姚小沛，王 磊，邵 軍，張成國(guó)，王孝延

（1 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所，北京100081；2 中國(guó)鐵路總公司運(yùn)輸局 機(jī)務(wù)部，北京100844）

重載組合列車(chē)縱向性能的影響因素分析*

姚小沛1，王 磊2，邵 軍1，張成國(guó)1，王孝延1

（1 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所，北京100081；2 中國(guó)鐵路總公司運(yùn)輸局 機(jī)務(wù)部，北京100844）

介紹2004年以來(lái)大秦線開(kāi)行的5種典型編組方式重載列車(chē)，比較了不同編組方式列車(chē)縱向力的大小，并分析了列車(chē)編組方式對(duì)縱向力的影響；同時(shí)結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)其他關(guān)鍵因素比如Locotrol同步作用時(shí)間、機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)性能、貨車(chē)關(guān)鍵技術(shù)以及列車(chē)操縱方式等對(duì)重載列車(chē)縱向力的影響進(jìn)行了分析，并從減小縱向力的角度提出了3種2萬(wàn)t列車(chē)編組方式。試驗(yàn)及運(yùn)用實(shí)踐表明：目前我國(guó)的貨車(chē)制動(dòng)可以滿足單元萬(wàn)噸貨物列車(chē)的制動(dòng)要求，而對(duì)于更大編組的長(zhǎng)大列車(chē)，宜采用機(jī)車(chē)動(dòng)力分散布置的組合列車(chē)。組合列車(chē)中從控機(jī)車(chē)的布置位置是影響組合列車(chē)制動(dòng)性能和列車(chē)縱向力的最主要因素之一，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)研究。

重載組合列車(chē)；車(chē)鉤力；編組方式

重載鐵路運(yùn)輸因其運(yùn)能大、效率高、運(yùn)輸成本低及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已成為世界當(dāng)今和未來(lái)主要發(fā)展的運(yùn)輸模式，特別是在一些幅員遼闊、資源豐富、煤炭和礦石等大宗貨物運(yùn)量占有較大比例的國(guó)家如美國(guó)、加拿大、巴西、澳大利亞、南非等發(fā)展尤為迅速。

中國(guó)鐵路從20世紀(jì)80年代開(kāi)始進(jìn)行重載技術(shù)的研究和探索，90年代在大秦線成功開(kāi)行了萬(wàn)噸單元列車(chē)。2003年原鐵道部根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，決定在大秦線開(kāi)行2萬(wàn)t重載列車(chē)以大幅度提高運(yùn)量。通過(guò)對(duì)Locotrol（機(jī)車(chē)無(wú)線同步控制技術(shù)）和ECP（電控空氣制動(dòng)技術(shù)）兩種方案進(jìn)行比選，決定采用Locotrol技術(shù)開(kāi)行2萬(wàn)t重載組合列車(chē)。2004年大秦線成功開(kāi)行了第一列4×5 000 t重載組合列車(chē)；2006年開(kāi)行了2× 10 000 t重載組合列車(chē)；2007年又開(kāi)行了2臺(tái)和諧型機(jī)車(chē)牽引2萬(wàn)t重載組合列車(chē)。2010年大秦線年運(yùn)量達(dá)到4億t，成為世界年運(yùn)量最大的鐵路之一。

2萬(wàn)t重載組合列車(chē)的開(kāi)行是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，涉及機(jī)車(chē)車(chē)輛、工務(wù)工程、通信信號(hào)、運(yùn)輸組織及系統(tǒng)集成等多方面內(nèi)容。為了成功開(kāi)行2萬(wàn)t組合列車(chē)，原鐵道部組織有關(guān)單位在各相關(guān)技術(shù)方面開(kāi)展了一系列科學(xué)研究。重載列車(chē)線路運(yùn)行綜合試驗(yàn)也是主要研究?jī)?nèi)容之一，通過(guò)綜合試驗(yàn)先后發(fā)現(xiàn)并解決了HXD1機(jī)車(chē)的車(chē)、網(wǎng)匹配問(wèn)題、HXD2機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)與貨車(chē)制動(dòng)機(jī)的匹配問(wèn)題、HXD2機(jī)車(chē)車(chē)鉤在大秦重載組合模式下的適應(yīng)性改進(jìn)問(wèn)題，機(jī)車(chē)無(wú)線同步控制裝置懲罰制動(dòng)的實(shí)施方式等問(wèn)題。

