JSQ6車輛駝峰溜放安全性及試驗驗證

賈國強，李海鷹，陳 亮

（1.中國鐵路鄭州局集團有限公司 運輸部，河南 鄭州 450052；2.北京交通大學(xué) 軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044；3.中國鐵路鄭州局集團有限公司 科研所，河南 鄭州 450052)

近年來，商品小汽車需求迅猛增長，而公路治理超限使鐵路商品小汽車運輸?shù)氖袌龇蓊~逐年增加。但是，用于商品小汽車運輸?shù)腏SQ6車輛禁止通過駝峰、禁止溜放[1]，為技術(shù)站的作業(yè)組織帶來困難。JSQ6車輛底部與軌面距離較小，車輛換長及銷距大，而駝峰縱斷面的坡度變化較大，JSQ6車輛要安全地經(jīng)駝峰溜放作業(yè)，需要滿足安全通過駝峰峰頂，峰頂處鉤差滿足安全要求，安全通過減速器，安全通過道岔、S彎及小半徑曲線區(qū)段及重車溜放保證所裝運品類安全。為了提升JSQ6車輛在技術(shù)站的作業(yè)效率，需要研究其過峰和溜放作業(yè)的技術(shù)條件。經(jīng)過JSQ6車輛的過峰和溜放條件理論計算與現(xiàn)場試驗，進一步完善規(guī)范標準，為JSQ6車輛駝峰溜放作業(yè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 JSQ6車輛駝峰溜放安全性分析

1.1 JSQ6車輛下部最低點距離軌面高度

JSQ6車輛下部最低點距離軌面高度是判斷車輛能否經(jīng)駝峰作業(yè)的重要參數(shù)?，F(xiàn)有規(guī)定[1]給出的JSQ6車輛空車狀態(tài)參數(shù)不能保證作業(yè)安全，還需要分別確定其在空、重狀態(tài)下的最小值。JSQ6車輛技術(shù)參數(shù)如表1所示。JSQ6 車輛(空車)下部橫斷面參數(shù)如圖1所示[1]。

滿載的JSQ6車輛底部與軌面的設(shè)計間距為190 mm (包括搖枕彈簧受壓位移量22 mm），按照規(guī)則[2]，輪輞厚度原形為50 mm，在運用狀態(tài)下應(yīng)不小于23 mm。按運用極限23 mm計算，在平直線路上滿載的JSQ6車輛車體底部與軌面之間的最小距離應(yīng)不小于190 - (50-23) = 163 mm。為了驗證理論計算結(jié)果， 采用手持式激光測距儀對車體下部最低點與軌面的距離進行實際測量，在平直線路上測量JSQ6車輛底部與軌面靜態(tài)距離及輪輞厚度，同時采用激光測距設(shè)備，自動測量車輛兩側(cè)底部與軌面距離。共測量16 229輛，有16 225輛的距離大于等于160 mm，占99.98%；有4輛距離小于160 mm，占0.02%。以上實際測量結(jié)果表明，絕大部分JSQ6車輛底部與軌面距離大于等于160 mm。因此，結(jié)合理論計算，選取車體下部最低點距軌面的高度參數(shù)為160 mm。

1.2 駝峰峰頂?shù)南藿绨踩?/h3>

駝峰峰頂(即峰頂平臺與加速坡的變坡點)處的坡度代數(shù)差是駝峰溜放部分各變坡點中最大的，且連接豎曲線為凸曲線，此處車輛底部與鋼軌軌面距離最小，是JSQ6車輛能否安全通過駝峰的關(guān)鍵。規(guī)范[3]規(guī)定：“連接駝峰線路各坡段的豎曲線半徑，峰頂鄰接加速坡應(yīng)為350 m”。為了計算車輛底部與豎曲線軌面的理論最小距離，假設(shè)車輛的第2軸、第3軸恰好分別落在豎曲線的起、終點上，計算確定豎曲線的理論半徑數(shù)值。

表1 JSQ6車輛基本技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters of JSQ6 wagon

