通用敞車編組的重載列車試驗(yàn)分析

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（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司機(jī)車車輛研究所，北京100081）

0 引言

貨物運(yùn)輸是鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，載運(yùn)貨物的車輛統(tǒng)稱為鐵路貨車。鐵路貨車主要類型有棚車、敞車、罐車、平車等。截至2018年底，全國(guó)鐵路貨車保有量達(dá)到90.96萬(wàn)輛，其中，國(guó)鐵貨車保有量75.35萬(wàn)輛，企業(yè)自備貨車15.60萬(wàn)輛；敞車約43.60萬(wàn)輛，占貨車總數(shù)的46.9%。按卸貨方式不同，敞車可分為2類：適用于人工或機(jī)械裝卸作業(yè)的通用敞車；適用于大型工礦企業(yè)、站場(chǎng)、碼頭之間成列固定編組運(yùn)輸且用翻車機(jī)卸貨的專用敞車。敞車主要用于運(yùn)送煤炭、礦石、礦建物資、木材、鋼材等大宗貨物，也可用于運(yùn)送質(zhì)量不大的機(jī)械設(shè)備［1-2］。通用敞車主要有60 t級(jí)（C60）、70 t級(jí)（C70）和80 t級(jí)（C80）敞車，C60主要車型為C64K、C62BK，C70主要車型為C70、C70E，C80主要車型為C80E（H、F）。通用敞車因其車輛特點(diǎn)，在重載運(yùn)輸時(shí)與專用敞車有明顯差別，需綜合考慮列車編組特點(diǎn)、循環(huán)制動(dòng)性能、緊急制動(dòng)性能、縱向力評(píng)價(jià)等。

以大秦鐵路和瓦日鐵路近年來(lái)的重載試驗(yàn)為例，比較通用敞車和專用敞車在重載列車試驗(yàn)中的特性，研究通用敞車應(yīng)用于重載列車運(yùn)輸?shù)目尚行浴?/p>

1 貨車及編組

重載列車通常是在貨運(yùn)量到發(fā)集中的運(yùn)輸線路上采用專用貨車編組，采用雙機(jī)或多機(jī)牽引開(kāi)行的超長(zhǎng)貨物列車。重載運(yùn)輸是鐵路貨物運(yùn)輸發(fā)展的重要方向，重載運(yùn)輸可降低大宗物資運(yùn)輸成本和列車開(kāi)行密度，提高運(yùn)輸效率，實(shí)現(xiàn)綜合效益的提升。近年來(lái)，由于大秦鐵路開(kāi)行2萬(wàn)t重載列車的發(fā)展需要，專用敞車由9 000多輛增加到3.7萬(wàn)輛。專用敞車車型為C80和C80B。專用敞車承擔(dān)著大秦鐵路等重載線路的主要煤炭運(yùn)輸業(yè)務(wù)，但專用敞車仍不能完全滿足運(yùn)輸需求。因此，通用敞車編組的重載列車成為重載運(yùn)輸?shù)挠幸嫜a(bǔ)充。大秦鐵路循環(huán)使用的C70和C62BK、C64K等通用敞車合計(jì)超過(guò)15 000輛。用于重載列車的主型敞車參數(shù)見(jiàn)表1［3-4］。

表1 用于重載列車的主型敞車參數(shù)

重載列車編組需滿足線橋條件、站場(chǎng)長(zhǎng)度、機(jī)車車輛限界、地面裝卸配套設(shè)施、列車牽引質(zhì)量和編組數(shù)量、氣候條件等約束條件。在大秦、瓦日鐵路等重載線路逐漸推行通用敞車編組的重載列車過(guò)程中，對(duì)通用敞車編組的重載列車性能進(jìn)行多次試驗(yàn)測(cè)試，主要進(jìn)行的試驗(yàn)編組情況（包括對(duì)比研究的專用敞車試驗(yàn)）見(jiàn)表2［5］。