列車(chē)縱向沖動(dòng)是采用Locotrol技術(shù)開(kāi)行2萬(wàn)t重載組合列車(chē)的3大關(guān)鍵技術(shù)難題之一［1］，不僅對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)輛疲勞破壞造成重大影響，甚至?xí)a(chǎn)生嚴(yán)重的安全問(wèn)題。Locotrol系統(tǒng)的通信質(zhì)量、牽引動(dòng)力配置、列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)性能、機(jī)車(chē)車(chē)輛鉤緩性能、列車(chē)操縱等均會(huì)對(duì)列車(chē)縱向力產(chǎn)生重要影響。通過(guò)綜合試驗(yàn)，可以掌握不同編組方式列車(chē)縱向車(chē)鉤力的實(shí)際大小及分布規(guī)律，為列車(chē)的安全運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持；通過(guò)試驗(yàn)比較不同操縱方式的實(shí)施效果，為列車(chē)優(yōu)化操縱提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 大秦重載試驗(yàn)的主要編組方式

2004年大秦線開(kāi)始2萬(wàn)t組合列車(chē)試驗(yàn)，開(kāi)行初期，主、從控機(jī)車(chē)通訊采用800 MHz電臺(tái)，其傳輸距離限制了主、從控機(jī)車(chē)的間隔距離，此階段采用的列車(chē)編組方式為：SS4機(jī)車(chē)（主控）＋51輛C80＋SS4機(jī)車(chē)（從控1）＋51輛C80＋SS4機(jī)車(chē)（從控2）＋51輛C80＋SS4機(jī)車(chē)（從控3）＋51輛C80，以下簡(jiǎn)稱：4×5 000，2萬(wàn)t。

2005年大秦線開(kāi)通了GSM－R網(wǎng)絡(luò)，列車(chē)編組不再受主、從控機(jī)車(chē)間隔距離的限制，同時(shí)為了方便運(yùn)輸組織，對(duì)列車(chē)編組方式進(jìn)行了調(diào)整，停開(kāi)了4×5 000 t，試驗(yàn)并開(kāi)行了1＋2＋1編組2萬(wàn)t列車(chē)，具體編組方式為：SS4機(jī)車(chē)（主控）＋102輛C80＋SS4機(jī)車(chē)（從控1）＋SS4機(jī)車(chē)（重聯(lián)）＋102輛C80＋SS4機(jī)車(chē)（從控2），以下簡(jiǎn)稱：1＋2＋1，2萬(wàn)t。

2007年隨著和諧型大功率機(jī)車(chē)在大秦線陸續(xù)投入運(yùn)用，在大秦線試驗(yàn)并開(kāi)行了采用2臺(tái)和諧型大功率機(jī)車(chē)牽引的組合2萬(wàn)t列車(chē)，具體編組方式為：HXD1（或HXD2）機(jī)車(chē)＋102輛C80＋HXD1（或HXD2）機(jī)車(chē)＋102輛C80＋可控列尾，以下簡(jiǎn)稱：1＋1，2萬(wàn)t。

2010年隨著Locotrol互聯(lián)互通軟件的運(yùn)用，同時(shí)為了滿足不同運(yùn)輸組織需求，在大秦線利用HXD1、HXD2和SS4機(jī)車(chē)開(kāi)行了1.5萬(wàn)t組合列車(chē)，具體編組方式為：HXD1（或HXD2機(jī)車(chē)）＋108輛C70（或102輛C80）＋SS4機(jī)車(chē)＋54輛C80＋可控列尾，以下簡(jiǎn)稱：組合1.5萬(wàn)t。

單元萬(wàn)t列車(chē)編組是大秦線常用編組方式，同時(shí)也是評(píng)價(jià)2萬(wàn)t組合列車(chē)性能優(yōu)劣的參考編組，具體編組方式為：HXD1（或HXD2）機(jī)車(chē)＋105輛C80，以下簡(jiǎn)稱：?jiǎn)卧f(wàn)t。