圖1 JSQ6車輛(空車)下部橫斷面示意圖Fig.1 Cross section of the lower part of the JSQ6 wagon (empty)

縱斷面邊坡點處豎曲線要素示意圖如圖2所示。圖2中，i1為峰頂平臺坡度、i2為加速坡坡度，L為豎曲線投影長度，LZ為JSQ6車輛第2軸、第3軸間距離，HS為豎距（豎曲線高度）。

圖2 縱斷面變坡點處豎曲線要素示意圖Fig.2 Vertical curve elements at the gradient change point of longitudinal profile

以鄭州北站駝峰為例進行計算分析。鄭州北站駝峰流放部分縱斷面(西峰)如圖3所示。 鄭州北站駝峰溜放部分峰頂平臺坡度i1= 0‰，加速坡坡度i2= 37‰，由此可以計算得到二者的坡度差△i=i2-i1= 0.037。為此，可以計算得到LZ為18 970 mm，HS為350.945 mm，L為18 967 mm。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計算得到豎曲線半徑為R= 512.622 m。

圖3 鄭州北站駝峰溜放部分縱斷面(西峰)Fig.3 Longitudinal profile of rolling part of the hump (west) at Zhengzhou North Station

變坡點處車輛底部與鋼軌軌面距離計算示意圖如圖4所示。

圖4 變坡點車輛底部與鋼軌軌頂面距離計算示意圖Fig.4 Calculation of the distance between the wagon bottom and the rail top surface at gradient change point

圖4中，A點為車輛底部最低點，B點為變坡點最高點，C點、D點為車輛第2軸、第3軸位置，E點、F點為計算用輔助點。CD為車輛第2軸、第3軸間距離，CD= 18 970 mm；AE為車輛在平直線路上車底與軌頂面間靜態(tài)距離，取前述標準高度160 mm；FC，F(xiàn)B，DF為駝峰變坡點處豎曲線半徑，F(xiàn)C=FB=DF= 512 622 mm；AB為變坡點車輛橫中心線處車底與軌頂面間距離，計算公式為

計算結(jié)果表明，當平直線路上JSQ6車輛底部與軌面距離為160 mm時，通過駝峰峰頂變坡點時車輛底部與鋼軌軌頂面距離為72 mm (半寬為1 225 mm)。在峰頂變坡點處，JSQ6車輛底部與鋼軌軌頂面距離為72 mm (半寬為1 225mm)，小于《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(以下簡稱《技規(guī)》)[4]第14條中規(guī)定的90 mm?？拓浌簿€鐵路機車車輛限界如圖5所示，在駝峰變坡點處，JSQ6車輛底部侵限不能過峰，而對通過駝峰變坡點處車輛下部限界沒有做出具體規(guī)定。

圖5 客貨共線鐵路機車車輛限界Fig.5 Locomotive and rolling stock clearances of passenger and freight mixed railway

根據(jù)駝峰作業(yè)實際情況，在駝峰變坡點仍執(zhí)行《技規(guī)》[4]的標準并不合適。依據(jù)既有客貨共線鐵路機車車輛限界圖的說明[5]，駝峰變坡點處限界有以下2個特點：①駝峰作業(yè)車輛速度低，車輛在變坡點處豎曲線范圍內(nèi)的溜放速度≤15 km/h；②車輛經(jīng)過駝峰峰頂處豎曲線的運行距離短(約30 m)，這個位置是下部限界的制約點；③在駝峰峰頂豎曲線范圍內(nèi)，沒有其他建筑物和設(shè)備(如站臺、道岔轉(zhuǎn)轍機)。因此，駝峰峰頂處JSQ6車輛下部限界的理論修訂值應(yīng)按照以下步驟確定。

（1）步驟1：確定變坡點處機車車輛各部位所有下部限界最小值。依據(jù)《技規(guī)》[4]第14條，變坡點下部限界最小值為：機車閘瓦、撒砂管、噴油嘴最低輪廓限界25 mm，此處半寬為675 ～ 831.5 mm。在車體半寬1 520 mm范圍內(nèi)，線路上其他固定設(shè)備高度低于鋼軌面時，下部限界只要高于25 mm，就可以安全通過。

