鐵路編組站開展JSQ型車輛?駝峰溜放可行性研究

近年來，隨著我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，鐵路商品汽車運(yùn)輸量也呈現(xiàn)較快的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。鐵路運(yùn)輸商品汽車專用車輛主要有JSQ5和JSQ6 2種車型，其中JSQ6型車占比約92.3%左右。JSQ型車由于車體自身構(gòu)造的特殊性，都屬于禁止通過駝峰的車輛，在編組站需利用禁溜線、迂回線進(jìn)行解編作業(yè)，解體作業(yè)每鉤約需15～18 min，編組作業(yè)大部分需多次平面調(diào)車，作業(yè)效率較低。大量零散、去向分散的JSQ型車輛作業(yè)嚴(yán)重影響了編組站解編作業(yè)效率，因此開展JSQ型車輛駝峰溜放可行性分析研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。結(jié)合JSQ型車輛構(gòu)造及駝峰、線路、道岔等設(shè)備條件，對(duì)編組站開展駝峰溜放JSQ型車輛可能會(huì)出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，研究溜放的可行性，為鐵路編組站開展JSQ型車輛駝峰溜放試驗(yàn)提供借鑒。

1 JSQ型車輛駝峰溜放風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 JSQ型車輛主要技術(shù)參數(shù)

JSQ5和JSQ6型車輛主要技術(shù)參數(shù)如表1所示[1-2]。由表1可知，JSQ5和JSQ6型車輛自重、載重、長(zhǎng)度等指標(biāo)較為接近，車輛定距相同；不同點(diǎn)為JSQ5型車為21 t軸重、采用13A型車鉤、車體為平底結(jié)構(gòu)，JSQ6型車為23 t軸重、采用17型車鉤、車體為凹底結(jié)構(gòu)。由于編組站溜放系統(tǒng)主要針對(duì)常規(guī)車型設(shè)計(jì)，JSQ5和JSQ6型車輛在縱斷面溜放、平面溜放、駝峰控制及調(diào)速、車輛裝載加固方面存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，屬于《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(普速鐵路部分)第296條規(guī)定的禁止通過駝峰車輛[3]。

表1 JSQ5和JSQ6型車輛主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of JSQ5 and JSQ6 wagons

1.2 駝峰及調(diào)車場(chǎng)縱斷面與車底的剮蹭風(fēng)險(xiǎn)

為了便于車輛摘鉤和溜放，駝峰一般包含多個(gè)變坡點(diǎn)，車輛在經(jīng)過駝峰變坡點(diǎn)時(shí)，車輛底部距走行軌頂面的凈空，是2種JSQ型車能否進(jìn)行駝峰溜放的關(guān)鍵。平底結(jié)構(gòu)的JSQ5型車底距鋼軌頂面距離較高，不易發(fā)生剮蹭情況；但由于JSQ6車型是凹底結(jié)構(gòu)，JSQ6型車底距鋼軌頂面距離較低(在空車情況下車底下部最低點(diǎn)距軌面高度為190 mm)，在經(jīng)過變坡點(diǎn)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)車底與軌面剮蹭的風(fēng)險(xiǎn)[4-5]。其次，由于駝峰普遍安裝減速器，減速器的制動(dòng)軌軌面相對(duì)線路鋼軌軌面高，也可能會(huì)出現(xiàn)對(duì)JSQ6型車底剮碰情況。

1.3 駝峰及調(diào)車場(chǎng)平面造成車輛脫軌風(fēng)險(xiǎn)

