小能力驼峰半自动调速系统在调车场技改中的应用

刘忠刚，宋德笛

（沈阳铁道勘察设计院有限公司 线路站场设计所，辽宁 沈阳 110013）

1 小能力驼峰的概念

我国铁路从20世纪80年代开始对驼峰调车场进行大规模的技术改造，经过几十年的努力，全路大、中能力驼峰已基本实现了自动化及半自动化的调速制式。而部分小能力驼峰调速设备依然十分落后，越来越不适应铁路现代化发展的要求。近年来，随着铁路现代化的发展，一些改编作业量较大的小能力驼峰，也参照大、中能力驼峰的技术方案，陆续进行了更新改造。但是，小能力驼峰的扩能改造完全照搬大、中能力驼峰的模式是不行的，只有根据小能力驼峰的作业特点，探索适用于小能力驼峰作业要求的调速制式，才能满足运输生产的需要。小能力驼峰普遍具有以下特点。

（1）一般都设置在作业量较小的技术站，或者是大型驼峰的尾部辅助调车场。

（2）日解编作业量较小，一般在2 000辆以下。

（3）峰高较低，一般在2 m以下。

（4）调车场的股道数量较少，一般不超过16股道。

（5）溜放咽喉区长度较短。

（6）调车线的有效长度较短。

（7）解编作业复杂，小组车和单钩车较多。

2 小能力驼峰半自动调速系统

2.1 系统的组成

小能力驼峰半自动调速系统通常采用股道点连式调速制式，主要由以下几部分组成。

（1）驼峰头部点式调速设备采用专为小能力驼峰设计的小型电动减速器。

（2）减速器出口打靶区末端设置小顶群，补偿减速器出口的速度误差。

（3）控制系统采用雷达测速，首台减速器两端设置车轮传感器，通过第一轴的速度变化测量减速器的阻力，通过计算机控制减速器的动作。

小能力驼峰半自动调速系统主要由室内设备和室外设备两部分组成，如图1所示。图1中虚线上方是室外设备，虚线下方是室内设备。

2.2 系统制动原理及能力计算

2.2.1 小能力驼峰减速器的制动功

（1）溜放车辆溜入及溜出减速器时的动能差。溜放车辆溜入减速器时的总动能与车辆总重和溜入减速器时的速度平方成正比。

溜放车辆溜入减速器时的总动能：

溜放车辆溜出减速器时的总动能：

溜放车辆溜入与溜出减速器时的动能差：

式中：Ek1为溜放车辆溜入减速器时的总动能，J；Ek2为溜放车辆溜出减速器时的总动能，J；Ek为溜放车辆溜入与溜出减速器时的动能差，J；m为溜放车辆的总质量，t；V1为溜放车辆溜入减速器入口时的速度，m/s；V2为溜放车辆溜出减速器出口时的速度，m/s。

（2）溜放车辆在减速器入口与出口之间的位能差。溜放车辆在减速器入口处的位能减去溜放车辆在减速器出口时的位能。数学表达式为：

Ep＝ mg′iL

式中：Ep为溜放车辆在减速器入口与出口之间的位能差；g′为考虑车轮转动惯量的重力加速度，取g′＝9.6 m/s2；i为线路坡度，；L为线路长度，m。

（3）溜放车辆的换算能高。为了计算方便，将溜放车辆的速度换算成等效能高。根据物理学能量转化与守恒定律：

（4）减速器的总制动功。根据物理学能量守恒定律，减速器对溜放车辆所做的制动功，应等于溜放车辆溜入与溜出减速器时的动能差和减速器入口与出口之间的位能差之和：

式中：A为减速器的总制动功，J。

2.2.2 减速顶数量的计算

（1）单台减速顶的制动能高。数学表达式为：

H＝An/Q

式中：A为单台减速顶的制动功，J；n为车辆的轴数，个；Q为车辆总重，t。

（2）小顶群设置减速顶数量的计算。设置小顶群的目的是为了在减速器出口处将车辆高于安全连挂速度的多余能量消耗掉。小顶群所需减速顶数量为：

式中：V入为车辆溜入小顶群入口时的速度，m/s；V出为车辆溜出小顶群出口时的速度，m/s；QY为易行车总重，t；g′为考虑车轮转动惯量的重力加速度，取9.6 m/s2。

