奚文媛

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

減速頂在大坡度線路上應(yīng)用展望

奚文媛

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

分析調(diào)車系統(tǒng)中減速頂?shù)奶匦?，根?jù)“減速頂做功是通過(guò)內(nèi)部速度閥板的開閉來(lái)實(shí)現(xiàn)，調(diào)整速度閥板開量及更換速度閥板的支撐彈簧，可以調(diào)整減速頂?shù)呐R界速度”的原理，提出在裝車點(diǎn)前后或在軌道衡前后的大坡度線路上，安裝減速頂輔助列車制動(dòng)，以減少土建工程的設(shè)想。通過(guò)舉例分析，得出減速頂能夠在站內(nèi)坡度較大、需要輔助制動(dòng)的線路上使用的結(jié)論。

鐵路線路；減速頂；大坡度；應(yīng)用；展望

減速頂是一種應(yīng)用于鐵路駝峰編組場(chǎng)內(nèi)對(duì)車輛速度進(jìn)行控制的設(shè)備，20世紀(jì)60年代由英國(guó)首先發(fā)明，從1974年開始，我國(guó)相繼進(jìn)行了研制、生產(chǎn)和應(yīng)用。減速頂在編組站駝峰系統(tǒng)中大規(guī)模應(yīng)用，最大限度地減少了調(diào)車作業(yè)事故，大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)效率，為編組站作業(yè)自動(dòng)化做出了重要的貢獻(xiàn)。此外，國(guó)內(nèi)的減速頂在箭翎線和到發(fā)線上也有零星應(yīng)用。

減速頂采用油氣結(jié)合的方式制動(dòng)，為一種低能高效產(chǎn)品。但減速頂?shù)膽?yīng)用范圍比較單一，主要在編組站駝峰系統(tǒng)中使用，在鐵路其他車站少有應(yīng)用。更不用說(shuō)利用減速頂解決列車在大坡度裝車線及到發(fā)線的制動(dòng)問(wèn)題。結(jié)合設(shè)計(jì)中遇到的幾個(gè)工程問(wèn)題，談?wù)劀p速頂應(yīng)用的設(shè)想。

1 減速頂制動(dòng)原理和特性

1.1 減速頂制動(dòng)原理

減速頂內(nèi)部有一個(gè)速度閥板用于判定車輛通過(guò)減速頂?shù)乃俣?，調(diào)整速度閥板的開量及更換速度閥板的支撐彈簧，可以調(diào)整減速頂?shù)呐R界速度。通過(guò)減速頂?shù)能囕v，如果高于設(shè)定的臨界速度時(shí)，速度閥板關(guān)閉，減速頂起制動(dòng)作用，否則只有很少的阻力功。減速頂對(duì)車輛的制動(dòng)過(guò)程為車輛將其油缸壓下的過(guò)程。油缸行程有限，制動(dòng)時(shí)間較短，不會(huì)發(fā)生因長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)而導(dǎo)致設(shè)備制動(dòng)力喪失。

1.2 減速頂制動(dòng)特性

減速頂靠液壓阻力轉(zhuǎn)換為制動(dòng)力制動(dòng)，所消耗的能量轉(zhuǎn)化為熱能，不依靠外部能源，因而不需要連續(xù)的能源供給，適應(yīng)車輛長(zhǎng)時(shí)間低速狀態(tài)下使用。

由于站內(nèi)調(diào)車作業(yè)速度一般在30 km/h以下，為適應(yīng)站內(nèi)調(diào)車作業(yè)的需要，當(dāng)車輛以0～30 km/h速度經(jīng)過(guò)時(shí)，減速頂進(jìn)行有效制動(dòng)。

1.3 減速頂?shù)膽?yīng)用

受減速頂?shù)奶匦运?，減速頂只能用于車輛低速運(yùn)行的線路上。所以，減速頂在編組站的調(diào)車場(chǎng)中使用較多。

在一段線路上連續(xù)安裝減速頂，能夠?qū)?jīng)由該線路的列車提供持續(xù)阻力?；诖?，設(shè)想在專用線的裝車線、軌道衡線等需要低速運(yùn)行的線路上安裝減速頂，能夠在一定程度上減小土建工程量，節(jié)省工程投資。

2 減速頂在編組站上的應(yīng)用介紹(圖1)