表2 主要試驗(yàn)編組情況

2 編組質(zhì)量

列車編組是指列車所有車輛的前后編排順序及其輛數(shù)、總質(zhì)量和換長(zhǎng)。重載列車能運(yùn)行的列車長(zhǎng)度受車站到發(fā)線長(zhǎng)度限制。車站到發(fā)線是辦理列車到達(dá)、出發(fā)作業(yè)的線路，到發(fā)線長(zhǎng)度是能停放列車而不影響相鄰股道作業(yè)的長(zhǎng)度，一般是出站信號(hào)機(jī)到警沖標(biāo)的距離。重載線路到發(fā)線長(zhǎng)度是結(jié)合重載專用貨車設(shè)計(jì)，決定了列車可編組質(zhì)量。大秦鐵路初期按萬(wàn)噸列車設(shè)計(jì)，到發(fā)線長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為1 050～1 700 m，后期為了適應(yīng)開(kāi)行2萬(wàn)t列車，將部分車站到發(fā)線長(zhǎng)度改造為2 800 m［6］。

在線路條件確定的情況下，貨車每延米質(zhì)量也決定了列車可編組總質(zhì)量。由于通用敞車設(shè)計(jì)時(shí)需考慮不同貨物的運(yùn)用需求，以及不同裝載方式需求，相同總質(zhì)量的通用敞車車輛長(zhǎng)度比專用敞車長(zhǎng)，不同通用敞車每延米質(zhì)量也有差異。專用敞車的每延米質(zhì)量大于通用敞車，在同樣站線條件下通用敞車的編組噸位小于專用敞車，因此開(kāi)行通用敞車時(shí)，編組質(zhì)量不一定能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。各車型可編組質(zhì)量匯總見(jiàn)表3。

表3 各車型可編組質(zhì)量匯總

由表3可以看出，1 700 m到發(fā)線能夠滿足C80、C70型敞車達(dá)到萬(wàn)噸編組要求。因此C70、C80型敞車可以編組萬(wàn)噸重載列車。C60型敞車編組質(zhì)量只能達(dá)到9 300 t左右，距離萬(wàn)噸編組相差7%。瓦日鐵路試驗(yàn)C70、C60型敞車混編時(shí)按到發(fā)線長(zhǎng)度編組的總牽引質(zhì)量為9 560 t，距離萬(wàn)噸編組相差4.4%。2 800 m到發(fā)線按C80型敞車編組2萬(wàn)t設(shè)計(jì)，通用敞車編組質(zhì)量達(dá)不到2萬(wàn)t。C70型敞車編組質(zhì)量不到17 000 t，距離2萬(wàn)t編組相差大于15%。C60型敞車編組質(zhì)量在15 000 t，距離2萬(wàn)t編組相差25%。

在萬(wàn)噸編組重載列車中，C70型敞車能夠滿足要求，C60型敞車編組相差4%～7%；在2萬(wàn)t編組重載列車中，C70型敞車編組相差大于15%，C60型敞車編組相差25%。在相同站線條件下，通用敞車的編組質(zhì)量小于專用敞車。

3 循環(huán)制動(dòng)性能

重載列車的長(zhǎng)大下坡道運(yùn)行性能既是運(yùn)行安全的重要因素，也是列車優(yōu)化操縱的重點(diǎn)。列車在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)大下坡道時(shí)要進(jìn)行循環(huán)制動(dòng)調(diào)速，以滿足線路條件允許的限制速度。而列車再充氣時(shí)間是影響長(zhǎng)大下坡道循環(huán)制動(dòng)能力的關(guān)鍵參數(shù)。再充氣時(shí)間主要受機(jī)車充風(fēng)能力、編組質(zhì)量、列車長(zhǎng)度、貨車副風(fēng)缸容積等影響，因此不同編組情況再充氣時(shí)間各不相同。大秦、瓦日鐵路開(kāi)行的各種車型不同編組試驗(yàn)的歷次試驗(yàn)再充氣時(shí)間見(jiàn)表4。

