長大下坡道重載列車管壓異常變化導(dǎo)致列車制動(dòng)力突變的思考

劉釗

（國家朔黃鐵路公司機(jī)輛分公司，河北 滄州 062350）

1 事件概況

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車站，線路全長603km，歷經(jīng)普通貨物列車、組合萬噸、單元萬噸、1.6 萬噸、1.74 萬噸、2萬噸重載列車，目前3 萬噸列車開行已提上日程，面臨的安全壓力與日俱增。近期，朔黃鐵路上行龍宮至北大牛間50～64km 處，發(fā)生10 起列車管壓力異常波動(dòng)，導(dǎo)致列車被迫停車事件。其中，5 起管壓異常波動(dòng)造成速度快速上漲，乘務(wù)員被迫采取最大減壓量停車；5 起因列車管壓力異常下降，導(dǎo)致制動(dòng)力增強(qiáng)。

2 制動(dòng)故障的類型及危害

朔黃鐵路重載列車編組形式分為1+1 組合及2+0單元萬噸，2 萬噸列車為機(jī)車+車輛+機(jī)車+車輛+可控列尾，萬噸列車為機(jī)車+機(jī)車+車輛+可控列尾。每臺電力機(jī)車都具備獨(dú)立的制動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，直流機(jī)車為DK-1 制動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，交流機(jī)車為DK-2 制動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。在正常運(yùn)行過程中，從控機(jī)車制動(dòng)機(jī)接收主控機(jī)車經(jīng)無線同步系統(tǒng)發(fā)送的相關(guān)指令后，產(chǎn)生制動(dòng)或緩解作用。當(dāng)機(jī)車制動(dòng)機(jī)某部發(fā)生故障時(shí)，列車將產(chǎn)生不同的制動(dòng)作用。

對列車制動(dòng)機(jī)故障類型及現(xiàn)象進(jìn)行梳理：

一是故障類型：按照制動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分為電器部件故障、機(jī)械部件故障、空氣管路故障。

二是故障現(xiàn)象：緊急制動(dòng)、制動(dòng)失效、緩解失效、自動(dòng)制動(dòng)、自動(dòng)緩解。

近期，朔黃鐵路發(fā)生的10 起典型制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)不良事件。在運(yùn)行中，列車部分車輛制動(dòng)力突然增強(qiáng)或減弱，導(dǎo)致車鉤頻繁拉、壓變化，橫向力、縱向力突然增大。當(dāng)司機(jī)施行追加減壓時(shí)，受制動(dòng)延時(shí)的影響，列車將產(chǎn)生較大的縱向力，存在一定的安全隱患。若司機(jī)采取措施不及時(shí)或制動(dòng)機(jī)嚴(yán)重不良，列車長時(shí)間超速運(yùn)行，通過小曲線半徑、橋梁、隧道等困難區(qū)段，將大大增加列車脫軌、顛覆的危險(xiǎn)系數(shù)，嚴(yán)重影響列車運(yùn)行安全。

3 故障分析的排查情況

3.1 線路情況分析

龍宮－北大牛區(qū)間上行線K50-K60 線路信息：橋梁5 座、隧 道17 座、涵洞27 個(gè)、曲 線10 條（R=500m 曲線7 條、R=600m 曲 線1 條、R=1000m 曲 線1 條、R=2000m 曲線1 條）、10‰～12‰下坡道。

3.2 乘務(wù)員操縱情況分析

列車運(yùn)行至龍宮站內(nèi)42～43km 處緩解，再充風(fēng)運(yùn)行至43～45km 處，速度51～57km/h，列車減壓50kPa 調(diào)速，乘務(wù)員采用長波浪制動(dòng)操作，機(jī)車再生力120～230kN。全列帶閘運(yùn)行11～13km 后，其中5 列出現(xiàn)列車管壓5～20s 異常波動(dòng)，上漲3～5kPa。乘務(wù)員發(fā)現(xiàn)列車快速上漲，被迫采取最大減壓量停車；另外5 列出現(xiàn)列車管壓力12～65s 下降8～18kPa，導(dǎo)致制動(dòng)力增強(qiáng)。操縱符合《鐵路機(jī)車操作規(guī)則》（TG/JW104—2012）、《列車操縱示意圖》及列車操縱提示卡相關(guān)要求。

