哈密东编组站驼峰峰高设计研究

李仲茹

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安　710043)

哈密东编组站驼峰峰高设计研究

李仲茹

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安710043)

摘要：按哈密铁路枢纽总图规划，哈密东站为地区唯一编组站，驼峰为哈密东编组站的关键设备，对提高车站解编效率满足编组站工作需要有重要的作用。为合理设计哈密东站驼峰峰高，根据哈密地区车流特点、自然条件等，分析目前货车车辆的发展趋势，哈密东驼峰理论峰高计算在规范规定的传统计算方法的基础上，采用滑动轴承和滚动轴承相结合综合分析的新方法，经驼峰纵断面优化设计，合理确定哈密东站驼峰峰高为2.98 m，提高哈密东编组站的作业效率，总结大、中能力驼峰的设计经验。

关键词：铁路枢纽；编组站；驼峰；峰高

1问题提出

哈密东编组站所在的哈密铁路地区位于新疆维吾尔自治区东部哈密市境内，是出入新疆的必经要地，素有“西域咽喉，东西孔道，新疆东大门”之称，自古以来都是新疆与内地物资流通的重要集散地，是东疆的政治、经济、文化、科教、交通运输中心[1]。按照哈密地区总图规划，哈密东编组站建设工程是哈密地区的重点工程[2]，驼峰设计是编组站设计中的重点和难点，驼峰的峰高设计对提高编组站的解编作业能力、降低运营成本和保障车辆溜放作业安全起决定性的作用。

2哈密东编组站简介

2.1车站站型及规模

哈密东站位于哈密市的东南远郊，按照哈密铁路地区总图规划，新建哈密东站为地区内唯一具有解编作业的编组站，承担地区内货车到发及解编作业。投资约9.8亿元人民币，是哈密枢纽的重点工程。车站按二级四场规划，近期按一级三场实施，上行到发场设到发线12条，下行到发场设到发线13条；调车场设调车线19条，预留5条，共24条；预留峰前到达场；驼峰推峰线、调车场尾部牵出线各设2条；调车场西端设中能力驼峰1座，采用点连式调速系统，双推单溜[3]。

2.2哈密东站工作量[3](表1)

表1　车站作业量　车/d

2.3确定驼峰平面布置

结合哈密东编组站站型布置、车流特点、车站作业量(解编车数)、调车场股道数量、减速设备的配置、各分路道岔的选型及禁溜线和迂回线的设置，研究确定：哈密东站驼峰按点连式调速系统双推单溜中能力驼峰设计；溜放部分采用1/6对称道岔布置[4]；驼峰溜放部分设一级间隔制动位(7+7)、调车线头部设目的制动位(6+6)，打靶区末端调车线设减速顶，调车线尾部设停车器。驼峰平面布置见图1。

3哈密东站驼峰峰高研究

3.1研究技术资料

驼峰类型:自动化中能力驼峰，按双推单溜作业，设2条推送线和2条迂回线。

调车线数量: 近期19条， 远期预留5条。

驼峰机车: 东风7型，驼峰解体的最大列车质量为5 000 t。

驼峰头部采用ZK3A型电空转辙机；溜放部分设一级间隔制动位，采用7+7节间隔车辆减速器，调车场采用6+6节目的车辆减速器，调车场连挂区布置减速顶。

3.2基础资料分析计算

(1)车流资料:结合近期车辆的发展趋势取Q难=30 t，Q易=95 t。

(2)气象资料：根据市气象局收集的哈密地区10年气温的统计资料，计算平均气温及均方差为：t平均气温=10.622 5 ℃，δ气温均方差=13.044 2，哈密属北方地区，峰高计算气温为：t计算气温=t平均气温-1.5×δ气温均方差=-8.94 ℃；根据哈密市气象局收集的哈密地区10年风速的统计资料，计算平均风速及均方差如下：v平均风速=1.355 m/s，δ风速均方差=0.383 6，峰高计算风速为：v计算风速=v平均风速+1.5×δ风速均方差=1.930 4 m/s[5]。