對(duì)于單元萬(wàn)噸重載列車，C80、C70、C80E的再充氣時(shí)間分別為160、129、132 s。專用敞車為C80，其副風(fēng)缸容積為60 L，編組為105輛，總長(zhǎng)度1 260 m。通用敞車中，C70副風(fēng)缸容積為50 L，編組為108輛，總長(zhǎng)度為1 510 m；C80E副風(fēng)缸容積為50 L，編組為96輛，總長(zhǎng)度為1 340 m。通用敞車相同編組的長(zhǎng)度雖然比專用敞車略長(zhǎng)，但副風(fēng)缸容積略小，通用敞車的再充氣時(shí)間小于專用敞車。

組合萬(wàn)噸和組合1.5萬(wàn)t重載列車，從控機(jī)車可給第1小列的后部貨車供風(fēng)，充氣模式比較合理，再充氣時(shí)間為40～60 s。而專用敞車單元萬(wàn)噸再充氣時(shí)間為150～180 s。組合萬(wàn)噸和組合1.5萬(wàn)t重載列車的再充氣時(shí)間明顯小于單元萬(wàn)噸和組合2萬(wàn)t的再充氣時(shí)間。

大秦鐵路各編組在2個(gè)典型長(zhǎng)大下坡道的最短可用再充氣時(shí)間約為200 s，因此，通用敞車在單元萬(wàn)噸、組合1.5萬(wàn)t等編組情況下均能滿足長(zhǎng)大下坡道再充氣時(shí)間要求。

長(zhǎng)大貨物列車能否開(kāi)行的關(guān)鍵因素是重載列車的縱向沖動(dòng)。由表4可以看出，在循環(huán)制動(dòng)過(guò)程中，不同機(jī)車牽引的2種1+1組合2萬(wàn)t編組列車最大車鉤力達(dá)到900～1 600 kN，其他編組形式列車車鉤力均在500～700 kN。文獻(xiàn)［7］指出1+1組合2萬(wàn)t編組列車車鉤力拉壓變化與列車空氣制動(dòng)有明顯關(guān)系，是由于該編組方式列車在緩解過(guò)程中存在嚴(yán)重的不同步性。綜合各次試驗(yàn)縱向力測(cè)試結(jié)果表明，同樣是單元萬(wàn)噸重載列車，通用敞車與專用敞車縱向力水平相當(dāng)。

表4 循環(huán)制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

4 緊急制動(dòng)距離

貨車設(shè)計(jì)時(shí)，緊急制動(dòng)距離要求按軸重分為2類：軸重25 t及以上貨車（包括25 t軸重C80專用敞車和27 t軸重C80E通用敞車），要求初速100 km/h時(shí)緊急制動(dòng)距離小于1 400 m；軸重23 t及以下貨車（C70和C60），要求初速120 km/h時(shí)緊急制動(dòng)距離小于1 400 m。專用敞車的減速度要求約為通用敞車的70%［8］。

為了滿足制動(dòng)距離的要求，C70和C60的重車制動(dòng)率為17.4%和18.2%，C80為15.1%～15.9%；C80E的重車制動(dòng)率與C70一致，使用的GM915系列高摩合成閘瓦的摩擦系數(shù)約為C70使用的407G高摩合成閘瓦的81%。各種緊急制動(dòng)距離試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可以看出，在初速度為80 km/h左右的條件下，專用敞車C80單元萬(wàn)噸編組列車制動(dòng)距離為：平道632～662 m，12‰下坡道為948～1 030 m；組合2萬(wàn)t編組列車制動(dòng)距離為：平道671 m。C60/C70組合萬(wàn)噸編組列車緊急制動(dòng)距離為652 m；C80/C70混合1.5萬(wàn)t編組列車緊急制動(dòng)距離為613～694 m；C80E單元萬(wàn)噸編組列車緊急制動(dòng)距離為757 m。軸重25 t及以上貨車緊急制動(dòng)距離明顯長(zhǎng)于軸重23 t及以下貨車，與設(shè)計(jì)要求一致。

