鐘進(jìn)軍 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司工務(wù)部

近年來(lái)，JSQ6車(chē)輛到達(dá)編組站需要解體的數(shù)量逐漸增加，“禁止溜放”嚴(yán)重影響了效率。集團(tuán)公司2017年底組織了《JSQ車(chē)輛駝峰溜放技術(shù)應(yīng)用研究》，筆者參與了JSQ6車(chē)輛溜放的工務(wù)相關(guān)方案的制定，檢算了所有駝峰JSQ6車(chē)輛通過(guò)時(shí)的底部距離，編制了部分駝峰線(xiàn)路設(shè)備縱斷面的調(diào)整方案并現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)整治，提出了溜放JSQ6車(chē)輛駝峰線(xiàn)路設(shè)備的日常檢查方法、周期和標(biāo)準(zhǔn)，確保了車(chē)輛能正常通過(guò)駝峰溜放。

1 初步試驗(yàn)概況

集團(tuán)公司下達(dá)《JSQ車(chē)輛駝峰溜放技術(shù)應(yīng)用研究》后，工務(wù)相關(guān)試驗(yàn)與研究?jī)?nèi)容有：車(chē)輛通過(guò)對(duì)稱(chēng)道岔、小半徑曲線(xiàn)時(shí)的動(dòng)力性能試驗(yàn)，車(chē)輛底部與鋼軌軌頂面距離在平直線(xiàn)路上和過(guò)峰變坡點(diǎn)時(shí)的靜、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。

車(chē)輛通過(guò)對(duì)稱(chēng)道岔、小半徑曲線(xiàn)動(dòng)力性能的試驗(yàn)，選取了南翔、喬司、蕪湖東、徐州北等編組站的最不利道岔和曲線(xiàn)，個(gè)別道岔和曲線(xiàn)曾頻繁出現(xiàn)貨物車(chē)輛溜放脫線(xiàn)。按《鐵道車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》（GB5599-85）、《軌道車(chē)輪動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)及驗(yàn)收-運(yùn)行安全性-軌道疲勞-乘坐舒適性》（UIC-518）等規(guī)范，脫軌系數(shù)、輪重減載率以及輪軸橫向力等安全性指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果均處于安全要求的范圍內(nèi)。

車(chē)輛底部與鋼軌頂面距離，靜態(tài)采用鋼尺、手持式激光測(cè)距儀人工測(cè)量；動(dòng)態(tài)采用高分辨的激光測(cè)距儀實(shí)時(shí)測(cè)量。結(jié)果如下：

（1）各駝峰因縱斷面參數(shù)不同，JSQ6車(chē)輛在平直線(xiàn)路上靜態(tài)距離相同的情況下，動(dòng)態(tài)距離不同；

（2）車(chē)輛經(jīng)過(guò)駝峰變坡點(diǎn)坡差最大位置時(shí)車(chē)輛底部與軌頂面的最小距離，按車(chē)輪檢修限度為-3 mm，部分將騎峰；

（3）車(chē)輛經(jīng)過(guò)駝峰變坡點(diǎn)坡差最大位置時(shí)車(chē)輛底部與軌頂面的距離，與車(chē)輛在平直線(xiàn)路上時(shí)底部與軌頂面距離直接相關(guān)，與車(chē)輛是空車(chē)、還是重車(chē)基本無(wú)關(guān)。

參照《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》（普速鐵路部分）基本建筑限界距鋼軌頂面的距離25 mm，附加可能的線(xiàn)路高低與動(dòng)態(tài)變動(dòng)量約15 mm，車(chē)輛底部與軌頂面距離40 mm可作為車(chē)輛溜放時(shí)經(jīng)過(guò)駝峰時(shí)的安全控制標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，喬司、南京東、金華東和寧波北站車(chē)輛通過(guò)駝峰時(shí)底部均高于軌面40 mm；南翔下行、南翔上行、蕪湖東、徐州北下行、徐州北上行、阜陽(yáng)北、合肥東、蚌埠東站車(chē)輛通過(guò)駝峰時(shí)底部有部分車(chē)輛低于軌面40 mm，需要整治優(yōu)化駝峰縱斷面。

2 駝峰縱斷面整治的理論依據(jù)

