驼峰调车场尾部停车器布置方案仿真研究

袁敦磊，保鲁昆，陈福恩

(1. 北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044；2.中国铁道科学研究院 运输及经济研究所，北京 100081)

经过多年发展，我国铁路编组站自动化水平有了大幅度的提高，调车场尾部的停车防溜问题也有了大幅改进[1-2]，多家单位针对编组站调车场尾部设计开发了止轮顶、防溜器 (有源、无源 2 种)、铁鞋 (普通、电子 2 种) 等，改变了编尾停车防溜作业方式，提高了停车防溜效果，为编尾最终实现自动控制提供了必要条件。但是，由于现场条件多样、溜放车组大小随机等问题，再加上部分编组站尾部停车防溜设备数量和安装位置不尽合理，造成部分车站编尾停车防溜能力不足，防护没能彻底甩掉铁鞋，人机共存引起费用和成本增加。研究采用计算机模拟手段，模拟各种设备布置方案下的停车防溜效果，评估停车防溜安全性，为编组站调车场防溜设备布置提供支持。

1 驼峰调车场尾部停车器布置现状

1.1 停车器布置方案多样

《铁路驼峰及调车场设计规范》规定，第一台停车防溜设备可设置在距尾部警冲标 100～150 m 处，最后一台停车防溜设备距尾部警冲标不应小于 50 m[3-4]。目前在实际的线路设计及防溜设备布置中，驼峰调车场尾部停车器的布置方案较多。通过对相关铁路局的16 个编组站调研得知，目前各调车场使用的停车器布置方案主要有“1+1”“2+1”“3+1”和“1+2”4 种形式，各停车器布置方案的车站分布如表 1 所示。

由表 1 可以看出，目前大部分车站编尾停车器采用了“2+1”布置模式，部分车站还根据线路条件的不同采用了“1+1”和“2+1”混合使用的模式，如来舟站和向塘西站；大西三场由于解编列车多为大组运煤重车，编尾停车器采用了“3+1”布置模式；鹰潭站根据线路条件，采用了“1+2”的布置形式。

表1 各停车器布置方案的车站分布Tab.1 Stop device layout schem a and relevant station at the tail of hum p shunting yard

1.2 停车器布置间隔差异大

通过对 16 个编组站的调研结果整理，分别统计了不同布置方案下最后一台停车器距尾部警冲标的距离和两组停车器间的距离，如表 2 所示。

表2 编组站调车场尾部停车器布置位置间隔 m Tab.2 Stop device layout distance interval at the tail of hum p shunting yard

由表 2 可以看出，停车器布置间隔差异较大，如“1+1”方案下最后一台停车器距离警冲标最远距离为 305 m，最近的只有 30 m，两组停车器间最大距离为 50 m，最小距离为 17 m。

1.3 调车场尾部还需要人工防护

从调研结果看，由于溜放勾车辆数随机，以及油轮车等其他因素的影响，还存在部分车辆溜出停车器的情况。此外，编组站调车场尾部车辆溜放状态缺少有效的监控手段和措施，仍然以人员的防护为主[5-10]，调研范围内的 16 个编组站调车场尾部均设有人员防护。

2 调车场尾部停车防溜设备布置辅助系统设计与参数选择

调车场尾部防溜效果评估的难度在于涉及的因素多，溜放条件随机性强，既要考虑溜放勾车编成的变化，也要考虑线路坡度和停车防溜设备布置条件，还要考虑连挂区的线路条件及调速设备类型，因而防溜效果评估不可能通过简单计算完成。为了模拟驼峰调车场尾部停车防溜效果，开发了编组站调车场尾部设备布置辅助设计系统[11-12]。

2.1 辅助设计系统设计

为使辅助设计系统尽量符合现场实际并且简单易用，在开发过程中做到了系统数据参数化、模拟过程动态可视化和模拟结果输出多样化。调车场尾部停车防溜辅助设计系统主界面如图 1 所示。

2.2 系统参数选择及设置

调车场尾部设备辅助设计系统的参数主要包括系统基本参数、线路参数、设备参数和溜放车组参数。其中，基本参数包括计算钩数、计算步长、能量转移系数、设备布置特点等；线路参数主要包括坡段长度和坡度；设备参数主要包括调速设备参数和停车防溜设备参数；溜放车组参数主要包括车组大小、溜放阻力、车重及是否连挂等。

2.2.1 线路仿真参数设置

按照《铁路驼峰调车场设计规范》要求，驼峰调车场内线路的坡度一般按照“凹”型模式设计，一般分作 6 个坡段：打靶区、陡坡连挂区、中间坡连挂区、缓坡连挂区、平坡连挂区和反坡连挂区。该仿真试验是在打靶区、陡坡连挂区、中间坡连挂区、缓坡连挂区和平坡连挂区坡度固定情况下，针对反坡连挂区不同坡度情况下的综合仿真。反坡连挂区的坡度取值为 -2.0‰，-1.5‰，-1‰，0.0‰，1.0‰，1.5‰，2.0‰，其中正值为下坡，负值为上坡。

