貨物列車自動制動機(jī)主管壓力執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)研究*

馮振興

(中國國家鐵路集團(tuán)有限公司 機(jī)輛部, 北京 100844)

解放初期至1957年，貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一為500 kPa。1958年至1961年貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一為600 kPa。1962年原鐵道部決定將貨物列車制動主管壓力恢復(fù)為500 kPa，高坡、高速區(qū)段運(yùn)行的貨物列車，根據(jù)試驗(yàn)情況并報(bào)批后，制動主管壓力可執(zhí)行600 kPa。至此，貨物列車制動主管壓力500 kPa、600 kPa并存局面形成，并延續(xù)至今。

《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(普速鐵路部分)第261條規(guī)定：“旅客列車、特快及快速貨物班列自動制動機(jī)主管壓力為600 kPa；其他列車為500 kPa。長大下坡道區(qū)段貨物列車及重載貨物列車的自動制動機(jī)主管壓力，由鐵路局根據(jù)管內(nèi)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果和列車實(shí)際操縱需要可提高至600 kPa”。[1]據(jù)此，萬噸重載貨物列車及在長大下坡道區(qū)段運(yùn)行的貨物列車主管壓力大多采用600 kPa，其他貨物列車主管壓力大多采用500 kPa。在500 kPa、600 kPa主管壓力變化站，機(jī)車換掛(乘務(wù)員換乘)時(shí)，需要人工進(jìn)行轉(zhuǎn)換，既增加了作業(yè)環(huán)節(jié)、延長了作業(yè)時(shí)間，更存在車輛“抱閘”運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)。[2]貨物列車制動主管壓力500 kPa、600 kPa能否統(tǒng)一以及統(tǒng)一至何種壓力更加有利，至今沒有一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論。

關(guān)于貨物列車自動制動機(jī)主管壓力執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)問題，文獻(xiàn)[3]從制動黏著、循環(huán)制動充風(fēng)性能及緊急制動性能3方面，提出建議在統(tǒng)一制動主管定壓時(shí)按500 kPa考慮；文獻(xiàn)[4]等認(rèn)為600 kPa制動主管定壓在目前貨物列車基礎(chǔ)制動裝置設(shè)計(jì)不變的情況下難于達(dá)到預(yù)期效果和作用，也和現(xiàn)階段制動技術(shù)不相適應(yīng)，從而將全鐵路貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一到500 kPa是比較科學(xué)合理的；文獻(xiàn)[5]等對貨物列車主管壓力由600 kPa轉(zhuǎn)換為500 kPa時(shí)部分車輛緩解不良的故障情況進(jìn)行了調(diào)查，建議統(tǒng)一規(guī)定全路普通貨物列車主管壓力，或?qū)⑵淙拷y(tǒng)一為500 kPa，或全部統(tǒng)一為 600 kPa。

1 統(tǒng)一制動主管壓力執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的必要性

1.1 確?，F(xiàn)實(shí)安全的需要

貨物列車主管壓力600 kPa 、500 kPa轉(zhuǎn)換時(shí)，個(gè)別車輛制動不緩解的問題時(shí)有發(fā)生。車輛“抱閘”運(yùn)行，或被攔?；虿羵囕啠瑖?yán)重時(shí)會發(fā)生脫軌甚至顛覆，嚴(yán)重危及行車安全。

1.2 打通運(yùn)輸節(jié)點(diǎn)的需要

《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(普速鐵路部分)第261條規(guī)定：“遇機(jī)車換掛需將自動制動機(jī)列車主管壓力由600 kPa改為500 kPa時(shí)，摘機(jī)前應(yīng)對列車主管實(shí)施一次170 kPa的最大減壓量操作。”相應(yīng)鐵路局集團(tuán)公司為確保制動貨物列車主管壓力600 kPa 、500 kPa轉(zhuǎn)換后的運(yùn)行安全，均制定了嚴(yán)格的操作規(guī)定和安全措施，延長了主管壓力轉(zhuǎn)換車站的作業(yè)時(shí)間，影響了運(yùn)輸效率。

1.3 統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的需要

由于貨物列車主管壓力并存，機(jī)車車輛設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)、配套相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)人員作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，均存在兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，既不能完全實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，更在一定程度上產(chǎn)生了成本、效率的浪費(fèi)。