2 不同編組方式的縱向力

2.1 牽引工況時(shí)的列車(chē)縱向力

隨著列車(chē)編組輛數(shù)的增加，機(jī)車(chē)集中頭部牽引時(shí)，列車(chē)質(zhì)量的增加必然造成頭部車(chē)鉤力線性增大，車(chē)鉤強(qiáng)度將成為列車(chē)質(zhì)量增加的瓶頸；同時(shí)也受空氣制動(dòng)、緩解波速的限制。機(jī)車(chē)動(dòng)力分散布置的組合列車(chē)，可以將由牽引質(zhì)量增加帶來(lái)的車(chē)鉤力增大分散到列車(chē)各個(gè)部分。圖1所示為正常牽引工況動(dòng)力集中（無(wú)DP）與動(dòng)力分布（有DP）車(chē)鉤力的理論分布對(duì)比，從圖1可知，采用動(dòng)力分布牽引可以有效降低列車(chē)牽引時(shí)的縱向車(chē)鉤力。

以上僅是動(dòng)力分散對(duì)減小牽引時(shí)車(chē)鉤力的理想化分析，大秦線實(shí)際運(yùn)用中由于司機(jī)采用平穩(wěn)操縱和優(yōu)化操縱方式（比如機(jī)車(chē)工況轉(zhuǎn)換間隔一般不小于10 s，在牽引/電制動(dòng)進(jìn)級(jí)或退級(jí)時(shí)采用平滑加減載等），牽引工況單元萬(wàn)噸和組合列車(chē)最大車(chē)鉤力一般也與機(jī)車(chē)施加的牽引力或電制動(dòng)力相當(dāng)。有時(shí)由于車(chē)鉤間隙、緩沖器、列車(chē)所處位置平縱斷面等因素影響，1＋1＋可控列尾編組的組合列車(chē)會(huì)在中部從控機(jī)車(chē)機(jī)次位置出現(xiàn)略大于機(jī)車(chē)施加的牽引力或電制動(dòng)力，但最大車(chē)鉤力一般均不大于1 000 k N。

2.2 制動(dòng)工況時(shí)的列車(chē)縱向力

列車(chē)在制動(dòng)工況下的縱向力要比牽引工況下復(fù)雜得多，制動(dòng)時(shí)列車(chē)的縱向力與機(jī)車(chē)、車(chē)輛的制動(dòng)機(jī)性能、鉤緩裝置性能、制動(dòng)、緩解初速和列車(chē)所處的線路橫、縱斷面等參數(shù)有關(guān)。在機(jī)車(chē)、車(chē)輛形式基本固定的情況下，組合列車(chē)中從控機(jī)車(chē)的數(shù)量和不同編掛位置決定了列車(chē)具有不同的制動(dòng)、緩解性能，從而影響列車(chē)制動(dòng)、緩解時(shí)的縱向力大小。

緊急制動(dòng)試驗(yàn)是為了測(cè)試列車(chē)在極端制動(dòng)工況下的縱向力大小及制動(dòng)距離，從而評(píng)估列車(chē)在極端制動(dòng)工況下的運(yùn)行安全性。圖1所示為不同編組列車(chē)緊急制動(dòng)最大車(chē)鉤力比較。從圖2可知，不同編組方式緊急制動(dòng)最大縱向力的比較為：1＋1，2萬(wàn)t＞單元萬(wàn)t＞1＋2＋1，2萬(wàn)t*（*表示試驗(yàn)用車(chē)輛為老C80）＞4×5 000，2萬(wàn)t和組合1.5萬(wàn)t。同是2萬(wàn)t組合列車(chē)，1＋1，2萬(wàn)t最大縱向力接近2 000 k N，約為4×5 000和1＋2＋1，2萬(wàn)t的2.3倍。4×5 000、1＋2＋1編組2萬(wàn)t和1.5萬(wàn)t組合列車(chē)，雖然列車(chē)長(zhǎng)度與質(zhì)量比單元萬(wàn)t顯著增加，但是由于從控機(jī)車(chē)的數(shù)量和編掛位置改善了列車(chē)的制動(dòng)性能，列車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)的最大縱向力反到小于單元萬(wàn)t。

常用制動(dòng)是列車(chē)調(diào)速、進(jìn)站停車(chē)等工況經(jīng)常用到的制動(dòng)方式，運(yùn)用中根據(jù)不同需要使用不同的制動(dòng)減壓量，常用全制動(dòng)停車(chē)試驗(yàn)是為了測(cè)試列車(chē)在使用最大常用制動(dòng)減壓量時(shí)列車(chē)的縱向力情況。圖3所示不同編組列車(chē)常用全制動(dòng)最大車(chē)鉤力比較。從圖2可知，不同編組方式常用全制動(dòng)最大縱向力比較為：1＋1，2萬(wàn)t＞4×5 000，2萬(wàn)t＞單元萬(wàn)t、組合1.5萬(wàn)t和1＋2＋1，2萬(wàn)t。同是2萬(wàn)t組合列車(chē)，1＋1＋可控列尾編組最大縱向力達(dá)到1 600 k N，約為1＋2＋1編組的4倍。1＋2＋1編組2萬(wàn)t、1.5萬(wàn)t組合列車(chē)和單元萬(wàn)t列車(chē)最大縱向力均處于較低水平。

