27t軸重通用貨車對駝峰設計及作業控制的影響與對策

張紅亮，李榮華，劉 博

(1. 北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044；2. 鐵道第三勘察設計院集團有限公司 線路站場樞紐設計處，天津300142)

27t軸重通用貨車對駝峰設計及作業控制的影響與對策

張紅亮1，李榮華2，劉 博2

(1. 北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044；2. 鐵道第三勘察設計院集團有限公司 線路站場樞紐設計處，天津300142)

根據 27 t 軸重通用貨車所具有的車輪直徑增大、總重增加和車體尺寸增大等特性，分析由此帶來的對駝峰設計與作業控制的單位基本阻力減小、制動能力下降、駝峰控制范圍增加、單位風阻力增大等影響。從調速控制、平縱斷面及峰高設計 3 個角度提出具體的應對措施，為應用 27 t 軸重通用貨車時的駝峰設計及作業控制提供理論參考。

單位基本阻力；平縱斷面設計；峰高設計；調速控制；貨車軸重

提高軸重是實現貨運重載化的重要途徑，我國鐵路重載運輸在經歷了建國初期的 18 t 軸重、20 世紀 70 年代末的 21 t 軸重、21 世紀初的 23 t 軸重等發展階段以后，開始研究并推廣 27 t 軸重通用貨車在既有線的應用問題[1-3](與通用貨車對應的是專用貨車，由于設計結構特殊，僅在某些運煤專線上使用，如無特殊說明本文均指通用貨車)。其中，27 t 軸重貨車過峰問題是既有線發展重載運輸的關鍵。因此，有必要研究 27 t 軸重貨車對駝峰設計及作業控制的影響。

1 27t軸重通用貨車特性

1.1 貨車車輪直徑增大

27 t 軸重貨車車輪直徑為 915 mm，與既有的21 t、23 t 軸重貨車 840 mm 車輪直徑相比，直徑增加 75 mm，增幅達 8.93%。根據已有研究成果[4]，車輪直徑的增大將使減速器制動軌與車輪接觸位置“相對下移”，同時，在施加相同制動力的情況下，減速器制動效果將降低[4]。對于減速頂來說，車輪直徑增大將提高減速頂的臨界速度、減小減速頂制動功[5]，不利于調車場連掛區調速控制。此外，車輪直徑增大將使輪軌接觸斑也隨之增大，在相同載荷下[6]，輪軌接觸應力有所降低，鋼軌接觸變形有所減小，車輛滾動時的摩擦阻力也將降低，即車輛單位基本阻力將有所降低[6]，因而在駝峰設計及作業控制中需要考慮單位基本阻力降低帶來的調速控制及縱斷面坡度設計等問題。

1.2 貨車總重進一步增加

27 t 軸重貨車分別較既有的 21 t、23 t 軸重貨車軸重增加 28.6%、17.4%，在相同速度下，其動能也

具有同樣增幅；要想達到相同的預期控制速度，要求減速設備制動力同比例增加。此外，貨車軸重增加進一步增大駝峰設計與作業控制范圍。與 21 t、23 t 軸重時駝峰控制范圍 22～84 t、22～94 t 相比，27 t 軸重貨車與既有貨車混合編組后，駝峰控制范圍將達到22～108 t，分別較 21 t、23 t 軸重時的控制范圍增加38.7%、19.4%。因此，在駝峰設計與作業控制中，需要考慮單位基本阻力減小及軸重增加的雙重因素，調整控制等級及縱斷面設計坡度等技術參數，以適應27 t 軸重貨車駝峰溜放制動需求。

1.3 車體尺寸進一步增大

23 t 軸重的貨運主型車 C70、Р70分別較 21 t 軸重的 C64、Р64長度增加 538 mm、636 mm；而軸重增加至 27 t 時，貨運主型車 C80較 C70高度增加 377 mm，Р80較 Р70長度增加 2 000 mm。與以往提高軸重相比，27 t 軸重貨車的尺寸增幅十分顯著。在不利條件下，與既有車型相比，27 t 軸重貨車尤其是棚車具有更大的單位風阻力，因而在駝峰峰高設計時，需要考慮 27 t 軸重棚車駝峰溜放風阻力的影響。此外，受車體尺寸增大的影響，還需要調整駝峰及調車場平縱斷面設計參數，以適應 27 t 軸重貨車溜放需求。

2 27t軸重通用貨車條件下的駝峰設計

2.1 駝峰調速控制

（1）駝峰頭部調速控制方面。原鐵道部于 2007年頒布了新的車輛減速器技術條件[7]，與原減速器上部限界相比，減速器制動軌高度可適當提升。根據已有研究成果[4]，按照新的機車車輛限界標準提高制動軌高度對減速器制動力的提升幅度達 50% 以上，可以有效緩解 27 t 軸重貨車動能增加造成的減速器間隔制動能力不足問題。但是，提高減速器制動軌高度需要盡快淘汰早期低限界的機車和車輛，防止調車作業中出現“刮車底”而造成調車事故。此外，還可通過增加制動壓力、研制新型減速器等方式提高減速器制動力。對于駝峰全頂式間隔調速方式，由于車輪直徑增加，減速頂制動效果有所降低，可以采用高強度減速頂、增加布頂數量或改造為減速器制動等方式提高間隔制動調速設備制動力[8]。