3.3 機(jī)車、設(shè)備數(shù)據(jù)分析

3.3.1 機(jī)車類型分析

此次事件涉及19 臺機(jī)車，涵蓋神華號、和諧號交流機(jī)車，SS4G 直流機(jī)車3 種車型，相關(guān)機(jī)車近期分別進(jìn)行了C1、C2、3X 等修程，修后走行1222～73092km不等。近期，機(jī)車無線重聯(lián)裝置、控制系統(tǒng)未做過改動(dòng)。在檢修過程中，按照檢修工藝范圍對機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行檢查及試驗(yàn)，作業(yè)正常，近期無類似故障提票。

3.3.2 機(jī)車制動(dòng)控制單元數(shù)據(jù)分析

（1）列車管壓異常上升。通過機(jī)車BCU、CCU 數(shù)據(jù)分析，列車管壓力波動(dòng)時(shí)主車比從車快3～5s，故障時(shí)刻列車管壓力出現(xiàn)壓力波動(dòng)過程。列車管壓力波動(dòng)時(shí)，主控機(jī)車大閘在制后中立位保壓，電信號無異常、P01 目標(biāo)值、均衡風(fēng)缸無變化，主從車通信正常。同時(shí)，流量監(jiān)控器無充風(fēng)流量，且列車管壓波動(dòng)前，列車速度已處于異常上升狀態(tài)，上升速率為7km/h（與列車在長大下坡道緩解后再生工況下加速度相當(dāng)）。

（2）列車管壓力異常下降。通過主從控機(jī)車BCU數(shù)據(jù)分析顯示，制動(dòng)保壓狀態(tài)下，大閘在中立位，目標(biāo)值和均衡風(fēng)缸無變化，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)顯示正常（見圖1）。

圖1 BCU 數(shù)據(jù)分析

3.3.3 列尾裝置數(shù)據(jù)分析

通過對列尾主機(jī)以及列尾車載數(shù)據(jù)分析，重載列車列尾在跟隨排風(fēng)過程中，尾部管壓呈持續(xù)下降趨勢。排風(fēng)完成后，尾部管壓恒定在目標(biāo)值。當(dāng)列車管出現(xiàn)異常變化時(shí)，列尾裝置無排風(fēng)記錄，無異常漏風(fēng)記錄。

3.4 車輛情況分析

此次事件涉及列車編組車輛為二七車輛廠、內(nèi)蒙古一機(jī)廠、齊齊哈爾車輛廠、株洲車輛廠生產(chǎn)的混編C80 車輛，裝設(shè)120-1 型車輛制動(dòng)機(jī)。通過列車編組情況分析，其中發(fā)生列車管壓力異常上升的5 列車，均最少有54 輛車體增設(shè)C80 自動(dòng)防溜裝置；發(fā)生列車管壓力異常下降的5 列車，其中4 列增設(shè)C80 自動(dòng)防溜裝置。

3.5 模擬試驗(yàn)情況

3.5.1 還原試驗(yàn)

對發(fā)生異常的兩列重載列車進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)，模擬龍宮至北大牛列車操縱情況，其中一列車前部58 輛，共有5 輛車在保壓10min 左右發(fā)生自然緩解，分別為機(jī) 后20 位、24 位、28 位、36 位、54 位；另一列未見異常。

3.5.2 專項(xiàng)試驗(yàn)

（1）通過對裝有防溜裝置和未裝防溜裝置的列車循環(huán)制動(dòng)減壓50kPa，對比分析充排風(fēng)時(shí)間，其中充風(fēng)時(shí)間延長7s、排風(fēng)時(shí)間延長18s。

（2）通過機(jī)車制動(dòng)機(jī)補(bǔ)風(fēng)功能、遮斷閥竄風(fēng)、機(jī)車連接處泄漏三項(xiàng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在機(jī)車制動(dòng)機(jī)處于非正常的情況下，列車管壓力均不會產(chǎn)生回風(fēng)或波動(dòng)現(xiàn)象。