（2）步驟2：計算JSQ6車輛在變坡點處與軌面垂直距離的下浮量。該下浮量由于車輛蛇形運動產(chǎn)生。JSQ6車輛在變坡點處的蛇形運動會造成車體左右搖擺，車體下部最低點距軌面的高度在2條鋼軌上不一致。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，車體下部最低點距軌面高為160 mm時，其浮動值范圍為0 ～ 10 mm，取最大值為10 mm。

（3）步驟3：根據(jù)上述計算結(jié)果，可以確定通過駝峰變坡點時，車輛下部限界為距軌面最小距離25 + 10 = 35 mm。

（4）步驟4：確定限界半寬。下部半寬為車底架寬度的一半，為1 225 mm；車體側(cè)面半寬為車寬的一半，為1 440 mm。

根據(jù)以上計算，駝峰峰頂變坡點JSQ6車輛下部限界理論計算修訂如圖6所示。

根據(jù)以上計算結(jié)果，JSQ6車輛在峰頂變坡點處，最低處半寬為1 225 mm，距離軌面72 mm，大于變坡點車輛下部限界計算值35 mm。因此，可以認為JSQ6車輛可以安全通過駝峰峰頂變坡點。

1.3 JSQ6車輛作業(yè)安全性分析

（1）峰頂變坡點處車輛鉤差。峰頂變坡點處坡度差很大，由于相鄰2個車輛所處的坡度不同，車鉤中心線將產(chǎn)生高差和夾角。如果高差和夾角超出車鉤本身的調(diào)節(jié)范圍，將產(chǎn)生“錯鉤”，可能損壞鉤托板、螺栓和鉤舌銷等部件。根據(jù)《鐵路駝峰及調(diào)車場設(shè)計規(guī)范》規(guī)定[6]，為了保證作業(yè)安全，減少鉤舌銷的損壞，規(guī)定峰頂鄰接加速坡豎曲線應(yīng)為350 m。本駝峰豎曲線理論半徑512.622 m，變坡點處車輛鉤差符合規(guī)章規(guī)定，滿足JSQ6車輛作業(yè)安全要求。

（2）車輛通過減速器。根據(jù)《鐵路駝峰及調(diào)車場設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，減速器應(yīng)設(shè)在直線上。JSQ6車輛在直線上時，其下部輪廓半寬為1 425 mm，與軌面距離為160 mm。JSQ6車輛在半寬0 ～ 960 mm時，距鋼軌面距離160 mm，符合《技規(guī)》第14條、第3條對限界的要求，滿足車輛通過減速器安全要求。

圖6 駝峰峰頂變坡點JSQ6車輛下部限界理論計算修訂Fig.6 Theoretical calculation and revision of the lower limit of the JSQ6 wagon at the gradient change point of hump top

（3）通過道岔、S彎及小半徑曲線區(qū)段。技術(shù)站駝峰調(diào)車場溜放部分線路曲線多、半徑小、道岔轍叉號碼小，且JSQ6車輛換長及銷距大，JSQ6車輛通過峰下道岔區(qū)、反向曲線、小半徑曲線區(qū)段時，存在脫軌風險。根據(jù)設(shè)計及施工技術(shù)資料，鄭州北站駝峰采用6號對稱道岔，導(dǎo)曲線半徑為180 m。根據(jù)JSQ6車輛技術(shù)參數(shù)，該型車輛通過最小曲線半徑(幾何通過)為145 m ＜ 180 m，能夠安全通過。

（4）貨物裝載狀態(tài)。根據(jù)《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》[7]附件1要求，納入的定型方案在確定方案及方案試運行時已經(jīng)充分考慮了列車運行、調(diào)車作業(yè)、緊急制動等各種最不利條件(8 km/h沖擊速度)，方案適用于溜放過程中各種工況。JSQ6車輛裝載商品汽車，其裝載加固依據(jù)《鐵路貨物裝載加固定型方案》08類方案(輪式、履帶式貨物)，滿足貨物裝載安全條件。

