車 燕

（鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸規(guī)劃處，天津 300251）

大飯鋪至馬柵鐵路(簡稱大馬鐵路) 位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)[1]，北與準(zhǔn)(格爾旗) 東(勝) 鐵路接軌后與大(同) 準(zhǔn)(格爾旗) 線、呼( 和浩特) 準(zhǔn)(格爾旗) 線連通，南端直接與朔( 州) 準(zhǔn)(格爾旗) 線貫通。線路起點(diǎn)為準(zhǔn)東鐵路大飯鋪西線路所，沿線設(shè)西黑岱站、榆樹塔站、碾子灣站、龍口站，最終引入朔準(zhǔn)線上的馬柵站，線路全長約 60km。該鐵路項(xiàng)目主要為開發(fā)準(zhǔn)格爾煤田南部礦區(qū)所修建，運(yùn)煤專線沿線產(chǎn)生的煤炭部分經(jīng)朔準(zhǔn)線、北同蒲線、大(同) 秦(皇島) 線去往秦皇島港水運(yùn)，另一部分經(jīng)準(zhǔn)東線、呼準(zhǔn)線、集(寧) 包( 頭) 線、集(寧) 張(家口) 線、張(家口) 唐(山) 線去往曹妃甸港水運(yùn)，是大秦線、張?zhí)凭€的煤運(yùn)集運(yùn)通道之一。

1 大馬鐵路運(yùn)輸組織方式分析

1.1 大馬鐵路煤運(yùn)通道內(nèi)各線概況

大馬鐵路煤炭外運(yùn)通道內(nèi)各線路限制坡度及牽引質(zhì)量如表1 所示。

由表1 可知，大馬鐵路煤炭外運(yùn)通道各線(除大秦線、北同蒲線外) 牽引質(zhì)量多為 5 000 t、10 000 t。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)及運(yùn)營情況，通道內(nèi)各線開行的煤炭列車以組織 10 000 t、20 000 t 為主，限制坡度多為重車方向 6‰、輕車方向 12‰～14‰。

1.2 大馬鐵路運(yùn)輸組織方式

根據(jù)通道內(nèi)各線概況，大馬鐵路運(yùn)輸組織分為組織 10 000 t 重載循環(huán)直達(dá)貨物列車和組織 5 000 t直達(dá)貨物列車 2種運(yùn)輸方案。以下分別從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)輸組織、能力適應(yīng)性等方面進(jìn)行方案比選。

（1）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)性。大馬鐵路至曹妃甸港的煤炭通道中，準(zhǔn)東、呼準(zhǔn)、集包、張集、張?zhí)频染€均為 10 000 t 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；大馬鐵路至秦皇島港的運(yùn)輸通道中，連接的朔準(zhǔn)線是大秦線集運(yùn)系統(tǒng)的重要部分，為 10 000 t 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；因此大馬鐵路牽引質(zhì)量為 10 000 t 時(shí)，能與通道各線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào)；牽引質(zhì)量為 5 000 t 時(shí)，與通道內(nèi)各線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性較差。

（2）運(yùn)輸組織。大馬鐵路牽引質(zhì)量為 10 000 t時(shí)，與通道內(nèi)水運(yùn)大宗運(yùn)量牽引質(zhì)量一致，運(yùn)輸組織簡單靈活，運(yùn)輸效率高；大馬鐵路牽引質(zhì)量為5 000 t 時(shí)，運(yùn)營成本增大，運(yùn)輸效率低，與我國煤炭運(yùn)輸通道開行重載萬噸及以上列車的趨勢不符。

（3）能力適應(yīng)性。①大馬鐵路牽引質(zhì)量為10 000 t 時(shí)，通道內(nèi)近期除朔準(zhǔn)線、大秦線能力飽和外，其余各線能力可以滿足需求；遠(yuǎn)期張集線能力接近飽和，朔準(zhǔn)、北同蒲線則能力不足；②大馬鐵路牽引質(zhì)量為 5 000 t 時(shí)，通道內(nèi)近期朔準(zhǔn)線、大秦線能力不足；遠(yuǎn)期通道內(nèi)張集線、朔準(zhǔn)線、北同蒲線、大秦線能力不足。

綜上所述，為方便組織裝車地至卸車地的煤炭直達(dá)運(yùn)輸，減少列車中途增減軸作業(yè)，提高運(yùn)輸效率，減少通道壓力，大馬鐵路運(yùn)輸方案為開行 10 000 t 重載貨物列車。

