环行铁道试验基地冲击试验线技术标准研究

摘  要：在调研分析国内外主要冲击试验线技术标准的基础上，结合铁路车辆冲击试验需求和环行铁道试验基地地形条件，提出了环行试验基地冲击试验线的技术标准即最高冲击速度35km/h，坡道坡度170‰，坡道高度7.65m，坡道长度45m，冲击试验线有效长245m等主要技术标准。

关键词：环行铁道试验基地;冲击试验线;主要技术标准;最高冲击速度;坡度

中图分类号：U212.3   文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）06-0000-00

在国民经济快速发展的带动下，我国铁路营业里程达到13.9万公里，铁路货车重载提速技术取得了长足发展，轴重27t、30t的新型货车已在大秦、瓦日等重载铁路上应用。随着我国铁路货物列车编组总重辆的增加和运行速度的提高，货物列车车辆之间的冲击振动也在逐渐加剧。冲击试验线是开展货物车辆间的冲击振动、车辆结构强度等研究的理想试验平台。因此，依托环行铁道试验基地建设冲击试验线，对保证铁路运输的安全、提高编组作业效率等具有重要意义。

冲击试验线应具备铁路车辆的冲击试验，车钩及缓冲器的性能试验，各种货物的装车冲击试验，货物的包装、加固试验，零部件的抗冲击振动和强度试验，车辆溜放阻力试验等功能。本文在参考国内外主要冲击试验线技术标准的基础上，结合铁路车辆冲击试验等需求和环行铁道试验基地地形条件，研究确定冲击试验线的坡道高度、坡道长度、坡度、冲击线有效长、最高冲击速度等主要技术标准，为试验基地建设冲击试验线提供技术支撑。

1 国内外冲击试验线主要参数

通过调研分析，总结国内外冲击试验线的主要技术参数如表1所示。为研究确定环行铁道试验基地冲击试验线的主要技术标准提供参考依据。

2 冲击试验线主要技术标准研究

冲击试验线由一段坡道和一段平直道的铁路线路组成，主要用于开展铁路各种型号车钩和缓冲器的强度、振动等性能试验，各型铁路货物车辆的冲击性能试验和溜放阻力试验，各种类型货物装车后货物与车辆间的冲击试验，货物包装和加固方式的性能试验，以及零部件的抗振和强度试验等。在参考国内外主要冲击试验线技术标准的基础上，结合铁路车辆冲击试验等需求和环行铁道试验基地地形条件，研究确定冲击试验线的最高冲击速度，坡道的坡度、高度和长度以及冲击线有效长等主要技术标准。

2.1试验车辆的长度和重量

铁路冲击试验的试验车辆主要是铁路货物车辆。我国铁路主要货物车辆的长度和重量情况如表2所示。

随着世界铁路货物运输和重载铁路技术的不断发展，货运车辆轴重也在不断提升。目前美国、加拿大、澳大利亚、巴西等国家的货物列车普遍采用324kN轴重，美国部分重载铁路最大轴重为357kN，澳大利亚FMG铁路公司管理的矿区与海德兰港铁路的轴重已达400kN。我国重载铁路正逐步向轴重300kN发展，瓦日铁路设计轴重为300kN，并形成了我国轴重300kN重载铁路成套技术。

我国通用货车主要是4D轴车辆或4E轴车辆，最大长度约18.5m。

冲击试验线是用于开展货车车辆的冲击试验的平台。结合我国货运铁路主要运输煤炭的实际情况，综合考虑国内外货运铁路的发展现状与趋势，确定试验基地冲击试验线试验车的最大重量为160t，最大长度为20m。

2.2最高冲击速度

根据我国铁路编组场的统计数据，编组作业时货物车辆的连挂速度一般要求控制在5km/h以下，特殊情况会达到7～9km/h。在国外，每个国家的关于车辆连挂速度的规定差别比较大，一般要求不超过8km/h。

冲击试验时，使车辆达到破坏是决定最高冲击速度的主要因素。尽管国内外铁路编组场的货物车辆连挂速度比较低，但考虑到科学试验需要和今后的发展，冲击试验的最高冲击速度不应过低;同时如果最高冲击速度过高，会增加冲击试验线的建设难度和工程投资。

国外冲击试验线在研究确定最高冲击速度时，一般按照货物车辆编组时连挂速度的3～4倍计算。从表2中可看出，大部分冲击试验线的最高冲击速度都控制在30～40km/h之间。因此，参考国内外冲击试验线的最高冲击速度，结合试验需要，并考虑一定的预留，试验基地冲击试验线单车冲击的最高冲击速度为35km/h。

2.3 沖击点位置

铁路货物车辆开展冲击试验时，车辆的碰撞必须发生在同一平面，即冲击试验车从坡道上溜放下来后，必须全部进入平直道后才能与被冲击车碰撞。试验基地冲击试验线冲击试验车的最大长度为20m，因此，确定冲击点位置距离坡底最小距离为20m。

2.4坡道的坡度、高度和长度

（1）坡道的坡度大小对坡道的长度和牵引卷扬设备的牵引能力影响较大。为了获取最高冲击速度，坡度越大，坡道长度会越短，但卷扬设备的牵引能力会增大，因此需要综合考虑各方面因素，确定冲击试验线坡道的坡度。

