朔黄线两万吨重载列车长大坡道冲动原因分析及优化措施

摘要 文章主要对两万吨列车在长大下坡道区段，采取循环制动过程中，当列车运行地点和机车再生力不同的情况下，缓解列车制动时，对列车产生的纵向力（分为压钩力和拉钩力）进行测量，并进行分析对比，根据对比结果提出优化措施，从而达到减轻列车冲动，确保列车运行安全可靠。

关键词 两万吨;纵向力;重载列车;长大下坡道

中图分类号 U296 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）06-0065-03

前言

纵观铁路发展趋势，客运高速化、货运重载化已经成为世界铁路发展的必然趋势。铁路货运是国家经济命脉，关系国民经济生活的方方面面。世界各國由于铁路运营条件、设备技术水平的不同，采用的重载列车运输模式和组织方式各不相同。为了推动世界重载运输的发展，国际重载协会（IHHA）于2005年国际重载协会修订的重载铁路新标准是满足下列3条中的2条，即为重载铁路[1]：

（1）列车重量不小于8 000 t。

（2）轴重达27 t以上。

（3）在长度不小于150 km线路上年运量不低于4 000万t。

朔黄线运行的货运列车满足以上1、3条要求，故定位为重载铁路。

1 线路简介

朔黄线作为国家能源集团铁路运输网的重要组成部分，是我国西煤东运的重要通道。也必将适应铁路发展趋势，追求数字化、重载化、信息化。由HXD1大功率交流机车组合牵引两万吨重载列车，因其运输能力强、成本低廉在朔黄线广泛运用[2]。

朔黄线西起山西神池县、东至河北黄骅港，朔黄线神池南至肃宁北区段，其特点为：海拔落差大，桥隧多，最小曲线半径为500 m。其中宁武西—原平南、南湾—小觉区间坡道基本在10‰～12‰之间。

2 两万吨重载列车牵引模式和数学模型

（1）该文选用HXD1八轴交流机车，采用1+1组合模式。即1台HXD1+108辆+一台HXD1+108辆，车辆采用C80型车辆（如图1所示）。

（2）HXD1八轴交流机车和C80型货车车辆相关参数如表1、表2。

（3）列车在12‰长大下坡道运行时的力学模型。上行列车编组采用1+1模式，总重21 600 t，载重17 280 t，两台机车自重400 t，列车长度约2 680 m（包含机车长度），选用直线下坡道为模型进行分析（如图2）。

其中 f为列车下滑力：

式中：Fn——列车下滑阻力;F——支撑力;i——线路坡道;P—— 机车自重;G——牵引总重;g——重力加速度，取值9.81 m/s。

当速度为60 km/h条件下运行时，计算出机车、车辆单位基本阻力w0'、w0"分别为4.54 N/kN 、1.66 N/kN [3]。在未含曲线阻力、隧道阻力、摩擦力等情况下，当限定速度为60 km/h，线路坡道i分别为4、6、8、10、12的下坡道时（下坡道负值），分别计算出下滑力，如表3：

从表3中可以看出，在不考虑天气、线路曲线、隧道等因素的情况下，机车再生力发挥正常，两万吨列车能够满足在6‰的下坡道上匀速运行，当列车在超过6‰

的下坡道上运行时，机车再生力无法克服列车的下滑力，需要配合空气制动进行调速。

3 冲动产生的原因和危害

3.1 冲动产生的原因

由于车钩之间存在间隙，两万吨列车在长大下坡道带闸行驶时，当列车具备缓解条件，进行缓解充风后，前部机车立即对后部车辆进行充风，中部机车在主控机车缓解后的1～2 s后，向前部车辆和后部车辆充风，前部车辆在主控机车和中部

机车作用下迅速缓解，后部机车仍然处于带闸制动过程中，由于机车再生力无法克服下滑力，大约在列车缓解后15～20 s后，会在列车中部产生最大拉钩力。两万吨列车缓解后15～20 s时车辆状态图如图3。

随着缓解时间增加，大约在主控机车缓解后50 s左，后部车辆逐步缓解，由于列车拉钩力和下滑力的作用，会使后部列车加速向前，与前部车辆发生撞强效应，大约在主控机车缓解后50 s左右，从而在列车中部产生最大压钩力。两万吨列车缓解后50 s左右时车辆状态图如图4。

3.2 冲动导致的危害

随着铁路货运组织重载化，编组数量的增加，列车安全运行问题也逐渐凸显出来。冲动过大可能会导致车钩脱离、车钩断裂、列车脱线，导致线路破坏，这对列车行车安全构成重要危险，应对列车产生冲动原因进行分析，确保列车运行安全。