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，在編組質(zhì)量相同、制動(dòng)初速相同的條件下，通用敞車緊急制動(dòng)距離小于專用敞車，能夠滿足重載列車緊急制動(dòng)距離的要求。

5 縱向力評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)貨車設(shè)計(jì)的不同階段、用途、材料變化等條件，貨車車體強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)逐步提高。現(xiàn)階段貨車強(qiáng)度要求按TB/T 1335—1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》的要求，其縱向力按第一工況拉伸1 125 kN、壓縮1 400 kN，第二工況壓縮2 250 kN進(jìn)行考核。

為了適應(yīng)貨車的運(yùn)用需求，2003、2004年在原鐵道部批復(fù)對(duì)應(yīng)技術(shù)條件時(shí)分別對(duì)25 t軸重運(yùn)煤專用敞車、23 t軸重通用貨車提高了考核標(biāo)準(zhǔn)。2012年發(fā)布的《大軸重貨車總體技術(shù)條件（暫行）》規(guī)定了27 t軸重通用貨車、30 t軸重專用貨車的縱向力考核標(biāo)準(zhǔn)。而在1996年之前設(shè)計(jì)的貨車（C62BK等）按照TB 1335—1978《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》的要求，其標(biāo)準(zhǔn)低于TB/T 1335—1996。各標(biāo)準(zhǔn)和文件對(duì)貨車縱向力考核標(biāo)準(zhǔn)的要求見(jiàn)表6［9］。

綜合上述各次試驗(yàn)縱向力測(cè)試結(jié)果，在循環(huán)制動(dòng)和緊急制動(dòng)工況中，1.5萬(wàn)t編組最大縱向力一般小于1 000 kN；單元萬(wàn)噸和組合2萬(wàn)t編組列車縱向力均大于1 000 kN，最大達(dá)到1 931 kN，編組方式對(duì)縱向力影響明顯；C80E單元萬(wàn)噸編組列車最大縱向力為1 558 kN；C60/C70混編的組合萬(wàn)噸列車緊急制動(dòng)時(shí)的最大縱向力為1 778 kN，大于類似編組專用敞車結(jié)果，遠(yuǎn)大于C70組合1.5萬(wàn)t編組列車的結(jié)果，這與多種車型混編有較大關(guān)系。

表5 緊急制動(dòng)距離試驗(yàn)結(jié)果

表6 縱向力考核標(biāo)準(zhǔn) kN

因貨車本身強(qiáng)度的差別，對(duì)通用敞車的列車縱向力要求應(yīng)區(qū)別于專用敞車，尤其是對(duì)于早期設(shè)計(jì)的通用敞車等的列車縱向力指標(biāo)應(yīng)控制在2 000 kN。按照表6的要求，前述各次通用敞車試驗(yàn)的最大縱向力均滿足對(duì)應(yīng)貨車的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)通用敞車應(yīng)用于組合萬(wàn)噸、單元萬(wàn)噸、組合1.5萬(wàn)t編組進(jìn)行了多次試驗(yàn)，循環(huán)制動(dòng)性能、緊急制動(dòng)距離和縱向力都滿足重載列車的技術(shù)要求。在相同站線條件下，雖然通用敞車的編組質(zhì)量小于專用敞車，但通用敞車更適用于貨物的分流和用戶方裝卸設(shè)備多樣化等需要，可作為重載運(yùn)輸專用敞車的有效補(bǔ)充。從重載列車的技術(shù)要求及貨物運(yùn)輸?shù)男枨罂?，通用敞車?yīng)用于重載列車運(yùn)輸是可行的。