(3)计算峰高采用难行车质量：根据现行车辆类型，难行车采用P50，总重30 t[6]。

(4)难行线确定：经对调车场24股道进行阻力计算分析，确定第24道为难行线。

(5)溜放经由换算道岔组数:一组逆向道岔消耗能高采用0.024 m，通过一组顺向道岔或交叉渡线中菱形交叉消耗的能高采用0.012 m。交叉渡线菱形辙叉按0.5组，顺向道岔按0.5组计列消耗能高[7]。根据驼峰溜放平面布置图，确定溜放经由换算道岔组数为5组。

(6)计算曲线转角：根据驼峰溜放平面布置图，计算曲线转角为63.25°，每度转角阻力能高0.008 m[7]。

(7)驼峰溜放部分走行距离：驼峰溜放部分走行距离为峰顶至难行线车场制动位入口的距离。依据驼峰溜放平面布置图，计算得L溜难=320.5 m。

(8)车场部分走行距离：车场部分走行距离为难行线车场制动位入口至打靶区末端的距离。依据驼峰溜放平面布置图，计算得L场难=150 m。

(9)平均溜放速度：按计算气温t计算气温=-8.94 ℃，通过内差法，车辆溜放平均速度确定为：溜放部分平均溜放速度v溜放=4.6 m/s，调车场部分平均溜放速度v溜放=2.2 m/s

(10)推峰速度：按《规范》规定[5]，推峰速度取1.4 m/s(5 km/h)。

(11)转动惯量影响的重力加速度取g=9.28 m/s2。

(12)安全连挂速度：按《规范》规定[7]，安全连挂速度取1.4 m/s(5 km/h)。

(13)基本阻力

根据规范规定的滑动轴承基本阻力计算公式[5]，W基=1.539+2.203[e-0.016 9t-e-0.0169(10.2+0.24Q)]-0.010 7Q+(0.428-0.003 7Q)v车+1.28σ滑+0.4(1-k)计算可得：

冬季难行车溜放部分基本阻力W冬难溜基=4.737 8 N/kN；

冬季难行车车场部分基本阻力W冬难场基=3.577 N/kN；

(14)风阻力

根据空气阻力计算公式[5]W风=0.063f(Cx1/Cx0)×(v车+v风cosβ)2/Qcos2α计算可得：

冬季难行车溜放部分空气阻力W冬难溜风=0.896 5 N/kN；

冬季难行车车场部分空气阻力W冬难场风=0.358 6 N/kN。

3.3峰高计算及综合分析3.3.1传统方法计算峰高

按照《铁路驼峰及调车场设计规范》(TB 10062—99)[7]中传统的计算方法计算峰高得

计算可得：峰高H峰=3.022 m，考虑溜车方向与冬季主要风向相反，设计峰高增加10%，峰高H峰=3.32 m。

3.3.2按滚动轴承法计算峰高

近年来我国物流业及货运量的迅速发展，机车、车辆技术的革新，传统的驼峰峰高计算方法已不能完全满足驼峰峰高设计的要求。为适应目前我国货车普遍采用滚动轴承、车辆载重重型化(70t及以上)、车辆轴重提高(230 kN及以上)的发展趋势[8]，结合区域气候普遍变暖的实际情况，车辆溜放阻力逐渐减少，按传统计算方法和设计理论计算的峰高值，存在偏高的问题。从目前全国驼峰设计及运营情况来看，原有驼峰在现有车辆状态下，普遍反映偏高，峰高偏高容易造成溜放超速、车辆追尾等事故[9]，也增加了减速器、减速顶设备损耗、增加运营成本等一系列问题。

故本次对驼峰峰高计算采用新的设计思路，在传统的滑动轴承计算车辆阻力的基础上，按滚动轴承计算车辆基本阻力，并对计算峰高值进行综合分析，最终确定合理的驼峰峰高值。滚动轴承车辆阻力计算公式参照《滚动轴承车辆溜放阻力的测试及研究》[10]，峰高计算如下。

