吳慶立 李隨新

【摘? 要】在分析既有軌道工程車輛制動系統(tǒng)方案的基礎上，以解決超長大坡道下坡時采用空氣制動時長時間制動導致對車輪踏面、制動盤和閘瓦/閘片間熱發(fā)熱嚴重影響行車安全問題為目的，采用理論設計仿真與試驗驗證相結合的研究方法，得出超長大坡道下采用電傳動牽引系統(tǒng)且增加電阻制動是解決長大坡道制動發(fā)熱、保障安全行車的根本方案;為后續(xù)軌道工程車輛制動技術應用指明了方向，為后續(xù)川藏鐵路建設、新設備的研制奠定了基礎。

【關鍵詞】超長大坡道;電傳動;電阻制動;軌道工程車輛

引言

我國西部地區(qū)地形復雜，多高山、海拔落差大，隨著我國西部地區(qū)高鐵的快速發(fā)展，運營里程不斷增加，超長達坡道線路越來越多。如西成高鐵鄠新區(qū)間-25‰長45km的超長大坡道、蘭新客專大通西到民樂-20‰長28km的超長大坡道、大西客專-30‰長15.6km、京張高鐵-30‰長15.6km的長大坡道。 采用踏面摩擦制動的既有軌道工程車輛，在長大下坡道運行時，由于頻繁且長時間制動，制動產(chǎn)生熱量超過了散熱能力，導致車輪踏面、閘瓦的溫度迅速升高，最高溫度超過500℃。閘瓦溫度超過400℃時，會對車輪踏面、閘瓦產(chǎn)生不可逆的損害，如車輪踏面發(fā)藍、熱剝離等，嚴重時會引起制動力的快速衰減，造成制動失效，存在嚴重的行車安全風險。

基于上述現(xiàn)狀，西安鐵路局協(xié)同寶雞中車時代公司共同申報國鐵集團重點課題研制新型電傳動軌道工程車輛，以解決長達坡道上坡牽引不足、下坡制動困難問題。

1.既有軌道工程車輛的試驗驗證

我國既有軌道工程車輛基本上全部采用液力、靜液壓傳動或少量機械傳動，制動系統(tǒng)采用空氣制動方案，依靠閘瓦摩擦力實現(xiàn)制動。為驗證其制動能力，2017年8月～9月，在西成客專鄠新區(qū)間（-25‰，45km超長大下坡道）對既有GTC-80、GC-300II、GC-270和NX70（陪試車）等軌道工程車輛按照常用編組進行了試驗驗證，制動模式采用間歇制動與停車涼閘相結合的方式進行。

1.1試驗區(qū)間

試驗區(qū)間為西成客專鄠新區(qū)間下行方向，見表1。

1.2被試車及試驗編組

被試車制動系統(tǒng)配置見表2，試驗編組按供電、工務施工時的常用編組進行見表3。

1.3試驗數(shù)據(jù)

試驗過程中，制動操作采用間歇制動，控制車組的運行速度在一定范圍內(nèi)，每次停車后對閘瓦和踏面溫度、停車涼閘時間、完成實驗的總時間等進行了寫實記錄。閘瓦溫度測量點為閘瓦（閘片）與踏面（制動盤）的接觸區(qū)域;停車涼閘時長是指當次試驗停車后，當所有閘瓦/踏面溫度均降到180℃以下所用的時間，試驗數(shù)據(jù)見表4。

1.4試驗結論

通過對既有軌道工程車輛在西成客專鄠新區(qū)間的試驗驗證，可以得出：

采用踏面摩擦制動的軌道車輛，即使采用間歇制動加停車涼閘的方案，每運行約8km或9min，踏面/閘瓦溫度普遍超過了400℃，其中GCY-300II車組中主機的最高溫度達到了514℃，對于機械傳動的GC-270車組即使采用發(fā)動機輔助制動，踏面/閘瓦溫度同樣也高達505℃;每次涼閘基本都要20min以上。

GCY-300II編組下坡總運行時間206min，在實際運用中已基本無作業(yè)時間可用（天窗總時長約240min）。

GCY-270即使采用發(fā)動機輔助制動，但是效果微弱也對發(fā)動機有損害，實際運用中不宜采用。

綜上所述，既有軌道工程車輛基本無法滿足西成客專鄠新區(qū)間這類長大坡道的作業(yè)要求。開發(fā)滿足長達坡道運行、作業(yè)需求的新型軌道工程車輛已是必然，也是解決長大坡道制動風險的根本途徑。