（3）通過對裝設(shè)車輛防溜器編組列車進(jìn)行試驗(yàn)，在常用制動(dòng)50kPa 保壓情況下，分別開關(guān)5 輛、10 輛、20 輛、30 輛自動(dòng)防溜裝置調(diào)節(jié)閥塞門，列車管壓力有回升，最小1kPa，最大3kPa，車輛未發(fā)生緩解現(xiàn)象。

（4）模擬72 位車輛列管泄漏，初制動(dòng)減壓后保壓10min，列車管壓力在549kPa～526kPa～545kPa 范圍內(nèi)波動(dòng)，并出現(xiàn)95 輛車輛緩解，其余車輛制動(dòng)正常。其中模擬111 位車輛列管泄漏，初制動(dòng)減壓后保壓10min，列車管壓力在545kPa～536kPa～542kPa 范圍內(nèi)波動(dòng)，并出現(xiàn)103 輛車輛緩解[12、41-45、47-70（53、58 制動(dòng)）、81-118、129-143、145-168（162 制動(dòng)）、216]，其余車輛制動(dòng)正常。

（5）模擬列尾故障排風(fēng)試驗(yàn)。列車初制動(dòng)減壓后保壓10min 時(shí)，列尾裝置電磁閥故障打開10s，列車管列車下降7kPa，出現(xiàn)機(jī)后129 位至216 位88 車輛緩解。

3.6 120-1 型車輛制動(dòng)機(jī)加速制動(dòng)和緊急增壓作用原理

與120 閥相比，120-1 閥增加了常用加速制動(dòng)和緊急增壓等性能，加速制動(dòng)作用明顯縮短了常用制動(dòng)減壓時(shí)間，縮短了制動(dòng)距離，減小了列車沖動(dòng)，有利于重載列車運(yùn)行。這兩個(gè)功能都是通過對滑閥的結(jié)構(gòu)改動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。常用加速制動(dòng)是通過在滑閥底面增加一個(gè)孔，與一局減孔相連。制動(dòng)位時(shí)，此孔與滑閥套列車管相通，將列車管壓縮空氣通過局減聯(lián)絡(luò)槽始終排大氣，加快列車管排風(fēng)速度。當(dāng)制動(dòng)保壓后，節(jié)制閥切斷排大氣通路，加速制動(dòng)作用結(jié)束。120-1 閥緊急增壓作用是通過增加加緩風(fēng)缸和副風(fēng)缸溝通孔來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)緊急制動(dòng)時(shí)，通過此孔將滑閥套加緩風(fēng)缸通路與滑閥室副風(fēng)缸連通，制動(dòng)缸壓力有所上升。

3.7 車輛防溜器作用原理

對制動(dòng)停車后的列車和車輛采取防溜作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員只需緩慢排空列車制動(dòng)主管風(fēng)壓，車輛自動(dòng)防溜器檢測到主管風(fēng)壓為零的信號后，自動(dòng)防溜器作用，鎖住制動(dòng)缸活塞桿，阻止回縮，使其通過基礎(chǔ)制動(dòng)裝置始終對閘瓦保持適當(dāng)壓力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防溜，達(dá)到和人工擰緊人力制動(dòng)機(jī)相同的防溜效果。該裝置在列車制動(dòng)主管引出制動(dòng)支管，增設(shè)容積為1L 的延時(shí)風(fēng)缸和孔徑為0.8mm 的絲堵，通過延時(shí)風(fēng)缸、絲堵和雙向比較閥實(shí)現(xiàn)列車管與防溜裝置風(fēng)壓一致，保障列車制動(dòng)、緩解作用良好（見圖2）。

圖2 自動(dòng)防溜器原理及現(xiàn)場圖片

3.8 故障分析判斷情況

通過對列車管壓力、機(jī)車類型、運(yùn)行速度、充風(fēng)時(shí)間、線路狀態(tài)、車輛類型、車輛編號等7 個(gè)項(xiàng)點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化規(guī)律分析發(fā)現(xiàn)，事件發(fā)生的地點(diǎn)集中在龍宮至北大牛區(qū)間54～57km 處、列車管壓力變化情況基本一致（異常上升3～5kPa、異常下降8～18kPa）、運(yùn)行速度接近（管壓異常下降時(shí)速度在60～70km/h 間，管壓異常上升時(shí)速度為70km/h 以上）、制動(dòng)時(shí)尾壓一致（584～588kPa）、管壓上升的車輛編組有同類（編組列車內(nèi)均裝設(shè)防溜器車輛）。綜合機(jī)車、車輛制動(dòng)性能及專項(xiàng)模擬試驗(yàn)結(jié)果判斷，在整列車制動(dòng)狀態(tài)下，發(fā)生自然緩解的原因是列車管系漏泄導(dǎo)致列車管壓力波動(dòng)，引起前、后部車輛壓力流動(dòng)均衡。