目前大部分編組站建站年代久遠(yuǎn)，部分調(diào)車場(chǎng)股道的溜放條件比較惡劣，存在曲線半徑較小、前后構(gòu)成S型反向曲線、道岔與曲線夾直線距離較小等情況。由于JSQ型車輛定距較長(zhǎng)，通過上述線路時(shí)，自身彎曲程度較大，可能同時(shí)跨過不同軌道電路區(qū)段，存在車輛脫軌的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，JSQ5采用13型車鉤，車鉤最大偏轉(zhuǎn)角小，連掛溜放時(shí)對(duì)溜放進(jìn)路上線路曲線半徑也有特殊要求[6-7]。最后，由于JSQ型系列車定距較長(zhǎng)，當(dāng)車輛通過減速器在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，可能存在前輪已進(jìn)入道岔區(qū)段，后輪被減速器夾起而引起的車輛跳動(dòng)，也存在脫軌的風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 駝峰控制系統(tǒng)錯(cuò)誤操控風(fēng)險(xiǎn)

我國(guó)駝峰控制系統(tǒng)針對(duì)小換長(zhǎng)車型設(shè)計(jì)，對(duì)超長(zhǎng)的車輛不能自動(dòng)辦理溜放進(jìn)路。JSQ5，JSQ6型車輛換長(zhǎng)均為2.4，車輛定距為20 800 mm，車輛2，3軸距18 970 mm。目前編組站駝峰溜放區(qū)段大多采用6號(hào)或6.5號(hào)單式對(duì)稱道岔，6號(hào)對(duì)稱道岔全長(zhǎng)17 457 mm，小于JSQ型車輛的2，3軸距長(zhǎng)，易出現(xiàn)JSQ型車輛跨過分路道岔或軌道電路前后絕緣節(jié)的情況，可能會(huì)導(dǎo)致軌道電路判斷異常，誤排進(jìn)路而發(fā)生溜放車輛脫軌的風(fēng)險(xiǎn)。

1.5 商品汽車裝載加固方案與駝峰溜放實(shí)際不匹配風(fēng)險(xiǎn)

JSQ型車輛既有裝載加固方案滿足調(diào)車作業(yè)不超過5 km/h的安全連掛和不通過減速器制動(dòng)的要求，由于駝峰溜放作業(yè)速度具有離散性，存在貨物損傷的風(fēng)險(xiǎn)，既有裝載加固方案是否滿足駝峰溜放JSQ型車輛的要求，需要開展相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證。

2 JSQ型車輛駝峰溜放可行性分析

2.1 駝峰縱斷面溜放可行性分析

從理論分析來看，JSQ6型車在不同坡度駝峰溜放時(shí)，其在推送坡與平臺(tái)連接段的變坡點(diǎn)、加速坡與平臺(tái)連接段的變坡點(diǎn)分別存在車底剮蹭的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)《鐵路駝峰及調(diào)車場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，推送坡靠近峰頂應(yīng)設(shè)計(jì)一段壓鉤坡，其坡度一般不應(yīng)小于10‰，不宜大于20‰，困難條件下不應(yīng)大于30‰，峰頂鄰接壓鉤坡的豎曲線半徑不應(yīng)小于350 m[8]。若不考慮車輛走行顛簸、車輛自身形變等影響車底距軌面高度的因素，以在平直線路上車底距軌頂面190 mm的JSQ6型車進(jìn)行計(jì)算，分別計(jì)算JSQ6型車在不同坡度駝峰溜放時(shí)，在推送坡與平臺(tái)連接段的變坡點(diǎn)A的車底與軌頂面距離dA，以及加速坡與平臺(tái)連接段的變坡點(diǎn)B的車底與軌頂面距離dB。A點(diǎn)與B點(diǎn)位置示意圖如圖1所示。

圖1 A點(diǎn)與B點(diǎn)位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the locations of point A and point B

以B點(diǎn)為例，平臺(tái)與加速坡連接段的變坡點(diǎn)B的車底與軌頂面距離dB計(jì)算公式為

式中：d內(nèi)為計(jì)算JSQ6型車內(nèi)軸車底平面與軌面高差，mm；d外為計(jì)算JSQ6型車外軸車底平面與軌面高差，mm；l內(nèi)為JSQ6型車內(nèi)軸距連線在軌面下高差，mm；l外為JSQ6型車外軸距連線在軌面下高差，mm。l內(nèi)與l外示意圖如圖2所示。