編組站調(diào)車系統(tǒng)中，減速頂多安裝在駝峰的打靶區(qū)及連掛區(qū)。當(dāng)車輛以大于4 km/h的速度進(jìn)入打靶區(qū)及連掛區(qū)時(shí)，減速頂對(duì)車輛做減速功。否則，減速頂不做功。全頂布置的駝峰中，駝峰頭部一般采用可控減速頂(可控頂是在減速頂內(nèi)部增加一個(gè)電控閥，用計(jì)算機(jī)控制減速頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài))，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制可控頂做功。

2.1 減速頂在打靶區(qū)的應(yīng)用

打靶區(qū)線路縱斷面一般設(shè)計(jì)為0.6‰～1.0‰的下坡，設(shè)有Ⅲ制動(dòng)位。為了解決減速器出口速度誤差和難、易行車離開Ⅲ制動(dòng)位的出口速度超速問(wèn)題，在Ⅲ制動(dòng)位的出口至進(jìn)入連掛區(qū)的線路上布置一定數(shù)量的減速頂。

2.2 減速頂在連掛區(qū)的應(yīng)用

從打靶區(qū)末端至尾部停車區(qū)始端之間為連掛區(qū)。連掛區(qū)布置減速頂，能夠?qū)Τ^(guò)規(guī)定速度的車輛起減速作用，使車輛以允許的連掛速度繼續(xù)向前溜行。

2.3 減速頂在全頂布置的駝峰中的應(yīng)用

全頂布置的駝峰中，打靶區(qū)及連掛區(qū)采用常規(guī)減速頂，駝峰頭部布置可控頂，從而達(dá)到為空車、重車供不同的阻力功的目的。

3 減速頂在重載大坡度裝車環(huán)線上應(yīng)用的設(shè)想

3.1 罕臺(tái)川站簡(jiǎn)介

包西線上的罕臺(tái)川北站裝車線與正線立交， 2010年底建成。受地形條件限制，為減少工程，在裝車線上采用了較大坡度，最大坡度達(dá)到10‰(坡長(zhǎng)450 m)。罕臺(tái)川北站平面布置見圖2。

3.2 裝車試驗(yàn)及試驗(yàn)分析3.2.1 裝車試驗(yàn)

2011年3月，裝車站所在的鐵路局進(jìn)行了裝車試驗(yàn)。試驗(yàn)列車編組為DF8B5696+51輛C80。裝至第28輛時(shí)，機(jī)車使用100 kPa制動(dòng)力；裝至第29輛時(shí)，使用200 kPa制動(dòng)力；裝至第35輛時(shí)，使用300 kPa制動(dòng)力；裝至第40輛時(shí)，使用“大閘”制動(dòng)，試驗(yàn)中斷。

圖2 罕臺(tái)川北站平面布置示意

3.2.2 試驗(yàn)分析

裝車點(diǎn)之后使用了450 m長(zhǎng)10‰的坡度，裝車點(diǎn)之前使用了550 m長(zhǎng)7‰和550 m長(zhǎng)4.8‰的下坡，產(chǎn)生了較大載重下滑力，造成列車低恒速裝車制動(dòng)困難。如何解決這一問(wèn)題，研究了裝車線平縱斷面改建方案及加裝減速頂方案。

3.3 罕臺(tái)川站改建方案3.3.1 裝車線平縱斷面改建方案

針對(duì)罕臺(tái)川北站裝車線試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，傳統(tǒng)的改建方案為調(diào)整線路平縱斷面等。調(diào)整線路平縱斷面方案需對(duì)已建成的到發(fā)線抬道，影響已鋪設(shè)的通信、信號(hào)、電力電纜及接觸網(wǎng)工程，需要拆除鋪軌3.69 km，道岔3組，土方5.36×104m3，工程投資1 972萬(wàn)元，施工工期3個(gè)月。調(diào)整后環(huán)線線路坡度見圖3。

坡度距離75505.755001104600116050265

圖3 裝車前進(jìn)方向線路縱斷面(單位：坡度‰，距離m)

3.3.2 裝車線加裝減速頂方案

在布頂區(qū)域內(nèi)，減速頂能夠?qū)Ω哂谂R界速度的車輪提供持續(xù)、穩(wěn)定的阻力，既有線上使用時(shí)，不需改造線路，可隨時(shí)安裝，施工方便快捷?；诖?，考慮如果不改建線路平縱斷面方案，設(shè)想將編組站調(diào)車場(chǎng)調(diào)速設(shè)備安裝在裝車點(diǎn)前后的大坡道地段，輔助列車制動(dòng)，以抵消機(jī)車車輛自重及載重產(chǎn)生的下滑力，實(shí)現(xiàn)低恒速裝車。

