大风地区铁路车站站坪合理坡度的选择

陈玲娟，饶 武

(1.西南交通大学 交通运输学院，四川 成都 610031；2.中铁二院工程集团有限责任公司 土建一院，四川成都 610031)

我国大部分铁路车站的站线，都存在着一定的坡度。近年来，货车滚动轴承化，使车辆单位基本阻力减小，若车辆 (含车组、车列，以下同) 在有坡度的线路上停留，易受外界条件的影响而发生溜逸。在大风天气较普遍的地区，车辆在大风天气下，由于受到风力影响更易产生溜逸。在无风条件下，车辆停在坡道上时，受到重力向下分力和单位基本阻力的作用，当重力向下分力大于单位基本阻力时，车辆会顺坡发生溜逸。在大风条件下，合理选择站坪坡度，能在一定程度上保证车站作业安全，但是这个合理的站坪坡度不能保证在所有工况下车辆的安全，需要采取相应防溜措施。特别是在大风条件下，情况复杂得多，风向的改变会影响车辆溜逸的方向。

1 车辆溜逸模型的建立

车辆停留在坡道上，受到重力、风力、单位基本阻力的作用，根据风力的方向和车辆溜逸的方向不同，建立如下模型。

1.1 模型符号的定义

G为车辆所受重力/ N；u为车辆单位基本阻力/ (N/kN) ；θ为线路坡段的坡度角/rad；ρ 为空气密度/ (kg/m3)，取平原地区平均值1.21；v 为风速/ (m/s) ；s 为车体受风面积/m2；F风为车体所受最大瞬时风力/N，F风=ρV2s /2。

1.2 模型的建立

根据车辆可能发生溜逸的情况，对车辆未采取制动措施，在坡道上溜逸的最小坡度角进行建模分析。

(1) 第①种情况。车辆停在坡道上，受到重力、单位基本阻力和水平逆坡方向风力的影响，车辆向上溜逸时临界状态应满足：

由式⑴可知，当坡度角θ越大时，车辆越不易溜走。

(2) 第②种情况。车辆在坡道上，受到重力、单位基本阻力和水平顺坡方向风力的影响，车辆向下溜逸时临界状态应满足：

由式⑵可知，当坡度角θ越小时，车辆越不易溜逸。

(3) 第③种情况。车辆在坡道上，受到重力、单位基本阻力和水平逆坡方向风力的影响，车辆向下溜逸时临界状态应满足：

由式⑶可知，当坡度角θ越小时，车辆越不易溜逸。

(4) 第④种情况。车辆在坡道上，受到重力、单位基本阻力和水平顺坡方向风力的影响，车辆处于向上溜逸状态。但是在无风条件下，车辆有向下溜逸的趋势，而受水平顺坡方向风力的影响，产生顺坡的分力，使车辆更易向下溜逸，而不会向上溜逸，因此这种情况不会发生，仅考虑车辆在坡道上自然溜逸的情况。

由式⑷可知，当坡度角θ越小时，车辆越不易溜走。

2 计算结果分析

2.1 临界坡度角计算

在滚动轴承情况下，货车的单位基本阻力为u=3.5N/kN，即u=3.5。分析上述4种情况，当车辆重力G增大时，车辆越不易溜逸，但单个车辆是最容易溜逸的。由于第④种情况下的临界坡度角θ=arctg(u)=3.5为固定值，在此主要分析车辆在前3种情况下的受力状况。表1、表2、表3依次给出了单辆棚车P64GK，单辆敞车C64，单辆罐车G17在这3种情况下，计算得到的临界坡度角θ。

2.2 临界坡度角计算分析

(1) 重力G增大时，车辆越不易溜逸 。因此应重点做好空车和单辆车的防溜措施。

表1 单辆棚车P64GK的临界坡度角 rad

表2 单辆敞车C64的临界坡度角 rad

表3 单辆罐车G17的临界坡度角 rad

(2) 大风地区站坪合理坡度宜设在1～2，这个坡度可以保证车辆在10 m/s顺坡风力的作用下不会发生溜逸，而对于其他情况则应根据风向分别进行受力分析，得出所应采取的制动力，从而选择相应的防溜措施。

(3) 当风速越大时，车辆越容易沿着风向的方向溜逸，第③种情况实际上是车辆向逆风方向溜逸，此情况只会发生在风速较小而坡度较大的时候，计算结果显示第③种情况得出的临界坡度角要大于站坪的合理坡度角，因此，第③种情况可以不予考虑。

2.3 所需制动力

从上述计算结果可以看出，当站坪合理坡度设为1～2时，通过对临界坡度角计算结果分析，第③种情况、第④种情况不会发生，因此只需对第①种情况、第②种情况做出相应的防溜措施。

(1) 第①种情况。车辆停在坡道上时，受到重力、单位基本阻力和水平逆坡方向风力的影响。为防止车辆向上溜逸，需提供的制动力为：

表4 P64GK在第①、②两种情况下所需制动力 N

表5 C64在第①、②两种情况下所需制动力 N

表6 G17在在第①、②两种情况下所需制动力 N

F制= F风cosθ−u (F风sinθ + G cosθ ) − Gsinθ

(2) 第②种情况。车辆在坡道上，受到重力、单位基本阻力和水平顺坡方向风力的影响，为防止车辆向下溜逸，需提供的制动力为：

F制=Gsinθ + F风cosθ−u (G cosθ − F风sinθ )

表4、表5、表6给出了站坪坡度为1.5时，不同车型在不同工况下所应提供的制动力。

3 结束语

我国沿海及内陆地区，常有台风及大风天气，做好停站车辆的防溜措施至关重要。根据不同的风向对停站车辆影响的计算分析，得出大风地区的站坪合理坡度宜设在1～2。当在坡度为1.5时，给出各种车型在不同工况下所应给予的制动力，为相应防溜措施的选择给出了理论依据。