陳玲娟，饒 武

(1.西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，四川 成都 610031；2.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 土建一院，四川成都 610031)

我國大部分鐵路車站的站線，都存在著一定的坡度。近年來，貨車滾動軸承化，使車輛單位基本阻力減小，若車輛 (含車組、車列，以下同) 在有坡度的線路上停留，易受外界條件的影響而發(fā)生溜逸。在大風(fēng)天氣較普遍的地區(qū)，車輛在大風(fēng)天氣下，由于受到風(fēng)力影響更易產(chǎn)生溜逸。在無風(fēng)條件下，車輛停在坡道上時，受到重力向下分力和單位基本阻力的作用，當(dāng)重力向下分力大于單位基本阻力時，車輛會順坡發(fā)生溜逸。在大風(fēng)條件下，合理選擇站坪坡度，能在一定程度上保證車站作業(yè)安全，但是這個合理的站坪坡度不能保證在所有工況下車輛的安全，需要采取相應(yīng)防溜措施。特別是在大風(fēng)條件下，情況復(fù)雜得多，風(fēng)向的改變會影響車輛溜逸的方向。

1 車輛溜逸模型的建立

車輛停留在坡道上，受到重力、風(fēng)力、單位基本阻力的作用，根據(jù)風(fēng)力的方向和車輛溜逸的方向不同，建立如下模型。

1.1 模型符號的定義

G為車輛所受重力/ N；u為車輛單位基本阻力/ (N/kN) ；θ為線路坡段的坡度角/rad；ρ 為空氣密度/ (kg/m3)，取平原地區(qū)平均值1.21；v 為風(fēng)速/ (m/s) ；s 為車體受風(fēng)面積/m2；F風(fēng)為車體所受最大瞬時風(fēng)力/N，F(xiàn)風(fēng)=ρV2s /2。

1.2 模型的建立

根據(jù)車輛可能發(fā)生溜逸的情況，對車輛未采取制動措施，在坡道上溜逸的最小坡度角進(jìn)行建模分析。

(1) 第①種情況。車輛停在坡道上，受到重力、單位基本阻力和水平逆坡方向風(fēng)力的影響，車輛向上溜逸時臨界狀態(tài)應(yīng)滿足：

由式⑴可知，當(dāng)坡度角θ越大時，車輛越不易溜走。

(2) 第②種情況。車輛在坡道上，受到重力、單位基本阻力和水平順坡方向風(fēng)力的影響，車輛向下溜逸時臨界狀態(tài)應(yīng)滿足：

由式⑵可知，當(dāng)坡度角θ越小時，車輛越不易溜逸。

(3) 第③種情況。車輛在坡道上，受到重力、單位基本阻力和水平逆坡方向風(fēng)力的影響，車輛向下溜逸時臨界狀態(tài)應(yīng)滿足：

由式⑶可知，當(dāng)坡度角θ越小時，車輛越不易溜逸。

(4) 第④種情況。車輛在坡道上，受到重力、單位基本阻力和水平順坡方向風(fēng)力的影響，車輛處于向上溜逸狀態(tài)。但是在無風(fēng)條件下，車輛有向下溜逸的趨勢，而受水平順坡方向風(fēng)力的影響，產(chǎn)生順坡的分力，使車輛更易向下溜逸，而不會向上溜逸，因此這種情況不會發(fā)生，僅考慮車輛在坡道上自然溜逸的情況。

由式⑷可知，當(dāng)坡度角θ越小時，車輛越不易溜走。

2 計(jì)算結(jié)果分析

2.1 臨界坡度角計(jì)算

在滾動軸承情況下，貨車的單位基本阻力為u=3.5N/kN，即u=3.5。分析上述4種情況，當(dāng)車輛重力G增大時，車輛越不易溜逸，但單個車輛是最容易溜逸的。由于第④種情況下的臨界坡度角θ=arctg(u)=3.5為固定值，在此主要分析車輛在前3種情況下的受力狀況。表1、表2、表3依次給出了單輛棚車P64GK，單輛敞車C64，單輛罐車G17在這3種情況下，計(jì)算得到的臨界坡度角θ。

2.2 臨界坡度角計(jì)算分析

(1) 重力G增大時，車輛越不易溜逸 。因此應(yīng)重點(diǎn)做好空車和單輛車的防溜措施。

表1 單輛棚車P64GK的臨界坡度角 rad

表2 單輛敞車C64的臨界坡度角 rad

表3 單輛罐車G17的臨界坡度角 rad

(2) 大風(fēng)地區(qū)站坪合理坡度宜設(shè)在1～2，這個坡度可以保證車輛在10 m/s順坡風(fēng)力的作用下不會發(fā)生溜逸，而對于其他情況則應(yīng)根據(jù)風(fēng)向分別進(jìn)行受力分析，得出所應(yīng)采取的制動力，從而選擇相應(yīng)的防溜措施。

(3) 當(dāng)風(fēng)速越大時，車輛越容易沿著風(fēng)向的方向溜逸，第③種情況實(shí)際上是車輛向逆風(fēng)方向溜逸，此情況只會發(fā)生在風(fēng)速較小而坡度較大的時候，計(jì)算結(jié)果顯示第③種情況得出的臨界坡度角要大于站坪的合理坡度角，因此，第③種情況可以不予考慮。

2.3 所需制動力

從上述計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)站坪合理坡度設(shè)為1～2時，通過對臨界坡度角計(jì)算結(jié)果分析，第③種情況、第④種情況不會發(fā)生，因此只需對第①種情況、第②種情況做出相應(yīng)的防溜措施。

(1) 第①種情況。車輛停在坡道上時，受到重力、單位基本阻力和水平逆坡方向風(fēng)力的影響。為防止車輛向上溜逸，需提供的制動力為：

表4 P64GK在第①、②兩種情況下所需制動力 N

表5 C64在第①、②兩種情況下所需制動力 N

表6 G17在在第①、②兩種情況下所需制動力 N

F制= F風(fēng)cosθ?u (F風(fēng)sinθ + G cosθ ) ? Gsinθ

(2) 第②種情況。車輛在坡道上，受到重力、單位基本阻力和水平順坡方向風(fēng)力的影響，為防止車輛向下溜逸，需提供的制動力為：

F制=Gsinθ + F風(fēng)cosθ?u (G cosθ ? F風(fēng)sinθ )

表4、表5、表6給出了站坪坡度為1.5時，不同車型在不同工況下所應(yīng)提供的制動力。

3 結(jié)束語

我國沿海及內(nèi)陸地區(qū)，常有臺風(fēng)及大風(fēng)天氣，做好停站車輛的防溜措施至關(guān)重要。根據(jù)不同的風(fēng)向?qū)νＵ拒囕v影響的計(jì)算分析，得出大風(fēng)地區(qū)的站坪合理坡度宜設(shè)在1～2。當(dāng)在坡度為1.5時，給出各種車型在不同工況下所應(yīng)給予的制動力，為相應(yīng)防溜措施的選擇給出了理論依據(jù)。