朔黄铁路两万吨列车充风不足对车钩力的影响

摘要：本文以两万吨重载列车为例分析重载列车产生冲动的原因，从而总结出充风不足对重载列车车钩力的影响。

关键词：充风不足；纵向冲动；车钩力

引言

铁路作为国民经济的大动脉近年来得到快速发展，特别是两万吨重载列车开行后，解决了朔黄铁路货运运量大与运能不足的矛盾。列车编组辆数的增加，给列车平稳操纵带来了严峻的挑战，由此引发的脱轨、分离等事故风险概率大大增加，这对列车运行安全带来极大的隐患。本文从重载列车产生冲动的根源入手，分析充风不足对车钩力造成的影响，进而从优化操纵的角度提出建设性的措施。

1、制动系统的介绍

随着列车总重与长度的增加，其压力空气的消耗也随着增加，因而带来了压力空气的输送、储存与控制等一系列问题。解决长大列车空气制动机的制动、缓解等问题就是解决压力空气的输送、储存与控制问题。

自动空气制动机的列车管在制动过程中主要只担任传递信息（即控制各车辆的三通阀或分配阀动作）的作用。此时要求全列车的列车管压力迅速而又均衡的减压，这个问题由于采用了常用和紧急制动时的局部减压作用以及阀内相应结构的改造而得到解决。而在缓解与再充气过程中列车管则要同时担任传递信息和补充能源（即向各车辆的副风缸再充风）的双重任务。列车各车辆载重的增大使制动缸系统耗风量（即副风缸再充气量）增加。而列车长度的增加使列车管长度与容积增加，列车管系本身耗风量及列车前后压力差（梯度）增加。这一切都造成在缓解充风过程中，列车后部列车管压力上升缓慢，前后车辆时间差过大，从而带来一系列间题。

2、充风不足的原因分析

2.1、施行两段制动充风不足

施行两段制动后，充风不足再次制动，不仅全列车前后列车管的压力尚不均衡，（前高后低）而且各车辆副风缸的压力此时更难达到一致。特别是车辆制动机型式不同时，制动时所引起的各制动缸压差也就更大，从而各车辆间产生不同的拉、推冲击。

2.2、偷风操作、误操作

偷风操作是指制动减压时，制动管排完风后，列车未停稳前，人为移动自阀手把短时间置于充风位再回到中立位，这种行为称为偷风。偷风使列车制动全部或部分缓解，而且又不能及时向制动管补风。这样再实行制动时，造成严重充风不足。列车在长大坡道上的操纵不当或者盲目自信缓解速度高，造成实际充风时间短于列车再制动时需要的充风时间，这势必会造成列车充风不足。虽然大量减压，但不发生制动作用，制动力大大下降。极易发生冒进信号和冲突事故，特别是两万吨重载列车在长大下坡道容易发生更大危险，甚至是列车失控。

3、两万吨重载管路特点

两万吨重载列车由于耗风量比一般列车大、制动管路长、充风时制动管压力梯度大，因此充风时间必然成倍增加，在长大下坡道运行时，会对列车运行安全带来较大威胁。列车管系的漏泄对长大列车制动机的制动、保压和缓解都有较大的影响。它不但增加了空气消耗量，增大前后部列车管的压力梯度，而且对缓解与再充气的影响更大，它使本来已经上升缓慢的尾部列车管升压变得更慢、缓解波速降低，很可能造成缓解不良。

4、车钩力的分析

4.1纵向力作用的产生

空气制动机在施行制动或缓解时所产生的空气波（列车管减压波或增压波）有一个沿列车管由前向后扩散或传播的过程；列车越长其前后部开始制动或缓解的时间差就越大。这种“沿列车长度的制动或缓解作用的不同时性”是列车制动或缓解时发生强烈纵向冲动的主要原因。具体而言，在列车制动过程中的每一瞬间，各個机车车辆具有不同的单位制动力。车辆之间存在的速差是列车产生纵向冲动的直接原因，而车辆间的这种速差则是于各车之间作用力的差异所引起的。由于列车中车辆的制动、缓解作用依赖于压缩空气的压力变化在列车管中的传播速度，因此，制动过程中车辆制动力的差异不可避免。同时车钩间存在的间隙更加剧了列车的这一冲动。

