李仲茹

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，西安　710043)

哈密東編組站駝峰峰高設(shè)計研究

李仲茹

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，西安710043)

摘要：按哈密鐵路樞紐總圖規(guī)劃，哈密東站為地區(qū)唯一編組站，駝峰為哈密東編組站的關(guān)鍵設(shè)備，對提高車站解編效率滿足編組站工作需要有重要的作用。為合理設(shè)計哈密東站駝峰峰高，根據(jù)哈密地區(qū)車流特點、自然條件等，分析目前貨車車輛的發(fā)展趨勢，哈密東駝峰理論峰高計算在規(guī)范規(guī)定的傳統(tǒng)計算方法的基礎(chǔ)上，采用滑動軸承和滾動軸承相結(jié)合綜合分析的新方法，經(jīng)駝峰縱斷面優(yōu)化設(shè)計，合理確定哈密東站駝峰峰高為2.98 m，提高哈密東編組站的作業(yè)效率，總結(jié)大、中能力駝峰的設(shè)計經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：鐵路樞紐；編組站；駝峰；峰高

1問題提出

哈密東編組站所在的哈密鐵路地區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)東部哈密市境內(nèi)，是出入新疆的必經(jīng)要地，素有“西域咽喉，東西孔道，新疆東大門”之稱，自古以來都是新疆與內(nèi)地物資流通的重要集散地，是東疆的政治、經(jīng)濟、文化、科教、交通運輸中心[1]。按照哈密地區(qū)總圖規(guī)劃，哈密東編組站建設(shè)工程是哈密地區(qū)的重點工程[2]，駝峰設(shè)計是編組站設(shè)計中的重點和難點，駝峰的峰高設(shè)計對提高編組站的解編作業(yè)能力、降低運營成本和保障車輛溜放作業(yè)安全起決定性的作用。

2哈密東編組站簡介

2.1車站站型及規(guī)模

哈密東站位于哈密市的東南遠郊，按照哈密鐵路地區(qū)總圖規(guī)劃，新建哈密東站為地區(qū)內(nèi)唯一具有解編作業(yè)的編組站，承擔(dān)地區(qū)內(nèi)貨車到發(fā)及解編作業(yè)。投資約9.8億元人民幣，是哈密樞紐的重點工程。車站按二級四場規(guī)劃，近期按一級三場實施，上行到發(fā)場設(shè)到發(fā)線12條，下行到發(fā)場設(shè)到發(fā)線13條；調(diào)車場設(shè)調(diào)車線19條，預(yù)留5條，共24條；預(yù)留峰前到達場；駝峰推峰線、調(diào)車場尾部牽出線各設(shè)2條；調(diào)車場西端設(shè)中能力駝峰1座，采用點連式調(diào)速系統(tǒng)，雙推單溜[3]。

2.2哈密東站工作量[3](表1)

表1　車站作業(yè)量　車/d

2.3確定駝峰平面布置

結(jié)合哈密東編組站站型布置、車流特點、車站作業(yè)量(解編車數(shù))、調(diào)車場股道數(shù)量、減速設(shè)備的配置、各分路道岔的選型及禁溜線和迂回線的設(shè)置，研究確定：哈密東站駝峰按點連式調(diào)速系統(tǒng)雙推單溜中能力駝峰設(shè)計；溜放部分采用1/6對稱道岔布置[4]；駝峰溜放部分設(shè)一級間隔制動位(7+7)、調(diào)車線頭部設(shè)目的制動位(6+6)，打靶區(qū)末端調(diào)車線設(shè)減速頂，調(diào)車線尾部設(shè)停車器。駝峰平面布置見圖1。