2 JSQ6車輛駝峰溜放安全性試驗及對策

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研、理論研究等準備工作，制訂《鄭州北站JSQ6車輛駝峰溜放試驗測試大綱》[8]，選擇鄭州北站4個駝峰進行現(xiàn)場試驗。在驗證期間駝峰解體JSQ6車輛1 169列，2 493勾，16 129輛。

2.1 安全性試驗

（1）經(jīng)過駝峰變坡點安全性試驗。采用在變坡點處安裝激光測距設(shè)備進行精確測量，并抽樣進行人工(使用用直尺、卷尺、徠卡手持式激光測距儀等測量工具)測量。通過激光測量配套程序分析驗證車輛能否通過變坡點。變坡點激光測量系統(tǒng)如圖7所示。利用測量得到的車輛底部與鋼軌軌頂面的距離數(shù)據(jù)，計算每條鋼軌軌面與車輛底部的最小距離；根據(jù)同一車輛兩鋼軌測量點數(shù)據(jù)，計算兩側(cè)偏差以及蛇形運動浮動量。

實際測量得到平直線路上車輛底部與軌面距離為160 mm的JSQ6車輛在駝峰峰頂變坡點處底部與軌面的最小距離為68 mm，與理論計算的72 mm基本吻合，該數(shù)據(jù)小于90 mm，按規(guī)章限界屬于侵限。但是，該值大于35 mm，滿足理論計算建議的峰頂變坡點下部限界要求，而且試驗結(jié)果也表明，JSQ6車輛實際可以安全通過駝峰峰頂變坡點。

圖7 變坡點激光測量系統(tǒng)Fig.7 Laser measuring system for he gradient change point

（2）變坡點處車輛鉤差安全性試驗。在試驗中，車輛在變坡點處停車，人工測量獲得鉤差數(shù)據(jù)。所有車輛溜放結(jié)束后，由列檢人員進行檢查，確認安全性。經(jīng)過實際測量，最大鉤差為35 mm ＜75 mm，符合《技規(guī)》要求，并經(jīng)列檢檢查，符合安全要求。

（3）車輛通過減速器安全性試驗。測量減速器在緩解、制動狀態(tài)下，減速器頂面與鋼軌面之間距離，并測量在減速器緩解、制動狀態(tài)下，減速器頂面與車輛底部最低點(車體底部拼接焊接處以及交叉拉桿處)之間距離，通過對照《技規(guī)》下部限界標準，確定車輛通過減速器時的安全性。在減速器緩解狀態(tài)下，減速器外側(cè)夾板距鋼軌面最大高度為74.5 mm ＜ 140 mm，內(nèi)側(cè)夾板距鋼軌面最大高度為74.5 mm ＜ 143 mm，符合《技規(guī)》標準。在減速器制動狀態(tài)下，減速器外側(cè)夾板距鋼軌面最大高度為81.55 mm ＜ 140 mm，內(nèi)側(cè)夾板距鋼軌面最大高度為81.5 mm ＜ 143 mm，符合《技規(guī)》標準。內(nèi)、外側(cè)夾板頂面距車底板最小高度為88 mm，試驗車輛均安全通過。結(jié)果表明，車輛通過減速器符合《技規(guī)》要求，JSQ6車輛可以安全通過減速器。

（4）通過道岔、S彎及小半徑曲線區(qū)段安全性動力學(xué)試驗。試驗內(nèi)容主要包括道岔區(qū)輪軌力，測試車輛通過時鋼軌的垂向力和橫向力，據(jù)此計算脫軌系數(shù)和減載率以及輪軌最大橫向力等安全性指標，判斷車輛運行的安全性能[9-10]。車輛安全運行標準如表2所示。