JSQ6車(chē)輛定距20.8 m，車(chē)輛底部與鋼軌頂面設(shè)計(jì)間距190 mm，輪輞厚度原形為50 mm、運(yùn)用極限23 mm，車(chē)輛在平直線(xiàn)路上時(shí)車(chē)體底部與鋼軌頂面之間的最小距離為190-(50-23)=163 mm，比一般車(chē)輛小得多。駝峰縱斷面復(fù)雜，平臺(tái)兩端通過(guò)凸形豎曲線(xiàn)連接，車(chē)輛過(guò)峰時(shí)底部距離會(huì)變小，變化值與坡度代數(shù)差和豎曲線(xiàn)半徑有關(guān)。一般情況下，推送坡的坡度為10～20‰，凈平臺(tái)長(zhǎng)度7.5 m～10 m、加速坡的坡度為35～55‰，一般采用圓曲線(xiàn)形的半徑為350 m豎曲線(xiàn)。

（1）如果車(chē)輛都在圓曲線(xiàn)形豎曲線(xiàn)上，可用公式h=163-f=163-20.82/(8×Rv)計(jì)算車(chē)輛底部與軌頂面距離，可以看出豎曲線(xiàn)半徑越大，車(chē)輛底部與軌頂面距離就越大，要滿(mǎn)足JSQ6車(chē)輛底部與軌頂面距離40 mm以上，豎曲線(xiàn)的半徑要在450 m以上。

（2）如果車(chē)輛跨越平臺(tái)、與加速坡的豎曲線(xiàn)和加速坡，當(dāng)后輪落在實(shí)際平臺(tái)與加速坡豎曲線(xiàn)的起點(diǎn)、前輪落在加速坡上時(shí)，車(chē)輛底部與鋼軌面距離最小，如圖1所示。

相關(guān)參數(shù)可用如下公式計(jì)算：

豎曲線(xiàn)切線(xiàn)：

式中：Rv為豎曲線(xiàn)半徑，x豎曲線(xiàn)上點(diǎn)N距離始點(diǎn)或終點(diǎn)距離，Hp計(jì)算點(diǎn)N坡度線(xiàn)標(biāo)高。

AJ切線(xiàn)是實(shí)際平臺(tái)延伸線(xiàn)，Hp在計(jì)算點(diǎn)均為同一標(biāo)高，車(chē)輛底部在任意點(diǎn)處高程的下降可按前輪下降高度（h前=yB+i×（20.8-C）） 的三角形比例（x/20.8）近似計(jì)算，車(chē)輛底部任意點(diǎn)的豎曲線(xiàn)縱距為y，則車(chē)輛底部任意點(diǎn)與軌面的距離可用如下公式來(lái)計(jì)算。

可以看出，同一代數(shù)差的豎曲線(xiàn)，豎曲線(xiàn)半徑越大，豎曲線(xiàn)就越長(zhǎng)，縱距就越小，車(chē)輛通過(guò)時(shí)底部與軌頂面距離就越大。

（3）采用了較小半徑的豎曲線(xiàn)或豎曲線(xiàn)養(yǎng)護(hù)不好，凈平臺(tái)很短甚至沒(méi)有的駝峰，車(chē)輛過(guò)峰時(shí)，車(chē)輛定距范圍內(nèi)如果跨越了推送坡、凈平臺(tái)和加速坡，計(jì)算更為復(fù)雜，底部距離限界就更小，加速坡坡度大時(shí)極易騎峰。

以上分析可以得出結(jié)論，駝峰豎曲線(xiàn)代數(shù)差越小，相同代數(shù)差半徑越大、豎曲線(xiàn)全長(zhǎng)越長(zhǎng)，JSQ6車(chē)輛過(guò)峰時(shí)車(chē)輛底部與軌頂面的距離就越大。平臺(tái)與加速坡連接的豎曲線(xiàn)部位，是整個(gè)駝峰JSQ6車(chē)輛過(guò)峰時(shí)底部與軌頂面的距離最小點(diǎn)，可以采用增大豎曲線(xiàn)半徑、延長(zhǎng)平臺(tái)長(zhǎng)度，來(lái)優(yōu)化整治駝峰縱斷面，滿(mǎn)足JSQ6車(chē)輛安全溜放條件。

