馮振興

(中國國家鐵路集團有限公司 機輛部, 北京 100844)

解放初期至1957年，貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一為500 kPa。1958年至1961年貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一為600 kPa。1962年原鐵道部決定將貨物列車制動主管壓力恢復為500 kPa，高坡、高速區(qū)段運行的貨物列車，根據(jù)試驗情況并報批后，制動主管壓力可執(zhí)行600 kPa。至此，貨物列車制動主管壓力500 kPa、600 kPa并存局面形成，并延續(xù)至今。

《鐵路技術管理規(guī)程》(普速鐵路部分)第261條規(guī)定：“旅客列車、特快及快速貨物班列自動制動機主管壓力為600 kPa；其他列車為500 kPa。長大下坡道區(qū)段貨物列車及重載貨物列車的自動制動機主管壓力，由鐵路局根據(jù)管內相關試驗結果和列車實際操縱需要可提高至600 kPa”。[1]據(jù)此，萬噸重載貨物列車及在長大下坡道區(qū)段運行的貨物列車主管壓力大多采用600 kPa，其他貨物列車主管壓力大多采用500 kPa。在500 kPa、600 kPa主管壓力變化站，機車換掛(乘務員換乘)時，需要人工進行轉換，既增加了作業(yè)環(huán)節(jié)、延長了作業(yè)時間，更存在車輛“抱閘”運行的安全風險。[2]貨物列車制動主管壓力500 kPa、600 kPa能否統(tǒng)一以及統(tǒng)一至何種壓力更加有利，至今沒有一個統(tǒng)一的結論。

關于貨物列車自動制動機主管壓力執(zhí)行標準問題，文獻[3]從制動黏著、循環(huán)制動充風性能及緊急制動性能3方面，提出建議在統(tǒng)一制動主管定壓時按500 kPa考慮；文獻[4]等認為600 kPa制動主管定壓在目前貨物列車基礎制動裝置設計不變的情況下難于達到預期效果和作用，也和現(xiàn)階段制動技術不相適應，從而將全鐵路貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一到500 kPa是比較科學合理的；文獻[5]等對貨物列車主管壓力由600 kPa轉換為500 kPa時部分車輛緩解不良的故障情況進行了調查，建議統(tǒng)一規(guī)定全路普通貨物列車主管壓力，或將其全部統(tǒng)一為500 kPa，或全部統(tǒng)一為 600 kPa。

1 統(tǒng)一制動主管壓力執(zhí)行標準的必要性

1.1 確?，F(xiàn)實安全的需要

貨物列車主管壓力600 kPa 、500 kPa轉換時，個別車輛制動不緩解的問題時有發(fā)生。車輛“抱閘”運行，或被攔停或擦傷車輪，嚴重時會發(fā)生脫軌甚至顛覆，嚴重危及行車安全。

1.2 打通運輸節(jié)點的需要

《鐵路技術管理規(guī)程》(普速鐵路部分)第261條規(guī)定：“遇機車換掛需將自動制動機列車主管壓力由600 kPa改為500 kPa時，摘機前應對列車主管實施一次170 kPa的最大減壓量操作?！毕鄳F路局集團公司為確保制動貨物列車主管壓力600 kPa 、500 kPa轉換后的運行安全，均制定了嚴格的操作規(guī)定和安全措施，延長了主管壓力轉換車站的作業(yè)時間，影響了運輸效率。

1.3 統(tǒng)一技術標準的需要

由于貨物列車主管壓力并存，機車車輛設計制造標準、配套相關試驗設備技術標準、作業(yè)人員作業(yè)標準等，均存在兩種技術標準，既不能完全實現(xiàn)統(tǒng)一，更在一定程度上產(chǎn)生了成本、效率的浪費。

2 兩種制動主管壓力仿真與試驗研究

2.1 不同定壓下的列車運行時分仿真計算

根據(jù)《技規(guī)》第20表普通貨車每輛換算閘瓦壓力數(shù)值，得到貨物列車每百噸列車質量換算閘瓦壓力(考慮6%關門車)，查得分別按80 km/h運行和按90 km/h運行的限速值如圖1、圖2所示[6]。

圖1 80 km/h限速值

圖2 90 km/h限速值

由圖2可知，不同定壓值下，列車運行限速值不同。600 kPa定壓下，貨車起始限速坡道值大于同速度等級下500 kPa限速起始坡度值。據(jù)此結論，選擇太中銀線路進行長大下坡道研究和列車運行時分分析。根據(jù)線路的長大下坡道數(shù)據(jù)，采用牽引計算程序對典型交路進行運行時分仿真計算。

(1)線路條件

太中銀線北六堡至迎水橋全長734 km，定邊至銀川南長183 km，途經(jīng)線路分別歸太原、西安、蘭州鐵路局管轄，其上行線坡道長度及占比為66.4 km/9.0%，下行線坡道長度及占比為25.0 km/3.4%，其長大下坡道及限速情況見表1。

表1 太中銀線長大下坡道及限速

(2)工況選擇

綜合以上長大下坡道分布和機車運行交路情況，選擇榆次(中鼎物流園K969.832)至定邊(K1462.577)區(qū)間進行牽引計算。上行、下行方向運行均途經(jīng)西安局、太原局全部長大坡道，列車編組為HXD1+4 500 t(C64K)。

