鐵路駝峰調(diào)車場尾部停車防溜分析及停車器布置仿真研究

王哲堯

(中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081)

隨著我國鐵路駝峰溜放作業(yè)綜合自動化技術(shù)的發(fā)展，駝峰調(diào)車場尾部停車防溜作業(yè)自動化程度得到大幅度提高，我國鐵路編組站整體裝備技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。但是，由于調(diào)車場溜放車組受停車設(shè)備、線路坡度等各類因素影響，尾部停車防溜效果仍有待提升，同時尾部停車器布置方案在設(shè)計規(guī)范上還有所欠缺。為此，通過仿真技術(shù)，改變尾部停車防溜設(shè)備布置方案，讓勾車在仿真平臺上溜放，以更好地為尾部停車防溜設(shè)備布置方案提供技術(shù)支持。

1 鐵路駝峰調(diào)車場尾部停車防溜現(xiàn)狀分析

1.1 駝峰調(diào)車場尾部停車防溜設(shè)備布置現(xiàn)狀

《鐵路駝峰及調(diào)車場設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，調(diào)車場尾部主要編組直達(dá)、直通和區(qū)段等列車的線束，應(yīng)在尾部平坡或反坡段設(shè)停車器或停車頂[1-2]。調(diào)車場尾部的停車器布置必須具備停車和防溜2種功能。停車是指無論勾車大小、溜放速度、鉤位狀態(tài)，均需在該段區(qū)域內(nèi)安全停車，如果溜出將意味著車輛進(jìn)入尾部警沖標(biāo)防護(hù)區(qū)，造成事故隱患。防溜是指無論氣象條件如何、勾車連續(xù)沖撞次數(shù)多少，必須將勾車最前端的位置控制在安全范圍之內(nèi)。通常尾部停車器的布置有“1 + 1”(即前后各1組停車器的方式)和“2 + 1”(即前面2組停車器，后面1組停車器) 2種方案。編尾停車器布置方案如圖1所示。

為保障安全，避免大車組溜出停車區(qū)，需要在最后一臺停車器和道岔警沖標(biāo)之間安裝防溜器或人工鐵鞋，進(jìn)一步保障編尾停車防溜的安全性。

圖1 編尾停車器布置方案Fig.1 The arrangements of tail-end stopping-device

一般來說，每臺停車器的制動能高約為0.25 ～0.35 m之間(約為192 ～ 269 kJ)，每輛總重80 t的貨車以5 km/h速度溜行時動能為78 kJ，與一臺停車器的制動能高相當(dāng)。停車器長度約為4.8 ～ 7.2 m，車輛內(nèi)軸距約為6.95 ～ 10.27 m，因此，設(shè)一臺停車器時，制動過程中停車器位于內(nèi)軸距位置時將處于無制動狀態(tài)，連續(xù)多勾車沖撞時勾車將不斷前行，最終造成勾車溜出停車器區(qū)域，存在安全隱患。當(dāng)采用2 + 1布置方案時，前組停車器的全長可達(dá)10 ～ 12 m，停車器可始終處于制動作用狀態(tài)，效果明顯好于1 + 1方案[3]。根據(jù)現(xiàn)場測試，停車器1 + 1方案大多數(shù)需要人工防護(hù)，2 + 1方案很少需要人工防護(hù)，但這種方案依舊存在少數(shù)勾車溜出停車器所在位置的情況。

1.2 駝峰調(diào)車場尾部停車防溜存在問題

目前駝峰調(diào)車場尾部停車防溜存在以下問題[4]：①勾車溜放不足，如果勾車溜放存在不足，無法進(jìn)入到停車器所在區(qū)域。②“拳頭鉤”問題。后面溜放的勾車與停在前面的勾車無法相連，前面勾車因為慣性運(yùn)動而發(fā)車溜逸。③調(diào)車場調(diào)速設(shè)備制動能力不足。溜放勾車速度較大，調(diào)車場尾部調(diào)速設(shè)備制動能力不足以使勾車停下。④停車防溜設(shè)備制動能力不足或失控。在調(diào)車場尾部停留的車輛由于受到外界干擾而脫離停車設(shè)備控制，甚至進(jìn)入其他線路上，進(jìn)而發(fā)生勾車溜逸事故。