該方案共需設(shè)減速頂1912臺(tái)，備用100臺(tái)。每年設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用約10萬(wàn)元，按25年、3%折現(xiàn)率計(jì)算，換算運(yùn)營(yíng)費(fèi)為184萬(wàn)元，工程投資547萬(wàn)元，施工工期1個(gè)月。罕臺(tái)川北站減速頂布置方案見圖4。

坡度距離75504.855002501045001860距離1205030406070360減速頂數(shù)量514裝車點(diǎn)60軌道衡1338

圖4 裝車前進(jìn)方向線路縱斷面

(單位：坡度‰，距離m，數(shù)量個(gè))

顯然，加裝減速頂方案能維持既有線路平縱斷面，施工便捷，工期短，節(jié)省工程投資1 425萬(wàn)元，較裝車線平縱斷面改建方案節(jié)省投資約70%。

3.3.3 裝車線安裝減速頂仿真模型速度檢算

采用駝峰減速頂布置模型，對(duì)裝車線進(jìn)行速度仿真檢算。圖5為罕臺(tái)川北站裝車線上加裝減速頂?shù)哪M速度圖。從圖中可以看出，在裝車點(diǎn)后450 m長(zhǎng)10‰的坡段上安裝減速頂后，列車速度可維持在0.2 m/s左右，滿足低恒速裝車要求。

圖5 罕臺(tái)川仿真模型速度檢算

當(dāng)然，在大坡度裝車線上應(yīng)安裝速度接近于0即可做功的低速減速頂。

4 減速頂在軌道衡所在線路上應(yīng)用的設(shè)想

4.1 中強(qiáng)裝車站簡(jiǎn)介

山西中南部通道上的中強(qiáng)專用線地處沖溝發(fā)育的太行山區(qū)，受地形控制中強(qiáng)裝車站出站端為長(zhǎng)大下坡道，且在出站端的正線上安裝動(dòng)態(tài)軌道衡。中強(qiáng)裝車站平面布置見圖6。

圖6 中強(qiáng)裝車站平面布置示意

4.2 中強(qiáng)裝車站牽引計(jì)算檢算情況4.2.1 有關(guān)要求

為滿足動(dòng)態(tài)軌道衡有效計(jì)量，要求列車以5～35 km/h速度經(jīng)過(guò)軌道衡。受出站端大坡度的影響，1列萬(wàn)t重車出發(fā)，受重力作用增速較快，即使采用機(jī)車動(dòng)力制動(dòng)，也不能控制列車速度不超過(guò)35 km/h。

《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》要求萬(wàn)t列車最低緩解速度應(yīng)不低于30 km/h。低速狀態(tài)下，機(jī)車對(duì)列車施加空氣制動(dòng)力，容易造成列車意外停車。故，即使機(jī)車施加了空氣制動(dòng)，也無(wú)法控制列車以軌道衡要求的速度通過(guò)。

4.2.2 中強(qiáng)裝車站制動(dòng)速度曲線圖分析

1列萬(wàn)t列車車輛采用C70，機(jī)車采用HXD1，編組108輛車輛，列車總長(zhǎng)1 580 m。通過(guò)模擬列車運(yùn)行計(jì)算可知，第一節(jié)車經(jīng)過(guò)軌道衡的速度不大于10 km/h；列車出站后正常加速，當(dāng)列車中心位于軌道衡處，速度已達(dá)32 km/h，有2臺(tái)本務(wù)機(jī)車和52輛重車越過(guò)軌道衡；末節(jié)車輛經(jīng)過(guò)軌道衡時(shí)，速度已經(jīng)達(dá)45 km/h，近半列車超速通過(guò)軌道衡。

4.3 解決列車超速通過(guò)軌道衡的方案

中強(qiáng)裝車站與接軌站安澤站之間高差100 m，合理的線路長(zhǎng)度在10～12 km。為解決中強(qiáng)裝站出站端長(zhǎng)大下坡問(wèn)題，可采用延展線路長(zhǎng)度方案，也可根據(jù)減速頂?shù)奶匦?，在線路上安裝減速頂方案。

4.3.1 延展線路長(zhǎng)度方案

中強(qiáng)裝車站高程約800 m，接軌站浮山站軌面高程691 m，高差109 m，直線距離約4.5 km。采用3‰的限制坡度，線路長(zhǎng)10.2 km。全線除北郊大橋前有500 m緩坡路基外，其余段落均按足坡設(shè)計(jì)。如果減緩出站端線路坡度，需要調(diào)高區(qū)間線路，原路基地段需要改為橋梁，工程投資需要增加約1 500萬(wàn)元。