圖1 車(chē)輛跨越豎曲線(xiàn)圖

3 駝峰縱斷面整治的實(shí)踐

按前述理論分析，課題組編制了仿真程序來(lái)計(jì)算JSQ6車(chē)輛過(guò)峰時(shí)底部與軌頂面的最小距離，軟件基于matlab環(huán)境，主要功能和流程如下：

（1）擬合線(xiàn)路縱斷面：將線(xiàn)路高程用Interpolant線(xiàn)性差值逼近，擬合線(xiàn)路縱斷面的曲線(xiàn)方程；

（2）車(chē)輛位置狀態(tài)計(jì)算：模擬車(chē)體每前進(jìn)1個(gè)步長(zhǎng)，計(jì)算一次當(dāng)前位置狀態(tài)；

（3）最小垂直距離計(jì)算：以車(chē)體前輪運(yùn)行到某里程，在后輪至前輪的長(zhǎng)度內(nèi)，每隔一定距離計(jì)算車(chē)體底部至軌頂面的垂直距離，將最小值作為車(chē)體運(yùn)行至該位置時(shí)的最小距離。

（4）統(tǒng)計(jì)最不利狀態(tài)：按照上述最小距離計(jì)算方法，車(chē)體每前進(jìn)1個(gè)步長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生1個(gè)最小距離，統(tǒng)計(jì)其中的最小值作為最不利的狀態(tài)，并返回該位置及此時(shí)車(chē)輛位置。

縱斷面優(yōu)化方案應(yīng)綜合考慮增大豎曲線(xiàn)半徑、延長(zhǎng)平臺(tái)長(zhǎng)度和起道工作量的關(guān)系，以現(xiàn)狀優(yōu)化為原則，多次優(yōu)化仿真計(jì)算后選取最佳方案。需要注意的幾個(gè)方面：

（1）曲線(xiàn)超高。駝峰線(xiàn)路以及禁溜線(xiàn)曲線(xiàn)，速度低、順坡困難，宜按5 mm設(shè)置。

（2）道岔水平。宜起平防止JSQ6車(chē)輛底寬范圍內(nèi)，道岔曲股與車(chē)輛底部距離不足，尤其是道岔直股鋼軌垂磨大、岔后曲上軌鋼軌地段。

（3）最不利位置。車(chē)輛底部與鋼軌頂面距離最不利位置，宜避開(kāi)道岔轍叉區(qū)，因轍叉區(qū)護(hù)輪軌高于基本軌軌面，基本軌鋼軌垂磨大后俞加不利。

（4）起道范圍。起道范圍以峰頂向加速坡稱(chēng)重裝置前5 m為宜，需要在稱(chēng)重裝置附近起道的需要電務(wù)配合；駝峰平臺(tái)短、甚至日常溜放有“咬鉤”現(xiàn)象的，可對(duì)推送坡適當(dāng)起道延長(zhǎng)平臺(tái)長(zhǎng)度。

駝峰縱斷面優(yōu)化方案確定后，可將起道量標(biāo)識(shí)在鋼軌上，確定起道機(jī)位置，提前預(yù)卸道砟，通過(guò)多臺(tái)起道機(jī)一次起道搗固或峰頂向下逐撬起道搗固兩種方法整治。多臺(tái)起道機(jī)一次起道搗固的方法用多臺(tái)起道機(jī)，每個(gè)點(diǎn)按起道量起道后全面搗固，有利于縱斷面的一次調(diào)整到位，不用考慮前后影響，但需要的設(shè)備人員較多；峰頂向下逐撬起道搗固的方法用兩臺(tái)起道機(jī)即可，從峰頂開(kāi)始向加速坡逐翹起道搗固，使用的設(shè)備人員較少，但前后撬相互影響。無(wú)論那種方法，均要兩股鋼軌同時(shí)起道，用軌距水平尺、水準(zhǔn)儀、目視平順三種手段，嚴(yán)格控制起道，寧低勿高，宜多次調(diào)整。

整治中合肥東駝峰采用了多臺(tái)起道機(jī)一次起道搗固的方法，其它駝峰采用了峰頂向下逐撬起道搗固的方法。整治后集團(tuán)公司管內(nèi)需要溜放JSQ6車(chē)輛的駝峰，底部距離均滿(mǎn)足高于軌面40 mm的基本條件，一般在60 mm，最大的達(dá)到89 mm，順利實(shí)現(xiàn)了JSQ6車(chē)輛的駝峰溜放；縱斷面調(diào)整優(yōu)化后，部分駝峰原來(lái)存在的“咬鉤”現(xiàn)象也得到了消除。