停車器和停車頂是實現(xiàn)調(diào)車場尾部自動控制的必要設(shè)備，但在實際工作中，依然存在由于溜放勾車速度太高或是由于尾部停車防溜設(shè)備制動性能不足，導(dǎo)致停車防溜設(shè)備的制動能力無法滿足實際需要，出現(xiàn)溜放勾車超速連掛、勾車越過尾部停車器甚至溜逸現(xiàn)象。因此，許多駝峰調(diào)車場不得不在編尾增設(shè)人工鐵鞋[5]，當(dāng)緊急情況發(fā)生時，可以利用鐵鞋防溜，避免勾車溜逸事故的發(fā)生。調(diào)車場尾部防溜人機(jī)共存，造成編組站運(yùn)營成本增加。

因此，目前調(diào)車場尾部的主要問題是停車防溜設(shè)備能力不足發(fā)生車輛“溜逸”，其次是編尾依然依賴于人工鐵鞋的防護(hù)[6]。

2 鐵路駝峰車輛溜放仿真技術(shù)

仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用技術(shù)

和研究領(lǐng)域，特別是在工程應(yīng)用、工程設(shè)計方面發(fā)揮著重要作用。在工程應(yīng)用方面，仿真技術(shù)用于檢查設(shè)計、檢驗效果、優(yōu)化過程在工程設(shè)計中仿真技術(shù)的應(yīng)用幾乎無處不在，既發(fā)揮輔助作用，也發(fā)揮指導(dǎo)作用。駝峰車輛溜放仿真技術(shù)，主要應(yīng)用于駝峰及調(diào)車場平縱斷面設(shè)計、調(diào)速設(shè)備布置、控制過程優(yōu)化、溜放安全評估、調(diào)速設(shè)備研發(fā)等方面。

2.1 停車防溜系統(tǒng)設(shè)計和檢算

駝峰及調(diào)車場的運(yùn)用環(huán)境是隨機(jī)性很強(qiáng)的自然環(huán)境，在不同氣溫條件下，車輛的溜放狀態(tài)和阻力差別較大，風(fēng)的變化也帶來走行阻力的差異。此外，駝峰車輛類型、勾車輛數(shù)、車輛載重等參數(shù)也具有隨機(jī)變化的特性。駝峰調(diào)車場停車防溜仿真技術(shù)提供了適宜的技術(shù)手段，通過溜放仿真，可以準(zhǔn)確給出各種車輛在不同位置的速度，可以檢驗停車防溜效果，為編尾防溜系統(tǒng)設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持，也為駝峰調(diào)車場防溜設(shè)計提供決策依據(jù)。

《殺手壕》賣得很差，我很沮喪地回到香港，一心想著重整旗鼓再拍一部電影挽回面子，并且很快就組建了新電影的班底，先是去韓國聊劇本就聊了三個月，那個時代都是香港韓國合作的，在韓國拍攝會有投資補(bǔ)助。當(dāng)時我們籌備的那部片，組成了韓國有史以來最龐大的香港外景團(tuán)隊，比如燈光師就有12個，連木工都有16個，前后大概去了四五個月?？上д介_工沒兩天，就鳴金收兵了。因為我們當(dāng)時是冬天拍夏天的戲，零下15℃，太冷了，大家都扛不住。到第三天的時候，我說，收工了，要是這樣拍下去我會拍個爛戲出來?；氐骄频辏蠹叶伎s在我的房間一起烤暖氣，說，我們可以堅持。那時候已經(jīng)花了大概兩百萬港幣左右，以當(dāng)時的環(huán)境來講，這是很多錢了。

