韓春明，趙 琦，常 山

HAN Chun-ming1，ZHAO Qi2，CHANG Shan3

（1.中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心，北京 100081；2.太原鐵路局 調(diào)度所，山西 太原030013；3.中國鐵道科學(xué)研究院 科學(xué)技術(shù)信息研究所，北京 100081）

(1.Railway Scientific & Technical Research and Development Center， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China； 2.Traffic Control Office， Taiyuan Railway Administration， Taiyuan 030013， Shanxi， China； 3.Scientific and Technical Information Research Institute， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China)

四顯示自動閉塞區(qū)段影響追蹤列車間隔的固定設(shè)備因素分析

韓春明1，趙 琦2，常 山3

HAN Chun-ming1，ZHAO Qi2，CHANG Shan3

（1.中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心，北京 100081；2.太原鐵路局 調(diào)度所，山西 太原030013；3.中國鐵道科學(xué)研究院 科學(xué)技術(shù)信息研究所，北京 100081）

(1.Railway Scientific & Technical Research and Development Center， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China； 2.Traffic Control Office， Taiyuan Railway Administration， Taiyuan 030013， Shanxi， China； 3.Scientific and Technical Information Research Institute， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China)

追蹤列車間隔取決于區(qū)間追蹤間隔、車站通過追蹤間隔、車站出發(fā)追蹤間隔和到站停車追蹤間隔的最大者。對于四顯示自動閉塞區(qū)段，影響貨物列車追蹤間隔的因素主要有列車質(zhì)量及長度、區(qū)間坡度、進出站側(cè)向道岔號、分相設(shè)置及信號機位置等。根據(jù)設(shè)定的線路、設(shè)備等條件，通過理論計算及軟件仿真，分析各類固定設(shè)備因素對于追蹤列車間隔的影響，并得出其合理設(shè)置范圍。

四顯示；自動閉塞；追蹤列車間隔；影響因素

1　概述

1.1研究對象

在自動閉塞區(qū)段，一個站間區(qū)間內(nèi)同方向可有2 列或 2 列以上列車以閉塞分區(qū)間隔追蹤運行。追蹤運行列車之間的最小間隔時間，稱為追蹤列車間隔時間[1]。追蹤列車間隔為 4 類追蹤間隔時間的最大值，即

式中：I 為追蹤列車間隔時間，s；I追為區(qū)間追蹤間隔時間，s；I通為車站通過追蹤間隔時間，s； I發(fā)為車站出發(fā)追蹤間隔時間，s； I到為到站停車追蹤間隔時間，s。

對于四顯示自動閉塞區(qū)段，影響貨物列車追蹤間隔的因素主要有列車質(zhì)量及長度、區(qū)間坡度、進出站側(cè)向道岔號、分相設(shè)置及信號機位置等[2-3]，探討各個因素對于通過能力的影響，對站場設(shè)計及改造具有一定的借鑒意義。

1.2研究條件

選取某雙線四顯示自動閉塞區(qū)段作為研究線路，線路坡度 -13‰～6‰；機車類型 HXD2B，持續(xù)速度76 km/h，牽引質(zhì)量 5 000 t；車輛類型 C70。列車在區(qū)間的最大運行速度 v區(qū)間及列車通過車站的運行速度 v通過按 80 km/h 計算；牽引質(zhì)量 5 000 t 需要的 C70數(shù)量為 54 輛，相應(yīng)的列車長度 L列為 791 m。

列車運行不僅與機車、車輛性能及線路等設(shè)備設(shè)施有關(guān)，也與很多其他因素有關(guān)，如軌面的干燥或潮濕狀態(tài)決定機車、車輛輪軌間的粘著系數(shù)[4]，司機的操作方式對列車的出發(fā)、到達間隔有很大影響。為研究方便，假設(shè)軌面處于干燥狀態(tài)，列車起動及運行時利用 90% 的機車牽引力，制動時使用空氣制動聯(lián)合電力制動，而且恰好于距目標(biāo)點 (進站信號機或出站信號機) 適當(dāng)制動距離時開始制動。車站辦理列車到達、出發(fā)、通過作業(yè)項目及時間取值如表1 所示。