圖 2 l內(nèi) 與 l外 示意圖Fig.2 Schematic diagram of l內(nèi) and l外

根據(jù)公式 ⑴ 計(jì)算JSQ6型車在經(jīng)過坡度變化范圍為 15‰ ～ 30‰、連接豎曲線半徑為350 m的推送坡時(shí)，匯總車底距軌面的平均高差，得到JSQ6型車推送坡變坡點(diǎn)理論過峰情況如表2所示。經(jīng)計(jì)算，推送坡坡度為15‰時(shí)，車底距軌面的平均高差0.121 9 m，推送坡坡度為30‰時(shí)，車底距軌面的平均高差0.073 4 m。

表2 JSQ6型車推送坡變坡點(diǎn)理論過峰情況Tab.2 Theoretical peak crossing for push-slope change point of JSQ6 wagons

根據(jù)《鐵路駝峰及調(diào)車場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，加速坡坡度一般不應(yīng)大于55‰，困難條件下不應(yīng)小于35‰，峰頂鄰接加速坡的豎曲線半徑應(yīng)為350 m。計(jì)算JSQ6型車在經(jīng)過坡度范圍為40‰ ～ 60‰的加速坡、連接豎曲線半徑為350 m時(shí)，匯總車底距軌面的平均高差，得到JSQ6型車加速坡變坡點(diǎn)理論過峰情況如表3所示。經(jīng)計(jì)算，加速坡坡度為40‰時(shí)，車底距軌面的平均高差0.052 0 m，加速坡坡度為60‰時(shí)，車底距軌面的平均高差0.034 7 m。

表3 JSQ6型車加速坡變坡點(diǎn)理論過峰情況Tab.3 Theoretical peak crossing for accelerated-slope change point of JSQ6 wagons

由以上JSQ6型車通過推送坡、加速坡變坡點(diǎn)的理論計(jì)算可以看出，在一般情況下，加速坡坡度大于推送坡坡度，故JSQ6型車能否順利過駝峰主要取決于能否通過加速坡。加速坡坡度越大，與峰頂平臺(tái)連接越陡，JSQ6車底凈空就越小，在理論分析中，60‰的加速坡可以滿足通過JSQ6型車。但由于車體變形、線路坡度變形存在剮蹭的可能，建議開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試。

2.2 駝峰及調(diào)車場(chǎng)平面溜放可行性分析

JSQ5型車采用13A型車鉤，車鉤最大偏轉(zhuǎn)角為6.7°，連掛后2車鉤水平面內(nèi)最大允許相對(duì)轉(zhuǎn)角為6°；JSQ6型車采用17型車鉤，最大偏轉(zhuǎn)角13°。通過仿真計(jì)算和曲線模擬的方法對(duì)駝峰及調(diào)車場(chǎng)平面溜放可行性進(jìn)行評(píng)估，仿真流程示意圖如圖3所示。

圖3 仿真流程示意圖Fig.3 Simulation flow

根據(jù)JSQ5，JSQ6型車車體尺寸，得出以下結(jié)論。

（1）JSQ6型車采用17型車鉤，車輛自身幾何尺寸可滿足按限速通過145 m曲線，連掛通過時(shí)可滿足：①按限速條件通過曲線半徑為170 m的無夾直線的S型反向曲線；②按限速條件通過夾直線長(zhǎng)度10 m、曲線半徑為145 m的S型反向曲線，如夾直線長(zhǎng)度為7 m，則能按限速條件通過曲線半徑155 m的S型反向曲線。

（2）JSQ5型車采用13A型車鉤，車輛自身幾何尺寸可滿足按限速通過145 m曲線，連掛通過時(shí)可滿足：①按限速條件通過有10 m夾直線的曲線半徑260 m的S型反向曲線；②按限速條件通過有16 m夾直線的曲線半徑180 m的S型反向曲線；③按限速條件通過曲線半徑300 m的無夾直線S型反向曲線；④按限速條件通過曲線半徑145 m的同向曲線；⑤按限速條件通過曲線半徑180 m的圓曲線與相切直線。