2 大馬鐵路限制坡度方案

大馬鐵路主要承擔(dān)煤炭外運(yùn)，以碾子灣站為分界，分別去往準(zhǔn)東、朔準(zhǔn)線，因而采用與相鄰線路一致的限制坡度有利于實(shí)行機(jī)車長交路，提高運(yùn)輸質(zhì)量，加速機(jī)車車輛的周轉(zhuǎn)。目前，在國內(nèi)生產(chǎn)的電力機(jī)車中，HXD系列可以在 6‰ 的坡度上牽引 4 000～7 000 t，既有 SS4系列機(jī)車可以牽引5 000 t。

表1 大馬鐵路煤炭外運(yùn)通道坡度及牽引質(zhì)量表

以節(jié)約投資、有利運(yùn)輸組織為原則，大馬鐵路重車方向推薦 6‰ 的限制坡度。碾子灣站至準(zhǔn)東線區(qū)段，重車方向一路上坡，采用 6‰ 的限制坡度基本能適應(yīng)地形，10 000 t 列車采用電力機(jī)車雙機(jī)牽引；而碾子灣站至朔準(zhǔn)線區(qū)段，重車方向地形連續(xù)下坡，形成長大下坡道，對列車制動(dòng)及操縱控制要求很嚴(yán)，成為制約運(yùn)行安全的關(guān)鍵因素。因此，需要從制動(dòng)安全性角度分析合適的長大下坡道的坡度取值。

3 長大坡道坡度取值的計(jì)算方法

3.1 計(jì)算原則

由于重載列車的牽引質(zhì)量大，當(dāng)其在長大下坡道運(yùn)行時(shí)，機(jī)車制動(dòng)力相對薄弱，需依賴空氣制動(dòng)的周期進(jìn)行制動(dòng)調(diào)速?！?列車牽引計(jì)算規(guī)程 》( 簡稱《 牽規(guī) 》) 中規(guī)定“長大下坡道的牽引輛數(shù)受制動(dòng)機(jī)充風(fēng)時(shí)間和空走時(shí)間的限制”[2]。因此，合理的長大下坡道坡度取值需保證重載列車在下坡道運(yùn)行進(jìn)行周期制動(dòng)時(shí)，緩解充風(fēng)時(shí)間加制動(dòng)空走時(shí)間小于(或等于) 列車從緩解初速至限速的時(shí)間，以保證制動(dòng)安全。公式表達(dá)為

式中：tc為緩解充分時(shí)間，s；tk為制動(dòng)空走時(shí)間，s；tz為緩解增速時(shí)間，s；t'k為緩解留閘時(shí)間，s。

3.2 副風(fēng)缸再充風(fēng)時(shí)間

《牽規(guī)》附錄 K 指出貨物列車制動(dòng)機(jī)副風(fēng)缸充風(fēng)時(shí)間與編組輛數(shù)和減壓量有關(guān)，還與列車管定壓有關(guān)?！惰F路技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定“長大下坡道區(qū)段及重載列車自動(dòng)制動(dòng)機(jī)主管壓力由鐵路局規(guī)定，報(bào)鐵道部批準(zhǔn)”[3]。

從全路重載列車運(yùn)行情況分析，不少鐵路局的長大下坡道區(qū)段運(yùn)行的列車及重載列車的主管壓力大部分為 600 kPa。但是，由于貨物列車制動(dòng)主管定壓 600 kPa 存在弊端，建議主管定壓恢復(fù)至 500 kPa[4-5]。因此，計(jì)算列車制動(dòng)主管壓力時(shí)采用定壓 500 kPa，空氣制動(dòng)常用制動(dòng)調(diào)速的減壓量采用 100～120 kPa(對應(yīng)常用制動(dòng)系數(shù)約為 0.8)，10 000 t 重載列車的編組輛數(shù)約為100～126 輛。

不同編組輛數(shù)列車的副風(fēng)缸充風(fēng)時(shí)間如表2 所示。由于《 牽規(guī) 》對貨物列車再充風(fēng)時(shí)間只列到80 輛，大于 80 輛按曲線外延估算取值，帶“ * ”號(hào)的數(shù)據(jù)采用內(nèi)插法得到。

表2 不同編組貨物列車再充風(fēng)時(shí)間表 s

3.3 空走時(shí)間

貨物列車常用制動(dòng)空走時(shí)間采用下式計(jì)算。

式中：n 為牽引輛數(shù)；r 為列車管減壓量，kPa；ix為列車所經(jīng)過的下坡道加算坡度千分?jǐn)?shù)(包括曲線折減)，下坡取負(fù)值。