2.2 駝峰及調(diào)車場調(diào)速設(shè)備計算

駝峰溜放仿真技術(shù)可以提供各種條件下的調(diào)速設(shè)備能力檢算，評估控制的可靠性，輔助設(shè)計人員判斷設(shè)備數(shù)量是否合理、車輛走行是否到位、縱斷面設(shè)計與調(diào)速設(shè)備配置是否協(xié)調(diào)、編尾停車防溜設(shè)備制動能力是否滿足需要、是否存在駝峰的安全條件等，通過仿真能夠提出準(zhǔn)確的評判數(shù)據(jù)，為設(shè)計決策提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

2.3 溜放效果評估

駝峰溜放仿真技術(shù)可以提供各種條件下的駝峰運(yùn)用仿真，仿真中各種條件可以采用特定或隨機(jī)的數(shù)據(jù)，在一定程度上擴(kuò)展了駝峰運(yùn)用評估的范圍，使評估條件更為貼近實際、貼近運(yùn)營，仿真結(jié)果更為真實、更為合理。例如，可以根據(jù)駝峰勾車輛數(shù)分布、車輛載重分布、調(diào)車線溜車數(shù)量分布、減速器控制誤差分布、車輛溜放阻力分布等隨機(jī)條件，進(jìn)行駝峰溜放過程仿真和調(diào)車場連掛與防溜仿真，通過仿真提出更加準(zhǔn)確的駝峰溜放效率、能力、安全連掛率、編尾防溜效果等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過仿真數(shù)據(jù)評估系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備布置、運(yùn)用效果，而這種評估數(shù)據(jù)是其他任何方法難以提供的。

2.4 研究試驗和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

利用駝峰溜放仿真技術(shù)的快速計算、多方案比選、多因素試驗驗證等功能和特點(diǎn)，可以進(jìn)行大量仿真試驗，通過仿真數(shù)據(jù)提出設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。例如，在編尾停車防溜系統(tǒng)設(shè)計時，可以根據(jù)具體條件提出停車器布置方案，包括停車器位置、布置數(shù)量、停車器間隔、防溜逸設(shè)備等，并通過仿真評估運(yùn)用效果。在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計研究中，根據(jù)一般性設(shè)計條件，提出標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計方案，為設(shè)計規(guī)范提供技術(shù)支撐。

2.5 駝峰調(diào)車場車輛連掛及尾部停車防溜仿真系統(tǒng)

駝峰調(diào)車場車輛連掛及尾部停車防溜仿真系統(tǒng)主要用于調(diào)車場調(diào)速設(shè)備與尾部停車防溜設(shè)備的設(shè)計評估。仿真基本數(shù)據(jù)包括線路數(shù)據(jù)、減速頂數(shù)據(jù)、停車器數(shù)據(jù)和車輛數(shù)據(jù)。仿真流程包括數(shù)據(jù)輸入編輯、溜放計算、防溜結(jié)果分析與輸出等步驟。通過調(diào)車場防溜仿真，可以實現(xiàn)3個作用：①判別線路上減速頂?shù)牟荚O(shè)數(shù)量是否達(dá)到有效控制車輛運(yùn)行；②判定停車器安裝的位置和數(shù)量能否實現(xiàn)可靠停車；③編尾防溜設(shè)備是否有效防止車輛溜逸。駝峰調(diào)車場車輛連掛及尾部停車防溜仿真系統(tǒng)模擬界面如圖2所示。

圖2 駝峰調(diào)車場車輛連掛及尾部停車防溜仿真系統(tǒng)模擬界面Fig.2 Simulation interface of vehicle suspension and tail stopping and anti-running simulation system in hump shunting yard

3 不同停車器間隔下停車防溜效果比較

目前，駝峰調(diào)車場尾部停車器布置方案仍舊缺乏規(guī)范的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[7]。在停車器布置方案的諸多變化因素中，停車器間隔的不同往往會在一定程度上影響停車防溜效果，而對于編尾停車器間隔的研究卻很少。利用駝峰調(diào)車場車輛連掛及尾部停車防溜仿真系統(tǒng)研究編尾停車器間隔對停車防溜效果的影響，不僅可以節(jié)約時間和成本，還可以對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，進(jìn)而得出所需結(jié)論[8]。通過仿真實驗選取停車器“2 + 1”布置方案，針對前

