朔黃鐵路兩萬噸列車充風不足對車鉤力的影響

摘要：本文以兩萬噸重載列車為例分析重載列車產生沖動的原因，從而總結出充風不足對重載列車車鉤力的影響。

關鍵詞：充風不足；縱向沖動；車鉤力

引言

鐵路作為國民經濟的大動脈近年來得到快速發展，特別是兩萬噸重載列車開行后，解決了朔黃鐵路貨運運量大與運能不足的矛盾。列車編組輛數的增加，給列車平穩操縱帶來了嚴峻的挑戰，由此引發的脫軌、分離等事故風險概率大大增加，這對列車運行安全帶來極大的隱患。本文從重載列車產生沖動的根源入手，分析充風不足對車鉤力造成的影響，進而從優化操縱的角度提出建設性的措施。

1、制動系統的介紹

隨著列車總重與長度的增加，其壓力空氣的消耗也隨著增加，因而帶來了壓力空氣的輸送、儲存與控制等一系列問題。解決長大列車空氣制動機的制動、緩解等問題就是解決壓力空氣的輸送、儲存與控制問題。

自動空氣制動機的列車管在制動過程中主要只擔任傳遞信息（即控制各車輛的三通閥或分配閥動作）的作用。此時要求全列車的列車管壓力迅速而又均衡的減壓，這個問題由于采用了常用和緊急制動時的局部減壓作用以及閥內相應結構的改造而得到解決。而在緩解與再充氣過程中列車管則要同時擔任傳遞信息和補充能源（即向各車輛的副風缸再充風）的雙重任務。列車各車輛載重的增大使制動缸系統耗風量（即副風缸再充氣量）增加。而列車長度的增加使列車管長度與容積增加，列車管系本身耗風量及列車前后壓力差（梯度）增加。這一切都造成在緩解充風過程中，列車后部列車管壓力上升緩慢，前后車輛時間差過大，從而帶來一系列間題。

2、充風不足的原因分析

2.1、施行兩段制動充風不足

施行兩段制動后，充風不足再次制動，不僅全列車前后列車管的壓力尚不均衡，（前高后低）而且各車輛副風缸的壓力此時更難達到一致。特別是車輛制動機型式不同時，制動時所引起的各制動缸壓差也就更大，從而各車輛間產生不同的拉、推沖擊。

2.2、偷風操作、誤操作

偷風操作是指制動減壓時，制動管排完風后，列車未停穩前，人為移動自閥手把短時間置于充風位再回到中立位，這種行為稱為偷風。偷風使列車制動全部或部分緩解，而且又不能及時向制動管補風。這樣再實行制動時，造成嚴重充風不足。列車在長大坡道上的操縱不當或者盲目自信緩解速度高，造成實際充風時間短于列車再制動時需要的充風時間，這勢必會造成列車充風不足。雖然大量減壓，但不發生制動作用，制動力大大下降。極易發生冒進信號和沖突事故，特別是兩萬噸重載列車在長大下坡道容易發生更大危險，甚至是列車失控。

3、兩萬噸重載管路特點

兩萬噸重載列車由于耗風量比一般列車大、制動管路長、充風時制動管壓力梯度大，因此充風時間必然成倍增加，在長大下坡道運行時，會對列車運行安全帶來較大威脅。列車管系的漏泄對長大列車制動機的制動、保壓和緩解都有較大的影響。它不但增加了空氣消耗量，增大前后部列車管的壓力梯度，而且對緩解與再充氣的影響更大，它使本來已經上升緩慢的尾部列車管升壓變得更慢、緩解波速降低，很可能造成緩解不良。

4、車鉤力的分析

4.1縱向力作用的產生

空氣制動機在施行制動或緩解時所產生的空氣波（列車管減壓波或增壓波）有一個沿列車管由前向后擴散或傳播的過程；列車越長其前后部開始制動或緩解的時間差就越大。這種“沿列車長度的制動或緩解作用的不同時性”是列車制動或緩解時發生強烈縱向沖動的主要原因。具體而言，在列車制動過程中的每一瞬間，各個機車車輛具有不同的單位制動力。車輛之間存在的速差是列車產生縱向沖動的直接原因，而車輛間的這種速差則是于各車之間作用力的差異所引起的。由于列車中車輛的制動、緩解作用依賴于壓縮空氣的壓力變化在列車管中的傳播速度，因此，制動過程中車輛制動力的差異不可避免。同時車鉤間存在的間隙更加劇了列車的這一沖動。