兩個(gè)長(zhǎng)大下坡道的周期循環(huán)制動(dòng)是大秦線開(kāi)行2萬(wàn)t重載組合列車(chē)的3大關(guān)鍵技術(shù)之一［1］，也是列車(chē)在運(yùn)行中必須經(jīng)歷的運(yùn)用工況。循環(huán)制動(dòng)主要涉及兩個(gè)問(wèn)題，第1個(gè)是列車(chē)再充氣時(shí)間，從不同編組歷次試驗(yàn)可知，在兩個(gè)長(zhǎng)大下坡道區(qū)段，通過(guò)機(jī)車(chē)電制動(dòng)和列車(chē)空氣制動(dòng)的配合使用，充分利用線路的地理?xiàng)l件，采用長(zhǎng)、短波浪相結(jié)合的操縱方式，能夠滿足大秦線循環(huán)制動(dòng)對(duì)列車(chē)再充氣時(shí)間的要求；第2個(gè)就是循環(huán)制動(dòng)過(guò)程中的縱向力問(wèn)題，為了保證列車(chē)再充氣時(shí)間，循環(huán)制動(dòng)時(shí)一般將緩解速度控制在35 km/h左右，此時(shí)閘瓦摩擦系數(shù)大，低速緩解過(guò)程往往容易造成較大的列車(chē)縱向沖動(dòng)［2］。

圖4所示為不同編組方式循環(huán)制動(dòng)車(chē)鉤力散點(diǎn)圖比較，從圖4可知：1＋1，2萬(wàn)t車(chē)鉤力最大，接近1 800 k N，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)大于2 000 k N的車(chē)鉤力；其余4種編組方式基本相當(dāng)，最大值介于正負(fù)500 k N之間。在機(jī)車(chē)電制動(dòng)力發(fā)揮正常的情況下，單元萬(wàn)t、組合1.5萬(wàn)噸、4×5 000和1＋2＋1，2萬(wàn)t列車(chē)循環(huán)制動(dòng)過(guò)程中最大車(chē)鉤力一般都發(fā)生在機(jī)車(chē)實(shí)施的電制動(dòng)力比較大的工況，而與列車(chē)空氣制動(dòng)的緩解過(guò)程沒(méi)有明顯關(guān)系；1＋1，2萬(wàn)t列車(chē)最大車(chē)鉤力一般出現(xiàn)在列車(chē)緩解過(guò)程中，車(chē)鉤的拉壓變化與列車(chē)空氣制動(dòng)的緩解過(guò)程有明顯關(guān)系。

圖5所示為1＋1，2萬(wàn)t列車(chē)編組循環(huán)制動(dòng)緩解時(shí)車(chē)鉤力、制動(dòng)缸壓力隨時(shí)間變化曲線。列車(chē)緩解時(shí)，前1萬(wàn)t由頭部和中部?jī)膳_(tái)機(jī)車(chē)同時(shí)充風(fēng)，后1萬(wàn)t僅由中部從控機(jī)車(chē)充風(fēng)，造成在緩解過(guò)程中整列車(chē)被分成了2個(gè)大的集中質(zhì)量，前部130輛左右貨車(chē)基本在8 s之內(nèi)產(chǎn)生緩解作用，后50輛貨車(chē)集中在18～20 s產(chǎn)生緩解作用，列車(chē)在坡道下滑力的作用下，造成兩個(gè)質(zhì)量塊的相互沖擊，從而產(chǎn)生了較大的車(chē)鉤力；而且由于在緩解時(shí)中部機(jī)車(chē)處集中了比較大的電制動(dòng)力，從而造成整個(gè)列車(chē)中的最大車(chē)鉤力往往出現(xiàn)在中部從控機(jī)車(chē)前后，最大拉鉤力一般出現(xiàn)在中部機(jī)車(chē)前部，最大壓鉤力在中部機(jī)車(chē)機(jī)次，對(duì)于1＋1，2萬(wàn)t列車(chē)，由于其編組方式所決定的列車(chē)在緩解過(guò)程中嚴(yán)重的不同步性是造成該編組列車(chē)循環(huán)制動(dòng)緩解過(guò)程中車(chē)鉤力較大的主要原因。

