四显示自动闭塞区段影响追踪列车间隔的固定设备因素分析

韩春明，赵 琦，常 山

HAN Chun-ming1，ZHAO Qi2，CHANG Shan3

（1.中国铁道科学研究院 铁道科学技术研究发展中心，北京 100081；2.太原铁路局 调度所，山西 太原030013；3.中国铁道科学研究院 科学技术信息研究所，北京 100081）

(1.Railway Scientific & Technical Research and Development Center， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China； 2.Traffic Control Office， Taiyuan Railway Administration， Taiyuan 030013， Shanxi， China； 3.Scientific and Technical Information Research Institute， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China)

四显示自动闭塞区段影响追踪列车间隔的固定设备因素分析

韩春明1，赵 琦2，常 山3

HAN Chun-ming1，ZHAO Qi2，CHANG Shan3

（1.中国铁道科学研究院 铁道科学技术研究发展中心，北京 100081；2.太原铁路局 调度所，山西 太原030013；3.中国铁道科学研究院 科学技术信息研究所，北京 100081）

(1.Railway Scientific & Technical Research and Development Center， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China； 2.Traffic Control Office， Taiyuan Railway Administration， Taiyuan 030013， Shanxi， China； 3.Scientific and Technical Information Research Institute， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China)

追踪列车间隔取决于区间追踪间隔、车站通过追踪间隔、车站出发追踪间隔和到站停车追踪间隔的最大者。对于四显示自动闭塞区段，影响货物列车追踪间隔的因素主要有列车质量及长度、区间坡度、进出站侧向道岔号、分相设置及信号机位置等。根据设定的线路、设备等条件，通过理论计算及软件仿真，分析各类固定设备因素对于追踪列车间隔的影响，并得出其合理设置范围。

四显示；自动闭塞；追踪列车间隔；影响因素

1　概述

1.1研究对象

在自动闭塞区段，一个站间区间内同方向可有2 列或 2 列以上列车以闭塞分区间隔追踪运行。追踪运行列车之间的最小间隔时间，称为追踪列车间隔时间[1]。追踪列车间隔为 4 类追踪间隔时间的最大值，即

式中：I 为追踪列车间隔时间，s；I追为区间追踪间隔时间，s；I通为车站通过追踪间隔时间，s； I发为车站出发追踪间隔时间，s； I到为到站停车追踪间隔时间，s。

对于四显示自动闭塞区段，影响货物列车追踪间隔的因素主要有列车质量及长度、区间坡度、进出站侧向道岔号、分相设置及信号机位置等[2-3]，探讨各个因素对于通过能力的影响，对站场设计及改造具有一定的借鉴意义。

1.2研究条件

选取某双线四显示自动闭塞区段作为研究线路，线路坡度 -13‰～6‰；机车类型 HXD2B，持续速度76 km/h，牵引质量 5 000 t；车辆类型 C70。列车在区间的最大运行速度 v区间及列车通过车站的运行速度 v通过按 80 km/h 计算；牵引质量 5 000 t 需要的 C70数量为 54 辆，相应的列车长度 L列为 791 m。

列车运行不仅与机车、车辆性能及线路等设备设施有关，也与很多其他因素有关，如轨面的干燥或潮湿状态决定机车、车辆轮轨间的粘着系数[4]，司机的操作方式对列车的出发、到达间隔有很大影响。为研究方便，假设轨面处于干燥状态，列车起动及运行时利用 90% 的机车牵引力，制动时使用空气制动联合电力制动，而且恰好于距目标点 (进站信号机或出站信号机) 适当制动距离时开始制动。车站办理列车到达、出发、通过作业项目及时间取值如表1 所示。