2.3 駝峰控制系統(tǒng)及調(diào)速設(shè)備可行性分析

2.3.1 駝峰控制系統(tǒng)適應(yīng)性

由于JSQ型車輛2，3軸距大于駝峰部分軌道電路長(zhǎng)度，駝峰控制系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)JSQ型車輛溜放控制，存在作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。為確保長(zhǎng)軸距車輛經(jīng)駝峰溜放安全，在對(duì)換長(zhǎng)較大的車輛進(jìn)行駝峰溜放作業(yè)前，應(yīng)根據(jù)調(diào)車作業(yè)計(jì)劃，將溜放進(jìn)路上的所有道岔加鎖處理，采用單鉤溜放方式進(jìn)行溜放作業(yè)。目前，全路自動(dòng)化駝峰控制系統(tǒng)主要有TW-2和TBZK-II系統(tǒng)，均具備單鉤溜放時(shí)自動(dòng)鎖閉進(jìn)路道岔的功能；針對(duì)未升級(jí)改造的駝峰自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可采用人工鎖閉道岔的方式進(jìn)行單鉤溜放，采取鎖閉進(jìn)路道岔的方式，可保證溜放進(jìn)路安全。

2.3.2 調(diào)速設(shè)備適應(yīng)性

JSQ型車輛車輪直徑為840 mm，輪輞寬度為135 (0，+5) mm，車輛自重范圍為37 ～ 38 t，車輛底部?jī)艨站嚯x190±10 mm，取最低180 mm時(shí)，車輛底部距離減速器最高點(diǎn)(120 mm)仍有60 mm的空間。JSQ型車輛的軸重在駝峰車輛減速器的使用范圍內(nèi)，輪徑及輪輞寬度與普通車輛一致，限界符合減速器的限界標(biāo)準(zhǔn)[9]，故駝峰車輛減速器對(duì)JSQ型車輛的制動(dòng)能力能夠適應(yīng)溜放需求，具備溜放可行性。

2.4 溜放條件下的商品汽車裝載加固可行性

2.4.1 JSQ5型車裝載加固方案具備可行性

按照既有的裝載加固方案，JSQ5型車在2018年開展了5 km/h，8 km/h沖擊試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明JSQ5型車運(yùn)輸汽車的裝載加固方案，在8 km/h及以下速度沖擊工況下，裝載加固性能滿足《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》[10]的要求。

2.4.2 JSQ6型車裝載加固方案需經(jīng)進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證

按照《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》要求，對(duì)JSQ6型車運(yùn)輸汽車過程中汽車各種受力、加固強(qiáng)度進(jìn)行分析計(jì)算，裝載加固設(shè)備強(qiáng)度能滿足汽車在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的橫向力和縱向力?？紤]到實(shí)際工況較為復(fù)雜，如汽車前后軸重量差異，裝載緊固裝置加固時(shí)預(yù)緊力差異等，JSQ6型車裝載加固方案的可行性需經(jīng)過沖擊試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 結(jié)束語

從駝峰及調(diào)車場(chǎng)線路縱斷面、平面、駝峰控制系統(tǒng)和裝載加固方案對(duì)JSQ型車輛駝峰溜放可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，通過理論計(jì)算和仿真分析，表明在滿足一定的條件下，駝峰溜放JSQ型車輛具有可行性。在開展JSQ型車輛溜放作業(yè)試驗(yàn)前，需進(jìn)行駝峰平、縱斷面參數(shù)測(cè)量，靜態(tài)檢查和溜放試驗(yàn)等驗(yàn)證工作，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，結(jié)合站場(chǎng)設(shè)備條件，選取條件較好的駝峰和股道開展溜放試驗(yàn)，并制定具體的JSQ型車輛駝峰溜放作業(yè)辦法和安全控制措施。當(dāng)駝峰及調(diào)車場(chǎng)線路縱斷面、平面、駝峰控制系統(tǒng)等發(fā)生顯著變化時(shí)，需重新進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。