(3)牽引計算結果

中鼎物流園至定邊區(qū)間全長492.7 km，按最高速度90 km/h運行，計算結果見表2。

表2 太中銀線區(qū)間運行時分計算結果

由表2可知，定壓600 kPa與定壓500 kPa相比，上、下行方向運行時分分別縮短246 s和84 s。

2.2 不同定壓下的列車運行試驗

為進一步研究貨物列車制動主管500 kPa與600 kPa定壓值對列車運行的影響，在西康線田王至柞水間對貨物列車常用全制動停車及緊急制動停車兩種工況進行了試驗。

(1)運行試驗編組

下行方向(田王至柞水)編組如下：

HXD 11178機車+SY 999300試驗車+51輛貨車。

上行方向(柞水至田王)編組如下：

HXD 11178機車+51輛貨車+SY 999300試驗車。

為了模擬列車在6%關門車下的制動距離，運行試驗全程上下行均將第4、6和50位共計3輛貨車(貨車計數(shù)不包括試驗車和機車)人為設置為關門車。

(2)測點布置及測試設備

本次試驗共布置測點10個，測點布置與測試設備見表3所示。

表3 測點布置與測試設備

(3)常用全制動停車測試結果及分析

2種列車管定壓共進行了長大下坡道和平道常用全制動停車共計8次試驗，兩種定壓平道及坡道常用全制動試驗位置基本一致，試驗結果統(tǒng)計見表4所示。

表4 常用全制動停車試驗結果統(tǒng)計

由表4可知：

平道常用全制動工況下，600 kPa定壓時兩次制動平均初速為79.9 km/h，平均制動距離為839 m；500 kPa定壓時兩次制動平均初速為79.4 km/h，平均制動距離為884 m。定壓500 kPa比600 kPa平均值增加45 m，增加約5.4%。

坡道常用全制動工況下，600 kPa定壓時兩次制動平均初速為80.4 km/h，平均制動距離為1 215 m；500 kPa定壓時兩次制動平均初速為80.2 km/h，平均制動距離為1 330 m。定壓500 kPa比600 kPa平均值增加115 m，增加約9.5%。

(4)緊急制動停車測試結果及分析

2種列車管定壓共進行了長大下坡道和平道緊急制動停車共計8次試驗，兩種定壓平道及坡道緊急制動試驗位置基本一致，試驗結果統(tǒng)計見表5所示。

由表5可知：

平道緊急制動工況下，600 kPa定壓時兩次制動平均初速為80.7 km/h，平均制動距離為673 m；500 kPa定壓時兩次制動平均初速為80.8 km/h，平均制動距離為758 m。定壓500 kPa比600 kPa緊急制動距離平均值增加75 m，增加約11.1%。

表5 緊急制動停車試驗結果統(tǒng)計

坡道緊急制動工況下，600 kPa定壓時兩次制動平均初速為80.2 km/h，平均制動距離為725 m，與限值800 m相比安全余量為10%；500 kPa定壓時兩次制動平均初速為80.6 km/h，平均制動距離為791m，與限值800 m相比安全余量為1%。定壓500 kPa比600 kPa緊急制動距離平均值增加66 m，增加約9.1%。

可見，定壓600 kPa較500 kPa時緊急制動距離更短，安全余量更大。

3 兩種制動主管壓力對列車運行影響及統(tǒng)一方案分析

由于制動主管壓力500 kPa、600 kPa在充風時間、制動缸壓力等制動特性上的不同，使貨物列車在制動距離、百噸換算閘瓦壓力、制動限速、列車操縱等運用上也體現(xiàn)出一定的差異。貨物列車統(tǒng)一采用何種制動主管壓力需要綜合考慮各種因素的影響[7]。

3.1 制動主管壓力統(tǒng)一至500 kPa可行性

根據(jù)貨車設計計算及相關線路試驗結果，貨物列車制動主管壓力500 kPa滿足制動距離要求。國鐵I級線路(普速)的最大限制坡道為12‰(內燃)和15‰(電力)，貨物列車按最高速度80 km/h運行基本沒有限制，若按最高速度90 km/h在5‰及以上的下坡道時需要限速運行。由于列車運行時分受到線路限速、分相、坡道等多重因素制約，相對于制動主管壓力600 kPa的貨物列車，坡道限速對列車運行時分影響很小。將貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一至500 kPa具有一定的可行性。

貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一采用500 kPa目前仍然存在現(xiàn)實性問題需要解決。大秦、瓦日、唐呼等重載線路及寶成、太焦等高坡線路，自開通以來，貨物列車制動主管壓力始終為600 kPa，經(jīng)過了一系列的運行試驗及理論研究，也經(jīng)過了多年的時間驗證，形成了成套的、成熟的技術體系和理論體系，如將其制動主管壓力統(tǒng)一至500 kPa，勢必要經(jīng)過大量的試驗和研究。若貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一采用500 kPa、重載線路及高坡線路采用600 kPa，主管壓力500 kPa、600 kPa并存的局面仍然會在相當長的時間內存在，制動主管壓力轉換帶來的列車“抱閘”運行等安全風險仍無法徹底消除，影響運輸效率的問題仍然存在[8]。

