特點(diǎn)，罐體滿載工況必須進(jìn)行測試，同時作為標(biāo)定依據(jù)，隨著灑水進(jìn)行，在滿罐與空罐的區(qū)間分別選取車輛3/4載荷、1/2載荷和1/4載荷3種不同工況狀態(tài)進(jìn)行性能測試，并兼顧考慮車輛經(jīng)過小曲線及側(cè)岔，因此選擇在小環(huán)復(fù)線和小環(huán)兩條線依次進(jìn)行上環(huán)試驗(yàn)（見表1）。

2.3測點(diǎn)布置

選取灑水車前進(jìn)方向的第一軸換裝一條測力輪對，進(jìn)行輪軌力的測量，通過測到的垂向力和橫向力計(jì)算出脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軸橫向力；在灑水車前進(jìn)方向的車體中梁距心盤內(nèi)側(cè)1000mm以內(nèi)選取測點(diǎn)，安裝加速度計(jì)，測量車體的橫向及垂向振動加速度，并計(jì)算出橫向、垂向平穩(wěn)性指標(biāo)；在灑水車前進(jìn)方向的轉(zhuǎn)向架側(cè)架頂面軸承的上方安裝橫向加速度計(jì)，用來測試構(gòu)架橫向振動加速度；在灑水車前后轉(zhuǎn)向架搖枕的兩端安裝位移計(jì)，測試搖枕彈簧垂向動撓度；在灑水車前進(jìn)方向罐體端部及罐體中部的對應(yīng)隔板部位安裝加速度計(jì)，測量不同工況下罐體的縱向加速度。

3 數(shù)據(jù)采集與評定標(biāo)準(zhǔn)

3.1數(shù)據(jù)采集處理

數(shù)據(jù)測試及采集系統(tǒng)由IMC公司的生產(chǎn)的1套SL-2信號采集儀和1套C1信號采集儀、2臺微型計(jì)算機(jī)和穩(wěn)壓電源等組成。一臺微型計(jì)算機(jī)對信號采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集控制，另一臺微型計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測、集中處理與匯總，兩臺計(jì)算機(jī)通過局域網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 評定標(biāo)準(zhǔn)

按照GB 5599-85《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》的規(guī)定，評定內(nèi)容主要為車輛運(yùn)行運(yùn)行穩(wěn)定性（安全性）和平穩(wěn)性（運(yùn)送貨物的完整性）等，運(yùn)行穩(wěn)定性包括脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軸橫向力允許限度等，平穩(wěn)性評定包括平穩(wěn)性指標(biāo)、最大振動加速度和平均最大振動加速度。主要評定標(biāo)準(zhǔn)如下：

（4）車體加速度。

車體橫向振動最大加速度值≤4.91m/s2（0.5g），車體垂向振動最大加速度值≤6.87m/s2（0.7g），并且在100km的試驗(yàn)區(qū)段內(nèi)，規(guī)定超過限度值的個數(shù)不應(yīng)大于3個；若超限值個數(shù)超出3個，則以出現(xiàn)超限值的最低速度級作為車輛限制速度。

4 測試結(jié)果與分析

4.1運(yùn)行穩(wěn)定性

灑水車各工況的最大脫軌系數(shù)低于評定標(biāo)準(zhǔn)1.2，最大輪重減載率低于評定標(biāo)準(zhǔn)0.65，輪重橫向力最大值（表3）低于評定標(biāo)準(zhǔn)的限度值，各項(xiàng)動力學(xué)穩(wěn)定性指標(biāo)良好。

4.2運(yùn)行平穩(wěn)性

灑水車各工況的橫向和垂向振動加速度最大值（表4）均低于評定標(biāo)準(zhǔn)4.91m/s2和6.87m/s2，平穩(wěn)性指標(biāo)最大平均值均小于評定指標(biāo)3.5，屬于優(yōu)級。

通過對測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，灑水車在100km/h試驗(yàn)速度范圍內(nèi)以不同運(yùn)行速度進(jìn)行的8圈跑行試驗(yàn)中，隨著裝水量的減少，脫軌系數(shù)值越來越大，輪軸橫向力值越來越小，輪重減載率沒有明顯變化，橫向振動加速度和平穩(wěn)性指標(biāo)最大值稍微變大，而車體垂向振動加速度和平穩(wěn)性指標(biāo)最大值稍微變小，車體橫向、垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均屬優(yōu)級。

4.3其它測試項(xiàng)目

（1）罐體縱向加速度測試。通過縱向加速度數(shù)據(jù)對比，緊急制動情況未見較大縱向沖擊（見表5）。

（2）彈簧撓度的測試。在實(shí)施緊急制動試驗(yàn)過程中，前進(jìn)方向的轉(zhuǎn)向架搖枕兩側(cè)位移處于壓縮狀態(tài)，后端轉(zhuǎn)向架搖枕兩側(cè)位移處于拉伸狀態(tài)，制動過程中罐體內(nèi)的載荷有向前端轉(zhuǎn)移的趨勢，最大搖枕彈簧垂向動態(tài)位移為5.94mm。在整個動力學(xué)性能測試過程中，搖枕彈簧的最大垂向動撓度為19.21mm，比較來看，緊急制動未見較大搖枕彈簧垂向動撓度。

（3）側(cè)架橫向加速度測試。在10Hz濾波頻率下，側(cè)架橫向加速度最大值為3.43m/s2。整個測試過程中，在最高運(yùn)行速度100km/h范圍內(nèi)，未見轉(zhuǎn)向架構(gòu)架出現(xiàn)橫向蛇行。

5結(jié)語

灑水車的動力學(xué)性能測試結(jié)果驗(yàn)證了在不同裝載量工況下車輛動力學(xué)性能良好，能夠滿足在神華鐵路實(shí)現(xiàn)安全連掛運(yùn)行作業(yè)的要求，對保障鐵路清篩灑水降塵作業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]林生福，吳大鈺，范春鋒.神華鐵路灑水車的研制.機(jī)車車輛工藝，2015，312（4）：27-30.

[2]翟婉明.貨物列車動力學(xué)性能評定標(biāo)準(zhǔn)的研究與建議方案（續(xù)一）——輪軌橫向力評定標(biāo)準(zhǔn).鐵道車輛，2002，40（2）：9-10，25.

作者簡介：吳大鈺（1983—），男，滿族，遼寧北鎮(zhèn)人，工程師，碩士，研究方向：車輛工程；

林生福（1963—），男，漢族，福建沙縣人，高級工程師，本科，研究方向：機(jī)車車輛工程。