降低两万吨重载列车纵向力精准操纵研究.pdf

2023年第1 4期中国高新科技61ROADTRAFFICI道路交通降低两万吨重载列车纵向力精准操纵研究刘剑国能朔黄铁路发展有限责任公司机辆分公司，河北沧州062350摘要：文章阐述了朔黄铁路两万吨重载列车运行过程中，通过调整空气制动缓解地点位置、降低空气制动缓解机车再生力值、减少空气制动周期等措施，将两万吨重载列车在长大下坡道区段运行中存在的安全风险降至最低。结合朔黄铁路两万吨重载列车开行7 年来的基础数据梳理分析，并参照朔黄铁路公司两万吨综合检测（试验）机车的运行数据进行研究，提出一套降低列车在长大下坡道区段的精准操纵办法，从而降低列车纵向受力，提升两万吨重载列车运行品质。关键词：两万吨；纵向力；精准；缓解文献标识码：A中图分类号：U268文章编号：2 0 96-41 37（2 0 2 3）1 4-6 1-0 3D0l:10.13535/ki.10-1507/n.2023.14.15Research on reducing the longitudinal force precision control of 2ooo0 tons of heavy-haul trainsLIU JianMachinery Branch,Guoneng Shuohuang Railway Development Co.,Ltd.,Cangzhou 062350,ChinaAbstract:This paper mainly expounds the operation process of 200o0 tons of heavy-load train of Shuohuang Railway,by cleverlyadjusting the position of the air braking relief site,reducing the regenerative force value of the air braking relief locomotive,reducingthe air braking cycle and other measures,minimize the safety risks of 20000-ton heavy trains in long downhill sections.Combinedwith the analysis,comparison and integration of the basic data of the 20000-ton heavy-haul trains of Shuohuang Railway in the pastseven years,according to the operation data of 20000 tons comprehensive testing(test)locomotive of Shuohuang Railway Company,determine a set of scientific and precise control methods to reduce the train in the long downhill section,to reduce the longitudinalforce of the train,improve the operation quality of 2ooo0-ton heavy-haul trains,make contributions to the construction of world-classlevel transportationenterprise.Keywords:20oootons;longitudinalforce;precision;relief朔黄铁路西起山西省神池县神池南站，东至河北省黄骅市黄骅港站，正线总长598 km，自西向东海拔高度差达1527m，重车线最大上坡道为4%、最大下坡道为1 2%，最小曲线半径40 0 m。其中，长大下坡道主要集中在神池南站到西柏坡站间区段，尤其是神池南站至原平南站间和南湾站至西柏坡站间，这两个区段基本上是1 0%1 2%的长大下坡道。朔黄铁路两万吨列车编组方式为：1 台HXD1型交流机车+1 0 8 辆C80/C80B型车辆+1 台HXD1型交流机车+1 0 8辆C80/C80B型车辆+可控列尾。由于复杂的线路特点和超长的重载编组，列车的运行安全长期承受着较大的考验，对列车的操纵提出了更高要求。截至2 0 2 2 年1 2 月，两万吨列车上行重车累计开行55000余列，完成煤炭运输约9.5亿t，日益增长的开行对数和两万吨重载列车特殊的运输使命迫切需要一套完善的操纵办法，一方面应有效降低列车的纵向受力，确保列车运行安全平稳；另一方面应适当提高运行速度，做到既能保安也能提效。