2.新型電傳動軌道工程車輛

為解決差大坡道區(qū)間作業(yè)要求，寶雞中車時代研制了適用于超長大坡道的GCD1000型電傳動重型軌道車和DAS12型電傳動作業(yè)車，且均配置了電阻制動?？諝庵苿酉到y(tǒng)采用JZ-7制動機，基礎制動采用踏面摩擦制動，電阻制動功率為500kWx2，強迫風冷。

2020年4月23～28日在西成客專鄠、新區(qū)間超長大坡道進行了試驗驗證。

2.1電傳動軌道車試驗

（1）牽引試驗。在鄠邑-新場街區(qū)間超長大坡道上坡牽引試驗，GCD-1000型軌道車牽引DPT（約50t）進行上坡運行試驗，最高運行78.9km/h，其中單機最高運行速度107 km/h，滿足要求。

（2）制動試驗。在鄠邑-新場街區(qū)間超長大坡道下坡制動試驗，在50km/h～110km/h速度范圍內(nèi)的下坡持續(xù)運行能力試驗，全程僅停車時采用空氣制動，試驗數(shù)據(jù)見表5，最高穩(wěn)定的速度達110km/h。重型軌道車牽引DPT（約50t）時下坡電阻制動試驗，最高穩(wěn)定速度達90km/h，滿足要求。

從表5可以看出，在持續(xù)制動過程中，在未采用空氣制動輔助的前提下，電阻最高溫度254℃（不超過600℃），滿足運行要求。

2.2 DAS12型電傳動作業(yè)車試驗

（1）牽引試驗。在鄠邑-新場街區(qū)間超長大坡道上坡牽引試驗，單機牽引最高運行速度98.2 km/h，滿足要求。

（2）制動試驗。在鄠邑-新場街區(qū)間超長大坡道下坡制動試驗，在50km/h～110km/h速度范圍內(nèi)的下坡持續(xù)運行能力試驗，全程僅停車時采用空氣制動，試驗數(shù)據(jù)見表6（僅列高速階段），最高穩(wěn)定的速度達100km/h，滿足要求。

從表6可以看出，在持續(xù)制動過程中，在未采用空氣制動輔助的前提下，電阻最高溫度243℃（不超過600℃），能夠很好的滿足運行需求。

通過GCD1000型軌道車和DAS12型作業(yè)車在西成客專鄠、新區(qū)間試驗驗證，兩種電傳動車輛在未使用空氣制動輔助的前提下，電阻制動均滿足不同速度持續(xù)下坡的運行需求，也滿足隨時停車作業(yè)的要求，可以解決該區(qū)間的作業(yè)問題，也解決了踏面摩擦制動長時間制動導致閘瓦/踏面溫度過高的問題，根本解決了采用閘瓦制動下坡失效的安全風險。

3.結語

通過電傳動軌道車和作業(yè)車在西成客專鄠、新區(qū)間的試驗，采用電傳動牽引系統(tǒng)增加電阻制動后，不需采用空氣制動進行輔助制動，可以很好的解決踏面摩擦制動在長大下坡到長時間制動導致發(fā)熱嚴重的問題、規(guī)避閘瓦制動下坡失效的安全風險，也可更好的滿足西成客專鄠新區(qū)間檢修作業(yè)的需求。

通過本課題的開展，為后續(xù)軌道工程車輛制動技術發(fā)展指明了方向，在長大坡道的高鐵線路應優(yōu)先采用電傳動牽引系統(tǒng)并設計電阻制動的軌道工程車輛，也為后續(xù)川藏鐵路建設、新設備的研制奠定了基礎。

參考文獻

[1]張夢華.對旅客列車在長大下坡道上平穩(wěn)操縱方法的探討.機車電傳動[J].2002年第3期

作者簡介：吳慶立（1982.9-），男，漢，河南南陽人，碩士，高級工程師，副總工兼技術中心主任，研究方向為軌道工程機械電氣控制系統(tǒng)集成與應用。