图1 调车场尾部停车防溜辅助设计系统主界面Fig.1 Main page of aided design system at the tail of hum p shunting yard

针对调车场线路有效长 850 m 调车场线路，该仿真试验中打靶区坡度取0.8‰，坡长120 m；陡坡连挂区坡度取2.8‰，坡长150 m；中间坡连挂区坡度取1.8‰，坡长 250 m；缓坡连挂区坡度取 0.6‰，坡长100 m；平坡连挂区坡度为 0‰，坡长 100 m。线路设置减速顶 212 台，制动功按 850 J/轮次计算。

针对有效长 1050 m 的调车场线路，该仿真试验中打靶区坡度取 0.8‰，坡长 120 m；陡坡连挂区坡度取 2.8‰，坡长 150 m；中间坡连挂区坡度取1.8‰，坡长 400 m；缓坡连挂区坡度取 0.6‰，坡长150 m；平坡连挂区坡度为 0‰，坡长 100 m。线路设置减速顶 264 台，制动功按 850 J/轮次计算。

2.2.2 停车防溜设备布置

编尾防溜设备主要包括停车器和防溜铁鞋，停车器的布置方案主要选取“2+1”和“1+1”2 种布置方案，为了验证大车组溜放的临界安全条件，部分场景选用了“3+1”布置方案；防溜铁鞋采用主副铁鞋的布置模式，防溜设备安装位置从调车场头部减速器出口起算。

针对调车场线路有效长 850 m 和 1050 m 的线路，“2+1”布置方案中防溜设备安装位置从车场制动位减速器出口计算，停车器制动能高按 0.25 m 计算，防溜器摩擦系数按 0.15 计算，受压力根据车辆总重确定。“2+1”布置方案调车场尾部防溜设备参数如表 3 所示。去掉“2+1”布置方案的第一台停车器即为“1+1”布置方案，在“2+1”布置方案第一台停车器前 6 m 处增加布置一台停车器即为“3+1”布置方案。

2.2.3 勾车方案

大组车是尾部防溜的重点和典型工况，作业中一般把单组 10 辆及以上的勾车称作大组车，对于一般溜放作业来说，单组 20 辆及以上的车组是经常可见的，但勾车辆数越多对尾部停车防溜的要求越高。从设计的角度来看，考虑投资的经济性，不能把极端情况作为普遍现象进行设备布设，而应选择一个合适场景作为计算条件，超过计算条件的情况出现时，应通过作业组织方式改变作业条件，限值极端情况的出现，保证生产过程的安全。从一般驼峰溜放作业统计来看，单勾大组车超过 20 辆的情况不到 1%，超过 25辆的情况不到 0.5%。因此，一般情况下应选择单勾20～25 辆单组车作为防溜计算和设备布设的计算条件，超过以上计算条件的大组车，应分作多勾车进行溜放作业。

表3 “2+1”布置方案调车场尾部防溜设备参数Tab.3 Anti-slip device position at the tail of hum p shunting yard

由于溜放时勾车辆数是随机分布的，试验中设计了 5 种典型勾车方案进行仿真测试。调车场尾部仿真试验勾车数据如表 4 所示。

表4 调车场尾部仿真试验勾车数据Tab.4 Simulation vehicle count per hook at the tail of hum p shunting yard

2.2.4 勾车进入停车器速度

一般情况下，为了保证溜放车组连挂和进入停车器的速度，减速顶临界速度设置为 5.0 km/h，但经常由于部分减速顶失效或者线路坡度发生了变化，出现溜放车组进入停车器速度过高的现象。为了测试车组在高于临界速度情况下进入停车器的停车防溜效果，通过调整线路减速顶的临界速度 (5.0 km/h 和 5.5 km/h)实现勾车进入停车器的速度变化，达到验证停车防溜效果的目的。

2.3 编尾防溜仿真结果分析

针对调车场有效长 850 m 和 1050 m 的线路坡度及调速设备布置固定的情况下，通过调整相关参数使得尾部坡度取值 (-2‰，-1.5‰，-1‰，0‰，1‰，1.5‰，2‰) 和停车器布置方案 (“2+1”“1+1”“3+1”)，得到相关仿真结果数据。根据防溜安全评判原则，得出调车场尾部停车器布置方案。

3 驼峰调车场尾部停车器布置方案建议

3.1 停车器布置建议方案

在编组站尾部各种坡度情况下，按照最大 25 辆大组重车，连挂速度按 5 km/h 计算，最后一台停车器距尾部警冲标 50 m，两组停车器间距离按 3 辆车长度计算 (46.2 m)，停车器制动能高按 0.25 m 计算。调车场尾部不同坡度停车器布置建议方案如表 5 所示。