4.2列車制動時的縱向沖擊力計算公式

根據前蘇聯勃·勒·卡洛瓦茨基和沃·莫·卡贊林諾夫的理論研究，列車制動時的縱向沖擊力（最大靜壓縮力和最大動壓縮力的總和）R可按下列公式計算：

式中 A—反映試行制動時的車鉤狀態和制動缸充氣特性系數，制動時車鉤在壓縮狀態下A≈0.42，車鉤在拉伸狀態、制動缸變速充氣時A為0.75（無變速充氣時為1.5）；

— 一輛車的閘瓦壓力總和；

— 閘瓦摩擦系數；

— 一輛車的長度；

— 列車編組量數；

— 列車制動波速；

— 一輛車制動缸充氣時間。

4.3列車緩解時的縱向沖動分析

制動缸充氣時間是影響列車的制動時的縱向沖動的重要因素。列車緩解波速較制動波速傳遞慢，緩解列車制動時，前部車輛緩解，后部車輛仍處于制動，車鉤處于拉伸狀態產生車鉤拉力。由于車鉤的承拉能力遠低于承壓力，如車鉤拉力過大，可能出現斷鉤。隨著后部車輛開始緩解，后部車輛的速度又大于前部車輛的速度，列車會前擁。低速緩解時，由于閘瓦摩擦系數隨著列車速度的降低而增大，各車輛的制動力差異增大，所以在低速制動時列車縱向沖擊力加劇，所以斷鉤危險會更大。

從直觀上講，緩解時的列車縱向沖動是由于沿列車長度方向制動力緩解的差異性引起的，而這種差異的大小與緩解波速和制動缸的降壓特性密切相關。對于一定的制動裝置，其制動缸的降壓特性可視為不變，緩解時列車的縱向沖動，與下列因素成正比：1.整列車的制動力下降速率；2.相鄰車的制動力差。

當緩解波速很高時，相鄰車的制動力差很小，列車的縱向沖動很小；當緩解波速很低時，整個列車的制動力下降速率很小，列車的縱向沖動也很小；當緩解波速在一定范圍內變化時，緩解波速提高，導致項1增加、項2減少，綜合影響使列車縱向沖動水平增加，由此說明，存在一個使列車縱向沖動最大的緩解波速—“臨界緩解波速”。

緩解時列車最大車鉤力水平與列車長度、重量、緩沖器性能、緩解波速、緩解前車鉤狀態、緩解時列車管減壓量及緩解初速密切相關。列車最大車鉤力隨車鉤初始間隙代數值的增加而減少；隨緩解初速的增加而減少；隨緩解時列車管減壓量的增加而增加在列車操縱時，初始車鉤狀態很難人為調整，緩解波速又是制動系統固有的特性，所以只能通過改變緩解初速來控制列車最大車鉤力。

5、結束語

重載列車緩解時，在制動設備完好的情況下，其沖動水平已經很高，因此重載列車的操縱必須從制定操縱規范、提高司機操縱水平和優化行車組織等多方面予以配合，并充分利用機車動力制動；另外需避免空、重車及不同類型車輛混編，據前蘇聯的重載運輸經驗，混編列車最大車鉤力將增大20一40%。對新型車輛，建議從系統工程的角度出發，研究、設計車輛制動機的緩解特性、閘瓦特性以及車鉤強度與緩沖器性能，以便有效地抑制過大沖擊力的形成，確保重載列車的安全、正點開行。

參考文獻

[1]鐵路技術管理規程/中國鐵路總公司-中國鐵道出版社，2014

[2] 朔黃鐵路萬噸列車平穩操縱優化研究/張朝輝著.-成都：西南交通大學出版社，2017.1

[3] 鐵路機車操作規則 中國鐵路總公司-中國鐵道出版社，TG/JW104-2012

作者簡介：馬錦華，男、1982.11.19漢族、陜西商洛、本科、助理工程師、研究方向：鐵路運輸。

（作者單位：國家能源集團朔黃鐵路機輛分公司）