(1)根据气温计算回归阻力中值：R中=2.401-0.015 43T+0.000 17T2，计算得R难中=25.53 N/t。T为计算温度，℃。

(2)计算不同质量等级的阻力补偿数值：RΔ=0.015*Q-0.00008QT-0.32+0.002T，计算得RΔ难=1.34 N/t。

(3)计算速度的阻力补偿数值：Rv=0.1(V-2.82)，计算得Rv难=-0.62 N/t。

(4)任意车辆基本阻力计算中值：W中=R中-RΔ+Rv计算得W中难=23.57 N/t。

(5)根据温度计算基本阻力波动标准差回归值

σ中=0.538 3-0.001 5T+0.000 02T2

计算得σ难中=5.55 N/t。

(6)计算对应不同质量等级的标准差补偿数值：σΔ=0.003Q+0.000 02QT-0.000 04T-0.063，计算得σΔ难=0.25 N/t。

(7)计算基本阻力标准差：σ=σ中-σΔ，计算得σ难=5.30 N/t。

(8)难行车基本阻力：W难=W难中+1.65σ难，计算得W难=32.310 N/t。

(10)车场基本阻力为：W难=W中+1.65δ难=(R中-RΔ+RV)+1.65(δ中-δΔ)，溜放部分基本阻力为：车场内基本阻力与溜放部分阻力补偿值之和，补偿值为3.9 N/t，分析计算得：

冬季难行车车场部分基本阻力W冬难场基=32.310 N/t

冬季难行车溜放部分基本阻力W冬难溜基=36.210 N/t

3.3.3优化设计并综合分析确定合理峰高

现行《铁路驼峰及调车场设计规范》(TB10062—99)中车辆基本阻力是在滑动轴承条件下测试总结出来的，已不能反映目前我国货车的实际情况，故需结合目前车辆类型、车流、自然条件、现场的作业情况等综合分析确定合理的峰高值。

(1)根据哈密东站作业量，结合乌鲁木齐铁路局等有关部门的意见、哈密地区车流特征、近远期运量变化特点及车站的站型和规模、当地的风速气温等自然条件，综合考虑各种因素，研究各计算参数并确定驼峰的合理峰高。

(2)驼峰是编组站和区段站关键的运输设备，峰高设置高低是保证作业安全，提高驼峰的作业效率，降低运营成本的关键。峰高设置偏低时，冬季难行车将不能溜放至调车场指定位置并不能实现自动连挂，需要机车整场作业，降低作业效率；峰高设置偏高时，容易导致夏季易行车溜放超速，增加减速器制动能耗、增加运用成本、导致车辆损坏、易出现超速连挂，影响作业安全等情况。

(3)现阶段我国货车发展趋势向大型化、重载化发展。总重95 t车成发展趋势，原总重80 t货车逐步更新，驼峰是运输组织设备中最重要的设备，一次建成后改造非常困难，除非拆除另行新建，且施工过渡复杂，牵扯设备众多，控制系统复杂，一次改造需相邻编组站配合分流，影响面广。因此，在运输设备中，地位非常重要，是编组站、区段站的核心设备，也是路局生产运输组织和路网中的核心设施，各级各部门对此也高度敏感和重视。

(4)因驼峰属运输繁忙设备，一旦投入运营， 在不废弃的情况下将很难改造，且施工过渡困难，控制因素(土建、控制系统)较多，在车辆大型化、单位溜放阻力减小的趋势下，驼峰峰高宜低不宜高。峰高低时，可以通过提高推峰速度、大修填砟抬坡调整等措施来解决；驼峰高时，由于受峰下立交桥等结构物高程控制，往往无法降低，迫不得已，只能在调车场减速器出口再增加减速器、溜放部分增加可控减速顶等工程措施，且长期消耗能源，增加设备及维修投入，且容易出现溜车追尾事故的发生，增加运营成本的同时也埋下了安全隐患。

