工務設備滿足JSQ6車輛過峰的整治實踐及思考

鐘進軍 中國鐵路上海局集團有限公司工務部

近年來，JSQ6車輛到達編組站需要解體的數量逐漸增加，“禁止溜放”嚴重影響了效率。集團公司2017年底組織了《JSQ車輛駝峰溜放技術應用研究》，筆者參與了JSQ6車輛溜放的工務相關方案的制定，檢算了所有駝峰JSQ6車輛通過時的底部距離，編制了部分駝峰線路設備縱斷面的調整方案并現場指導整治，提出了溜放JSQ6車輛駝峰線路設備的日常檢查方法、周期和標準，確保了車輛能正常通過駝峰溜放。

1 初步試驗概況

集團公司下達《JSQ車輛駝峰溜放技術應用研究》后，工務相關試驗與研究內容有：車輛通過對稱道岔、小半徑曲線時的動力性能試驗，車輛底部與鋼軌軌頂面距離在平直線路上和過峰變坡點時的靜、動態試驗。

車輛通過對稱道岔、小半徑曲線動力性能的試驗，選取了南翔、喬司、蕪湖東、徐州北等編組站的最不利道岔和曲線，個別道岔和曲線曾頻繁出現貨物車輛溜放脫線。按《鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規范》（GB5599-85）、《軌道車輪動力學性能試驗及驗收-運行安全性-軌道疲勞-乘坐舒適性》（UIC-518）等規范，脫軌系數、輪重減載率以及輪軸橫向力等安全性指標試驗結果均處于安全要求的范圍內。

車輛底部與鋼軌頂面距離，靜態采用鋼尺、手持式激光測距儀人工測量；動態采用高分辨的激光測距儀實時測量。結果如下：

（1）各駝峰因縱斷面參數不同，JSQ6車輛在平直線路上靜態距離相同的情況下，動態距離不同；

（2）車輛經過駝峰變坡點坡差最大位置時車輛底部與軌頂面的最小距離，按車輪檢修限度為-3 mm，部分將騎峰；

（3）車輛經過駝峰變坡點坡差最大位置時車輛底部與軌頂面的距離，與車輛在平直線路上時底部與軌頂面距離直接相關，與車輛是空車、還是重車基本無關。

參照《鐵路技術管理規程》（普速鐵路部分）基本建筑限界距鋼軌頂面的距離25 mm，附加可能的線路高低與動態變動量約15 mm，車輛底部與軌頂面距離40 mm可作為車輛溜放時經過駝峰時的安全控制標準。按此標準，喬司、南京東、金華東和寧波北站車輛通過駝峰時底部均高于軌面40 mm；南翔下行、南翔上行、蕪湖東、徐州北下行、徐州北上行、阜陽北、合肥東、蚌埠東站車輛通過駝峰時底部有部分車輛低于軌面40 mm，需要整治優化駝峰縱斷面。

2 駝峰縱斷面整治的理論依據

JSQ6車輛定距20.8 m，車輛底部與鋼軌頂面設計間距190 mm，輪輞厚度原形為50 mm、運用極限23 mm，車輛在平直線路上時車體底部與鋼軌頂面之間的最小距離為190-(50-23)=163 mm，比一般車輛小得多。駝峰縱斷面復雜，平臺兩端通過凸形豎曲線連接，車輛過峰時底部距離會變小，變化值與坡度代數差和豎曲線半徑有關。一般情況下，推送坡的坡度為10～20‰，凈平臺長度7.5 m～10 m、加速坡的坡度為35～55‰，一般采用圓曲線形的半徑為350 m豎曲線。

（1）如果車輛都在圓曲線形豎曲線上，可用公式h=163-f=163-20.82/(8×Rv)計算車輛底部與軌頂面距離，可以看出豎曲線半徑越大，車輛底部與軌頂面距離就越大，要滿足JSQ6車輛底部與軌頂面距離40 mm以上，豎曲線的半徑要在450 m以上。

（2）如果車輛跨越平臺、與加速坡的豎曲線和加速坡，當后輪落在實際平臺與加速坡豎曲線的起點、前輪落在加速坡上時，車輛底部與鋼軌面距離最小，如圖1所示。

相關參數可用如下公式計算：

豎曲線切線：

式中：Rv為豎曲線半徑，x豎曲線上點N距離始點或終點距離，Hp計算點N坡度線標高。

AJ切線是實際平臺延伸線，Hp在計算點均為同一標高，車輛底部在任意點處高程的下降可按前輪下降高度（h前=yB+i×（20.8-C）） 的三角形比例（x/20.8）近似計算，車輛底部任意點的豎曲線縱距為y，則車輛底部任意點與軌面的距離可用如下公式來計算。

可以看出，同一代數差的豎曲線，豎曲線半徑越大，豎曲線就越長，縱距就越小，車輛通過時底部與軌頂面距離就越大。

（3）采用了較小半徑的豎曲線或豎曲線養護不好，凈平臺很短甚至沒有的駝峰，車輛過峰時，車輛定距范圍內如果跨越了推送坡、凈平臺和加速坡，計算更為復雜，底部距離限界就更小，加速坡坡度大時極易騎峰。

以上分析可以得出結論，駝峰豎曲線代數差越小，相同代數差半徑越大、豎曲線全長越長，JSQ6車輛過峰時車輛底部與軌頂面的距離就越大。平臺與加速坡連接的豎曲線部位，是整個駝峰JSQ6車輛過峰時底部與軌頂面的距離最小點，可以采用增大豎曲線半徑、延長平臺長度，來優化整治駝峰縱斷面，滿足JSQ6車輛安全溜放條件。