表2 車輛安全評價標準Tab.2 Wagon safety evaluation standard

其中，Q為輪軌橫向力，P為垂向力。Pst1，Pst2分別為車輪左輪、右輪靜載荷(kN)，H為輪軸橫向力(構(gòu)架力)。JSQ6車輛自重38 t，滿載質(zhì)量為60 t，重力加速度取9.8 m/s2。由于每輛車有4對輪對，取Pst1=Pst2。H值計算如下。

對于空載JSQ6車輛計算公式為

H≤ 0.85×[10 + (Pst1+Pst2) / 2]= 0.85×{10 + [(38×9.8) / 4 + (38×9.8) / 4]/ 2} = 87.635 kN

對于滿載JSQ6車輛計算公式為

H≤0.85×[10 + (Pst1+Pst2) / 2]= 0.85×{10 + [(60×9.8) / 4 + (60×9.8) / 4]/ 2} = 125.040 kN

從軌道動力學(xué)測試的角度出發(fā)，在岔前和岔中導(dǎo)曲線以及岔后曲線上安裝應(yīng)力測試裝置，對車輛通過對稱道岔以及前后曲線時的動力學(xué)性能進行測試，驗證是否存在脫軌風險。輪軌力測點主要布置在岔前和岔中導(dǎo)曲線以及岔后曲線上，3個斷面輪軌力測點共計12個，其中垂向力6個，橫向力6個。動力學(xué)測點分布如圖8所示。

通過實驗，測量得到試驗數(shù)據(jù)如下。

（1）脫軌系數(shù)。所有測點數(shù)據(jù)中，脫軌系數(shù)在0 ～ 1.0 (不含)占98%，滿足第二限度標準1.0要求；脫軌系數(shù)在1.00 ～ 1.08占2%，滿足第一限度標準1.2要求。符合標準。

（2）輪重減載率。各次測試結(jié)果中輪重減載率最大值為0.24＜0.60，滿足第二限度標準0.60要求，符合標準。

（3）輪軌最大橫向力。根據(jù)實際測試數(shù)據(jù)，空載JSQ6車輛H最大值為39.07 kN＜87.635 kN，符合標準。滿載JSQ6車輛H最大值為48.98 kN＜125.040 kN，符合標準。試驗中，輪軌最大橫向力均在岔中導(dǎo)曲線處，該處是車列運行安全的薄弱環(huán)節(jié)，需要重點防護。

（5）重車溜放后裝運貨物安全試驗試驗。重車裝載加固位置變化測試試驗方式采取單輛空重車過峰溜放、成組空重車過峰溜放、不同車型混編過峰溜放模式。通過視頻監(jiān)控和位置標記，驗證重車裝載加固狀態(tài)是否良好，對商品車車輪與JSQ6車輛地板接觸處進行標記并在JSQ6重車車輛上安裝執(zhí)法記錄儀全程記錄，由貨檢人員檢查試驗前后貨物裝載加固狀態(tài)，測量溜放過程中貨物裝載加固狀態(tài)，測試驗證駝峰溜放對重車裝載加固狀態(tài)的影響。

2.2 保障車輛溜放安全對策

2.2.1 完善車輛駝峰溜放安全技術(shù)規(guī)章

（1）《技規(guī)》第14條對駝峰峰頂變坡點處下部限界沒有針對性明確，制約了JSQ6車輛過峰，需要從規(guī)章上解禁。

（2）針對調(diào)機通過變坡點處下部限界，由于駝峰峰頂變坡點處沒有其他建筑物和設(shè)備(如站臺、道岔轉(zhuǎn)轍機、電氣裝置、駝峰車輛減速器、減速頂?shù)?，機車閘瓦、撒砂管、噴油嘴最低輪廓限界應(yīng)在半寬675 ～ 831.5 mm處繼續(xù)執(zhí)行25 mm，其他下部限界與JSQ6車輛下部限界保持一致，取35 mm。

