小能力駝峰半自動調速系統在調車場技改中的應用

劉忠剛，宋德笛

（沈陽鐵道勘察設計院有限公司 線路站場設計所，遼寧 沈陽 110013）

1 小能力駝峰的概念

我國鐵路從20世紀80年代開始對駝峰調車場進行大規模的技術改造，經過幾十年的努力，全路大、中能力駝峰已基本實現了自動化及半自動化的調速制式。而部分小能力駝峰調速設備依然十分落后，越來越不適應鐵路現代化發展的要求。近年來，隨著鐵路現代化的發展，一些改編作業量較大的小能力駝峰，也參照大、中能力駝峰的技術方案，陸續進行了更新改造。但是，小能力駝峰的擴能改造完全照搬大、中能力駝峰的模式是不行的，只有根據小能力駝峰的作業特點，探索適用于小能力駝峰作業要求的調速制式，才能滿足運輸生產的需要。小能力駝峰普遍具有以下特點。

（1）一般都設置在作業量較小的技術站，或者是大型駝峰的尾部輔助調車場。

（2）日解編作業量較小，一般在2 000輛以下。

（3）峰高較低，一般在2 m以下。

（4）調車場的股道數量較少，一般不超過16股道。

（5）溜放咽喉區長度較短。

（6）調車線的有效長度較短。

（7）解編作業復雜，小組車和單鉤車較多。

2 小能力駝峰半自動調速系統

2.1 系統的組成

小能力駝峰半自動調速系統通常采用股道點連式調速制式，主要由以下幾部分組成。

（1）駝峰頭部點式調速設備采用專為小能力駝峰設計的小型電動減速器。

（2）減速器出口打靶區末端設置小頂群，補償減速器出口的速度誤差。

（3）控制系統采用雷達測速，首臺減速器兩端設置車輪傳感器，通過第一軸的速度變化測量減速器的阻力，通過計算機控制減速器的動作。

小能力駝峰半自動調速系統主要由室內設備和室外設備兩部分組成，如圖1所示。圖1中虛線上方是室外設備，虛線下方是室內設備。

2.2 系統制動原理及能力計算

2.2.1 小能力駝峰減速器的制動功

（1）溜放車輛溜入及溜出減速器時的動能差。溜放車輛溜入減速器時的總動能與車輛總重和溜入減速器時的速度平方成正比。

溜放車輛溜入減速器時的總動能：

溜放車輛溜出減速器時的總動能：

溜放車輛溜入與溜出減速器時的動能差：

式中：Ek1為溜放車輛溜入減速器時的總動能，J；Ek2為溜放車輛溜出減速器時的總動能，J；Ek為溜放車輛溜入與溜出減速器時的動能差，J；m為溜放車輛的總質量，t；V1為溜放車輛溜入減速器入口時的速度，m/s；V2為溜放車輛溜出減速器出口時的速度，m/s。

（2）溜放車輛在減速器入口與出口之間的位能差。溜放車輛在減速器入口處的位能減去溜放車輛在減速器出口時的位能。數學表達式為：

Ep＝ mg′iL

式中：Ep為溜放車輛在減速器入口與出口之間的位能差；g′為考慮車輪轉動慣量的重力加速度，取g′＝9.6 m/s2；i為線路坡度，；L為線路長度，m。

（3）溜放車輛的換算能高。為了計算方便，將溜放車輛的速度換算成等效能高。根據物理學能量轉化與守恒定律：

（4）減速器的總制動功。根據物理學能量守恒定律，減速器對溜放車輛所做的制動功，應等于溜放車輛溜入與溜出減速器時的動能差和減速器入口與出口之間的位能差之和：

式中：A為減速器的總制動功，J。

2.2.2 減速頂數量的計算

（1）單臺減速頂的制動能高。數學表達式為：

H＝An/Q

式中：A為單臺減速頂的制動功，J；n為車輛的軸數，個；Q為車輛總重，t。

（2）小頂群設置減速頂數量的計算。設置小頂群的目的是為了在減速器出口處將車輛高于安全連掛速度的多余能量消耗掉。小頂群所需減速頂數量為：

式中：V入為車輛溜入小頂群入口時的速度，m/s；V出為車輛溜出小頂群出口時的速度，m/s；QY為易行車總重，t；g′為考慮車輪轉動慣量的重力加速度，取9.6 m/s2。