3哈密東站駝峰峰高研究

3.1研究技術(shù)資料

駝峰類型:自動化中能力駝峰，按雙推單溜作業(yè)，設(shè)2條推送線和2條迂回線。

調(diào)車線數(shù)量: 近期19條， 遠期預(yù)留5條。

駝峰機車: 東風(fēng)7型，駝峰解體的最大列車質(zhì)量為5 000 t。

駝峰頭部采用ZK3A型電空轉(zhuǎn)轍機；溜放部分設(shè)一級間隔制動位，采用7+7節(jié)間隔車輛減速器，調(diào)車場采用6+6節(jié)目的車輛減速器，調(diào)車場連掛區(qū)布置減速頂。

3.2基礎(chǔ)資料分析計算

(1)車流資料:結(jié)合近期車輛的發(fā)展趨勢取Q難=30 t，Q易=95 t。

(2)氣象資料：根據(jù)市氣象局收集的哈密地區(qū)10年氣溫的統(tǒng)計資料，計算平均氣溫及均方差為：t平均氣溫=10.622 5 ℃，δ氣溫均方差=13.044 2，哈密屬北方地區(qū)，峰高計算氣溫為：t計算氣溫=t平均氣溫-1.5×δ氣溫均方差=-8.94 ℃；根據(jù)哈密市氣象局收集的哈密地區(qū)10年風(fēng)速的統(tǒng)計資料，計算平均風(fēng)速及均方差如下：v平均風(fēng)速=1.355 m/s，δ風(fēng)速均方差=0.383 6，峰高計算風(fēng)速為：v計算風(fēng)速=v平均風(fēng)速+1.5×δ風(fēng)速均方差=1.930 4 m/s[5]。

(3)計算峰高采用難行車質(zhì)量：根據(jù)現(xiàn)行車輛類型，難行車采用P50，總重30 t[6]。

(4)難行線確定：經(jīng)對調(diào)車場24股道進行阻力計算分析，確定第24道為難行線。

(5)溜放經(jīng)由換算道岔組數(shù):一組逆向道岔消耗能高采用0.024 m，通過一組順向道岔或交叉渡線中菱形交叉消耗的能高采用0.012 m。交叉渡線菱形轍叉按0.5組，順向道岔按0.5組計列消耗能高[7]。根據(jù)駝峰溜放平面布置圖，確定溜放經(jīng)由換算道岔組數(shù)為5組。

(6)計算曲線轉(zhuǎn)角：根據(jù)駝峰溜放平面布置圖，計算曲線轉(zhuǎn)角為63.25°，每度轉(zhuǎn)角阻力能高0.008 m[7]。

(7)駝峰溜放部分走行距離：駝峰溜放部分走行距離為峰頂至難行線車場制動位入口的距離。依據(jù)駝峰溜放平面布置圖，計算得L溜難=320.5 m。

(8)車場部分走行距離：車場部分走行距離為難行線車場制動位入口至打靶區(qū)末端的距離。依據(jù)駝峰溜放平面布置圖，計算得L場難=150 m。

(9)平均溜放速度：按計算氣溫t計算氣溫=-8.94 ℃，通過內(nèi)差法，車輛溜放平均速度確定為：溜放部分平均溜放速度v溜放=4.6 m/s，調(diào)車場部分平均溜放速度v溜放=2.2 m/s

(10)推峰速度：按《規(guī)范》規(guī)定[5]，推峰速度取1.4 m/s(5 km/h)。

(11)轉(zhuǎn)動慣量影響的重力加速度取g=9.28 m/s2。

(12)安全連掛速度：按《規(guī)范》規(guī)定[7]，安全連掛速度取1.4 m/s(5 km/h)。

(13)基本阻力

根據(jù)規(guī)范規(guī)定的滑動軸承基本阻力計算公式[5]，W基=1.539+2.203[e-0.016 9t-e-0.0169(10.2+0.24Q)]-0.010 7Q+(0.428-0.003 7Q)v車+1.28σ滑+0.4(1-k)計算可得：