3 大秦線影響列車(chē)縱向力的其他主要原因

3.1 Locotrol同步作用時(shí)間

采用Locotrol技術(shù)的重載組合列車(chē)，制動(dòng)時(shí)的同步作用時(shí)間（即主、從控機(jī)車(chē)間的動(dòng)作延時(shí)時(shí)間）長(zhǎng)短，將直接影響重載組合列車(chē)的縱向力。文獻(xiàn)［3］為同步作用時(shí)間對(duì)列車(chē)縱向力的影響進(jìn)行了仿真計(jì)算，計(jì)算表明隨著主、從控機(jī)車(chē)動(dòng)作滯后時(shí)間的延長(zhǎng)，組合列車(chē)最大縱向力的峰值也在增加。在大秦線試驗(yàn)中也曾出現(xiàn)由于緊急制動(dòng)時(shí)信號(hào)中斷而造成較大縱向力的工況。與相似工況同步作用時(shí)間正常時(shí)的車(chē)鉤力對(duì)比見(jiàn)圖6所示，由圖5可知，同步作用異常將導(dǎo)致車(chē)鉤力大大增加，車(chē)鉤力最大值相差4.5倍。

2008年4月16日SS4機(jī)車(chē)1＋2＋1，2萬(wàn)t列車(chē)在K141.8處發(fā)生的列車(chē)脫軌也是Locotrol系統(tǒng)故障造成中部機(jī)車(chē)先產(chǎn)生緊急制動(dòng)，列車(chē)只能通過(guò)空氣管路傳遞緊急制動(dòng)信號(hào)，致使車(chē)鉤力過(guò)大產(chǎn)生脫軌。2008年7月以來(lái)，原鐵道部已組織相關(guān)單位和專家對(duì)Locotrol系統(tǒng)內(nèi)部故障后實(shí)施懲罰制動(dòng)的懲罰方式進(jìn)行了改進(jìn)，消除了大量不必要的緊急制動(dòng)懲罰方式，有效減少了2萬(wàn)t列車(chē)意外緊急的發(fā)生頻次。同時(shí)隨著對(duì)沿線GSM－R網(wǎng)絡(luò)不斷補(bǔ)強(qiáng)，整個(gè)大秦線的Locotrol通信質(zhì)量有了顯著提高，2009年以來(lái)的多次試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表明：空氣制動(dòng)與緩解同步作用時(shí)間基本均在4 s以內(nèi)，其中3 s以內(nèi)占90%。

3.2 機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)性能

機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)的充、排風(fēng)性能對(duì)列車(chē)縱向力有重要影響。HXD2機(jī)車(chē)使用法維萊制動(dòng)機(jī)，在最初1＋1，2萬(wàn)t列車(chē)運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)，常用全制動(dòng)時(shí)列車(chē)縱向力大大超出試驗(yàn)規(guī)定的安全指標(biāo)，循環(huán)制動(dòng)緩解時(shí)列車(chē)的縱向沖動(dòng)也比采用HXD1機(jī)車(chē)時(shí)明顯增大，經(jīng)分析表明法維萊制動(dòng)機(jī)充、排風(fēng)特性是造成以上試驗(yàn)現(xiàn)象的主要原因之一，為此，要求法維萊公司對(duì)HXD2機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)的充氣特性也進(jìn)行了相應(yīng)修改，經(jīng)過(guò)2次改進(jìn)后其充、排風(fēng)特性基本與CCBⅡ制動(dòng)機(jī)相當(dāng)。改進(jìn)前法維萊制動(dòng)機(jī)常用全制動(dòng)時(shí)列車(chē)管排風(fēng)速率較快，導(dǎo)致機(jī)車(chē)附近車(chē)輛制動(dòng)缸升壓速率明顯加快，從而造成常用全制動(dòng)停車(chē)時(shí)列車(chē)縱向力異常增大。制動(dòng)機(jī)改進(jìn)前、后常用全制動(dòng)停車(chē)最大車(chē)鉤力比較如圖7所示，從圖7可知，對(duì)法維萊制動(dòng)機(jī)排風(fēng)特性進(jìn)行調(diào)整后，可以明顯減小常用全制動(dòng)停車(chē)時(shí)列車(chē)的縱向力，各有效測(cè)試斷面車(chē)鉤力的最大值減小了50%，平均值減小了51%。