4 综合分析

该文选朔黄线南湾—滴流磴区间，K145—K152千米处进行分析，其线路坡道图如图5：

试验机车为两台HXD1型电力机车，主控机车在给定不同再生力情况下进行缓解，南湾站过风相后，逐步增大机车再生力至给定值200～400 kN，当列车运行至K146.500 m处左右，列车速度60 km/h减压50 kPa。运行至K146+000 m—K147+800 m、 K149+300 m−K149+700 m两处区间缓解列车。在中部机车车钩处进行测量其缓解后纵向受力，情况如表4：

为确保数据准确性，分别在从控机车前中后三处车钩处应力进行动态测量，其测量结果和受力动态分析如表5：

对表5进行数据分析，可以得出：

（1）地点由K146+000 m—K147+800 m调整到 K149+

300 m—K149+700 m后，用 200～300 kN 再生力缓解后，列车的拉钩力最大 2 622 kN（超过了安全限值），最大压钩力为1 693 kN，列车安全运行风险系数增加，与优化试验的最大拉钩力 796 kN，增加了 1 826 kN。压钩力与优化试验的最大压钩力 1 318 kN，增加了 375 kN。建议缓解地点仍然为原区间，即K146+000 m—K147+800 m，通过调整机车再生力来间接调整纵向力大小。

（2）当缓解速度越低时，其纵向力越大，越容易导致列车冲动。

（3）当缓解地点一致时，其缓解前再生力越小，纵向力越小，列车运行越平稳。

5 优化措施

列车在带闸运行中，需要通过调整机车再生力来控制列车，尽量减少制动次数，实现长波浪制动，确保机车安全运行。由于列车在制动过程中车体制动力和主从控机车减压量的不同，導致前部车辆和后部车辆的制动力不一致，当列车稳态运行被破坏，由于车体漏风或者乘务员为了控速追加减压，从而导致列车制动力增强，缓解后车钩受力增大，不利于安全运行。针对列车冲动等问题，从机车操纵、行车组织、技术检修等方面采取合理措施，降低机车受力，确保行车安全。为了进一步确保两万吨重载列车在长大下坡道运行安全，以及降低纵向冲动，措施建议如下，以供参考：

（1）机车操纵方面，合理利用线路纵断面，选择合理的初制动和缓解地点，在投入空气制动前，将机车再生力给至目标值，充风压缩整列车的车钩，调速减压后，等速度可控后，适当调整机车再生力，实现长波浪制动，减少空气制动使用次数[4]。

1）因速度越低时，纵向力越大，在列车运行时，在满足列车充风条件下，尽量提高列车缓解速度，建议当列车速度低于35 km/h时，采取停车缓风措施，避免因速度过低导致列车冲动。

2）选择缓解地点不同导致纵向力大小也不同，在操纵机车驾驶中，当遇到小曲线半径、变坡点等位置时，避免大电流牵引机车，使用小电流牵引，使车辆车钩一直处于拉伸状态，降低列车冲动。

3）在缓解前，为了减少列车冲动，最大限度降低纵向力，在缓解前30 s，在满足列车充风要求情况下，适当降低缓解再生力，再生力最低为200 kN，缓解后50 s内不得随意调整机车再生力。

4）当列车不在规定的缓解地点或者速度达不到缓解要求时，严禁缓解。

（2）行车组织方面，及时和调度指挥中心联系，调整机车位置，防止机车长期存在担当从控牵引任务，连续担任三趟从控牵引任务时，及时进行调整。

（3）技术检修方面，合理安排机车检修，在检修过程中严格执行相关技术标准，发现不符技术标准的配件，及时进行更换，对长时间投入使用的机车配件进行预防修，确保机车状态良好。

6 结束语

朔黄铁路开行两万吨重载列车以来，由于列车冲动原因导致的停车事件频繁发生，对机车技术状态和铁路运输组织造成严重的影响，带来很大的安全隐患，通过四年时间摸索，实践，结合机车乘务员日常反馈的操纵建议出发，进行试验，通过分析试验数据，进行论证，结合朔黄线实际情况，逐步优化两万吨重载列车操纵模式，大幅度减少了因操纵原因导致的列车冲动，确保列车安全运行。

参考文献

[1]冀彬. 大秦线重载列车发展研究[J]. 中国铁路， 2009

（3）： 31-35.

[2]徐磊. 朔黄铁路重载列车组织方案研究[J]. 铁道货运， 2017（1）： 10-15.

[3]王超宇. 城市轨道交通牵引计算曲线与信号控制列车运行曲线差异分析——以长沙地铁5号线一期工程为例[J]. 工程建设与设计， 2021（20）： 48-50.

[4]张益铭. 2万t列车通过朔黄铁路长大坡道优化研究[D].大连：大连交通大学， 2020.

收稿日期：2022-01-20

作者简介：康强龙（1993—），男，本科，助理工程师，研究方向：铁路运输。