針對停留車輛的人力制動機止輪影響因素研究

葉余玲

(哈爾濱局集團公司七臺河站，黑龍江 七臺河 154500)

1 停留車輛溜逸影響因素

1.1 受力分析

停留在鋼軌上的車輛從靜止到運動，需要打破力的平衡。車輛沿可能溜逸方向受力分析如圖1所示。圖1中，F(xiàn)z為車輛溜逸阻力，包括周頸上潤滑油被擠出而產(chǎn)生阻力、人力制動機阻力使車輪與鋼軌產(chǎn)生的最大靜摩擦力、防溜鐵鞋產(chǎn)生的靜摩擦力、自動制動系統(tǒng)產(chǎn)生的阻力；Fp表示車輛自身重量產(chǎn)生的沿坡道方向向下的分力，F(xiàn)f為風壓對車輛產(chǎn)生的沿溜逸方向的壓力，當風向分力與溜逸方向相同時Ff為正，當風向分力與溜逸方向相反時Ff為負。當Fz+Fp+Ff=0，即起動阻力為0時，車輛達到溜逸的臨界值。

圖1 車輛停留受力分析圖

1.2 未采取止輪措施的車輛起動阻力

起動阻力是列車在緩解狀態(tài)下從靜態(tài)向動態(tài)轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的阻力。一方面機車、車輛因車輛在停留中較深的壓入鋼軌以及周頸上潤滑油被擠出而產(chǎn)生阻力；另一方面，列車中前位車輛起動后，其額外阻力消失，而把動能依次傳遞給次位車輛，直至末位車輛起動。在起動過程中車輛受力情況非常復雜，起動阻力計算公式通常根據(jù)專門的試驗確定。機車車輛停留在坡道、曲線、隧道時，還會受到附加阻力，因此我國機車、車輛的單位起動阻力Wqn是以起動地段的線路加算坡度iq為變化量的函數(shù)計算。

機車、車輛加算阻力

Wj=Wi+Wr+Ws

(1)

加算坡度ij的千分數(shù)等于單位加算附加阻力Wj的數(shù)值，ij=Wj

ij=i+ir+is

(2)

列車起動阻力計算公式

Wq=

[∑(p·wqt)+G·Wqn+(∑P+G)·iq)]

·g·10-3(KN)

(3)

式中：滾動軸承貨車起動單位基本阻力Wqn取3.5 N/ KN；滑動軸承貨車起動單位基本阻力Wqn=3+0.4iq；計算結(jié)果小于5 N/KN時，按5 N/KN計算。

iq—起動地段的加算坡度，‰；P—機車重量，t；G—車輛重量，t。

取機車總量P=0時，可以得到車輛緩解狀態(tài)下的起動阻力公式為

Fqt=(wqIn+iq)·G·g·10-3

(4)

從計算公式可以得出，無風情況下處于緩解狀態(tài)下的車輛的起動阻力Fqt與車輛的總重、曲線、隧道成正比關(guān)系，與坡道成反比關(guān)系，當Wqn+iq=0時，緩解狀態(tài)的車輛達到溜逸臨界值。通過計算可知，理論上無風、無曲線條件下滾動軸承貨車停留在3.5‰及以上的坡道會發(fā)生溜逸，滑動軸承貨車停留在5‰及以上的坡道會發(fā)生溜逸。

1.3 采取止輪措施的車輛起動阻力

目前，為了防止車輛溜逸主要采取的措施為人力制動機緊固和安放防溜鐵鞋的方式。人力制動機與防溜鐵鞋的制動原理相同，均是使車輛輪對的運動方式由滾動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒?，從而提高車輛從靜止到運動時產(chǎn)生的阻力。

采取止輪措施的車輛起動阻力Fqn計算公式為

Fqn=μh·Gz·g·iq·Gz·10-3(KN)

(5)