4.2列车制动时的纵向冲击力计算公式

根据前苏联勃·勒·卡洛瓦茨基和沃·莫·卡赞林诺夫的理论研究，列车制动时的纵向冲击力（最大静压缩力和最大动压缩力的总和）R可按下列公式计算：

式中 A—反映试行制动时的车钩状态和制动缸充气特性系数，制动时车钩在压缩状态下A≈0.42，车钩在拉伸状态、制动缸变速充气时A为0.75（无变速充气时为1.5）；

— 一辆车的闸瓦压力总和；

— 闸瓦摩擦系数；

— 一辆车的长度；

— 列车编组量数；

— 列车制动波速；

— 一辆车制动缸充气时间。

4.3列车缓解时的纵向冲动分析

制动缸充气时间是影响列车的制动时的纵向冲动的重要因素。列车缓解波速较制动波速传递慢，缓解列车制动时，前部车辆缓解，后部车辆仍处于制动，车钩处于拉伸状态产生车钩拉力。由于车钩的承拉能力远低于承压力，如车钩拉力过大，可能出现断钩。随着后部车辆开始缓解，后部车辆的速度又大于前部车辆的速度，列车会前拥。低速缓解时，由于闸瓦摩擦系数随着列车速度的降低而增大，各车辆的制动力差异增大，所以在低速制动时列车纵向冲击力加剧，所以断钩危险会更大。

从直观上讲，缓解时的列车纵向冲动是由于沿列车长度方向制动力缓解的差异性引起的，而这种差异的大小与缓解波速和制动缸的降压特性密切相关。对于一定的制动装置，其制动缸的降压特性可视为不变，缓解时列车的纵向冲动，与下列因素成正比：1.整列车的制动力下降速率；2.相邻车的制动力差。

当缓解波速很高时，相邻车的制动力差很小，列车的纵向冲动很小；当缓解波速很低时，整个列车的制动力下降速率很小，列车的纵向冲动也很小；当缓解波速在一定范围内变化时，缓解波速提高，导致项1增加、项2减少，综合影响使列车纵向冲动水平增加，由此说明，存在一个使列车纵向冲动最大的缓解波速—“临界缓解波速”。

缓解时列车最大车钩力水平与列车长度、重量、缓冲器性能、缓解波速、缓解前车钩状态、缓解时列车管减压量及缓解初速密切相关。列车最大车钩力随车钩初始间隙代数值的增加而减少；随缓解初速的增加而减少；随缓解时列车管减压量的增加而增加在列车操纵时，初始车钩状态很难人为调整，缓解波速又是制动系统固有的特性，所以只能通过改变缓解初速来控制列车最大车钩力。

5、结束语

重载列车缓解时，在制动设备完好的情况下，其冲动水平已经很高，因此重载列车的操纵必须从制定操纵规范、提高司机操纵水平和优化行车组织等多方面予以配合，并充分利用机车动力制动；另外需避免空、重车及不同类型车辆混编，据前苏联的重载运输经验，混编列车最大车钩力将增大20一40%。对新型车辆，建议从系统工程的角度出发，研究、设计车辆制动机的缓解特性、闸瓦特性以及车钩强度与缓冲器性能，以便有效地抑制过大冲击力的形成，确保重载列车的安全、正点开行。

参考文献

[1]铁路技术管理规程/中国铁路总公司-中国铁道出版社，2014

[2] 朔黄铁路万吨列车平稳操纵优化研究/张朝辉著.-成都：西南交通大学出版社，2017.1

[3] 铁路机车操作规则 中国铁路总公司-中国铁道出版社，TG/JW104-2012

作者简介：马锦华，男、1982.11.19汉族、陕西商洛、本科、助理工程师、研究方向：铁路运输。

（作者单位：国家能源集团朔黄铁路机辆分公司）