（3）修改變坡點處機車車輛下部限界。對于JSQ6車輛，限界按車輛半寬1 225 mm，高度為35 mm即可滿足需要。在《技規(guī)》關(guān)于機車車輛下部限界的規(guī)定中，車輛下部半寬為1 260 mm，已經(jīng)涵蓋了1 225 mm范圍，為了與現(xiàn)有機車車輛下部限界半寬保持一致，建議變坡點處機車車輛下部限界確定為：半寬1 260 mm，高度35 mm。駝峰變坡點調(diào)車機及車輛下部限界如圖9所示。

圖8 動力學(xué)測點布置示意圖Fig.8 Distribution of dynamic measuring points

圖9 駝峰變坡點調(diào)車機及車輛下部限界Fig.9 Lower limit of shunting locomotives and wagons at the gradient change point

（4）具體建議。①《技規(guī)》第14條增加具體限界；②《技規(guī)》第14條只給出過峰車輛在變坡點處機車車輛下部限界一般性要求，從規(guī)章上解禁，再由各路局集團公司組織試驗，納入《車站行車工作細則》，對JSQ6車輛過峰的具體技術(shù)要求給予明確。

2.2.2 研制車輛底部與軌面距離智能檢測系統(tǒng)

針對現(xiàn)場實際，研制了JSQ6車輛底部與軌面距離動態(tài)檢測系統(tǒng)[11]，采用激光測距、網(wǎng)絡(luò)傳輸、計算機控制、智能測定，實現(xiàn)在生產(chǎn)過程中實時識別、準確測量、自動報警功能。使用以來，準確識別16 129輛JSQ6車輛，發(fā)現(xiàn)并報警4輛(車輛底部與軌面距離小于160 mm)，有效保證了作業(yè)安全。測距設(shè)備現(xiàn)場布局示意圖如圖10所示。

2.2.3 改善駝峰平縱斷面幾何尺寸

由于駝峰峰頂變坡點處下部限界高度較低，縱斷面幾何尺寸變化直接影響到過峰安全，需要采取以下措施改善駝峰平縱斷面的幾何尺寸。一是工務(wù)部門應(yīng)加強日常復(fù)測、維修、整治工作，確保符合JSQ6車輛過峰技術(shù)條件。發(fā)現(xiàn)縱斷面幾何尺寸變化，影響過峰溜放安全，應(yīng)及時停止作業(yè)；二是對峰頂變坡點前后線路設(shè)備進行清理檢查，保證半寬1 260 mm，其他設(shè)備不得高于鋼軌面35 mm；三是做好峰下小半徑曲線線路養(yǎng)護，確保溜放安全。

圖10 測距設(shè)備現(xiàn)場布局示意圖Fig.10 Onsite layout of the distance measuring equipment

2.2.4 修訂駝峰調(diào)車作業(yè)辦法

根據(jù)JSQ6車輛定長大于普通車輛、車底高度低的特點，在溜放作業(yè)中重點要控制好推峰速度和進路準備時機。為此，需重新修訂《車站行車工作細則》第66條調(diào)車工作辦法，明確在主體信號機前一度停車(控制速度，降低蛇形運動下浮量)、采用單鉤溜放模式(D模式)并鎖閉進路進行作業(yè)2個關(guān)鍵點。

3 結(jié)束語

理論計算和試驗均表明，JSQ6車輛滿足駝峰溜放的安全制約條件，可以經(jīng)駝峰溜放，需要通過完善規(guī)章，有條件地取消JSQ6車輛的禁溜規(guī)定，提升作業(yè)效率。建議在《技規(guī)》第14條關(guān)于機車車輛下部限界的規(guī)定中，增加駝峰變坡點限界條件。同時，需要進一步研究確定更具適用性的取值標準，整治平縱斷面，擴大JSQ6車輛溜放作業(yè)的駝峰范圍，取消其他具備條件車型的禁溜規(guī)定。還應(yīng)完善線路平縱斷面的日常測量維護、駝峰調(diào)車作業(yè)辦法，嚴格執(zhí)行以確保安全。