1两万吨列车纵向受力带来的安全风险两万吨列车车辆编组2 1 6 辆，列车制动后缓解过程中只有列车头部和中部通过机车进行充风，由于尾部风源的缺失导致车辆缓解的一致性较差，因此在空气制动缓解后的1 850 s 之间，列车将产生较大的纵向受力，且受力大值往往作用于中部的从控机车。朔黄铁路两万吨重载列车运行试验数据表明：“神华号交流机车1+1 组合编组+可控列尾”模式牵引2 1 6 辆C80货车编组列车在神池南站一肃宁北站间区段循环制动试验共计1 9次。其中，循环制动缓解调速中11次出现大于1 0 0 0 kN车钩力，占比约58%，最大拉钩力为1358kN，最大压钩力为1 42 9kN。较大的纵向受力与复杂的运行环境两个不利因素相叠加，列车受力会由纵向往垂向和横向转移，车辆存在挤压悬浮和脱轨系数增大的风险，为列车的运行安全带来较大隐患。2两万吨列车动力学安全性评定数据指标机车动力学安全性评定标准参照机车车辆运行安全性的现行有关标准，并借鉴以往重载列车试验中对从控机车的动力学性能控制指标，机车运行安全性参数的限度值如下：脱轨系数0.90；轮重减载率0.6 5；轮轴横向力97 kN；最大车钩力2 2 50 kN；最大承受车钩力2 2 50 kN；常规承受车钩力1 0 0 0 kN。两万吨列车运行过程中，上述动力学数据中某一项超过评定指标，将会给列车带来不同程度的安全隐患，重则会导致列车发生分离、断钩、脱轨等事故。3天开行初期的运行状态基于上述安全风险，朔黄线两万吨列车的操纵办法在万吨列车较为宽松的操纵原则基础上，制定了长波浪制动（长波浪制动就是采用初减压或小减压量，列车降速慢、制动距中国高新科技2023年第1 4期62道足路交通|ROADTRAFFIC离长的空气制动）、带闸过分相、指定的缓解条件等操纵原则。但是，长波浪制动受纵断面特点以及车辆制动系统运行条件等因素的影响，可调整范围较小，长大下坡道区段分相设置特殊，指定的缓解条件不够细化，纵向力监测数据证明超过1 0 0 0 kN的情况一直呈现常态化，列车纵向受力没有得到有效控制及下降。分析两万吨列车数据记录，运行中因冲动大造成停车件数1 1 2 件。其中，2 0 1 9年40 件，2 0 2 0 年50 件，2021年2 2 件。发生次数最多的地点为北大牛带闸过分相高达39件，长梁山隧道2 8 件，龙宫站1 2 件。随着开行对数增加和时间的推移，若上述问题未能得到有效控制，再与小半径曲线、凸形坡道、岔群等不利因素频繁叠加，将严重危害行车安全。4列车纵向受力产生的原因及规律通过受力数据分析，列车在长大下坡道区段发生较大纵向力，约90%发生在空气制动缓解后，缓解后1 8 2 5s间由于尾部车辆开缓时间差会产生较大的拉钩力，缓解后2 545s间由于长大下坡道的原因会产生较大的压钩力；机车动力制动值较大时有利于降低列车拉钩力，机车动力制动值较小时有利于降低列车压钩力。发生较大纵向力约1 0%发生在列车通过变坡点，此时与机车动力制动值的调整和列车制动效率的发挥有直接影响，机车动力制动值调整范围越小纵向受力越小，列车制动效率差越小纵向受力越小。除此之外，道岔岔群、小半径曲线、空气制动减压量对列车受力均有明显影响。5制制定精准操纵方案5.1减少长大下坡道区段的空气缓解频次通过合理控制列车制动效率的发挥，延长部分制动周期的带闸距离，将原有1 9次周期制动缩减至1 2 次，取消了连续1 0%下坡道、小半径曲线、连续变坡点等复杂运行环境下的缓解周期。重点取消了北大牛站至原平南站间连续变坡点的缓解周期，该区间采用北大牛出站后一把闸运行至原平南的方式；取消了古月站至西柏坡站间小半径曲线的缓解周期，该地段采用提前降速再生力控速的方式通过。5.2调整列车空气制动缓解时机车再生力值列车缓解时机车的再生力值由原有的350 kN下调至2 0 030 0 k N，列车拉钩力和压钩力均得到有效控制和科学释放，确保纵向力不会大幅向垂向力和横向力转移。5.3明确列车运行至线路变坡点的操纵要求列车运行至变坡点时往往与制动效率发挥、分相设置位置、机车动力值调整等不利因素叠加。因此，制定了对应地点机车动力值不得超2 0 0 kN且只能往下调整不得增加、列车尾部风压不得低于58 5kPa确保制动效率差可控、进入变坡点追加减压后不得缓解的对应措施。5.4提高缓解速度针对复杂运行环境，结合动力学数据分析，将容易产生较大纵向力制动周期的缓解速度进行上调。可以降低车钩力，保证行车安全；可以满足列车循环制动再充风时间和运行速度，保证列车正点运行。梳理后的缓解地点和优化后的缓解速度如表1 所示。