表1　车站办理列车作业项目及时间取值表 s

2　列车间隔分析

2.1I追计算分析

（1）列车在平直道运行。列车在平直道运行时，列车运行速度即为区间限速，相对于在限制坡道和长大下坡道运行，不构成列车间隔限制条件。

（2）列车在限制坡道运行。通过列车牵引计算得到不同条件下 HXD2B机车牵引质量如表 2 所示。

表2　不同条件下牵引质量计算表

由牵引计算结果可以看出，HXD2B牵引 5 000 t列车能够以持续速度以上的速度在 6‰ 坡道上运行，不构成列车间隔限制条件。

（3）列车在长大下坡道运行。在长大下坡道上，为克服列车的自然加速作用以保证限速，司机在使用机车动力制动的同时必须配合有空气减压的多次调速制动，即循环制动，其过程为首先进行减压制动，在达到某一缓解速度后缓解再充气，每次减压制动后必须等风缸充满气后才能再次制动，如此往复循环，这个过程中列车运行速度不得超过 70 km/h。此时，司机在实际操作过程中采用不同的减压量、缓解速度对于列车间隔都有不同程度的影响。以研究线路为例，对列车在-13‰ 坡道下的运行状态进行仿真，HXD2B牵引 5 000 t 质量的 C70货车在研究区段不同缓解速度、不同减压量下长大坡道追踪列车间隔计算结果如表 3 所示。

分析以上仿真计算结果，牵引质量为 5 000 t时，在不同缓解速度、不同减压量条件下，列车充气时间均小于列车加速至 70 km/h 时需要的时间，而且充气时间十分充裕；在缓解速度相同的情况下，如果减压量增加，追踪列车间隔时间呈增加趋势；列车缓解速度每提高 10 km/h，追踪列车间隔时间可以减小 60 s 左右。司机操作方式对长大下坡道的列车区间追踪间隔有较大影响。

表3　不同条件下长大下坡道追踪列车间隔计算表

2.2I通计算分析

由于车站附近线路较为平缓，计算车站通过间隔时，按线路均为平直道计算，相对于到达、出发间隔，不构成列车间隔限制条件。

2.3I发计算分析

对于普通货物列车，只要前行列车出清区间第 1 闭塞分区，就可以为后行货物列车办理出发作业，2 列车之间最小间隔 1 个闭塞分区。I发计算公式为[5-6]

式中：L列为列车长度，m；L闭为闭塞分区长度，m；v出发为列车从车站出发的运行速度，km/h；为列车出发作业时间，s。可以看出，I发主要取决于列车出清区间第 1 闭塞分区的时间。

列车起动运行过程如图 1 所示。由于列车出站过程以列车起动为开始，以列车出清区间第 1 闭塞分区为结束，将这个过程中的列车运行距离称为“出站范围”。

从图 1 可以看出，列车自起动至出清区间第 1闭塞分区可分为 3 个阶段：第 1 阶段自列车起动并加速至道岔限速点 (图 1 中的 a 点)；第 2 阶段列车以道岔限速运行至出清反向进站信号机 (图 1 中的 b 点)；第 3 阶段列车自反向进站信号机加速运行，直至出清区间第 1 闭塞分区。因此，研究车站坡度、出站侧向道岔号、列车长度及质量、出站长度范围内是否存在分相对于发车间隔的影响。

图1　列车起动运行过程示意图

（1）道岔。根据设计规范，对于允许速度大于100 km/h 的区段，正线道岔不得小于 12 号[7]。如果出站侧向道岔号为 18 号，则无需对出站速度进行限速；如果出站侧向道岔号为 12 号，自列车头部进入道岔，至列车尾部出清反向进站信号机前，需按道岔限速运行，不同的坡度、信号机位置都会影响列车出清区间第 1 闭塞分区的时间。

（2）坡度。反向进站信号机至出站信号机距离和区间第 1 闭塞分区长度分别设定为 516 m、1 478 m，针对出站范围内无分相情况下坡度对出发间隔的影响进行仿真计算。不同坡度下列车出清区间第1 闭塞分区需要的时间如表 4 所示。

表4　不同坡度下列车出清区间第 1 闭塞分区所需时间

可以看出，出站坡度处于 [－2‰，2‰] 区间内时，列车出清区间第1闭塞分区时间相对于坡度变化较为平缓；出站坡度一旦大于 2‰ 时，出清时间迅速增加。出站坡度在 [－1‰，1‰] 区间内，出站侧向道岔号为 12 号时，出清时间最大差值为 17 s；出站侧向道岔为 18 号时，出清时间最大差值为 27 s；坡度为 6‰ 时，出清时间增加 220 s 以上；出站道岔小于 －2‰ 时，列车出清时间减小，但会大大增加反向车流追踪间隔时间。