3.4 列車在長大下坡道的增速時(shí)間

采用分析法，按速度間隔計(jì)算增速時(shí)間的公式為

式中：v1，v2為所取速度間隔的初速和末速(注意不能跨機(jī)車動(dòng)力制動(dòng)力特性曲線的拐點(diǎn)取速度間隔)，km/h；c 為該速度間隔內(nèi)作用在列車上的單位合力(按速度間隔平均速度計(jì)算)，N/kN。

在列車使用動(dòng)力制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，單位合力的計(jì)算公式為

式中：w0為列車單位基本阻力，N/kN；bd為列車單位動(dòng)力制動(dòng)力，N/kN。

式中：Bd為機(jī)車動(dòng)力制動(dòng)力(按速度間隔平均速度取值)，kN。

3.5 緩解留閘時(shí)間

緩解留閘時(shí)間按制動(dòng)空走時(shí)間和制動(dòng)缸排風(fēng)時(shí)間的比值擬定。當(dāng)下坡道 ix<15‰ 時(shí)，t'k= 0.5 tk；當(dāng) ix≥15‰ 時(shí)，t'k= 0.25 tk。

4 計(jì)算實(shí)例

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

以 SS4B型機(jī)車雙機(jī)牽引的萬噸重載列車為例，對 12‰ 以上的長大下坡道周期制動(dòng)安全性進(jìn)行分析。

4.1.1 編組形式

萬噸重載列車按以下 2種形式進(jìn)行編組，如表3 所示。

表3萬噸重載列車編組形式表

4.1.2 貨物列車制動(dòng)限速值及最低緩解速度

本次檢算最低緩解速度按《 機(jī)車操作規(guī)程 》[6]第二十四條規(guī)定，對重載列車按 30km/h考慮，貨物列車在長大下坡道的制動(dòng)限速值按《 鐵路技術(shù)管理規(guī)程 》第二十條規(guī)定取值，具體如表4 所示。

表4 貨物列車制動(dòng)限速表

4.2 檢算結(jié)果

下坡制動(dòng)安全性分析結(jié)果如表5 所示。當(dāng)減壓量為 100 kPa 時(shí)，理論計(jì)算單元萬噸列車能適應(yīng)的最大下坡為 15‰，組合萬噸列車則適應(yīng)到 17‰；當(dāng)減壓量為 120 kPa 時(shí)，理論計(jì)算單元萬噸列能適應(yīng)的最大下坡為14‰，組合萬噸列車則適應(yīng)到 16‰。

表5 下坡制動(dòng)安全性分析

綜上所述，大馬鐵路采用 17‰ 的限制坡度，僅能開行組合萬噸列車，運(yùn)輸模式單一；如果采用14‰ 的限制坡度，既可以開行單元萬噸列車，也可以開行組合萬噸列車，模式多樣，運(yùn)輸組織靈活。

5 結(jié)論

從運(yùn)輸概況及運(yùn)輸組織分析，大馬鐵路為開行10 000 t 重載貨物列車的運(yùn)煤專線。從重載列車在長大下坡道運(yùn)營安全的角度出發(fā)，以滿足周期制動(dòng)要求為前提，計(jì)算不同萬噸列車編組形式適應(yīng)的最大下坡道取值方案理論值。結(jié)合各種列車的運(yùn)營需求，建議大馬鐵路重車方向長大下坡道取值最大不超過 14‰。

[1]新建鐵路大路西至馬柵線大飯鋪西至馬柵段可行性研究報(bào)告[R]. 天津：鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2012.

[2]中華人民共和國鐵道部. TBT / T 1407-1998 列車牽引計(jì)算規(guī)程[S]. 北京：中國鐵道出版社，1999.

[3]中華人民共和國鐵道部. 鐵路技術(shù)管理規(guī)程[S]. 北京：中國鐵道出版社，2006.

[4]閆永平，王奇鐘. 重在列車制動(dòng)主管定壓應(yīng)恢復(fù)為500 kPa[J]. 鐵道機(jī)車車輛，2008(2)：69-70.

[5]張中央，孫中央. 關(guān)于取消貨物列車600 kPa 列車主管定壓的建議[J]. 中國鐵路，2000(12)：51-52.

[6]中華人民共和國鐵道部. TG / JW 104-2012 機(jī)車操作規(guī)程[S]. 北京：中國鐵道出版社，2000.