神华洒水车运行安全性的研究

吴大钰　林生福

【摘 要】铁路线路清筛作业中利用普通铁路轻油罐车改造为洒水车，在作业中随着车辆洒水的进行，罐内水量实时减少，车辆的安全性能在逐渐发生着变化，为了验证洒水车的运用安全性，设计了4种装载工况，研究以不同车速通过线路曲线时车辆的动力学性能指标，论证性能的可靠性，对洒水车安全运用具有重要意义。

【关键词】洒水车 安全性 试验

在神华铁路线清筛施工中，大型养路机械清筛作业现场扬尘污染较为严重，危害作业人员身体健康，并对沿线环境造成较大的环境污染，为了解决该问题，神维分公司利用GQ70型轻油罐车改造成铁路洒水车[1]，主体结构为罐车、洒水装置和电源。车体由罐体连接机架、机组、油箱和管路总成焊接而成，轴重23吨，K6型转向架，最高运行速度为100km/h；车下洒水装置通过车端缓冲梁和走板支柱固定，电器控制箱固定在车体通过台走板上，具有控制、检测和洒水功能。

1 立项背景

《铁路危险货物运输管理规则》（铁运〔2008〕174号）规定，铁路罐车非气体类液体装载必须满足所装液体产品的质量不得大于罐车标记的载重；同时要留有膨胀余量，所装液体的体积上限不得大于罐体标记容积的95%，下限不得小于罐体标记容积的83%；在所装液体体积下限低于罐体标记容积的83%时，如果罐体内未加防波板，不能用于铁路运输。

洒水车装载的介质是水，比重高于轻油，为了防止满罐时超载，在罐内设置了限位机构，限制最大装载水量。洒水车一次性充装满后，在大型清筛机天窗点内作业前对作业线路区间进行洒水处理，使道床脏污土变得润湿，实现降低清筛扬尘的目的，洒完后罐内余水留待后续天窗使用。考虑到施工中装载水的体积长期低于罐体标记容积83%，并随着洒水作业的进行实时减少，在罐内增设了2道防波板，减少制动时水的纵向涌动冲击。

为了验证改造罐内结构之后的洒水车能在不同装载工况下以100km/h之内的各运行速度安全运行，委托中国铁道科学研究院机车车辆研究所对洒水车的运行稳定性、平稳性等动力学性能指标进行测试，研究测试数据的变化趋势，对动力学性能可靠性能进行论证，对于实现洒水车安全运用具有重大意义。

2 性能测试设计

2.1 测试线路选取

测试线路定在铁科院的环行试验基地，环行线大环全长9公里，曲线半径1432m，超高105mm；小环复线全长8.7公里，小曲线半径分别为R350m、超高120mm及R600m、超高80mm；小环全长8.5公里，曲线半径1000m，超高150mm，直线段长度755m，并设置12#道岔可侧向及直向通过（图1）。线路全部采用混凝土轨枕，碎石道床，枕木数为1840根/公里，钢轨为60kg/m U74热轧轨，强度等级为780MPa。试验车列按顺时针方向运行。

2.2 测试工况选取

考虑到洒水车充装后的运用特点，罐体满载工况必须进行测试，同时作为标定依据，随着洒水进行，在满罐与空罐的区间分别选取车辆3/4载荷、1/2载荷和1/4载荷3种不同工况状态进行性能测试，并兼顾考虑车辆经过小曲线及侧岔，因此选择在小环复线和小环两条线依次进行上环试验（见表1）。

2.3测点布置

选取洒水车前进方向的第一轴换装一条测力轮对，进行轮轨力的测量，通过测到的垂向力和横向力计算出脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力；在洒水车前进方向的车体中梁距心盘内侧1000mm以内选取测点，安装加速度计，测量车体的横向及垂向振动加速度，并计算出横向、垂向平稳性指标；在洒水车前进方向的转向架侧架顶面轴承的上方安装横向加速度计，用来测试构架横向振动加速度；在洒水车前后转向架摇枕的两端安装位移计，测试摇枕弹簧垂向动挠度；在洒水车前进方向罐体端部及罐体中部的对应隔板部位安装加速度计，测量不同工况下罐体的纵向加速度。

3 数据采集与评定标准

3.1数据采集处理

数据测试及采集系统由IMC公司的生产的1套SL-2信号采集仪和1套C1信号采集仪、2台微型计算机和稳压电源等组成。一台微型计算机对信号采集仪进行数据采集控制，另一台微型计算机用于数据实时监测、集中处理与汇总，两台计算机通过局域网络实现数据传输。

3.2 评定标准

按照GB 5599-85《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》的规定，评定内容主要为车辆运行运行稳定性（安全性）和平稳性（运送货物的完整性）等，运行稳定性包括脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力允许限度等，平稳性评定包括平稳性指标、最大振动加速度和平均最大振动加速度。主要评定标准如下：

（4）车体加速度。

车体横向振动最大加速度值≤4.91m/s2（0.5g），车体垂向振动最大加速度值≤6.87m/s2（0.7g），并且在100km的试验区段内，规定超过限度值的个数不应大于3个；若超限值个数超出3个，则以出现超限值的最低速度级作为车辆限制速度。

4 测试结果与分析

4.1运行稳定性

洒水车各工况的最大脱轨系数低于评定标准1.2，最大轮重减载率低于评定标准0.65，轮重横向力最大值（表3）低于评定标准的限度值，各项动力学稳定性指标良好。

4.2运行平稳性

洒水车各工况的横向和垂向振动加速度最大值（表4）均低于评定标准4.91m/s2和6.87m/s2，平稳性指标最大平均值均小于评定指标3.5，属于优级。

通过对测试数据的统计分析，洒水车在100km/h试验速度范围内以不同运行速度进行的8圈跑行试验中，随着装水量的减少，脱轨系数值越来越大，轮轴横向力值越来越小，轮重减载率没有明显变化，横向振动加速度和平稳性指标最大值稍微变大，而车体垂向振动加速度和平稳性指标最大值稍微变小，车体横向、垂向平稳性指标均属优级。

4.3其它测试项目

（1）罐体纵向加速度测试。通过纵向加速度数据对比，紧急制动情况未见较大纵向冲击（见表5）。

（2）弹簧挠度的测试。在实施紧急制动试验过程中，前进方向的转向架摇枕两侧位移处于压缩状态，后端转向架摇枕两侧位移处于拉伸状态，制动过程中罐体内的载荷有向前端转移的趋势，最大摇枕弹簧垂向动态位移为5.94mm。在整个动力学性能测试过程中，摇枕弹簧的最大垂向动挠度为19.21mm，比较来看，紧急制动未见较大摇枕弹簧垂向动挠度。

（3）侧架横向加速度测试。在10Hz滤波频率下，侧架横向加速度最大值为3.43m/s2。整个测试过程中，在最高运行速度100km/h范围内，未见转向架构架出现横向蛇行。

5结语

洒水车的动力学性能测试结果验证了在不同装载量工况下车辆动力学性能良好，能够满足在神华铁路实现安全连挂运行作业的要求，对保障铁路清筛洒水降尘作业。

参考文献：

[1]林生福，吴大钰，范春锋.神华铁路洒水车的研制.机车车辆工艺，2015，312（4）：27-30.

[2]翟婉明.货物列车动力学性能评定标准的研究与建议方案（续一）——轮轨横向力评定标准.铁道车辆，2002，40（2）：9-10，25.

作者简介：吴大钰（1983—），男，满族，辽宁北镇人，工程师，硕士，研究方向：车辆工程；

林生福（1963—），男，汉族，福建沙县人，高级工程师，本科，研究方向：机车车辆工程。