2 兩種制動主管壓力仿真與試驗(yàn)研究

2.1 不同定壓下的列車運(yùn)行時(shí)分仿真計(jì)算

根據(jù)《技規(guī)》第20表普通貨車每輛換算閘瓦壓力數(shù)值，得到貨物列車每百噸列車質(zhì)量換算閘瓦壓力(考慮6%關(guān)門車)，查得分別按80 km/h運(yùn)行和按90 km/h運(yùn)行的限速值如圖1、圖2所示[6]。

圖1 80 km/h限速值

圖2 90 km/h限速值

由圖2可知，不同定壓值下，列車運(yùn)行限速值不同。600 kPa定壓下，貨車起始限速坡道值大于同速度等級下500 kPa限速起始坡度值。據(jù)此結(jié)論，選擇太中銀線路進(jìn)行長大下坡道研究和列車運(yùn)行時(shí)分分析。根據(jù)線路的長大下坡道數(shù)據(jù)，采用牽引計(jì)算程序?qū)Φ湫徒宦愤M(jìn)行運(yùn)行時(shí)分仿真計(jì)算。

(1)線路條件

太中銀線北六堡至迎水橋全長734 km，定邊至銀川南長183 km，途經(jīng)線路分別歸太原、西安、蘭州鐵路局管轄，其上行線坡道長度及占比為66.4 km/9.0%，下行線坡道長度及占比為25.0 km/3.4%，其長大下坡道及限速情況見表1。

表1 太中銀線長大下坡道及限速

(2)工況選擇

綜合以上長大下坡道分布和機(jī)車運(yùn)行交路情況，選擇榆次(中鼎物流園K969.832)至定邊(K1462.577)區(qū)間進(jìn)行牽引計(jì)算。上行、下行方向運(yùn)行均途經(jīng)西安局、太原局全部長大坡道，列車編組為HXD1+4 500 t(C64K)。

(3)牽引計(jì)算結(jié)果

中鼎物流園至定邊區(qū)間全長492.7 km，按最高速度90 km/h運(yùn)行，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 太中銀線區(qū)間運(yùn)行時(shí)分計(jì)算結(jié)果

由表2可知，定壓600 kPa與定壓500 kPa相比，上、下行方向運(yùn)行時(shí)分分別縮短246 s和84 s。

2.2 不同定壓下的列車運(yùn)行試驗(yàn)

為進(jìn)一步研究貨物列車制動主管500 kPa與600 kPa定壓值對列車運(yùn)行的影響，在西康線田王至柞水間對貨物列車常用全制動停車及緊急制動停車兩種工況進(jìn)行了試驗(yàn)。

(1)運(yùn)行試驗(yàn)編組

下行方向(田王至柞水)編組如下：

HXD 11178機(jī)車+SY 999300試驗(yàn)車+51輛貨車。

上行方向(柞水至田王)編組如下：

HXD 11178機(jī)車+51輛貨車+SY 999300試驗(yàn)車。

為了模擬列車在6%關(guān)門車下的制動距離，運(yùn)行試驗(yàn)全程上下行均將第4、6和50位共計(jì)3輛貨車(貨車計(jì)數(shù)不包括試驗(yàn)車和機(jī)車)人為設(shè)置為關(guān)門車。

(2)測點(diǎn)布置及測試設(shè)備

本次試驗(yàn)共布置測點(diǎn)10個(gè)，測點(diǎn)布置與測試設(shè)備見表3所示。

表3 測點(diǎn)布置與測試設(shè)備

(3)常用全制動停車測試結(jié)果及分析

2種列車管定壓共進(jìn)行了長大下坡道和平道常用全制動停車共計(jì)8次試驗(yàn)，兩種定壓平道及坡道常用全制動試驗(yàn)位置基本一致，試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表4所示。

表4 常用全制動停車試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

由表4可知：

平道常用全制動工況下，600 kPa定壓時(shí)兩次制動平均初速為79.9 km/h，平均制動距離為839 m；500 kPa定壓時(shí)兩次制動平均初速為79.4 km/h，平均制動距離為884 m。定壓500 kPa比600 kPa平均值增加45 m，增加約5.4%。

坡道常用全制動工況下，600 kPa定壓時(shí)兩次制動平均初速為80.4 km/h，平均制動距離為1 215 m；500 kPa定壓時(shí)兩次制動平均初速為80.2 km/h，平均制動距離為1 330 m。定壓500 kPa比600 kPa平均值增加115 m，增加約9.5%。

