奚文媛

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，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)計咨詢集團有限公司，北京 100055)

分析調(diào)車系統(tǒng)中減速頂?shù)奶匦?，根?jù)“減速頂做功是通過內(nèi)部速度閥板的開閉來實現(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，以減少土建工程的設(shè)想。通過舉例分析，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內(nèi)對車輛速度進行控制的設(shè)備，20世紀(jì)60年代由英國首先發(fā)明，從1974年開始，我國相繼進行了研制、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，大大減輕了勞動強度，提高了鐵路運輸生產(chǎn)效率，為編組站作業(yè)自動化做出了重要的貢獻。此外，國內(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，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。更不用說利用減速頂解決列車在大坡度裝車線及到發(fā)線的制動問題。結(jié)合設(shè)計中遇到的幾個工程問題，談?wù)劀p速頂應(yīng)用的設(shè)想。

1 減速頂制動原理和特性

1.1 減速頂制動原理

減速頂內(nèi)部有一個速度閥板用于判定車輛通過減速頂?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。通過減速頂?shù)能囕v，如果高于設(shè)定的臨界速度時，速度閥板關(guān)閉，減速頂起制動作用，否則只有很少的阻力功。減速頂對車輛的制動過程為車輛將其油缸壓下的過程。油缸行程有限，制動時間較短，不會發(fā)生因長時間制動而導(dǎo)致設(shè)備制動力喪失。

1.2 減速頂制動特性

減速頂靠液壓阻力轉(zhuǎn)換為制動力制動，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)車輛長時間低速狀態(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)過時，減速頂進行有效制動。

1.3 減速頂?shù)膽?yīng)用

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

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?；诖耍O(shè)想在專用線的裝車線、軌道衡線等需要低速運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的速度進入打靶區(qū)及連掛區(qū)時，減速頂對車輛做減速功。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)部增加一個電控閥，用計算機控制減速頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài))，通過計算機控制可控頂做功。

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)計為0.6‰～1.0‰的下坡，設(shè)有Ⅲ制動位。為了解決減速器出口速度誤差和難、易行車離開Ⅲ制動位的出口速度超速問題，在Ⅲ制動位的出口至進入連掛區(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^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 罕臺川站簡介

包西線上的罕臺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450 m)。罕臺川北站平面布置見圖2。

3.2 裝車試驗及試驗分析3.2.1 裝車試驗

2011年3月，裝車站所在的鐵路局進行了裝車試驗。試驗列車編組為DF8B5696+51輛C80。裝至第28輛時，機車使用100 kPa制動力；裝至第29輛時，使用200 kPa制動力；裝至第35輛時，使用300 kPa制動力；裝至第40輛時，使用“大閘”制動，試驗中斷。

圖2 罕臺川北站平面布置示意

3.2.2 試驗分析

裝車點之后使用了450 m長10‰的坡度，裝車點之前使用了550 m長7‰和550 m長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困難。如何解決這一問題，研究了裝車線平縱斷面改建方案及加裝減速頂方案。

3.3 罕臺川站改建方案3.3.1 裝車線平縱斷面改建方案

針對罕臺川北站裝車線試驗中出現(xiàn)的問題，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已建成的到發(fā)線抬道，影響已鋪設(shè)的通信、信號、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1 972萬元，施工工期3個月。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，不需改造線路，可隨時安裝，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)車場調(diào)速設(shè)備安裝在裝車點前后的大坡道地段，輔助列車制動，以抵消機車車輛自重及載重產(chǎn)生的下滑力，實現(xiàn)低恒速裝車。

該方案共需設(shè)減速頂1912臺，備用100臺。每年設(shè)備養(yǎng)護維修費用約10萬元，按25年、3%折現(xiàn)率計算，換算運營費為184萬元，工程投資547萬元，施工工期1個月。罕臺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60軌道衡1338

圖4 裝車前進方向線路縱斷面

(單位：坡度‰，距離m，數(shù)量個)

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，對裝車線進行速度仿真檢算。圖5為罕臺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，在裝車點后450 m長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 中強裝車站簡介

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

圖6 中強裝車站平面布置示意

4.2 中強裝車站牽引計算檢算情況4.2.1 有關(guān)要求

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

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

4.2.2 中強裝車站制動速度曲線圖分析

1列萬t列車車輛采用C70，機車采用HXD1，編組108輛車輛，列車總長1 580 m。通過模擬列車運行計算可知，第一節(jié)車經(jīng)過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臺本務(wù)機車和52輛重車越過軌道衡；末節(jié)車輛經(jīng)過軌道衡時，速度已經(jīng)達(dá)45 km/h，近半列車超速通過軌道衡。

4.3 解決列車超速通過軌道衡的方案

中強裝車站與接軌站安澤站之間高差100 m，合理的線路長度在10～12 km。為解決中強裝站出站端長大下坡問題，可采用延展線路長度方案，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 延展線路長度方案

中強裝車站高程約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。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)定速度通過軌道衡，設(shè)想在車站上安裝減速頂，通過減速頂做功抵消列車下滑力對速度的影響。

由于中強裝車站到達(dá)空車及始發(fā)重車，均要通過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)，影響進站列車運行速度。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臺減速頂。這樣可以保證列車出站時以15 km/h的速度進入軌道衡后開始惰行，最后一節(jié)車通過軌道衡時速度不超過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)

該方案需減速頂共計1 610臺，備用10%，工程總投資共計480萬元。

由于軌道衡位于正線上，經(jīng)過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。

通過延展線路長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，由于單個減速頂制動力在整個系統(tǒng)中所占比例極小，即使單個減速頂制動能力喪失后，對整個系統(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能，實現(xiàn)一定程度上的減速，達(dá)到輔助制動的目的，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?，滿足列車運行需要。從理論上分析，在大坡度裝車點前后、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

通過上述對減速頂應(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.鐵路站場及樞紐[M].北京：中國鐵道出版社，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，教授級高級工程師，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