圖1 車輛跨越豎曲線圖

3 駝峰縱斷面整治的實踐

按前述理論分析，課題組編制了仿真程序來計算JSQ6車輛過峰時底部與軌頂面的最小距離，軟件基于matlab環境，主要功能和流程如下：

（1）擬合線路縱斷面：將線路高程用Interpolant線性差值逼近，擬合線路縱斷面的曲線方程；

（2）車輛位置狀態計算：模擬車體每前進1個步長，計算一次當前位置狀態；

（3）最小垂直距離計算：以車體前輪運行到某里程，在后輪至前輪的長度內，每隔一定距離計算車體底部至軌頂面的垂直距離，將最小值作為車體運行至該位置時的最小距離。

（4）統計最不利狀態：按照上述最小距離計算方法，車體每前進1個步長，會產生1個最小距離，統計其中的最小值作為最不利的狀態，并返回該位置及此時車輛位置。

縱斷面優化方案應綜合考慮增大豎曲線半徑、延長平臺長度和起道工作量的關系，以現狀優化為原則，多次優化仿真計算后選取最佳方案。需要注意的幾個方面：

（1）曲線超高。駝峰線路以及禁溜線曲線，速度低、順坡困難，宜按5 mm設置。

（2）道岔水平。宜起平防止JSQ6車輛底寬范圍內，道岔曲股與車輛底部距離不足，尤其是道岔直股鋼軌垂磨大、岔后曲上軌鋼軌地段。

（3）最不利位置。車輛底部與鋼軌頂面距離最不利位置，宜避開道岔轍叉區，因轍叉區護輪軌高于基本軌軌面，基本軌鋼軌垂磨大后俞加不利。

（4）起道范圍。起道范圍以峰頂向加速坡稱重裝置前5 m為宜，需要在稱重裝置附近起道的需要電務配合；駝峰平臺短、甚至日常溜放有“咬鉤”現象的，可對推送坡適當起道延長平臺長度。

駝峰縱斷面優化方案確定后，可將起道量標識在鋼軌上，確定起道機位置，提前預卸道砟，通過多臺起道機一次起道搗固或峰頂向下逐撬起道搗固兩種方法整治。多臺起道機一次起道搗固的方法用多臺起道機，每個點按起道量起道后全面搗固，有利于縱斷面的一次調整到位，不用考慮前后影響，但需要的設備人員較多；峰頂向下逐撬起道搗固的方法用兩臺起道機即可，從峰頂開始向加速坡逐翹起道搗固，使用的設備人員較少，但前后撬相互影響。無論那種方法，均要兩股鋼軌同時起道，用軌距水平尺、水準儀、目視平順三種手段，嚴格控制起道，寧低勿高，宜多次調整。

整治中合肥東駝峰采用了多臺起道機一次起道搗固的方法，其它駝峰采用了峰頂向下逐撬起道搗固的方法。整治后集團公司管內需要溜放JSQ6車輛的駝峰，底部距離均滿足高于軌面40 mm的基本條件，一般在60 mm，最大的達到89 mm，順利實現了JSQ6車輛的駝峰溜放；縱斷面調整優化后，部分駝峰原來存在的“咬鉤”現象也得到了消除。

4 駝峰縱斷面的日常保持

駝峰縱斷面整治滿足JSQ6車輛溜放條件后，工務單位應加強檢查與養護。JSQ6過峰的推送坡、平臺、加速坡區段的線路縱斷面，檢查工區每月應檢查一次，縱斷面養護后做好回檢，可用20.8 m的弦線，兩端用高度123 mm的墊板固定在鋼軌頂面，在理論平臺兩端各21m范圍內按每米間隔步長，弦線不碰鋼軌頂面即滿足平直段底部限界大于163 mm的JSQ6車輛過峰時底部限界不小于40 mm的要求。每半年按每米間隔采用水準儀測量高程，從加速坡下的交叉渡線基本軌接頭開始，向加速坡、平臺、推送坡連續測量100 m線路，軟件模擬計算JSQ6車輛過峰時底部與軌頂面的最小距離。

5 啟示與建議

（1）駝峰平縱斷面優化。調研、整治過程中發現，駝峰線路平縱斷面困難條件多，很多突破了現有設計規范和修理規則，給工務養護帶來了極大的困難和安全風險。駝峰區域小半徑的短小曲線多，夾直線短，坡度大、坡長短，豎曲線半徑小并伸入道岔、超高順坡段，調車平臺設計與工務養護的矛盾等不同程度的存在。建議統一現有的設計規范和修理規則，在今后的駝峰設計和優化中，不用、少用困難條件，禁止突破設計規范和技術規章，便于工務部門對駝峰線路平縱斷面的養護。

（2）豎曲線的養護。長期以來，工務部門對豎曲線的養護缺乏管理，現場豎曲線的半徑和范圍無標識，造成了實際豎曲線半徑、范圍和駝峰坡度等技術參數與設計不一致。豎曲線的養護急需加強管理，一是要現場標識豎曲線半徑、范圍和失度，二是建立相應的檢查方法和標準，對于普速鐵路可采用一弦法測量，每5 m測量失度，對于重要豎曲線（如駝峰區段）每2 m測量失度，每半年水準測量絕對高程一次；管理標準可按設計豎曲線半徑減小不超過20%的原則控制失度和高程。

（3）凹底車輛的設計。JSQ6空載車輛底部與鋼軌軌頂面設計間距為190 mm，誤差在±30 mm，考慮到目前的駝峰現狀，建議車輛制造應進一步提高車輛底部與鋼軌頂面的設計間距，并納入精確控制，以正公差為宜，滿足凹底車輛駝峰溜放的實際需要。