表1　車站辦理列車作業(yè)項目及時間取值表 s

2　列車間隔分析

2.1I追計算分析

（1）列車在平直道運行。列車在平直道運行時，列車運行速度即為區(qū)間限速，相對于在限制坡道和長大下坡道運行，不構(gòu)成列車間隔限制條件。

（2）列車在限制坡道運行。通過列車牽引計算得到不同條件下 HXD2B機車牽引質(zhì)量如表 2 所示。

表2　不同條件下牽引質(zhì)量計算表

由牽引計算結(jié)果可以看出，HXD2B牽引 5 000 t列車能夠以持續(xù)速度以上的速度在 6‰ 坡道上運行，不構(gòu)成列車間隔限制條件。

（3）列車在長大下坡道運行。在長大下坡道上，為克服列車的自然加速作用以保證限速，司機在使用機車動力制動的同時必須配合有空氣減壓的多次調(diào)速制動，即循環(huán)制動，其過程為首先進行減壓制動，在達到某一緩解速度后緩解再充氣，每次減壓制動后必須等風(fēng)缸充滿氣后才能再次制動，如此往復(fù)循環(huán)，這個過程中列車運行速度不得超過 70 km/h。此時，司機在實際操作過程中采用不同的減壓量、緩解速度對于列車間隔都有不同程度的影響。以研究線路為例，對列車在-13‰ 坡道下的運行狀態(tài)進行仿真，HXD2B牽引 5 000 t 質(zhì)量的 C70貨車在研究區(qū)段不同緩解速度、不同減壓量下長大坡道追蹤列車間隔計算結(jié)果如表 3 所示。

分析以上仿真計算結(jié)果，牽引質(zhì)量為 5 000 t時，在不同緩解速度、不同減壓量條件下，列車充氣時間均小于列車加速至 70 km/h 時需要的時間，而且充氣時間十分充裕；在緩解速度相同的情況下，如果減壓量增加，追蹤列車間隔時間呈增加趨勢；列車緩解速度每提高 10 km/h，追蹤列車間隔時間可以減小 60 s 左右。司機操作方式對長大下坡道的列車區(qū)間追蹤間隔有較大影響。

表3　不同條件下長大下坡道追蹤列車間隔計算表

2.2I通計算分析

由于車站附近線路較為平緩，計算車站通過間隔時，按線路均為平直道計算，相對于到達、出發(fā)間隔，不構(gòu)成列車間隔限制條件。

2.3I發(fā)計算分析

對于普通貨物列車，只要前行列車出清區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)，就可以為后行貨物列車辦理出發(fā)作業(yè)，2 列車之間最小間隔 1 個閉塞分區(qū)。I發(fā)計算公式為[5-6]

式中：L列為列車長度，m；L閉為閉塞分區(qū)長度，m；v出發(fā)為列車從車站出發(fā)的運行速度，km/h；為列車出發(fā)作業(yè)時間，s?？梢钥闯?，I發(fā)主要取決于列車出清區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)的時間。

列車起動運行過程如圖 1 所示。由于列車出站過程以列車起動為開始，以列車出清區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)為結(jié)束，將這個過程中的列車運行距離稱為“出站范圍”。

從圖 1 可以看出，列車自起動至出清區(qū)間第 1閉塞分區(qū)可分為 3 個階段：第 1 階段自列車起動并加速至道岔限速點 (圖 1 中的 a 點)；第 2 階段列車以道岔限速運行至出清反向進站信號機 (圖 1 中的 b 點)；第 3 階段列車自反向進站信號機加速運行，直至出清區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)。因此，研究車站坡度、出站側(cè)向道岔號、列車長度及質(zhì)量、出站長度范圍內(nèi)是否存在分相對于發(fā)車間隔的影響。

圖1　列車起動運行過程示意圖

（1）道岔。根據(jù)設(shè)計規(guī)范，對于允許速度大于100 km/h 的區(qū)段，正線道岔不得小于 12 號[7]。如果出站側(cè)向道岔號為 18 號，則無需對出站速度進行限速；如果出站側(cè)向道岔號為 12 號，自列車頭部進入道岔，至列車尾部出清反向進站信號機前，需按道岔限速運行，不同的坡度、信號機位置都會影響列車出清區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)的時間。

（2）坡度。反向進站信號機至出站信號機距離和區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)長度分別設(shè)定為 516 m、1 478 m，針對出站范圍內(nèi)無分相情況下坡度對出發(fā)間隔的影響進行仿真計算。不同坡度下列車出清區(qū)間第1 閉塞分區(qū)需要的時間如表 4 所示。

