淺談2萬t列車長波浪制動的風(fēng)險及對策

文/賀大兵

1 朔黃鐵路基本情況

朔黃鐵路西起山西省神池縣神池南站，東至河北省黃驊市黃驊港站，正線總長近598 公里，為國家I 級干線、雙線電氣化重載鐵路。朔黃鐵路地形復(fù)雜，自西向東，海拔高度差達(dá)1527m，重車線最大上坡道為4‰、最大下坡道為12‰，最小曲線半徑400m。西柏坡以西主要為山區(qū)鐵路，上下行正線曲線369 條，總延長189.99km，其中R400m≦L≦R800m 曲線223 條，總延長129.26km；橋梁133 座，總延長28.07km；隧道77 座，總延長266.37km。西柏坡以東相對平緩，朔黃鐵路2 萬t 列車編組方式為：1 臺HXD1 型交流機(jī)車+108 輛C80/C80B 型車輛+1 臺HXD1 型交流機(jī)車+108 輛C80/C80B 型車輛+可控列尾，基于LTE-R4G 無線網(wǎng)絡(luò)平臺并搭載TD-LTE 無線重聯(lián)設(shè)備。截至2020年6月30日，2 萬t 列車上行重車?yán)塾嬮_行29000余列，完成煤炭運(yùn)輸5.01 億噸，日均開行2 萬t列車32～38 對。

2 2 萬t 列車操縱原則及風(fēng)險

2.1 2 萬t 列車長大下坡道操縱基本原則

實(shí)踐證明，2 萬t 列車在緩解后18～50s之間，從控機(jī)車將產(chǎn)生較大的車鉤力，特別是整列處于長大下坡道或整列處于平原起伏區(qū)段緩解后，從控機(jī)車的車鉤力更加明顯（試驗(yàn)表明：同編組列車制動試驗(yàn) 19 次，其中11 次出現(xiàn)大于1000kN 車鉤力，占比約58%，最大拉鉤力為1358kN，最大壓鉤力為1429kN）?；谏鲜鲈?，朔黃線2 萬t 列車在神池南—原平南、南灣—西柏坡兩個長大下坡道區(qū)段采用“長波浪”制動法，盡可能延長制動距離，減少制動次數(shù)。

2.2 長波浪制動的風(fēng)險

“長波浪”制動法雖然延長了列車制動距離，減少制動次數(shù)，有效降低了列車緩解時產(chǎn)生的車鉤力，但是朔黃線神池南—原平南、南灣—小覺兩個長大下坡道區(qū)段仍然存在停不住以及停車后自然溜動的隱患。針對低速運(yùn)行停不住的現(xiàn)象，如果采用追加減壓措施，易發(fā)生“撞墻效應(yīng)”。

3 列車受力分析

3.1 典型案例

2018 年5月20日，主控HXD17008 機(jī)車、從控HXD17188 機(jī)車，擔(dān)當(dāng)神池南至肅寧北間28566 次牽引任務(wù)，牽引216 輛，總重21600t，換長237.6m。因接收綠黃燈信號司機(jī)采用初減壓制動，停于龍宮至北大牛間57.973km 處，停車3 分25 秒后列車發(fā)生了自然溜動現(xiàn)象。數(shù)據(jù)記錄：20 時02 分10 秒，時速39km/h，44.637km 處常用減壓40kPa（滿壓590kPa）；20時13 分26 秒，時速度49km/h 機(jī)車接收綠黃燈信號，機(jī)車再生力逐步加至400kN；20 時22 分08 秒，停于57.973km 處（地面590#信號機(jī)紅燈），停車后列車管壓力為550kPa，機(jī)車閘缸壓力為300kPa；20 時25 分33 秒，同等狀態(tài)下，列車向前溜動，最高速度1km/h，司機(jī)立即采取追加減壓措施；20 時26 分，停于57.994km 處，向前共計運(yùn)行了21m[1]。

3.2 案例分析

列車停留位置線路縱斷面為-11‰L475m、-12‰L800m、-11.5‰L550m、-10.5‰L858m。編組216 輛C80 車體，總重21600t，HXD1 型機(jī)車自重200t。

3.2.1 列車制動力及“下滑力”

經(jīng)計算，加算坡度千分?jǐn)?shù)(ij)為11.3；列車速度0km/h 時的“下滑力”為1678kN；列車速度5km/h 的下滑力為2229kN；減壓50kPa，列車速度0km/h 時的制動為2365kN，列車速度5km/h 的制動力為2292kN。

依據(jù)《牽規(guī)》：25t 軸重重載貨物列車裝有120 型制動機(jī)及高磨合成閘瓦，列車主管壓力為600kPa 時，每輛車換算閘瓦壓力(Kh)為200kN，列車管減壓50kPa 的常用制動系數(shù)（βc）為0.17。