3 小能力駝峰半自動化調速系統的應用

3.1 沈陽東站概況

位于沈吉線的沈陽東站主要擔當渾江、梅河口方向空車直達列車和大官屯摘掛列車，以及沈陽南、沈陽西、皇姑屯、大成芳香樞紐小運轉列車的解編作業。沈陽東站為橫列式布置，到發場設有7條到發線（含2條正線），有效長為662～851 m；調車場共有股道19條（含2條編發線），有效長為345～698 m。駝峰峰高為1.90 m，溜放部分設有溜放進路微機自動控制系統，在7道至19道共13條股道上設有微機可控頂自動調速系統；在20、21道線路末端設有防溜停車頂，調車線內采用減速頂和鐵鞋實施目的制動；調車線23、24、25道無調速設備，不進行車輛溜放作業，主要用于專用線車輛走行及停留。

沈陽東站既有駝峰調速系統運營多年，系統老化，減速頂運用狀態差，有效率僅20%左右，調車作業存在安全隱患。

3.2 新增調速系統組成及制動能力檢算

3.2.1 改建范圍及內容

沈陽東站調速系統改造主要集中于調車場7道至21道，為滿足減速器布置和頂群區布頂要求，新增設備范圍需進行調坡，其中新設減速器地段均設置在面向調車場2的下坡，坡段長50 m；頂群布置區段均設置在面向調車場1的下坡。拆除既有可控頂、脫鞋道岔和頂群，調車場平面、駝峰頭部和連掛區縱斷面維持既有現狀。

在既有調車線（7道至22道）頭部原脫鞋道岔前33 m的范圍內新設4臺小能力駝峰減速器，原脫鞋道岔后15 m處至尾部方向19.2 m范圍內設60臺減速頂組成小頂群。

3.2.2 制動能力檢算

（1）減速器制動能力檢算。按照前述系統制動原理和能力計算，以及沈陽東站改建后調車場縱斷面條件，取每輛車重為94 t，入口速度V1＝16 km/h，出口速度V2＝5 km/h，減速器設置處坡度為2，坡段長為50 m，則需要減速器總制動功為927.9 kJ。

根據相關技術參數，單臺小能力駝峰減速器所產生的制動功為294 kJ，則4臺小能力駝峰減速器所能產生的總制動功為1 176 kJ，制動能力儲備量為248.1 kJ。

車輛溜放速度為16 km/h時的換算能高為1.029 m，車輛溜放速度為5 km/h時的換算能高為0.100 m，線路坡度產生的高度差為0.100 m。需要的總制動能高為1.029 m，4臺小能力駝峰減速器所能產生的總制動能高為1.252 m，制動能力儲量為0.223 m。

由于新型貨車的基本走行阻力很小，在以上的計算中予以忽略。根據以上計算，減速器的制動能力可以滿足小能力駝峰調速系統的要求。

（2）減速頂數量檢算。根據相關技術參數，單臺減速頂的制動功為750 J＝0.076 5 t·m，車軸數取4，車輛總重取94 t，則單臺減速頂的制動能高為3.26 mm；車輛溜入小頂群時的入口速度取8 km/h （2.222 m/s），車輛溜出小頂群時的出口速度取5 km/h （1.389 m/s），則計算得出小頂群布頂數量為48臺。考慮到個別股道坡度大于車輛走行阻力的當量坡度，還應適當增加布頂數量。現場每股道布頂60臺，其中制動能力儲備量為12臺。根據以上計算，減速頂的制動能力可以滿足調車場溜放車輛作業要求。

3.3 運營效果分析

沈陽東站于2009年3月安裝了小能力駝峰半自動化調速系統，期間經過幾次調試，系統運行狀態良好，減速器制動緩解動作可靠，制動能力適中，車輛溜出減速器時的出口速度可以滿足減速頂群對入口速度的要求。據統計，2009年車站駝峰調車場日均解體10.7列（535車），2011年日均解體14列 （697車），駝峰調車場解體能力提高30.2%。

沈陽東站半自動調速系統運營效果分析如下。

（1）實現駝峰溜放作業半自動化，即正常溜放作業時，不用人工操控，為自動化溜放控制；遇特殊作業時，如機車下峰作業、空車需高速放行或待取車有意夾停等需人工操控。

（2）車輛安全連掛率達到90%以上，較改造前提高10%～20%。

（3）取消脫鞋道岔和人工上鐵鞋作業，改善了作業條件，提高了作業效率。

（4）拆除既有脫鞋道岔等調速設備后，股道內容車長度增加50～70 m，提高了股道利用率。

（5）與改造前相比，可提高駝峰解體效率10%～30%。

小能力駝峰半自動化調速系統能力適中，連掛率高，安全可靠，能有效提高駝峰解體效率。