（2）調車場連掛區調速控制方面。對于調車場連掛區目的制動，一方面，由于 27 t 軸重貨車車輪直徑增大及動能增加，要求調車場連掛區增加布頂數量或采用高強度減速頂，以抵消 27 t 軸重貨車多余的動能；另一方面，由于貨車車體尺寸增大，在不利溜放條件下貨車單位風阻力增大，要求調車場連掛區適當調整坡度，使輕載 27 t 軸重貨車滿足溜放距離要求。因此，對于調車場連掛區，在調速控制方面，建議在采用高強度減速頂或增加布頂數量增強制動力的同時，適當調整縱斷面各坡段設計坡度，以確保輕載27 t 軸重 Р80等貨車在不利條件下的必要溜放距離。

（3）調車場尾部停車區調速控制方面。①對于調車場尾部停車區，可以采用與駝峰頭部減速器類似措施，使用高強度重力式尾部停車器、提高制動軌高度和提高制動壓力等方式提高防溜制動能力，以避免車輛沖出調車線，造成調車事故。②對于既有尾部反坡，可以適當減小尾部反坡坡度，以減輕滿載 27 t 軸重貨車溜回調車場的風險。

（4）調速控制系統參數方面。駝峰自動化系統通過壓磁式測重傳感設備根據貨車輪重推算貨車總重，根據質量等級控制減速器施加不同制動力。27 t軸重貨車應用后，駝峰控制范圍進一步增大，既有調速系統對過峰貨車質量的 4 個等級劃分不能有效涵蓋滿載 27 t 軸重貨車的制動需求。建議調速控制系統增加制動力的質量分級，使減速器能夠識別大質量貨車，以便施加相應強度制動力。

2.2 平縱斷面設計

（1）駝峰頭部縱斷面設計。受車輪直徑增大和貨車總重增大帶來的單位基本阻力減小等因素影響，既有駝峰縱斷面設計中，存在車輛高速區溜放速度超過減速器、道岔最高容許入口速度的潛在風險，應在駝峰頭部縱斷面設計中適當調整高速坡坡度，使車輛在溜放至減速器、道岔入口處時不超過其最高容許入口速度。

（2）駝峰頭部平面設計。由于 27 t 軸重貨車尤其是 Р80貨車長度增幅十分顯著，其內軸距也隨著軸重同步增長，在駝峰溜放時需要注意增大道岔保護區段長度、反向曲線插入軌長度、岔后插入軌長度等平面

設計參數。此外，由于貨車長度的增加，部分駝峰峰頂至第一分路道岔入口處長度會相對不足，難-中鉤車組合 (難行車在前、中行車在后的解體作業順序) 存在溜放追鉤風險，駝峰平面設計中需要適當增加這一區段的長度，以使車輛在脫鉤后能夠迅速拉開距離，避免追鉤。

2.3 峰高設計

既有設計規范推薦采用 30 t 總重關門窗的 Р50車輛作為駝峰設計的難行車[9]，與設計規范中推薦的車型相比，在相同質量下，27 t 軸重 Р80貨車具有更大的風阻力，尤其是當不利條件下駝峰溜放方向與風向夾角不滿 180°時，車長的增加使其受風面積較既有車型增加 10% 以上。因此，建議將駝峰設計難行車車型調整為 30 t 總重關門窗的 Р80。此外，由于 Р80貨車受風面積的增大，不利條件下單位風阻力也同時增大，為達到調速系統設計要求，需要適當調整駝峰高度，使其能夠在不利條件下溜放至難行線計算點時達到調速系統規定的速度。

綜上所述，27 t 軸重通用貨車應用對駝峰設計及作業控制的影響及應對措施如圖 1 所示。

圖1 27t軸重通用貨車應用對駝峰設計及作業控制的影響及應對措施

3 結束語

與以往貨車軸重提高相比，軸重由 21 t、 23 t 提高至 27 t 使車體變化較大，27 t 軸重貨車駝峰溜放造成的平縱斷面設計及作業控制問題也隨之出現。在全面分析 27 t 軸重貨車駝峰溜放帶來的駝峰設計及調速控制問題的基礎上，從作業控制、平縱斷面設計和峰高設計 3 個角度提出相應的解決措施，為應用 27 t 軸重貨車時的駝峰設計及作業控制提供參考。

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（責任編輯 信聰聰）

The Influences and Countermeasures of 27t Axle-Load General Service Freight Car to Hump Design and Operating Control

ZHANG Hong-liang1, LI Rong-hua2, LIU Bo2
(1. School of Traffic and Transportation, Вeijing Jiaotong University, Вeijing 100044; 2. The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation Рermanent Way, Station Yard and Terminal Design Department, Tianjin 300142)

27t Axle-load General Service Freight Car (27t AGSFC) has lager wheel diameter, heavier axle-load, and bigger body size, which lead to some hump design and operating control issues, like decreasing unit basic resistance, reducing braking force, enlarging hump control range, increasing unit wind resistance. Therefore, several countermeasures have been proposed to provide the theoretical

for the hump design and operation control of the 27t AGSFC in the view of speed control, hump height design, horizontal and vertical design.

Unit Вasic Resistance; Horizontal and Vertical Section Design; Hump Height Design; Speed Control; Car Axle Load

1004-2024(2016)11-0024-04

U291.4+3

A

10.16669/j.cnki.issn.1004-2024.2016.11.06

2016-10-18

張紅亮(1981—)，男，河南內黃人，博士。

中央高校基本科研業務費專項資金資助(2012JВM071)