(4)緊急制動停車測試結(jié)果及分析

2種列車管定壓共進(jìn)行了長大下坡道和平道緊急制動停車共計(jì)8次試驗(yàn)，兩種定壓平道及坡道緊急制動試驗(yàn)位置基本一致，試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表5所示。

由表5可知：

平道緊急制動工況下，600 kPa定壓時(shí)兩次制動平均初速為80.7 km/h，平均制動距離為673 m；500 kPa定壓時(shí)兩次制動平均初速為80.8 km/h，平均制動距離為758 m。定壓500 kPa比600 kPa緊急制動距離平均值增加75 m，增加約11.1%。

表5 緊急制動停車試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

坡道緊急制動工況下，600 kPa定壓時(shí)兩次制動平均初速為80.2 km/h，平均制動距離為725 m，與限值800 m相比安全余量為10%；500 kPa定壓時(shí)兩次制動平均初速為80.6 km/h，平均制動距離為791m，與限值800 m相比安全余量為1%。定壓500 kPa比600 kPa緊急制動距離平均值增加66 m，增加約9.1%。

可見，定壓600 kPa較500 kPa時(shí)緊急制動距離更短，安全余量更大。

3 兩種制動主管壓力對列車運(yùn)行影響及統(tǒng)一方案分析

由于制動主管壓力500 kPa、600 kPa在充風(fēng)時(shí)間、制動缸壓力等制動特性上的不同，使貨物列車在制動距離、百噸換算閘瓦壓力、制動限速、列車操縱等運(yùn)用上也體現(xiàn)出一定的差異。貨物列車統(tǒng)一采用何種制動主管壓力需要綜合考慮各種因素的影響[7]。

3.1 制動主管壓力統(tǒng)一至500 kPa可行性

根據(jù)貨車設(shè)計(jì)計(jì)算及相關(guān)線路試驗(yàn)結(jié)果，貨物列車制動主管壓力500 kPa滿足制動距離要求。國鐵I級線路(普速)的最大限制坡道為12‰(內(nèi)燃)和15‰(電力)，貨物列車按最高速度80 km/h運(yùn)行基本沒有限制，若按最高速度90 km/h在5‰及以上的下坡道時(shí)需要限速運(yùn)行。由于列車運(yùn)行時(shí)分受到線路限速、分相、坡道等多重因素制約，相對于制動主管壓力600 kPa的貨物列車，坡道限速對列車運(yùn)行時(shí)分影響很小。將貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一至500 kPa具有一定的可行性。

貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一采用500 kPa目前仍然存在現(xiàn)實(shí)性問題需要解決。大秦、瓦日、唐呼等重載線路及寶成、太焦等高坡線路，自開通以來，貨物列車制動主管壓力始終為600 kPa，經(jīng)過了一系列的運(yùn)行試驗(yàn)及理論研究，也經(jīng)過了多年的時(shí)間驗(yàn)證，形成了成套的、成熟的技術(shù)體系和理論體系，如將其制動主管壓力統(tǒng)一至500 kPa，勢必要經(jīng)過大量的試驗(yàn)和研究。若貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一采用500 kPa、重載線路及高坡線路采用600 kPa，主管壓力500 kPa、600 kPa并存的局面仍然會在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)存在，制動主管壓力轉(zhuǎn)換帶來的列車“抱閘”運(yùn)行等安全風(fēng)險(xiǎn)仍無法徹底消除，影響運(yùn)輸效率的問題仍然存在[8]。

3.2 制動主管壓力統(tǒng)一至600 kPa可行性

通過前述分析可以看出，制動主管壓力600 kPa的貨物列車制動能力、運(yùn)輸效率等方面，均能滿足運(yùn)輸安全生產(chǎn)需求，已有部分鐵路局集團(tuán)公司將管內(nèi)貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一至600 kPa。將貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一至600 kPa同樣具有一定的可行性[9]。

目前，從理論分析和運(yùn)用實(shí)踐來看，貨物列車采用主管定壓600 kPa有3個(gè)問題需要深入研究：

(1)相對于制動主管壓力500 kPa的貨物列車，制動主管壓力600 kPa的貨物列車初充風(fēng)時(shí)間較長，是否對運(yùn)輸效率造成影響仍需研究。

(2)制動主管壓力600 kPa相對于500 kPa，車輛制動系統(tǒng)壓力更高，在環(huán)境溫度較低的情況下，特別是在東北、西北的冬季，車輛制動系統(tǒng)泄漏的概率可能會增加。