2組停車器不同間隔下勾車溜放情況進(jìn)行探究，找到停車位置隨停車器間隔變化的規(guī)律，為駝峰調(diào)車場尾部防溜設(shè)備布局提供參考依據(jù)。

3.1 線路有效長850 m停車器間隔對停車防溜效果的影響

3.1.1 線路情況及勾車參數(shù)

表1 調(diào)車場尾部停車器不同間隔仿真勾車數(shù)據(jù)(線路有效長850 m)Tab.1 Simulation of hook-up data at different intervals of stopping-device in hump shunting yard tail (the effective length of the line is 850 m)

3.1.2 停車防溜設(shè)備

停車器采用“2 + 1”布置方式進(jìn)行模擬仿真，以減速器出口位置作為基點(diǎn)，其中第1臺停車器入口位置730 m，出口位置734.8 m，制動能高0.25 m；第1臺停車器位置保持不變，其他停車器按照停車器間隔的變化安裝在相應(yīng)的位置，第2臺、第3臺停車器間隔50 m。

尾部第1臺防溜器(鐵鞋)布設(shè)在820 m，摩擦系數(shù)0.15；第2臺防溜器(鐵鞋)布設(shè)在823 m，摩擦系數(shù)0.15；脫鞋器位置843 m。

3.1.3 仿真結(jié)果

通過相關(guān)參數(shù)調(diào)整，模擬了到發(fā)線有效長850 m，前2組停車器間隔距離從1 m至10 m情況下不同尾部坡度(-1‰和0‰)，以及不同勾車連掛方案下的勾車溜放最遠(yuǎn)距離變化情況。前2組停車器間隔距離與車輛溜放最遠(yuǎn)距離關(guān)系(線路有效長850 m)如圖3所示。從模擬結(jié)果看，一是由于尾部反坡作用，尾部坡度為0‰時的勾車溜放最遠(yuǎn)距離大于尾部坡度為-1‰的方案；二是前2組停車器間隔距離越小停車防溜效果越好，在尾部平坡或反坡情況下勾車溜放距離逐漸減小，但到發(fā)線有效長利用率降低。

3.2 線路有效長1 050 m停車器間隔對停車防溜效果的影響

3.2.1 線路情況及勾車參數(shù)

對于有效長1 050 m的調(diào)車場線路，尾坡選取0‰和-1‰ (正值為下坡，負(fù)值為上坡)作為試驗線路。線路設(shè)置減速頂264臺，制動功按850 J/輪次計算。引入調(diào)車場尾部停車器不同間隔仿真勾車數(shù)據(jù)(線路有效長1 050 m)如表2所示。

3.2.2 停車防溜設(shè)備

停車器采用“2 + 1”布置方式進(jìn)行模擬仿真，以減速器出口位置作為基點(diǎn)，其中第1臺停車器入口位置930 m，出口位置934.8 m，制動能高0.25 m；第1臺停車器位置保持不變，其他停車器按照停車器間隔的變化安裝在相應(yīng)的位置，第2臺、第3臺停車器間隔50 m。

第1臺防溜器(鐵鞋)布設(shè)在1 020 m，摩擦系數(shù)0.15；第2臺防溜器(鐵鞋)布設(shè)在1 023 m，摩擦系數(shù)0.15；脫鞋位置1 043 m。

圖3 前2組停車器間隔距離與車輛溜放最遠(yuǎn)距離關(guān)系圖(線路有效長850 m)Fig.3 Diagram of the relationship between the distance between the first two groups of stopping-device and the farthest distance between vehicles running (the effective length of the line is 850 m)

表2 調(diào)車場尾部停車器不同間隔仿真勾車數(shù)據(jù)(線路有效長 1 050 m)Tab.2 Simulation of hook-up data at different intervals of stopping-device in hump shunting yard tail (the effective length of the line is 1 050 m)