冬季難行車溜放部分基本阻力W冬難溜基=4.737 8 N/kN；

冬季難行車車場部分基本阻力W冬難場基=3.577 N/kN；

(14)風(fēng)阻力

根據(jù)空氣阻力計算公式[5]W風(fēng)=0.063f(Cx1/Cx0)×(v車+v風(fēng)cosβ)2/Qcos2α計算可得：

冬季難行車溜放部分空氣阻力W冬難溜風(fēng)=0.896 5 N/kN；

冬季難行車車場部分空氣阻力W冬難場風(fēng)=0.358 6 N/kN。

3.3峰高計算及綜合分析3.3.1傳統(tǒng)方法計算峰高

按照《鐵路駝峰及調(diào)車場設(shè)計規(guī)范》(TB 10062—99)[7]中傳統(tǒng)的計算方法計算峰高得

計算可得：峰高H峰=3.022 m，考慮溜車方向與冬季主要風(fēng)向相反，設(shè)計峰高增加10%，峰高H峰=3.32 m。

3.3.2按滾動軸承法計算峰高

近年來我國物流業(yè)及貨運量的迅速發(fā)展，機車、車輛技術(shù)的革新，傳統(tǒng)的駝峰峰高計算方法已不能完全滿足駝峰峰高設(shè)計的要求。為適應(yīng)目前我國貨車普遍采用滾動軸承、車輛載重重型化(70t及以上)、車輛軸重提高(230 kN及以上)的發(fā)展趨勢[8]，結(jié)合區(qū)域氣候普遍變暖的實際情況，車輛溜放阻力逐漸減少，按傳統(tǒng)計算方法和設(shè)計理論計算的峰高值，存在偏高的問題。從目前全國駝峰設(shè)計及運營情況來看，原有駝峰在現(xiàn)有車輛狀態(tài)下，普遍反映偏高，峰高偏高容易造成溜放超速、車輛追尾等事故[9]，也增加了減速器、減速頂設(shè)備損耗、增加運營成本等一系列問題。

故本次對駝峰峰高計算采用新的設(shè)計思路，在傳統(tǒng)的滑動軸承計算車輛阻力的基礎(chǔ)上，按滾動軸承計算車輛基本阻力，并對計算峰高值進行綜合分析，最終確定合理的駝峰峰高值。滾動軸承車輛阻力計算公式參照《滾動軸承車輛溜放阻力的測試及研究》[10]，峰高計算如下。

(1)根據(jù)氣溫計算回歸阻力中值：R中=2.401-0.015 43T+0.000 17T2，計算得R難中=25.53 N/t。T為計算溫度，℃。

(2)計算不同質(zhì)量等級的阻力補償數(shù)值：RΔ=0.015*Q-0.00008QT-0.32+0.002T，計算得RΔ難=1.34 N/t。

(3)計算速度的阻力補償數(shù)值：Rv=0.1(V-2.82)，計算得Rv難=-0.62 N/t。

(4)任意車輛基本阻力計算中值：W中=R中-RΔ+Rv計算得W中難=23.57 N/t。

(5)根據(jù)溫度計算基本阻力波動標準差回歸值

σ中=0.538 3-0.001 5T+0.000 02T2

計算得σ難中=5.55 N/t。

(6)計算對應(yīng)不同質(zhì)量等級的標準差補償數(shù)值：σΔ=0.003Q+0.000 02QT-0.000 04T-0.063，計算得σΔ難=0.25 N/t。

(7)計算基本阻力標準差：σ=σ中-σΔ，計算得σ難=5.30 N/t。

(8)難行車基本阻力：W難=W難中+1.65σ難，計算得W難=32.310 N/t。

(10)車場基本阻力為：W難=W中+1.65δ難=(R中-RΔ+RV)+1.65(δ中-δΔ)，溜放部分基本阻力為：車場內(nèi)基本阻力與溜放部分阻力補償值之和，補償值為3.9 N/t，分析計算得：