10.95×216≈2365kN——（減壓50kPa，速度0km/h）

10.61×216≈2292kN——（減壓50kPa，速度5km/h）

3.2.2 列尾及BCU 數(shù)據(jù)（見表1）

通過“表1”得知：28566 次列車實(shí)際減壓49kPa，機(jī)車列車管壓力和尾部車輛列車管壓力同步下降，未出現(xiàn)壓力波動現(xiàn)象，未見主控或從控機(jī)車瞬間充風(fēng)現(xiàn)象。

3.2.3 神池南至北大牛間循環(huán)制動數(shù)據(jù)（見表2）

通過“表2”得知：列車在神池南站始發(fā)時，車輛尾部壓力為601kPa，達(dá)到了“滿壓”狀態(tài)。之后的循環(huán)制動過程中列車尾部壓力逐漸衰減，最低586kPa，其主要原因是：“該區(qū)段是連續(xù)長大下坡道，受緩解速度不低于35km/h、制度初速不高于65km/h 及再生力不超過400kN的限制”，列車充風(fēng)空間有限。隨著列車尾部壓力的衰減，列車制動效率降低，相同減壓量下所獲得的制動力也隨之降低。

表1 28566 次列車溜動前后的BCU 及列尾數(shù)據(jù)記錄

表2 28566 次列車神池南-北大牛間循環(huán)制動列尾數(shù)據(jù)記錄

3.2.4 結(jié)論

2 萬t 列車運(yùn)行在加算坡度為11.3‰的長大下坡道，時速5km/h 時的“下滑力”為2229kN。由于循環(huán)制動過程中列車制動力逐漸衰減，減壓50kPa 所獲得的制動力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論計算值2292kN，實(shí)際制動力小于“下滑力”，列車呈加速狀態(tài)。為了防止列車超速，機(jī)車投入一定的再生力（最大400kN，主從控機(jī)車合計800kN），再生力一方面壓縮車輛緩沖器，另一方面與列車制動力一同克服了“下滑力”，控制列車呈降速狀態(tài)。當(dāng)列車速度降至5km/h，機(jī)車再生力解除（HXD1 型交流機(jī)車控制特性表明，速度小于5km/h 時再生力自動解除），制動力難以克服“下滑力”，導(dǎo)致列車低速長時間運(yùn)行，出現(xiàn)停不住的現(xiàn)象。列車在制動停車的過程中，由于前部車輛制動力較后部車輛大，前部車輛先于后部車輛停車，之后在后部車輛向前“涌動力”、車輛緩沖器“釋放力”及整列車“下滑力”的共同作用下，克服了列車制動力，導(dǎo)致列車停車后發(fā)生自動溜動現(xiàn)象。

4 長波浪制動的對策

4.1 選擇合適的時機(jī)追加減壓

2 萬t 列車運(yùn)行在長大下坡道區(qū)段，遇信號、機(jī)車等設(shè)備故障導(dǎo)致的被迫停車時，掌握列車速度在20km/h 以上時追加減壓至70kPa（計算制動力為5151kN），防止“撞墻效應(yīng)”的發(fā)生。停車20 分鐘后仍不具備發(fā)車條件，立即追加減壓至100kPa，防止列車溜逸。

4.2 減壓不足70kPa 嚴(yán)禁離開司機(jī)室

2 萬t 列車運(yùn)行在長大下坡道區(qū)段，遇停車緩風(fēng)、列車追蹤等信號、即停即開的情況時，停車后乘務(wù)員嚴(yán)禁離開司機(jī)室，密切注意列車動態(tài)，發(fā)現(xiàn)列車有溜逸跡象時果斷采取追加減壓措施；遇紅燈停車時，嚴(yán)禁停于距信號200m 范圍以內(nèi)；減壓不足70kPa 嚴(yán)禁檢查機(jī)車走行部；檢查鉤緩裝置時，密切注意本列及鄰線列車動態(tài)，避免趴在或緊貼機(jī)車、車輛下部作業(yè)，防止列車自然溜動造成人身傷害[2]。

5 結(jié)語

自2016年3月9日以來，朔黃線累計開行上行2 萬t 列車29000 余列。雖然積累了一些操縱方面的經(jīng)驗(yàn)，但是還有很多沒有意識到或是未能有效控制的風(fēng)險，如：列車處在什么樣的線路縱段面才能有效降低緩解后產(chǎn)生的車鉤力、如何解決帶閘過分相過程中從控機(jī)車產(chǎn)生的較大車鉤力及長大下坡道區(qū)段列車制動力衰減所帶來的潛在風(fēng)險等。2 萬t 列車運(yùn)行安全關(guān)乎朔黃鐵路運(yùn)輸?shù)拈L治久安，有待進(jìn)一步研究和探索，不斷挖掘風(fēng)險、分析緣由、制定管控措施，將2 萬t 列車安全風(fēng)險降低至可承受范圍內(nèi)。