3 小能力驼峰半自动化调速系统的应用

3.1 沈阳东站概况

位于沈吉线的沈阳东站主要担当浑江、梅河口方向空车直达列车和大官屯摘挂列车，以及沈阳南、沈阳西、皇姑屯、大成芳香枢纽小运转列车的解编作业。沈阳东站为横列式布置，到发场设有7条到发线（含2条正线），有效长为662～851 m；调车场共有股道19条（含2条编发线），有效长为345～698 m。驼峰峰高为1.90 m，溜放部分设有溜放进路微机自动控制系统，在7道至19道共13条股道上设有微机可控顶自动调速系统；在20、21道线路末端设有防溜停车顶，调车线内采用减速顶和铁鞋实施目的制动；调车线23、24、25道无调速设备，不进行车辆溜放作业，主要用于专用线车辆走行及停留。

沈阳东站既有驼峰调速系统运营多年，系统老化，减速顶运用状态差，有效率仅20%左右，调车作业存在安全隐患。

3.2 新增调速系统组成及制动能力检算

3.2.1 改建范围及内容

沈阳东站调速系统改造主要集中于调车场7道至21道，为满足减速器布置和顶群区布顶要求，新增设备范围需进行调坡，其中新设减速器地段均设置在面向调车场2的下坡，坡段长50 m；顶群布置区段均设置在面向调车场1的下坡。拆除既有可控顶、脱鞋道岔和顶群，调车场平面、驼峰头部和连挂区纵断面维持既有现状。

在既有调车线（7道至22道）头部原脱鞋道岔前33 m的范围内新设4台小能力驼峰减速器，原脱鞋道岔后15 m处至尾部方向19.2 m范围内设60台减速顶组成小顶群。

3.2.2 制动能力检算

（1）减速器制动能力检算。按照前述系统制动原理和能力计算，以及沈阳东站改建后调车场纵断面条件，取每辆车重为94 t，入口速度V1＝16 km/h，出口速度V2＝5 km/h，减速器设置处坡度为2，坡段长为50 m，则需要减速器总制动功为927.9 kJ。

根据相关技术参数，单台小能力驼峰减速器所产生的制动功为294 kJ，则4台小能力驼峰减速器所能产生的总制动功为1 176 kJ，制动能力储备量为248.1 kJ。

车辆溜放速度为16 km/h时的换算能高为1.029 m，车辆溜放速度为5 km/h时的换算能高为0.100 m，线路坡度产生的高度差为0.100 m。需要的总制动能高为1.029 m，4台小能力驼峰减速器所能产生的总制动能高为1.252 m，制动能力储量为0.223 m。

由于新型货车的基本走行阻力很小，在以上的计算中予以忽略。根据以上计算，减速器的制动能力可以满足小能力驼峰调速系统的要求。

（2）减速顶数量检算。根据相关技术参数，单台减速顶的制动功为750 J＝0.076 5 t·m，车轴数取4，车辆总重取94 t，则单台减速顶的制动能高为3.26 mm；车辆溜入小顶群时的入口速度取8 km/h （2.222 m/s），车辆溜出小顶群时的出口速度取5 km/h （1.389 m/s），则计算得出小顶群布顶数量为48台。考虑到个别股道坡度大于车辆走行阻力的当量坡度，还应适当增加布顶数量。现场每股道布顶60台，其中制动能力储备量为12台。根据以上计算，减速顶的制动能力可以满足调车场溜放车辆作业要求。

3.3 运营效果分析

沈阳东站于2009年3月安装了小能力驼峰半自动化调速系统，期间经过几次调试，系统运行状态良好，减速器制动缓解动作可靠，制动能力适中，车辆溜出减速器时的出口速度可以满足减速顶群对入口速度的要求。据统计，2009年车站驼峰调车场日均解体10.7列（535车），2011年日均解体14列 （697车），驼峰调车场解体能力提高30.2%。

沈阳东站半自动调速系统运营效果分析如下。

（1）实现驼峰溜放作业半自动化，即正常溜放作业时，不用人工操控，为自动化溜放控制；遇特殊作业时，如机车下峰作业、空车需高速放行或待取车有意夹停等需人工操控。

（2）车辆安全连挂率达到90%以上，较改造前提高10%～20%。

（3）取消脱鞋道岔和人工上铁鞋作业，改善了作业条件，提高了作业效率。

（4）拆除既有脱鞋道岔等调速设备后，股道内容车长度增加50～70 m，提高了股道利用率。

（5）与改造前相比，可提高驼峰解体效率10%～30%。

小能力驼峰半自动化调速系统能力适中，连挂率高，安全可靠，能有效提高驼峰解体效率。