冬季難行車車場部分基本阻力W冬難場基=32.310 N/t

冬季難行車溜放部分基本阻力W冬難溜基=36.210 N/t

3.3.3優(yōu)化設(shè)計并綜合分析確定合理峰高

現(xiàn)行《鐵路駝峰及調(diào)車場設(shè)計規(guī)范》(TB10062—99)中車輛基本阻力是在滑動軸承條件下測試總結(jié)出來的，已不能反映目前我國貨車的實際情況，故需結(jié)合目前車輛類型、車流、自然條件、現(xiàn)場的作業(yè)情況等綜合分析確定合理的峰高值。

(1)根據(jù)哈密東站作業(yè)量，結(jié)合烏魯木齊鐵路局等有關(guān)部門的意見、哈密地區(qū)車流特征、近遠期運量變化特點及車站的站型和規(guī)模、當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速氣溫等自然條件，綜合考慮各種因素，研究各計算參數(shù)并確定駝峰的合理峰高。

(2)駝峰是編組站和區(qū)段站關(guān)鍵的運輸設(shè)備，峰高設(shè)置高低是保證作業(yè)安全，提高駝峰的作業(yè)效率，降低運營成本的關(guān)鍵。峰高設(shè)置偏低時，冬季難行車將不能溜放至調(diào)車場指定位置并不能實現(xiàn)自動連掛，需要機車整場作業(yè)，降低作業(yè)效率；峰高設(shè)置偏高時，容易導(dǎo)致夏季易行車溜放超速，增加減速器制動能耗、增加運用成本、導(dǎo)致車輛損壞、易出現(xiàn)超速連掛，影響作業(yè)安全等情況。

(3)現(xiàn)階段我國貨車發(fā)展趨勢向大型化、重載化發(fā)展?？傊?5 t車成發(fā)展趨勢，原總重80 t貨車逐步更新，駝峰是運輸組織設(shè)備中最重要的設(shè)備，一次建成后改造非常困難，除非拆除另行新建，且施工過渡復(fù)雜，牽扯設(shè)備眾多，控制系統(tǒng)復(fù)雜，一次改造需相鄰編組站配合分流，影響面廣。因此，在運輸設(shè)備中，地位非常重要，是編組站、區(qū)段站的核心設(shè)備，也是路局生產(chǎn)運輸組織和路網(wǎng)中的核心設(shè)施，各級各部門對此也高度敏感和重視。

(4)因駝峰屬運輸繁忙設(shè)備，一旦投入運營， 在不廢棄的情況下將很難改造，且施工過渡困難，控制因素(土建、控制系統(tǒng))較多，在車輛大型化、單位溜放阻力減小的趨勢下，駝峰峰高宜低不宜高。峰高低時，可以通過提高推峰速度、大修填砟抬坡調(diào)整等措施來解決；駝峰高時，由于受峰下立交橋等結(jié)構(gòu)物高程控制，往往無法降低，迫不得已，只能在調(diào)車場減速器出口再增加減速器、溜放部分增加可控減速頂?shù)裙こ檀胧议L期消耗能源，增加設(shè)備及維修投入，且容易出現(xiàn)溜車追尾事故的發(fā)生，增加運營成本的同時也埋下了安全隱患。

本次分別根據(jù)基本阻力按滑動軸承和滾動軸承2種方法，計算不同的峰高值，前者為3.32 m，后者為2.87 m。結(jié)合以上分析，現(xiàn)在我國鐵路網(wǎng)上，95%的貨車已更新為滾動軸承，另外現(xiàn)階段我國貨車發(fā)展趨勢向大型化、重載化發(fā)展，總重95t車成發(fā)展趨勢，經(jīng)過分析論證，結(jié)合目前既有駝峰運營情況的實際，考慮哈密東站車流特點、地形條件、冬季低溫、逆風(fēng)等因素，按駝峰縱斷面設(shè)計要求[11]，設(shè)計駝峰縱斷面為：加速坡40‰，坡長30 m；第二段坡12‰，坡長60 m，變坡點在第一分路道岔前；中間坡: 8‰，坡長65 m；道岔區(qū)坡分2段，采用2.2‰，坡長90 m，采用2.4‰，坡長71 m；調(diào)車場減速位坡2.5‰ 坡長30 m，打靶區(qū)坡: 0.8‰， 坡長120 m。[12]最終確定本駝峰峰高設(shè)計采用2.98 m比較合理。