表4　不同坡度下列車出清區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)所需時間

可以看出，出站坡度處于 [－2‰，2‰] 區(qū)間內(nèi)時，列車出清區(qū)間第1閉塞分區(qū)時間相對于坡度變化較為平緩；出站坡度一旦大于 2‰ 時，出清時間迅速增加。出站坡度在 [－1‰，1‰] 區(qū)間內(nèi)，出站側(cè)向道岔號為 12 號時，出清時間最大差值為 17 s；出站側(cè)向道岔為 18 號時，出清時間最大差值為 27 s；坡度為 6‰ 時，出清時間增加 220 s 以上；出站道岔小于 －2‰ 時，列車出清時間減小，但會大大增加反向車流追蹤間隔時間。

（3）分相。出站范圍內(nèi)存在分相時，列車低速惰行會影響其出清區(qū)間第1閉塞分區(qū)的時間。分相區(qū)長度分別取 110 m 和 354 m，由于斷電標(biāo)、合電標(biāo)需設(shè)于分相前后 30 m 處[8]，在斷、合電標(biāo)間列車無法從接觸網(wǎng)受流，這段無電區(qū)長度分別為170 m 和 414 m；反向進站信號機至出站信號距離取 516 m，區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)長度取 1 478 m，區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)范圍內(nèi)坡度設(shè)為 0，對列車起動至出清區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)的列車運行過程進行仿真計算。不同分相設(shè)置情況下列車出清區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)時間如表 5 所示。

表5　不同分相設(shè)置下列車出清區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)時間

由表 5 可以看出，出站范圍內(nèi)存在分相時，斷電標(biāo)距車站反向進站信號機越近、無電區(qū)長度越長，對列車出清區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)時間影響越大。分相斷電標(biāo)距反向出站信號機距離小于 200 m 時，列車出清區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)所用時間較不設(shè)分相分別增加約 15 s；如果斷電標(biāo)距反向出站信號機距離超過 200 m，分相對列車出清區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)時間幾乎沒有影響。

（4）區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)。如果出站側(cè)向道岔號為 18 號，列車不受道岔限速影響，使用仿真軟件計算區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)長度對出清區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)時間的影響。第 1 閉塞分區(qū)長度對出清時間影響結(jié)果如表 6 所示?？梢钥闯?，區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)長度與出清時間基本上呈線性關(guān)系，區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)長度每增加 100 m，出清時間增加約 6 s。如果出站側(cè)向道岔號為 12 號，由仿真計算可知，列車從起動至加速到 45 km/h 的運行距離為 1 085 m，減去列車長度得反向進站信號機至出站信號機距離若小于 294 m 時，區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)長度對于列車出清時間沒有影響；如果大于 294 m，列車在多出的距離內(nèi)需按道岔限速 45 km/h 運行，此距離每增加100 m，列車出清區(qū)間第 1 閉塞分區(qū)時間增加8 s。

表6　第1閉塞分區(qū)長度對出清時間影響結(jié)果計算表

2.4I到計算分析

對于普通貨物列車，前行列車到達車站后，為后行列車辦理到達作業(yè)，2 列車之間最小間隔 2 個閉塞分區(qū)。I到計算公式為

式中：L進站為車站進站信號機至出站信號機間的距離，m；v到達為列車到站停車的運行速度，km/h；為列車到達作業(yè)時間，s。

列車自進站前第 3 個閉塞分區(qū)至進站停車速度變化如圖 2 所示。由于列車進站過程中以列車頭部到達進站信號機前 2 個閉塞分區(qū)為開始，以列車在出站信號機前停車為結(jié)束，將這個過程中的列車運行距離稱為“進站范圍”。在實際運營中，列車進站停車一般采用電力制動為主、空氣制動為輔的操作方式，且受司機的操作狀態(tài)影響較大。仿真時設(shè)定以 90% 動力制動、70 kPa 減壓量進行控制。

圖2　列車制動停車運行過程示意圖

從圖 2 可以看出，列車進站停車過程可分為 4個階段：第 1 階段，列車以 80 km/h 恒速運行；第2 階段，列車自距目標(biāo)點適當(dāng)制動距離時開始制動(圖 2 中的 a 點)，在進站信號機前 (圖 2 中的 b 點)降速至道岔限速；第 3 階段，列車以不超過道岔限速的速度運行至尾部出清進站側(cè)向道岔 (圖 2 中的 c點)；第 4 階段，列車在出站信號機前降速至停車。進站側(cè)向道岔為 18號 時，則無需對進站速度進行限速。