式中：μh—車輪與鋼軌，或鐵鞋與鋼軌的最大靜摩擦系數(shù)，車輪與鋼軌之間最大靜摩擦系數(shù)取0.15，鐵鞋與鋼軌的靜摩擦系數(shù)取0.58；Gz—止輪車輛的重量，t。一只防溜逸鐵鞋Gz取1/8止輪車輛的重量。

1.4 風壓阻力

風壓是垂直于氣流方向的平面所受到的風的壓力。風壓與風速、空氣重度、重力加速度有關(guān)，而空氣重度、重力加速度隨緯度和海拔高度而變，風速相同、溫度相同的情況下，風壓在高原比在平原地區(qū)小。風壓通用計算公式為

(6)

考慮最不利的情況下，風向與停留車輛溜逸方向相同時，風壓力達到最大值，風壓受力面積為車輛的和截面積，采用P70車型的橫截面積，取9 m2。通過計算得出最不利情況下車輛受到風壓力表1。

表1 最不利條件下車輛受到風壓力表

2 人力制動機防溜逸能力分析

一組車輛停留在線路上，對于部分車輛采取止輪措施后，整組停留車輛溜逸的起動阻力公式應(yīng)為

Fq=Fq′+Fq″+Ff(KN)

(7)

將公式(4)、(5)代入公式(7)得到：

Fqn=(Wqn+iq)·G·g·10-3+μh·Gz·g·iq·Gz·g·10-3+Ff(KN)

(8)

式中：Wqn—起動單位基本阻力。目前鐵路貨車大多采用滾動軸承，因此采用Wqn取3.5 N/ KN；i—起動地段的加算坡度，‰。因車輛停留彎道不易統(tǒng)計掌握，且彎道阻力與隧道阻力均為阻礙車輛溜逸的正阻力，不進行計算，不會產(chǎn)生安全隱患，站內(nèi)線路也沒有隧道，因此計算中iq等于坡道的千分數(shù)i，溜逸方向為下坡，因此取負值。

當Fp=0時，代入公式(8)，得到停留車輛達到溜逸臨界值。一輛人力制動機的最大制動能力計算公式

(9)

以P70、C70、X6A為例，計算不同風力、空、重情況下人力制動機止輪能力，空車時Gz取止輪車輛自重，重車時Gz取止輪車輛滿載時的總重。計算結(jié)果見表2、表3、表4。結(jié)果表明滾動軸承貨車的溜逸坡度與單位起動阻力成正相關(guān)，單位起動阻力越大，開始產(chǎn)生溜逸的坡度越大。人力制動機的止輪能力與止輪車輛總重量為正比關(guān)系，車輛越重止輪能力越強。人力制動機的止輪能力與線路坡度、風力等級負相關(guān)，止輪能力隨著坡度變化明顯，隨風力等級變化不明顯。

表2 風力為0級時一輛人力制動機的止輪能力

表3 風力為6級時一輛人力制動機的止輪能力

表4 風力為12級時一輛人力制動機的止輪能力

3 結(jié) 論

(1)車輛的單位起動阻力決定了車輛開始溜逸的線路坡度。

(2)止輪車輛的重量與止輪能力成正比關(guān)系，重量越重止輪能力越強，在6‰坡道、12級風條件下對1輛車進行人力制動機止輪，可以防止同等重量41～55輛車溜逸。通過空、重車重量對比可以得出，一輛空車止輪可以防止同種車型滿載情況下9～11輛車溜逸。因此空重混編的車輛對重車進行止輪，可以更有效的防止車輛溜逸。

(3)通過止輪能力分析發(fā)現(xiàn)，止輪位置與止輪能力無關(guān)，但是考慮到車鉤承受能力、車輛連掛不徹底、作業(yè)方便等因素，止輪車輛以停留車輛兩端最外方為宜。

(4)風力等級與停留車輛溜逸負相關(guān)，通過表2～表4的數(shù)據(jù)對比可以發(fā)現(xiàn)，風力對空車的影響比對重車大，12級風情況下空車止輪能力約減少13輛，重車約減少3輛。