4 安全保障措施

一是持續(xù)做好機(jī)車車輛相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)梳理，對機(jī)車同步、BCU、可控列尾數(shù)據(jù)及控制模式、車輛狀態(tài)信息進(jìn)行深入分析，從邏輯關(guān)系控制指令層面杜絕重聯(lián)列車前后指令不跟隨、不同步的現(xiàn)象。二是120-1 閥較傳統(tǒng)120 閥對比增加了一個(gè)局減孔，制動(dòng)保壓時(shí)始終與列車管溝通，只靠節(jié)制閥切斷，車輛部門利用修程加強(qiáng)節(jié)制閥的維保。同時(shí)重點(diǎn)對各結(jié)合面膠墊及O 型圈、局減閥模板、滑閥、主閥模板及O 型圈進(jìn)行泄露試驗(yàn)，增加動(dòng)態(tài)仿真模擬，避免運(yùn)行中車輛泄露超標(biāo)導(dǎo)致部分車輛自然緩解。三是進(jìn)入長大下坡道區(qū)段的始發(fā)重載列車發(fā)車前，應(yīng)結(jié)合區(qū)段內(nèi)列車操縱情況針對性開展制動(dòng)保壓試驗(yàn)，充分考慮困難區(qū)段線路狀態(tài)，核定保壓試驗(yàn)時(shí)間及漏泄量標(biāo)準(zhǔn)，避免長波浪制動(dòng)周期中漏泄超標(biāo)導(dǎo)致自然緩解發(fā)生。四是相關(guān)單位做好防溜器的維護(hù)保養(yǎng)，重點(diǎn)對風(fēng)管連接處、雙向電磁閥等關(guān)鍵部件狀態(tài)進(jìn)行檢查，避免出現(xiàn)因漏泄、卡滯等原因?qū)е碌牧熊嚬軌毫Σ▌?dòng)。五是加強(qiáng)化尾裝置日常維護(hù)保養(yǎng)，重點(diǎn)對列尾排風(fēng)閥口開閉狀態(tài)進(jìn)行檢查，同時(shí)增大電磁控制閥抗干擾補(bǔ)強(qiáng)，避免運(yùn)行中錯(cuò)誤接收指令導(dǎo)致列尾排風(fēng)。六是加強(qiáng)線路狀態(tài)的維護(hù)保養(yǎng)，重點(diǎn)對三角坑、左側(cè)磨、鋼軌傷損等不安全因素進(jìn)行排查整治，做好小曲線半徑、橋隧地段日常巡檢，保障優(yōu)質(zhì)運(yùn)行條件。七是列車在試風(fēng)和長大下坡道運(yùn)行時(shí)，密切注意列車管壓力變化情況；運(yùn)行至山區(qū)、隧道、小曲線半徑等困難區(qū)段，密切關(guān)注無線傳輸狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常果斷采取控速措施。

5 結(jié)語

以上內(nèi)容是對列車管壓力波動(dòng)導(dǎo)致制動(dòng)力變化被迫停車事件的分析理解。導(dǎo)致此次事件，可能是由一個(gè)誘因與一個(gè)或多個(gè)惡劣環(huán)境的耦合所產(chǎn)生。相關(guān)單位應(yīng)以此為契機(jī)，綜合研判重載列車長大下坡道運(yùn)行安全隱患，梳理優(yōu)化設(shè)備故障、技術(shù)尺寸相互臨界、線路條件等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、參數(shù)，始終堅(jiān)持“精心組織、綜合謀劃、系統(tǒng)提升、精準(zhǔn)施策、穩(wěn)妥可靠、萬無一失”安全管理理念，牢固樹立2 萬噸“敬畏”之心，不斷夯實(shí)重載列車安全基礎(chǔ)。