3.3 貨車(chē)制動(dòng)、鉤緩關(guān)鍵技術(shù)

貨車(chē)的制動(dòng)機(jī)性能、車(chē)鉤、緩沖器也是影響列車(chē)縱向力的關(guān)鍵技術(shù)之一。4×5 000和1＋2＋1，2萬(wàn)t列車(chē)均進(jìn)行了2種C80車(chē)型的對(duì)比試驗(yàn)，兩種車(chē)型分別是單節(jié)C80和3輛1組的單元C80，兩種車(chē)型的主要區(qū)別是單元C80相比單節(jié)C80，制動(dòng)機(jī)由120閥升級(jí)為120－1閥，120－1閥相比120閥增加了常用制動(dòng)加速性能，該性能有利于提高常用制動(dòng)時(shí)列車(chē)后部車(chē)輛的制動(dòng)缸升壓速率，從而有助于縮短列車(chē)常用制動(dòng)距離和減小縱向力；單元C80兩端與單節(jié)C80相同均使用16號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)鉤和17號(hào)固定車(chē)鉤，中間采用牽引拉桿，同樣編組輛數(shù)時(shí)，相當(dāng)于車(chē)鉤間隙縮小了2/3，也有助于減小列車(chē)的縱向力。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)證明：對(duì)C80改裝牽引拉桿和120－1閥能有效地減小列車(chē)運(yùn)用中的車(chē)鉤力，最大值減小30～60%，各測(cè)試位置平均值減小20%～50%。原鐵道部從2006年開(kāi)始要求在所有新造C80貨車(chē)上均安裝120－1閥和牽引拉桿，并對(duì)已有C80貨車(chē)進(jìn)行改造。

3.4 列車(chē)操縱方式

操縱方式也是影響重載列車(chē)安全運(yùn)行的重要因素，為此，原鐵道部專門(mén)安排相關(guān)單位進(jìn)行優(yōu)化操縱的專項(xiàng)研究。通過(guò)研究，提出了2萬(wàn)t重載組合列車(chē)安全操縱的基本原則，并針對(duì)不同編組方式提出相應(yīng)操縱技術(shù)措施。

（1）循環(huán)制動(dòng)緩解時(shí)的機(jī)車(chē)電制動(dòng)力施加

SS4機(jī)車(chē)4×5 000和1＋2＋1兩種編組2萬(wàn)t列車(chē)采用與單編萬(wàn)t列車(chē)近似的循環(huán)制動(dòng)操縱方式，對(duì)列車(chē)縱向力沒(méi)有顯著影響，列車(chē)縱向力均處在較低水平。而對(duì)于和諧機(jī)車(chē)1＋1，2萬(wàn)t編組列車(chē)，循環(huán)制動(dòng)操縱方式對(duì)列車(chē)的縱向力有明顯影響。圖7所示為該編組方式2萬(wàn)t列車(chē)在循環(huán)制動(dòng)緩解時(shí)使用不同的操縱方式（主要區(qū)別為電制動(dòng)力施加大小和時(shí)機(jī)）時(shí)車(chē)鉤力的大小比較，可見(jiàn)調(diào)整操縱方式可以明顯改變1＋1＋可控列尾編組循環(huán)制動(dòng)緩解時(shí)的車(chē)鉤力大小，同時(shí)也說(shuō)明1＋1＋列尾列車(chē)編組對(duì)操縱方法較敏感，對(duì)操縱方法要求嚴(yán)格。因此在運(yùn)用中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)司機(jī)進(jìn)行培訓(xùn)，不斷提高其操縱水平。

原操縱方式是空氣制動(dòng)壓力穩(wěn)定后將電制動(dòng)力降到0～50 k N，列車(chē)實(shí)施緩解前10 s開(kāi)始增加電制動(dòng)力，15 s左右增加到450 k N左右并保持；

新操縱方式1是制動(dòng)保壓過(guò)程中和緩解時(shí)一直保持250 k N左右電制動(dòng)力；

新操縱方式2是開(kāi)始實(shí)施緩解時(shí)施加150～180 k N左右電制動(dòng)力，實(shí)施緩解后18～20 s將電制動(dòng)力降到約100 k N。