3.2.3 仿真結(jié)果

通過相關(guān)參數(shù)調(diào)整，模擬了到發(fā)線有效長1 050 m，前2組停車器間隔距離從1 m至10 m情況下不同尾部坡度(-1‰和0‰)，以及不同勾車連掛方案下的勾車溜放最遠(yuǎn)距離變化情況。前2組停車器間隔距離與車輛溜放最遠(yuǎn)距離關(guān)系圖(到發(fā)線有效長1 050 m)如圖4所示。從模擬結(jié)果看，一是由于尾部反坡作用，尾部坡度為0‰時的勾車溜放最遠(yuǎn)距離大于尾部坡度為-1‰的方案；二是前2組停車器間隔距離越小停車防溜效果越好，在尾部平坡或反坡情況下勾車溜放距離逐漸減小，但到發(fā)線有效長利用率降低。

圖4 前2組停車器間隔距離與車輛溜放最遠(yuǎn)距離關(guān)系圖(到發(fā)線有效長 1 050 m)Fig.4 Diagram of the relationship between the distance between the first two groups of stopping-device and the farthest distance between vehicles running(the effective length of the line is 1 050 m)

3.3 駝峰調(diào)車場尾部停車防溜分析及設(shè)備布置建議

通過對到發(fā)線有效長850 m和1 050 m 2種情況下調(diào)車場尾部不同停車器布置模式的仿真計算，可以得到以下結(jié)論。

（1）駝峰調(diào)車場尾部停車防溜效果會受到尾部坡度和溜放勾車輛數(shù)的影響。從安全性的角度分析，駝峰調(diào)車場尾部采用反坡設(shè)計優(yōu)于平坡，可以更好地實現(xiàn)停車防溜效果。車輛在解編時，每組勾車輛數(shù)不宜過大，適當(dāng)減小每組勾車輛數(shù)，可以有效提高編尾停車防溜性能。

（2）停車器布置一般應(yīng)采用“2 + 1”布置方案。這是由于“1 + 1”布置方案前組的一臺停車器有效長度小于車輛內(nèi)軸距，如果車輪沒有壓在停車器上將不受制動作用。而2臺停車器緊密布置時，停車器長度大于車輛內(nèi)軸距，車輛總有車輪位于停車器制動軌之內(nèi)，因而停車防溜效果更好。

（3）駝峰調(diào)車場尾部停車器間隔的變化會對停車防溜效果產(chǎn)生影響。在保證溜放安全的前提下充分利用調(diào)車線有效長，適當(dāng)減小前2組停車器間隔，可以有效提高勾車停車防溜效果。尾部坡度和單組勾車輛數(shù)發(fā)生改變，停車器間隔對停車防溜效果的影響規(guī)律也會發(fā)生相應(yīng)變化。相對而言，勾車輛數(shù)較大或尾部采用平坡設(shè)計時，停車器間隔變化對勾車制動性能影響較大。因此，在實際工作中，可以同時兼顧經(jīng)濟(jì)效率和安全性，合理采用各種停車防溜措施。

4 結(jié)束語

鐵路駝峰調(diào)車場尾部的停車防溜性能對于保障編組站的安全作業(yè)至關(guān)重要，提升編尾停車防溜性能，也是調(diào)車場綜合作業(yè)自動化的必然要求。尾部停車器是停車防溜的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，探究編尾停車器間隔的變化對停車防溜的效果的影響具有重要意義。通過對仿真技術(shù)的應(yīng)用，可以改變駝峰調(diào)車場尾部停車防溜系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，對編尾停車器不同間隔下的溜放距離進(jìn)行比較，實現(xiàn)對停車器間隔的仿真分析，得出停車器間隔影響停車防溜效果的規(guī)律，進(jìn)而為駝峰調(diào)車場尾部停車器的標(biāo)準(zhǔn)化布置提供依據(jù)。