4 駝峰縱斷面的日常保持

駝峰縱斷面整治滿(mǎn)足JSQ6車(chē)輛溜放條件后，工務(wù)單位應(yīng)加強(qiáng)檢查與養(yǎng)護(hù)。JSQ6過(guò)峰的推送坡、平臺(tái)、加速坡區(qū)段的線(xiàn)路縱斷面，檢查工區(qū)每月應(yīng)檢查一次，縱斷面養(yǎng)護(hù)后做好回檢，可用20.8 m的弦線(xiàn)，兩端用高度123 mm的墊板固定在鋼軌頂面，在理論平臺(tái)兩端各21m范圍內(nèi)按每米間隔步長(zhǎng)，弦線(xiàn)不碰鋼軌頂面即滿(mǎn)足平直段底部限界大于163 mm的JSQ6車(chē)輛過(guò)峰時(shí)底部限界不小于40 mm的要求。每半年按每米間隔采用水準(zhǔn)儀測(cè)量高程，從加速坡下的交叉渡線(xiàn)基本軌接頭開(kāi)始，向加速坡、平臺(tái)、推送坡連續(xù)測(cè)量100 m線(xiàn)路，軟件模擬計(jì)算JSQ6車(chē)輛過(guò)峰時(shí)底部與軌頂面的最小距離。

5 啟示與建議

（1）駝峰平縱斷面優(yōu)化。調(diào)研、整治過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，駝峰線(xiàn)路平縱斷面困難條件多，很多突破了現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范和修理規(guī)則，給工務(wù)養(yǎng)護(hù)帶來(lái)了極大的困難和安全風(fēng)險(xiǎn)。駝峰區(qū)域小半徑的短小曲線(xiàn)多，夾直線(xiàn)短，坡度大、坡長(zhǎng)短，豎曲線(xiàn)半徑小并伸入道岔、超高順坡段，調(diào)車(chē)平臺(tái)設(shè)計(jì)與工務(wù)養(yǎng)護(hù)的矛盾等不同程度的存在。建議統(tǒng)一現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)范和修理規(guī)則，在今后的駝峰設(shè)計(jì)和優(yōu)化中，不用、少用困難條件，禁止突破設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)規(guī)章，便于工務(wù)部門(mén)對(duì)駝峰線(xiàn)路平縱斷面的養(yǎng)護(hù)。

（2）豎曲線(xiàn)的養(yǎng)護(hù)。長(zhǎng)期以來(lái)，工務(wù)部門(mén)對(duì)豎曲線(xiàn)的養(yǎng)護(hù)缺乏管理，現(xiàn)場(chǎng)豎曲線(xiàn)的半徑和范圍無(wú)標(biāo)識(shí)，造成了實(shí)際豎曲線(xiàn)半徑、范圍和駝峰坡度等技術(shù)參數(shù)與設(shè)計(jì)不一致。豎曲線(xiàn)的養(yǎng)護(hù)急需加強(qiáng)管理，一是要現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)識(shí)豎曲線(xiàn)半徑、范圍和失度，二是建立相應(yīng)的檢查方法和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于普速鐵路可采用一弦法測(cè)量，每5 m測(cè)量失度，對(duì)于重要豎曲線(xiàn)（如駝峰區(qū)段）每2 m測(cè)量失度，每半年水準(zhǔn)測(cè)量絕對(duì)高程一次；管理標(biāo)準(zhǔn)可按設(shè)計(jì)豎曲線(xiàn)半徑減小不超過(guò)20%的原則控制失度和高程。

（3）凹底車(chē)輛的設(shè)計(jì)。JSQ6空載車(chē)輛底部與鋼軌軌頂面設(shè)計(jì)間距為190 mm，誤差在±30 mm，考慮到目前的駝峰現(xiàn)狀，建議車(chē)輛制造應(yīng)進(jìn)一步提高車(chē)輛底部與鋼軌頂面的設(shè)計(jì)間距，并納入精確控制，以正公差為宜，滿(mǎn)足凹底車(chē)輛駝峰溜放的實(shí)際需要。