4效果檢驗

采用圖解法和計算法，對溜車狀態(tài)進行檢驗檢算，檢驗駝峰設(shè)計的安全性和合理性。大中能力駝峰應(yīng)滿足溜車不利條件下，以1.4 m/s的推峰速度連續(xù)溜放組號為難-中-難單個車，通過各分路道岔和減速器時，有足夠的間隔，保證道岔順利轉(zhuǎn)換，減速器處于緩解或制動的正常狀態(tài)[5]。通過繪制車輛溜放間隔檢算圖，難行車進入24道(難行線)，中型車進入23道(相鄰線)，以10 s的間隔時間連續(xù)溜放難-中-難單個車，均能保證前車清出各道岔絕緣區(qū)段時間與后車剛進入各道岔絕緣區(qū)段時間差均大于道岔設(shè)備動作時間0.5 s，效果較好(圖2)。經(jīng)近兩年春夏秋冬的運營實踐，現(xiàn)場駝峰運營良好，大幅度提高了哈密地區(qū)的解編效率，實現(xiàn)了運輸需求與運輸能力的配套，并預(yù)留了遠期發(fā)展的條件，提高了區(qū)域運輸能力，達到了預(yù)期的效果，獲得了運營單位的一致好評。

圖2　哈密東站駝峰線路車輛溜放間隔檢查

5結(jié)語

鐵路編組站在全國鐵路網(wǎng)中具有重要作用，駝峰為編組站關(guān)鍵設(shè)備，是編組站設(shè)計的重點和難點。駝峰峰高值與駝峰類型、朝向、所在地區(qū)的氣象條件及采用的調(diào)速系統(tǒng)有直接關(guān)系，應(yīng)先統(tǒng)籌考慮；氣象資料收集準確，尤其是所在地區(qū)的風(fēng)速資料對峰高值的影響較大，是很重要的基礎(chǔ)資料，計算氣溫、風(fēng)速值正確是設(shè)計合理峰高的前提條件；為適應(yīng)目前我國貨車普遍采用滾動軸承、車輛載重重型化(70 t及以上)、車輛軸重提高(230 kN及以上)的發(fā)展趨勢，采用滾動軸承和滑動軸承相結(jié)合的阻力計算方法來計算貨車車輛的單位基本阻力，結(jié)合實際情況確定的實際峰高應(yīng)接近滾動軸承法計算的理論峰高值比較合理，能滿足實際運營的要求；現(xiàn)階段我國貨車發(fā)展趨勢向大型化、重載化發(fā)展，且成組車也越來越多，總重95 t車成發(fā)展趨勢，峰高計算及鉤車檢算時，易行車應(yīng)按95 t來計算各參數(shù)值。

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Design of Hump Height in Hami East Marshalling Yard

LI Zhong-ru

(China Railway the first Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Xi’an 710043， China)

Abstract：According to the general Hami railway terminal plan， Hami east station is the only marshalling yard in the area. The hump is the key equipment of Hami East marshalling yard and is very important to improve the yard efficiency. This paper analyzes the future development of wagons to calculate the rational height of the hump with reference to the characteristics of wagon flow and natural conditions. The calculation is guided by the calculation stipulated in the Specification and conducted with the new methods for analyzing sliding bearing and rolling bearing. The rational hump height is determined to be 2.98 m after optimization of hump cross-section. This paper also summarizes the experiences in design of large and medium humps.

Key words：Railway terminal; Marshalling yard; Hump; Hump height

中圖分類號：U291.4

文獻標識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.06.011

文章編號：1004-2954(2015)06-0045-05

作者簡介：李仲茹(1982—)，男，工程師，2005畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)交通運輸專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail：tyyczlzr@sina.cn。

收稿日期：2014-08-25； 修回日期：2014-09-17