（2）緩解位置對(duì)縱向力的影響

表1中統(tǒng)計(jì)了大秦線1＋1，2萬(wàn)t列車(chē)在緩坡區(qū)段緩解時(shí)列車(chē)的最大車(chē)鉤力情況。從中可以看出，如果緩解時(shí)列車(chē)所處坡度較小且列車(chē)運(yùn)行前方坡道變緩時(shí)，機(jī)車(chē)施加適當(dāng)電制動(dòng)力可使列車(chē)在整個(gè)緩解過(guò)程中可以維持在壓鉤狀態(tài)，從而避免由于車(chē)鉤工作狀態(tài)劇烈的拉壓變化而造成過(guò)大的車(chē)鉤力。

大秦線在K141～K179區(qū)間有3處緩坡地段，分別是①K152～K153.8，長(zhǎng)度1.8 km的1.5‰下坡道；②K161.7～K167.8長(zhǎng)度達(dá)6 km的5‰至0.5‰的下坡道，其間還夾雜這一些小上坡區(qū)段；③K170.4～K173.9長(zhǎng)大3.5 km的4‰下坡道。在K275～K325之間也存在2處緩坡區(qū)段，分別是①K283.7～K285.8長(zhǎng)約2.1 km的1.5‰下坡；②K306.6～K308.3長(zhǎng)約1.7 km的1.5‰下坡。列車(chē)運(yùn)行中結(jié)合線路縱斷面情況，通過(guò)合理操縱，盡量選擇在以上緩坡區(qū)段緩解，可以降低列車(chē)緩解過(guò)程中出現(xiàn)較大車(chē)鉤力的幾率。

4 減小縱向力的列車(chē)編組方式探討

過(guò)大的縱向力勢(shì)必對(duì)列車(chē)運(yùn)行產(chǎn)生重大安全隱患，大秦線3次2萬(wàn)t列車(chē)脫軌事故表明縱向力過(guò)大是主要誘因之一，由前述分析可知組合列車(chē)的組合方式是影響列車(chē)縱向力的關(guān)鍵因素，為此本文從減小列車(chē)縱向力的角度提出以下兩種列車(chē)編組方式。

（1）在列車(chē)尾部加掛從控機(jī)車(chē)

1＋1，2萬(wàn)t列車(chē)在運(yùn)用中的主要問(wèn)題是循環(huán)制動(dòng)緩解時(shí)容易產(chǎn)生較大的車(chē)鉤力，威脅運(yùn)輸安全。另外當(dāng)線路黏著條件較差時(shí)（比如雨雪天氣）還存在2臺(tái)和諧機(jī)車(chē)牽引2萬(wàn)t列車(chē)在限制坡道起動(dòng)時(shí)牽引功率略顯不足的現(xiàn)象。隨著Locotrol互聯(lián)互通軟件裝車(chē)運(yùn)用，目前和諧型機(jī)車(chē)已實(shí)現(xiàn)了和SS4機(jī)車(chē)互聯(lián)互通，因此可以考慮按1＋1＋1編組方式開(kāi)行2萬(wàn)t組合列車(chē)，主控和從控1仍用和諧機(jī)車(chē)，用1臺(tái)SS4機(jī)車(chē)替代可控列尾，尾部加掛從控機(jī)車(chē)后其空氣制動(dòng)與緩解性能應(yīng)與1＋2＋1編組相當(dāng)，正常情況下可以有效減小列車(chē)的縱向力。2014年4月進(jìn)行的大秦線3萬(wàn)t試驗(yàn)，雖然列車(chē)編組比現(xiàn)行2萬(wàn)t列車(chē)增長(zhǎng)50%，牽引質(zhì)量增加10 500 t，但是由于采用3單元4機(jī)牽引模式，在列車(chē)尾部加掛的從控機(jī)車(chē)顯著提高了列車(chē)制動(dòng)、緩解的同步性，循環(huán)制動(dòng)區(qū)段的最大縱向力反到比現(xiàn)行1＋1編組2萬(wàn)t平均減小32～40%。