（3）分相。出站范围内存在分相时，列车低速惰行会影响其出清区间第1闭塞分区的时间。分相区长度分别取 110 m 和 354 m，由于断电标、合电标需设于分相前后 30 m 处[8]，在断、合电标间列车无法从接触网受流，这段无电区长度分别为170 m 和 414 m；反向进站信号机至出站信号距离取 516 m，区间第 1 闭塞分区长度取 1 478 m，区间第 1 闭塞分区范围内坡度设为 0，对列车起动至出清区间第 1 闭塞分区的列车运行过程进行仿真计算。不同分相设置情况下列车出清区间第 1 闭塞分区时间如表 5 所示。

表5　不同分相设置下列车出清区间第 1 闭塞分区时间

由表 5 可以看出，出站范围内存在分相时，断电标距车站反向进站信号机越近、无电区长度越长，对列车出清区间第 1 闭塞分区时间影响越大。分相断电标距反向出站信号机距离小于 200 m 时，列车出清区间第 1 闭塞分区所用时间较不设分相分别增加约 15 s；如果断电标距反向出站信号机距离超过 200 m，分相对列车出清区间第 1 闭塞分区时间几乎没有影响。

（4）区间第 1 闭塞分区。如果出站侧向道岔号为 18 号，列车不受道岔限速影响，使用仿真软件计算区间第 1 闭塞分区长度对出清区间第 1 闭塞分区时间的影响。第 1 闭塞分区长度对出清时间影响结果如表 6 所示。可以看出，区间第 1 闭塞分区长度与出清时间基本上呈线性关系，区间第 1 闭塞分区长度每增加 100 m，出清时间增加约 6 s。如果出站侧向道岔号为 12 号，由仿真计算可知，列车从起动至加速到 45 km/h 的运行距离为 1 085 m，减去列车长度得反向进站信号机至出站信号机距离若小于 294 m 时，区间第 1 闭塞分区长度对于列车出清时间没有影响；如果大于 294 m，列车在多出的距离内需按道岔限速 45 km/h 运行，此距离每增加100 m，列车出清区间第 1 闭塞分区时间增加8 s。

表6　第1闭塞分区长度对出清时间影响结果计算表

2.4I到计算分析

对于普通货物列车，前行列车到达车站后，为后行列车办理到达作业，2 列车之间最小间隔 2 个闭塞分区。I到计算公式为

式中：L进站为车站进站信号机至出站信号机间的距离，m；v到达为列车到站停车的运行速度，km/h；为列车到达作业时间，s。

列车自进站前第 3 个闭塞分区至进站停车速度变化如图 2 所示。由于列车进站过程中以列车头部到达进站信号机前 2 个闭塞分区为开始，以列车在出站信号机前停车为结束，将这个过程中的列车运行距离称为“进站范围”。在实际运营中，列车进站停车一般采用电力制动为主、空气制动为辅的操作方式，且受司机的操作状态影响较大。仿真时设定以 90% 动力制动、70 kPa 减压量进行控制。

图2　列车制动停车运行过程示意图

从图 2 可以看出，列车进站停车过程可分为 4个阶段：第 1 阶段，列车以 80 km/h 恒速运行；第2 阶段，列车自距目标点适当制动距离时开始制动(图 2 中的 a 点)，在进站信号机前 (图 2 中的 b 点)降速至道岔限速；第 3 阶段，列车以不超过道岔限速的速度运行至尾部出清进站侧向道岔 (图 2 中的 c点)；第 4 阶段，列车在出站信号机前降速至停车。进站侧向道岔为 18号 时，则无需对进站速度进行限速。

（1）坡度。设定出站范围内不存在分相，各站进站信号机前连续 2 个闭塞分区长度、进站与出站信号机间距离、到发线有效长分别取 4 382 m、2 508 m、1 754 m，通过仿真软件计算不同坡度条件下列车从进站信号机前第 2 个闭塞信号机运行至站内出站信号机前停车所用时间。不同坡度下列车进站停车所需时间如表 7 所示。