4.3.2 在線路上安裝減速頂方案

為保證列車以規(guī)定速度通過(guò)軌道衡，設(shè)想在車站上安裝減速頂，通過(guò)減速頂做功抵消列車下滑力對(duì)速度的影響。

由于中強(qiáng)裝車站到達(dá)空車及始發(fā)重車，均要通過(guò)軌道衡出站端的線路。如果在軌道衡外方區(qū)間線路上布設(shè)減速頂，由于到達(dá)列車速度較高，有可能損壞減速頂。且正線上布置了減速頂，加大了區(qū)間線路阻力(相當(dāng)于加大區(qū)間坡度)，影響進(jìn)站列車運(yùn)行速度。所以，減速頂只能安裝在到發(fā)線及軌道衡前后的平坡段上。

在軌道衡前(站內(nèi)方向)50 m內(nèi)安裝150臺(tái)減速頂(道岔區(qū)不布頂)， 2條重車出發(fā)線警沖標(biāo)內(nèi)210 m范圍安裝730臺(tái)減速頂。這樣可以保證列車出站時(shí)以15 km/h的速度進(jìn)入軌道衡后開始惰行，最后一節(jié)車通過(guò)軌道衡時(shí)速度不超過(guò)30 km/h。坡度及減速頂安裝見圖7。

坡度距離11.5240000(到發(fā)線)7(軌道衡)2138距離150200210數(shù)量150730

圖7 出站方向線路縱斷面(單位：坡度‰，距離m，數(shù)量個(gè))

該方案需減速頂共計(jì)1 610臺(tái)，備用10%，工程總投資共計(jì)480萬(wàn)元。

由于軌道衡位于正線上，經(jīng)過(guò)軌道衡的列車速度較高，安裝在軌道衡前的減速頂應(yīng)采用高速減速頂。

通過(guò)延展線路長(zhǎng)度方案及安裝減速頂方案的工程分析顯示，安裝減速頂方案能大大節(jié)約工程投資。

5 減速頂輔助制動(dòng)安全性分析

(1)如果在一段線路上連續(xù)成組布設(shè)減速頂，由于單個(gè)減速頂制動(dòng)力在整個(gè)系統(tǒng)中所占比例極小，即使單個(gè)減速頂制動(dòng)能力喪失后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)影響非常小。所以，線路上連續(xù)成組安裝減速頂，能夠作為外力消耗列車的勢(shì)能，實(shí)現(xiàn)一定程度上的減速，達(dá)到輔助制動(dòng)的目的，從而保證裝車作業(yè)安全。

(2)按減速頂構(gòu)造原理，在速度閥板開量及支撐彈簧允許范圍內(nèi)，可調(diào)整減速頂?shù)乃俣?，滿足列車運(yùn)行需要。從理論上分析，在大坡度裝車點(diǎn)前后、軌道衡前后的線路上安裝減速頂，技術(shù)上可行。

6 結(jié)論及展望

通過(guò)上述對(duì)減速頂應(yīng)用在大坡度裝車環(huán)線上及安裝軌道衡線路上的分析可以看出，減速頂不僅能夠在編組站的駝峰系統(tǒng)中使用，也能在站內(nèi)其他坡度較大、需要輔助制動(dòng)的線路上使用，其應(yīng)用前景較為廣闊。本文中的方案研究為減速頂?shù)膽?yīng)用提供借鑒。

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[14]李海鷹，張超.鐵路站場(chǎng)及樞紐[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2011.

The Application of Retarder on Lines of Large Gradient

XI Wen-yuan

(China Railway Engineering Consulting Group Co.， Ltd.， Beijing 100055, China)

This paper analyzes the features of Retarder in the shunting system. Retarder works by opening and closing of internal speed valve plate， adjusting the volume of valve plate and replacing supported springs of valve plate to adjust critical speed of retarder. According to above working mechanisms， this paper suggests that retarder is installed in the before and after loop-line loading point with large gradient or railway track scale to assist train braking and reduce civil engineering works. Based on example analysis， the conclusion is obtained that retarder can be applied in station lines of larger gradient or lines where auxiliary braking is required.

Railway line; Retarder; Slope of large gradient; Application; Prospect

2014-11-03

奚文媛(1963—)，女，教授級(jí)高級(jí)工程師，1987年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，E-mail:xiwenyuan@126.com。

1004-2954(2015)09-0045-04

U21

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.09.011