（2）調(diào)整從控機(jī)車(chē)在列車(chē)中的編掛位置

對(duì)于現(xiàn)在開(kāi)行的1＋1，2萬(wàn)t列車(chē)，將從控機(jī)車(chē)后移至列車(chē)2/3位置或列車(chē)尾部，機(jī)車(chē)編掛在列車(chē)2/3有利于提高列車(chē)的制動(dòng)、緩解同步性。文獻(xiàn)［4］對(duì)將從控機(jī)車(chē)置于列車(chē)2/3處的編組方案進(jìn)行了仿真計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明：將從控機(jī)車(chē)位置移至列車(chē)2/3時(shí)，列車(chē)在緊急制動(dòng)、常用全制動(dòng)和循環(huán)制動(dòng)等制動(dòng)工況下的縱向力與“1＋1＋1”編組相當(dāng)，與現(xiàn)有1＋1＋可控列尾編組相比可明顯減輕列車(chē)的最大縱向力，制動(dòng)距離也有所減小。編掛在列車(chē)尾部時(shí)，制動(dòng)與緩解時(shí)均可使后部車(chē)輛快速動(dòng)作，有助于降低列車(chē)制動(dòng)和緩解時(shí)的壓鉤力，同時(shí)中部從控機(jī)車(chē)移至尾部后，所受縱向力情況將大為改觀，有助于提高從控機(jī)車(chē)運(yùn)行安全。從控機(jī)車(chē)位置調(diào)整雖然有利于提高列車(chē)制動(dòng)性能，但可能不利于運(yùn)輸組織，還需綜合考慮。

5 結(jié)束語(yǔ)

試驗(yàn)及運(yùn)用實(shí)踐表明，目前我國(guó)的貨車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)可以滿足單元萬(wàn)t貨物列車(chē)的制動(dòng)要求，制動(dòng)時(shí)的列車(chē)縱向力滿足列車(chē)安全運(yùn)行要求；對(duì)于萬(wàn)t以上列車(chē)編組，宜采用機(jī)車(chē)動(dòng)力分散布置的組合列車(chē)，這樣不僅可以將牽引質(zhì)量增加而帶來(lái)車(chē)鉤力增加分散到列車(chē)的各個(gè)部分，而且客觀上改變了列車(chē)中空氣信號(hào)傳遞模式，一定程度上提高了制動(dòng)與緩解波速、有助于縮短制動(dòng)距離并減小車(chē)鉤力；在機(jī)車(chē)、車(chē)輛形式基本固定時(shí)，組合列車(chē)中從控機(jī)車(chē)的布置位置（即組合列車(chē)的組合方式）是影響組合列車(chē)制動(dòng)性能和列車(chē)縱向力的最主要因素之一；編組方式優(yōu)化是解決組合列車(chē)縱向力過(guò)大的有效途徑之一，但是編組方式改變涉及到運(yùn)輸組織、機(jī)車(chē)?yán)眯实纫幌盗袉?wèn)題，需要運(yùn)用部門(mén)綜合考慮。

［1］ 耿志修.大秦鐵路重載運(yùn)輸技術(shù)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

［2］ 嚴(yán)雋耄，翟婉明，陳 清，傅茂海.重載列車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2003.

［3］ 常崇義，王成國(guó)，馬大煒，張 波.2萬(wàn)t組合列車(chē)縱向力計(jì)算研究［J］.鐵道學(xué)報(bào)，2006，（3）：89-94.

Analysis of Factors Affecting Longitudinal Performance of Heavy Haul Combined Train

YAO Xiaopei1，WANG Lei2，SH AO Jun1，ZHANG Chengguo1，WANG Xiaoyan1
（1 Locomotive＆Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China；2 Locomotive Department，Transportation Bureau of China Railway，Beijing 100844，China）

Five different heavy haul combined trains of Daqin railway line were introduced since 2004，and longitudinal force size of these heavy haul trains was compared，then the impact of train formation was analyzed.Combined with the test data，other factors of impacting longitudinal force such as Locotrol synchronizing time，locomotive brake performance，wagon key technologies and heavy haul train manipulation methods were analyzed，and from the perspective of reducing the longitudinal force three make-up ways of 20 000 tons train were proposed.Testing and use of the practice showed that China＇s truck brake control system performance met braking requirements of the unit 10 000 tons train.Train heavier than 10 000 tons should adopt distributed power.The arrangement location of slave locomotive had important influence on the train braking performance and longitudinal force，and should be studied carefully.

heavy haul combined train；longitudinal force；train formation

U260.13；U292.92＋1

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.06.02

1008－7842（2014）06－0008－05

*中國(guó)鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃課題（2013J004-B，2013J004-C）；中國(guó)鐵道科學(xué)研究院科研項(xiàng)目（2013YJ004）。

8—）男，副研究員（

2014－07－09）