表7　不同坡度下列车进站停车所需时间

可以看出，进站坡度处于 [－6‰，6‰] 区间时，坡度对于列车到达间隔的影响较小；进站侧向道岔为 12 号、18 号时，列车进站停车时间最大差值分别为 9 s 和 7 s。因此，在没有分相的情况下，列车进站停车时间主要取决于进站侧向道岔号，相同坡度下 12号道岔比 18 号道岔进站停车时间增加 80 s。

（2）分相。进站范围内列车进入无电区有 2 种情况：①列车以 80 km/h 速度运行时进入分相，此时列车高速运行，分相对于列车速度影响较小，可以忽略不计；②列车降速进站过程中进入分相。列车在断电标处断电后，无法采用动力制动，损失了部分制动力。

设定无电区长度分别为 170 m 和 414 m 的情况下，由仿真计算可知，在充风管减压量为 70 kPa、动力制动系数为 0.9 时，列车制动距离为 880 m，所需时间为 71 s。由于列车制动力主要来自于空气制动，通过仿真，计算列车在制动过程中切除动力制动对制动过程的影响 (切除距离为 414 m)。动力制动对列车运行情况影响如表 8 所示。

表8　动力制动对列车运行情况影响计算表

由表 8 可知，如果列车制动过程中进入无电区，列车制动时间会增加 4 s，制动距离增加 69～86 m，对列车制动过程的影响不大。因此，进站范围内存在分相对列车制动过程的影响可以忽略不计。

（3）信号机设置。考虑进站信号机前连续 2 个闭塞分区长度、进出站信号机间距离、进站信号机与反向进站信号机距离。对于 18 号道岔，由于不受道岔限速影响，进站信号机前连续 2 个闭塞分区长度与进出站信号机间距离之和越长，表明列车需要以 80 km/h 速度通过的距离越长，此段长度每增加 100 m，列车进站停车时间增加 4.5 s。对于 12 号道岔，进站信号机前连续 2 个闭塞分区长度越长，表明列车需以 80 km/h 速度通过的距离越长，此段长度每增加 100 m，列车进站停车时间增加 4.5 s；进站信号机与反向进站信号机间距离越长，表明列车需要以 45 km/h 速度通过的距离越长，此段长度每增加 100 m，列车进站停车时间增加 8 s。

3　结束语

为缩短四显示自动闭塞区段追踪列车间隔，提高区段通过能力，应当在线路和车站设计时考虑以下因素：一是在满足列车制动要求的前提下，应当尽量缩短闭塞分区长度，采取相应措施保证列车在长大下坡道的制动性能，限制坡道上不宜设置分相；二是车站应设置在不大于 2‰ 的坡道上，进、出站侧向道岔采用 18 号道岔；三是进站前 2 个闭塞分区、出站后第 1 个闭塞分区长度应尽量缩短，出站范围内不宜设置分相；四是在满足容车数的条件下应缩短到发线长度。

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[7] 中华人民共和国铁道部. 铁路轨道设计规范：TB 10082—2005[S]. 北京：中国铁道出版社，2005：29-30.

[8] 中国铁路总公司. 铁路技术管理规程[M]. 北京：中国铁道出版社，2014.

责任编辑：刘 新

Analysis on Fixed Equipment Factors Influencing Headway of Trains in Four-aspect Automatic Block Section

The headway of trains depends on the maximal one among sectional headway of trains, headway of trains passing station, headways of trains leaving station and headway of trains stopping at station. In four-aspect automatic block section, the factors influencing headway of freight trains mainly include train weight and length, sectional gradient, turnout number in entry and exit of station, setting of neutral section and location of signal. According to the established conditions of railway line and equipments, through theoretical calculation and simulation, the influence of each fixed equipment factor on the headway of trains was analyzed, and the reasonable setting scope was achieved.

Four-aspect; Automatic block; Headway of Trains; Influence Factor

1003-1421(2016)02-0025-06+2

A

U292.5

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2016.02.06

2015-09-01

中国铁道科学研究院基金项目 (2013YJ094)