表5 调车场尾部不同坡度停车器布置建议方案Tab.5 Proposal layout schem a at different tail slope

3.2 推荐方案说明

由于溜放勾车辆数是随机分布的，单组车 20 辆及以上是存在的，建议方案中最大车组辆数按 25 辆取值，勾车连挂速度按 5 km/h 计算，停车器和防溜铁鞋按照最后一台停车器距尾部警冲标 50 m 和两组停车器间距离按 3 辆车长度计算 (46.2 m) 方案布置，停车器制动能高按 0.25 m 计算。超过 25 辆的大组车，应分作多勾车进行溜放作业。

考虑到部分车站存在个别减速顶失效、线路纵断面变形及油轮车等不利情况，为了保证推荐方案有效可用，推荐方案在以下 2 个方面做了安全冗余：①保证 25 辆大组重车以 5.5 km/h 连挂速度下能够实现停车防溜；②满足 30 辆大组重车以 5.0 km/h 连挂速度下，在防溜铁鞋的作用下实现停车防溜。

4 结束语

驼峰调车场尾部停车防溜设备的布置形式影响溜放安全和作业效率，通过对调车场尾部停车防溜辅助设计系统相关参数进行设置及调整，实现对驼峰调车场尾部不同的坡度和停车器布置方案的仿真分析，对于精确评估编组站调车场尾部停车防溜有重要意义。在对编组站调车场尾部不同状况全面仿真的基础上，充分考虑一定安全冗余，提出按编组站调车场尾部不同坡度情况下停车器布置建议方案，为停车器布置提供设计依据，有利于编组站整体作业效率的提高。

[1]吴家豪.中国铁路车辆减速顶调速系统设计优化[M].北京：中国铁道出版社，2008.

[2]李寿恒，林新如.编组站尾部停车器的现状、问题及建议[J].铁道通信信号，2009(10)：10-12.

[3]中华人民共和国铁道部.铁路驼峰及调车场设计规范：TB10062—1999[S].北京：中国铁道出版社，1999.

[4]中华人民共和国铁道部.铁路车站及枢纽设计规范：GB50091—2006[S].北京：中国计划出版社，2006.

[5]HWANG D H，KIM MS，JEON J W，et al.Anti-slip Control System of Korean High-Speed Train[C]//Seventh International Conference on Com puters in Railw ay.Bologna：W IT Press，2000：613-622.

[6]门 健，陈佳怡.驼峰编组场尾部自动防溜系统的探讨[J].减速顶与调速技术，2013(3)：9-14.MEN Jian，CHEN Jia-yi.Discussion on Automatic Protection Slip System of Hump Marshaling Yard Tail[J].Retarders and Speed Control Technology，2013(3)：9-14.

[7]秦华军.关于侯马北站驼峰溜放途停及超速连挂问题的探讨[J].铁道货运，2015，33(8)：36-39.QIN Hua-jun.Study on Problems Existing in Stopping Halfway of Rolling and Over-speed Coupling in the Hump of Houma North Station[J].Railway Freight Transport，2015，33(8)：36-39.

[8]张 艺，卫红军.调车场尾部车辆防溜作业存在问题的探讨[J].减速顶与调速技术，2012(2)：15-17.ZHANG Yi，WEI Hong-jun.Discussion on the Problem of Vehicle Anti-slip Operating at the Tail of Marshaling Yard[J].Retarders and Speed Control Technology，2012(2)：15-17.

[9]郑国睿.调车场尾部可控停车器布置模式分析及示例[J].减速顶与调速技术，2016(1)：24-25，32.ZHENG Guo-rui.The Analyses and Exam p le o f Arrangement Mode of the Controlled Stopper on the Rear of Marshalling Yard[J].Retarders and Speed Control Technology，2016(1)：24-25，32.

[10]李 莉.编组场尾部停车防溜系统的调研及解决方案[J].减速顶与调速技术，2012(2)：4-5.LI Li.The Solution about the System of Avoid Slid at the Tail of Marshaling Yard[J].Retarders and Speed Control Technology，2012(2)：4-5.

[11]保鲁昆，邹正丰，解立群，等.编组站调车场尾部防溜效果评估仿真研究[J].铁道货运，2017，35(10)：40-45.BAO Lu-kun，ZOU Zheng-feng，JIE Li-qun，et al.Simulation Study of Anti-slip Performance of the Tail of Marshalling Station[J].Railway Freight Transport，2017，35(10)：40-45.

[12]保鲁昆，陈伟杰，赵庆宇，等.铁路驼峰调车场尾部坡度与停车器布置防溜效果仿真研究[J].铁道运输与经济，2017，39(7)：35-41.BAO Lu-kun，CHEN Wei-jie，ZHAO Qing-yu，et al.Simulation Study of Shunting Yard Tail Anti-slip Effect based on Different Stop Device Layout and Tail Slop[J].Railway Transport and Economy，2017，39(7)：35-41.