本次分别根据基本阻力按滑动轴承和滚动轴承2种方法，计算不同的峰高值，前者为3.32 m，后者为2.87 m。结合以上分析，现在我国铁路网上，95%的货车已更新为滚动轴承，另外现阶段我国货车发展趋势向大型化、重载化发展，总重95t车成发展趋势，经过分析论证，结合目前既有驼峰运营情况的实际，考虑哈密东站车流特点、地形条件、冬季低温、逆风等因素，按驼峰纵断面设计要求[11]，设计驼峰纵断面为：加速坡40‰，坡长30 m；第二段坡12‰，坡长60 m，变坡点在第一分路道岔前；中间坡: 8‰，坡长65 m；道岔区坡分2段，采用2.2‰，坡长90 m，采用2.4‰，坡长71 m；调车场减速位坡2.5‰ 坡长30 m，打靶区坡: 0.8‰， 坡长120 m。[12]最终确定本驼峰峰高设计采用2.98 m比较合理。

4效果检验

采用图解法和计算法，对溜车状态进行检验检算，检验驼峰设计的安全性和合理性。大中能力驼峰应满足溜车不利条件下，以1.4 m/s的推峰速度连续溜放组号为难-中-难单个车，通过各分路道岔和减速器时，有足够的间隔，保证道岔顺利转换，减速器处于缓解或制动的正常状态[5]。通过绘制车辆溜放间隔检算图，难行车进入24道(难行线)，中型车进入23道(相邻线)，以10 s的间隔时间连续溜放难-中-难单个车，均能保证前车清出各道岔绝缘区段时间与后车刚进入各道岔绝缘区段时间差均大于道岔设备动作时间0.5 s，效果较好(图2)。经近两年春夏秋冬的运营实践，现场驼峰运营良好，大幅度提高了哈密地区的解编效率，实现了运输需求与运输能力的配套，并预留了远期发展的条件，提高了区域运输能力，达到了预期的效果，获得了运营单位的一致好评。

图2　哈密东站驼峰线路车辆溜放间隔检查

5结语

铁路编组站在全国铁路网中具有重要作用，驼峰为编组站关键设备，是编组站设计的重点和难点。驼峰峰高值与驼峰类型、朝向、所在地区的气象条件及采用的调速系统有直接关系，应先统筹考虑；气象资料收集准确，尤其是所在地区的风速资料对峰高值的影响较大，是很重要的基础资料，计算气温、风速值正确是设计合理峰高的前提条件；为适应目前我国货车普遍采用滚动轴承、车辆载重重型化(70 t及以上)、车辆轴重提高(230 kN及以上)的发展趋势，采用滚动轴承和滑动轴承相结合的阻力计算方法来计算货车车辆的单位基本阻力，结合实际情况确定的实际峰高应接近滚动轴承法计算的理论峰高值比较合理，能满足实际运营的要求；现阶段我国货车发展趋势向大型化、重载化发展，且成组车也越来越多，总重95 t车成发展趋势，峰高计算及钩车检算时，易行车应按95 t来计算各参数值。

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Design of Hump Height in Hami East Marshalling Yard

LI Zhong-ru

(China Railway the first Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Xi’an 710043， China)

Abstract：According to the general Hami railway terminal plan， Hami east station is the only marshalling yard in the area. The hump is the key equipment of Hami East marshalling yard and is very important to improve the yard efficiency. This paper analyzes the future development of wagons to calculate the rational height of the hump with reference to the characteristics of wagon flow and natural conditions. The calculation is guided by the calculation stipulated in the Specification and conducted with the new methods for analyzing sliding bearing and rolling bearing. The rational hump height is determined to be 2.98 m after optimization of hump cross-section. This paper also summarizes the experiences in design of large and medium humps.

Key words：Railway terminal; Marshalling yard; Hump; Hump height

中图分类号：U291.4

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.06.011

文章编号：1004-2954(2015)06-0045-05

作者简介：李仲茹(1982—)，男，工程师，2005毕业于兰州交通大学交通运输专业，工学学士，E-mail：tyyczlzr@sina.cn。

收稿日期：2014-08-25； 修回日期：2014-09-17