（1）坡度。設(shè)定出站范圍內(nèi)不存在分相，各站進站信號機前連續(xù) 2 個閉塞分區(qū)長度、進站與出站信號機間距離、到發(fā)線有效長分別取 4 382 m、2 508 m、1 754 m，通過仿真軟件計算不同坡度條件下列車從進站信號機前第 2 個閉塞信號機運行至站內(nèi)出站信號機前停車所用時間。不同坡度下列車進站停車所需時間如表 7 所示。

表7　不同坡度下列車進站停車所需時間

可以看出，進站坡度處于 [－6‰，6‰] 區(qū)間時，坡度對于列車到達間隔的影響較小；進站側(cè)向道岔為 12 號、18 號時，列車進站停車時間最大差值分別為 9 s 和 7 s。因此，在沒有分相的情況下，列車進站停車時間主要取決于進站側(cè)向道岔號，相同坡度下 12號道岔比 18 號道岔進站停車時間增加 80 s。

（2）分相。進站范圍內(nèi)列車進入無電區(qū)有 2 種情況：①列車以 80 km/h 速度運行時進入分相，此時列車高速運行，分相對于列車速度影響較小，可以忽略不計；②列車降速進站過程中進入分相。列車在斷電標(biāo)處斷電后，無法采用動力制動，損失了部分制動力。

設(shè)定無電區(qū)長度分別為 170 m 和 414 m 的情況下，由仿真計算可知，在充風(fēng)管減壓量為 70 kPa、動力制動系數(shù)為 0.9 時，列車制動距離為 880 m，所需時間為 71 s。由于列車制動力主要來自于空氣制動，通過仿真，計算列車在制動過程中切除動力制動對制動過程的影響 (切除距離為 414 m)。動力制動對列車運行情況影響如表 8 所示。

表8　動力制動對列車運行情況影響計算表

由表 8 可知，如果列車制動過程中進入無電區(qū)，列車制動時間會增加 4 s，制動距離增加 69～86 m，對列車制動過程的影響不大。因此，進站范圍內(nèi)存在分相對列車制動過程的影響可以忽略不計。

（3）信號機設(shè)置?？紤]進站信號機前連續(xù) 2 個閉塞分區(qū)長度、進出站信號機間距離、進站信號機與反向進站信號機距離。對于 18 號道岔，由于不受道岔限速影響，進站信號機前連續(xù) 2 個閉塞分區(qū)長度與進出站信號機間距離之和越長，表明列車需要以 80 km/h 速度通過的距離越長，此段長度每增加 100 m，列車進站停車時間增加 4.5 s。對于 12 號道岔，進站信號機前連續(xù) 2 個閉塞分區(qū)長度越長，表明列車需以 80 km/h 速度通過的距離越長，此段長度每增加 100 m，列車進站停車時間增加 4.5 s；進站信號機與反向進站信號機間距離越長，表明列車需要以 45 km/h 速度通過的距離越長，此段長度每增加 100 m，列車進站停車時間增加 8 s。

3　結(jié)束語

為縮短四顯示自動閉塞區(qū)段追蹤列車間隔，提高區(qū)段通過能力，應(yīng)當(dāng)在線路和車站設(shè)計時考慮以下因素：一是在滿足列車制動要求的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量縮短閉塞分區(qū)長度，采取相應(yīng)措施保證列車在長大下坡道的制動性能，限制坡道上不宜設(shè)置分相；二是車站應(yīng)設(shè)置在不大于 2‰ 的坡道上，進、出站側(cè)向道岔采用 18 號道岔；三是進站前 2 個閉塞分區(qū)、出站后第 1 個閉塞分區(qū)長度應(yīng)盡量縮短，出站范圍內(nèi)不宜設(shè)置分相；四是在滿足容車數(shù)的條件下應(yīng)縮短到發(fā)線長度。

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責(zé)任編輯：劉 新

Analysis on Fixed Equipment Factors Influencing Headway of Trains in Four-aspect Automatic Block Section

The headway of trains depends on the maximal one among sectional headway of trains, headway of trains passing station, headways of trains leaving station and headway of trains stopping at station. In four-aspect automatic block section, the factors influencing headway of freight trains mainly include train weight and length, sectional gradient, turnout number in entry and exit of station, setting of neutral section and location of signal. According to the established conditions of railway line and equipments, through theoretical calculation and simulation, the influence of each fixed equipment factor on the headway of trains was analyzed, and the reasonable setting scope was achieved.

Four-aspect; Automatic block; Headway of Trains; Influence Factor

1003-1421(2016)02-0025-06+2

A

U292.5

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2016.02.06

2015-09-01

中國鐵道科學(xué)研究院基金項目 (2013YJ094)