(3)制動主管壓力600 kPa相對于500 kPa，大減壓量特別是緊急制動工況下，輪軌關(guān)系還需進(jìn)一步深入研究。

3.3 制動主管壓力執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)建議

(1)制動主管壓力統(tǒng)一至600 kPa

綜合考慮制動主管壓力500 kPa、600 kPa利與弊，建議將貨物列車主管壓力統(tǒng)一至600 kPa。

①更有利于確保行車安全。在全制動、緊急制動時(shí)，制動主管壓力600 kPa相對于500 kPa，制動距離更短，能夠在緊急情況下，留給司機(jī)更多的反應(yīng)及處置時(shí)間，對確保行車安全極為有利；能夠徹底消除制動主管壓力600 kPa、500 kPa轉(zhuǎn)換地點(diǎn)及編組站等樞紐地區(qū)調(diào)車作業(yè)中，因制動主管壓力轉(zhuǎn)化帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

②更有利于提高運(yùn)輸效率。目前，快速貨物班列運(yùn)行速度120 km/h，大部分貨物列車運(yùn)行速度80 km/h，部分區(qū)段貨物列車提速至90 km/h運(yùn)行。在當(dāng)前的貨物列車運(yùn)行速度體系下，制動主管壓力500 kPa、600 kPa對列車運(yùn)行時(shí)分的影響較小，但制動主管壓力600 kPa的貨物列車在每百噸列車質(zhì)量換算閘瓦壓力與坡道、速度的關(guān)系中，具有更大的優(yōu)勢，可以為貨物列車提速預(yù)留更大的空間，從鐵路運(yùn)輸發(fā)展的長遠(yuǎn)來看是有利的。

③更有利于統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，旅客列車、特快及快速貨物班列制動主管壓力為600 kPa，其他列車制動主管壓力500 kPa、600 kPa并存。貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一600 kPa后，我國所有列車制動主管壓力將實(shí)現(xiàn)真正意義上的統(tǒng)一，在機(jī)車車輛設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)、配套相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)人員作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等方面實(shí)現(xiàn)簡統(tǒng)。

(2)制動主管壓力統(tǒng)一至600 kPa保障措施

制動主管壓力600 kPa相對于500 kPa列車初充風(fēng)時(shí)間長，多發(fā)生在列車產(chǎn)生緊急制動、貨車解體保留等制動主管壓力為零的情況下，此類場景屬小概率事件，對運(yùn)輸效率也無太大影響。

①深入研究車輛制動系統(tǒng)密封性與制動主管壓力、環(huán)境溫度、使用年限的關(guān)系。在既有的技術(shù)設(shè)備條件下，可考慮在環(huán)境溫度達(dá)到一定值的前提下，適當(dāng)放寬“列車制動主管的壓力1 min內(nèi)泄漏不得超過20 kPa”的限制，哈爾濱局集團(tuán)公司已有先例。

②深入研究貨物列車允許開車的制動主管最低壓力。理論上，列車全列緩解即可啟動列車，一方面可提高運(yùn)輸效率，另一方面也可降低人為關(guān)閉列車管折角塞門導(dǎo)致列車放飏的可能性。貨物列車允許開車的制動主管最低壓力，應(yīng)綜合考慮列車編組、線路條件、列車調(diào)速時(shí)機(jī)等因素確定，不能一概而論。

③深入研究車輛車輪擦傷的深層次原因及其與貨物列車制動主管壓力的關(guān)系。結(jié)合列車運(yùn)行速度、機(jī)車工況、制動力、機(jī)車車輛技術(shù)狀態(tài)、天氣條件等情況，建立模型，開展大數(shù)據(jù)分析，查找車輛車輪擦傷的規(guī)律性因素，研究車輛車輪擦傷與貨物列車制動主管壓力的關(guān)聯(lián)性，以便采取針對性措施。

4 結(jié)束語

統(tǒng)一貨物列車制動主管壓力執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)非常必要，也尤為迫切?？陀^上講，貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一至500 kPa或600 kPa均具有可行性，按照趨利避害的原則，統(tǒng)一至600 kPa更為有利。貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一至600 kPa后，還應(yīng)在一段時(shí)間內(nèi)，持續(xù)對相關(guān)情況進(jìn)行寫實(shí)分析，開展基礎(chǔ)性、應(yīng)用性系列研究及試驗(yàn)，針對運(yùn)用中暴露出的問題，制定針對性整治措施，確保統(tǒng)一貨物列車制動主管壓力執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)平穩(wěn)過渡，持續(xù)安全。