表1不同缓解地点对应的最低缓解速度表序号缓解地点缓解公里标缓解速度1高速试闸地点K10+600m-K11+500m55km/h2宁武西站内K16+000m-K16+300m55km/h3龙宫站内K42+500-K43+200m40km/h4水泉湾隧道K145+500m-K147+300m50km/h5猴勿站内K185+700m-K186+700m45km/h6白毛尖隧道K196+800m-K198+200m45km/h7212km处K211+800m-K213+000m55km/h2023年第1 4期中国高新科技63（责任编辑：张志明）ROADTRAFFIC道路交通5.5微调1 处缓解地点龙宫站原缓解地点有较大的变坡点，列车前后两部分处于两个坡度差较大的下坡道。为保证安全，将龙宫站的缓解地点起点向出站方向东移2 0 0 m，缓解位置由原来的K42+300m-K43+200m，调整为K42+500m-K43+200m，使中部机车越过9%转2%坡道后进入缓坡路段进行缓解，降低坡度差和车钩力。6操纵方案验证6.1缓解周期缩减后的数据分析2021年9月2 6 日一1 0 月2 5日，针对优化措施进行精细化操纵试验，累计开行两万吨主控2 1 5列。（1）取消北大牛至原平南K73+800m-K74+500m处缓解地点，采取北大牛出站后，合理掌握充风时间，速度50 55km/h减压50 kPa，根据速度调整再生力，提高列车进站速度，控制列车在原平南站内K83+100m-K85+000m处，再生力2 0 0 30 0 kN缓解列车的一把闸操纵方式。经试验，在该区间采取一把闸操纵，原平南站内完成缓解的有1 7 3列，通过率为8 0.47%，效果较为明显，如图1 所示。19.53%一把闸通过一把闸未通过80.47%图1北大牛至原平南区段一把闸操纵通过情况（2）取消古月至西柏坡K232+300m-K233+500m处缓解地点，采取惰力操纵方式通过该处地点。该处缓解地点未取消前，采用空气制动调速出现最大2 2 55kN的车钩力，超过重载列车纵向动力学安全评价指标纵向车钩力2 2 50 kN的要求。取消该处缓解地点后，采用古月出站后在K222+000m处转牵引工况，牵引力1 0 0 2 0 0 kN，运行至K227+000m处转再生工况，掌握2 2 7 8#信号机处速度不超6 4km/h，利用再生力控速通过，控制列车速度不超7 3km/h通过2 334#信号机，运行到西柏坡二接近前不超50 km/h惰力过分相的操纵办法后，车钩受力平均值降至50 0 kN以下，极大地减少了车钩之间的冲撞力，提高了列车运行的安全性。6.2提高列车的缓解速度验证以宁武西站为例，采集分析了1 0 个月共计8 1 8 7 列两万吨列车运行监控数据。其中，在宁武西站内两万吨列车缓解速度4550 km/h间缓解91 列，51 55km/h间缓解7 6 2 列，566 0 k m/h 间缓解4497 列，6 1 km/h及以上缓解2 8 37 列。经试验缓解速度在55km/h及以下时，车钩受力平均值均超过1 0 0 0 kN，缓解速度在55km/h以上时，车钩力降低较为明显。其中，列车缓解速度56 6 0 km/h时，车钩力平均为631kN；6 0 k m/h 以上缓解时，车钩力更小。由此可见，宁武西站内两万吨列车缓解速度在56 km/h及以上的占缓解总列数的8 9.58%，应用效果较好，且随着列车缓解速度的提高，列车纵向受力逐渐降低，不但提高了两万吨列车运行品质，而且压缩神池南至宁武西站通过时分，保证列车正点运行。6.3微调龙宫站缓解地点起点后的列车受力对比龙宫站内原K42+300m-K43+200m缓解地点，调整为K42+500m-K43+200m，缓解地点起点向出站方向东移2 0 0 m后，通过对2 1 5列验证数据进行分析。其中，龙宫站内完成缓解1 42 列，成功比例为6 5.7 1%；未带至龙宫站缓解地点7 3列，占比为34.2 9%。与缓解地点调整前同期通过率33.15%相比，提高了1.1 4%。结合综合检测车试验数据分析，龙宫站的列车缓解地点起点向出站方向东移之后，对车钩受力进行分析，发现缓解地点每东移2 0 0 m，车钩力平均下降至2 6 2 kN。由此可见，该处缓解地点起点东移2 0 0 m后，列车安全性得到极大的提升，且列车整体通过率与调整前同期通过率数据对比略有提高。7结语综上所述，两万吨列车在朔黄铁路运行环境固定的情况下，提升两万吨列车的运行品质，可以通过选取列车最佳缓解地点、速度及降低缓解再生力的方式进行精准操纵，达到降低列车纵向受力的目的。同时，该项操纵理念为后期持续探索新操纵办法奠定了基础。作者简介：刘剑（1 98 4-），男，陕西神木人，国能朔黄铁路发展有限责任公司机辆分公司工程师，研究方向：重载铁路安全管理、重载列车纵向动力学。参考文献1魏伟列车空气制动与纵向动力学集成仿真J.铁道学报，2 0 1 2（4）：39-46.2】范振平，李强，黄倩大秦线2 万吨重载列车车钩纵向力特性研究J.物流技术，2 0 1 1（3）：1 2 5-1 2 7，1 53.3刘剑.两万吨重载列车纵向冲动问题分析研究J.居舍，2 0 1 8（2 7）：1 7 2-1 7 3.