参考国内外冲击试验线的坡度，综合考虑环行铁道试验基地的现场地形条件、工程投资、施工难易度等因素，选取170‰的坡度，以缩短坡道长度。同时，根据《铁路车站及枢纽设计规范》（TB10099—2017）中关于驼峰线路纵断面的有关规定，冲击试验线纵断面竖曲线取250m。

（1）

（2）坡道的高度由最高冲击速度计算确定。计算条件是1辆重160t、长20m的货物车辆，自坡道最高位置到达冲击点时需要获得35km/h的冲击速度。坡道高度采用编组场驼峰高度的计算方法，按照公式（1）确定：

式中：H为坡道的高度，m;v为最高冲击速度，取9.72m/s（即35km/h）;g'为考虑了车轮回转惯量的重力加速度，按照空车考虑，取9.0m/s;i为坡道的坡度，取170‰;L为冲击试验车的长度，取20m;L为冲击车自坡道最高位置至冲击点间的流放距离，L=88m;"为冲击车辆单位重量基本阻力系数，按照空车在冬季条件下考虑，取4.2;L为牵引小车的长度，取3.4m。

沖击试验一般情况是在风速较小的环境下开展，由于最高冲击速度只有35km/h，车速较低，因此计算坡道高度时忽略风阻力和空气阻力的影响。将上述参数代入坡道高度计算公式，得出最高冲击速度为35km/h、坡度为170‰时，冲击试验线坡道的高度为7.809m。以上计算是按照最不利情况组合得出的结果，建议设计时坡道的高度取7.65m。

（3）坡道的坡道长度取决于坡道的高度和坡度，当坡道的高度和坡度确定后，坡道的坡道长度也就确定了。坡道的坡道长度按照公式（2）计算确定。

式中，L为坡道长度;h为坡道的高度，取7.65m;i为坡道的坡度，为170‰。计算可得坡道的坡道长度为45m。

2.5 冲击试验线有效线长

冲击试验线是由一段坡道和一段平直道的铁路线路组成。因此，冲试试验线有效线长主要包括坡道的坡道长度和平直道的长度。

冲击试验线的平直道主要是用于停放被冲击货车车辆，以及被撞击后的车辆的滑行距离。参考国内外主要冲击试验线的经验，并结合环行试验基地的地形条件，确定平直道长度按照200m设计。因此，冲击试验线的有效长度取245m。

2.6 牵引卷扬设备的牵引能力

牵引卷扬设备的牵引能力主要由牵引力和牵引速度决定。坡道的坡度、试验车辆的重量和车辆的气动阻力是确定牵引力大小的主要因素，而牵引速度的快慢则会影响冲击试验的整体效率。因此，需要综合考虑各方面的因素，研究确定牵引装置的牵引能力。

试验基地冲击试验线的坡道坡度为170‰，试验车辆最大重量为160t，由此计算得到牵引卷扬设备的启动牵引力不应低于297kN。根据调研，国内牵引卷扬设备的牵引力为297kN时，牵引绳速平均为0.3m/s，能够满足试验需要。因此，按照同时牵引3辆160t重的试验车辆考虑，确定牵引卷扬设备的牵引力为900kN，平均牵引速度为0.15m/s。

2.7 测量记录的冲击动态参数

我国关于冲击试验的标准主要有三个，分别是TB/T 1335—1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》、TB/T 2369—2010《铁道车辆冲击试验方法》、TB/T 1961—2006《机车车辆缓冲器》。由于三个标准制定时间跨度较大，在试验方法的规定、动态信号采集系统的技术要求、信号采集要求、信号处理要求等方面略存差异。根据试验需求和现状情况，测量记录的冲击动态参数主要包括车钩冲击力、冲击速度、冲击加速度，以及缓冲器动应力和位移。

3 结论和建议

冲击试验线是开展货车结构轻度、货物装载加固等科学研究的重要支撑平台。本文在调研分析国内外主要冲击试验线技术标准的基础上，结合铁路车辆冲击试验等需求和环行铁道试验基地地形条件，研究确定冲击试验线的主要技术标准为：试验车的最大重量为160t，最大长度为20m;成组冲击时试验车的数量取3辆;最高冲击速度35km/h;冲击点位置距离坡底最小距离为20m;坡道的坡度170‰，坡道的高度7.65m，坡道的坡道长度45m;冲击试验线有效长度245m。

建议冲击试验线的平道上设置一定曲线半径的曲线，以开展车辆冲击后曲线脱轨稳定性方面的试验研究。

参考文献

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[6]王春山，金星，刘宏友，等.铁路货车纵向冲击特性[M].北京：中国铁道出版社，2016.

收稿日期：2020-05-12

基金项目：中国铁道科学研究院集团有限公司基金课题（2019YJ172）

作者简介：闫晓春（1984—），男，河北宣化人，本科，高级工程师，研究方向：铁道工务。身份证号：130721198401305119。

Research on the Main Technique Standard for Impact Test Line in Loop Test Line of CARS

YAN Xiaochun

（National Railway Track Center， China Academy of Railway Sciences Group Co. Ltd，   Beijing   100015）

Abstract： Based on the survey and analysis of major domestic and foreign Impact Test Line technical standards， this paper investigated the main technique standard of Impact Test Line， in accordance with Impact test requirements for railway vehicles and the actual situation of Loop Test Line. The results recommend 35km/h of maximum impact speed， restricted slope of 170‰， slope height of 7.65m and slope length of 45m，the effective length of the impact test line is 245m..

Key words：loop Test Line;impact Test Line; main technique standard; maximum impact speed; ruling slope