3.2 制動主管壓力統(tǒng)一至600 kPa可行性

通過前述分析可以看出，制動主管壓力600 kPa的貨物列車制動能力、運輸效率等方面，均能滿足運輸安全生產(chǎn)需求，已有部分鐵路局集團公司將管內貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一至600 kPa。將貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一至600 kPa同樣具有一定的可行性[9]。

目前，從理論分析和運用實踐來看，貨物列車采用主管定壓600 kPa有3個問題需要深入研究：

(1)相對于制動主管壓力500 kPa的貨物列車，制動主管壓力600 kPa的貨物列車初充風時間較長，是否對運輸效率造成影響仍需研究。

(2)制動主管壓力600 kPa相對于500 kPa，車輛制動系統(tǒng)壓力更高，在環(huán)境溫度較低的情況下，特別是在東北、西北的冬季，車輛制動系統(tǒng)泄漏的概率可能會增加。

(3)制動主管壓力600 kPa相對于500 kPa，大減壓量特別是緊急制動工況下，輪軌關系還需進一步深入研究。

3.3 制動主管壓力執(zhí)行標準建議

(1)制動主管壓力統(tǒng)一至600 kPa

綜合考慮制動主管壓力500 kPa、600 kPa利與弊，建議將貨物列車主管壓力統(tǒng)一至600 kPa。

①更有利于確保行車安全。在全制動、緊急制動時，制動主管壓力600 kPa相對于500 kPa，制動距離更短，能夠在緊急情況下，留給司機更多的反應及處置時間，對確保行車安全極為有利；能夠徹底消除制動主管壓力600 kPa、500 kPa轉換地點及編組站等樞紐地區(qū)調車作業(yè)中，因制動主管壓力轉化帶來的安全風險。

②更有利于提高運輸效率。目前，快速貨物班列運行速度120 km/h，大部分貨物列車運行速度80 km/h，部分區(qū)段貨物列車提速至90 km/h運行。在當前的貨物列車運行速度體系下，制動主管壓力500 kPa、600 kPa對列車運行時分的影響較小，但制動主管壓力600 kPa的貨物列車在每百噸列車質量換算閘瓦壓力與坡道、速度的關系中，具有更大的優(yōu)勢，可以為貨物列車提速預留更大的空間，從鐵路運輸發(fā)展的長遠來看是有利的。

③更有利于統(tǒng)一技術標準。當前，旅客列車、特快及快速貨物班列制動主管壓力為600 kPa，其他列車制動主管壓力500 kPa、600 kPa并存。貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一600 kPa后，我國所有列車制動主管壓力將實現(xiàn)真正意義上的統(tǒng)一，在機車車輛設計制造標準、配套相關試驗設備技術標準、作業(yè)人員作業(yè)標準等方面實現(xiàn)簡統(tǒng)。

(2)制動主管壓力統(tǒng)一至600 kPa保障措施

制動主管壓力600 kPa相對于500 kPa列車初充風時間長，多發(fā)生在列車產(chǎn)生緊急制動、貨車解體保留等制動主管壓力為零的情況下，此類場景屬小概率事件，對運輸效率也無太大影響。

①深入研究車輛制動系統(tǒng)密封性與制動主管壓力、環(huán)境溫度、使用年限的關系。在既有的技術設備條件下，可考慮在環(huán)境溫度達到一定值的前提下，適當放寬“列車制動主管的壓力1 min內泄漏不得超過20 kPa”的限制，哈爾濱局集團公司已有先例。

②深入研究貨物列車允許開車的制動主管最低壓力。理論上，列車全列緩解即可啟動列車，一方面可提高運輸效率，另一方面也可降低人為關閉列車管折角塞門導致列車放飏的可能性。貨物列車允許開車的制動主管最低壓力，應綜合考慮列車編組、線路條件、列車調速時機等因素確定，不能一概而論。

③深入研究車輛車輪擦傷的深層次原因及其與貨物列車制動主管壓力的關系。結合列車運行速度、機車工況、制動力、機車車輛技術狀態(tài)、天氣條件等情況，建立模型，開展大數(shù)據(jù)分析，查找車輛車輪擦傷的規(guī)律性因素，研究車輛車輪擦傷與貨物列車制動主管壓力的關聯(lián)性，以便采取針對性措施。

4 結束語

統(tǒng)一貨物列車制動主管壓力執(zhí)行標準非常必要，也尤為迫切。客觀上講，貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一至500 kPa或600 kPa均具有可行性，按照趨利避害的原則，統(tǒng)一至600 kPa更為有利。貨物列車制動主管壓力統(tǒng)一至600 kPa后，還應在一段時間內，持續(xù)對相關情況進行寫實分析，開展基礎性、應用性系列研究及試驗，針對運用中暴露出的問題，制定針對性整治措施，確保統(tǒng)一貨物列車制動主管壓力執(zhí)行標準平穩(wěn)過渡，持續(xù)安全。