货物列车自动制动机主管压力执行标准研究*

冯振兴

(中国国家铁路集团有限公司 机辆部, 北京 100844)

解放初期至1957年，货物列车制动主管压力统一为500 kPa。1958年至1961年货物列车制动主管压力统一为600 kPa。1962年原铁道部决定将货物列车制动主管压力恢复为500 kPa，高坡、高速区段运行的货物列车，根据试验情况并报批后，制动主管压力可执行600 kPa。至此，货物列车制动主管压力500 kPa、600 kPa并存局面形成，并延续至今。

《铁路技术管理规程》(普速铁路部分)第261条规定：“旅客列车、特快及快速货物班列自动制动机主管压力为600 kPa；其他列车为500 kPa。长大下坡道区段货物列车及重载货物列车的自动制动机主管压力，由铁路局根据管内相关试验结果和列车实际操纵需要可提高至600 kPa”。[1]据此，万吨重载货物列车及在长大下坡道区段运行的货物列车主管压力大多采用600 kPa，其他货物列车主管压力大多采用500 kPa。在500 kPa、600 kPa主管压力变化站，机车换挂(乘务员换乘)时，需要人工进行转换，既增加了作业环节、延长了作业时间，更存在车辆“抱闸”运行的安全风险。[2]货物列车制动主管压力500 kPa、600 kPa能否统一以及统一至何种压力更加有利，至今没有一个统一的结论。

关于货物列车自动制动机主管压力执行标准问题，文献[3]从制动黏着、循环制动充风性能及紧急制动性能3方面，提出建议在统一制动主管定压时按500 kPa考虑；文献[4]等认为600 kPa制动主管定压在目前货物列车基础制动装置设计不变的情况下难于达到预期效果和作用，也和现阶段制动技术不相适应，从而将全铁路货物列车制动主管压力统一到500 kPa是比较科学合理的；文献[5]等对货物列车主管压力由600 kPa转换为500 kPa时部分车辆缓解不良的故障情况进行了调查，建议统一规定全路普通货物列车主管压力，或将其全部统一为500 kPa，或全部统一为 600 kPa。

1 统一制动主管压力执行标准的必要性

1.1 确保现实安全的需要

货物列车主管压力600 kPa 、500 kPa转换时，个别车辆制动不缓解的问题时有发生。车辆“抱闸”运行，或被拦停或擦伤车轮，严重时会发生脱轨甚至颠覆，严重危及行车安全。

1.2 打通运输节点的需要

《铁路技术管理规程》(普速铁路部分)第261条规定：“遇机车换挂需将自动制动机列车主管压力由600 kPa改为500 kPa时，摘机前应对列车主管实施一次170 kPa的最大减压量操作。”相应铁路局集团公司为确保制动货物列车主管压力600 kPa 、500 kPa转换后的运行安全，均制定了严格的操作规定和安全措施，延长了主管压力转换车站的作业时间，影响了运输效率。

1.3 统一技术标准的需要

由于货物列车主管压力并存，机车车辆设计制造标准、配套相关试验设备技术标准、作业人员作业标准等，均存在两种技术标准，既不能完全实现统一，更在一定程度上产生了成本、效率的浪费。

2 两种制动主管压力仿真与试验研究

2.1 不同定压下的列车运行时分仿真计算

根据《技规》第20表普通货车每辆换算闸瓦压力数值，得到货物列车每百吨列车质量换算闸瓦压力(考虑6%关门车)，查得分别按80 km/h运行和按90 km/h运行的限速值如图1、图2所示[6]。

图1 80 km/h限速值

图2 90 km/h限速值

由图2可知，不同定压值下，列车运行限速值不同。600 kPa定压下，货车起始限速坡道值大于同速度等级下500 kPa限速起始坡度值。据此结论，选择太中银线路进行长大下坡道研究和列车运行时分分析。根据线路的长大下坡道数据，采用牵引计算程序对典型交路进行运行时分仿真计算。

(1)线路条件

太中银线北六堡至迎水桥全长734 km，定边至银川南长183 km，途经线路分别归太原、西安、兰州铁路局管辖，其上行线坡道长度及占比为66.4 km/9.0%，下行线坡道长度及占比为25.0 km/3.4%，其长大下坡道及限速情况见表1。

表1 太中银线长大下坡道及限速

(2)工况选择

综合以上长大下坡道分布和机车运行交路情况，选择榆次(中鼎物流园K969.832)至定边(K1462.577)区间进行牵引计算。上行、下行方向运行均途经西安局、太原局全部长大坡道，列车编组为HXD1+4 500 t(C64K)。

(3)牵引计算结果

中鼎物流园至定边区间全长492.7 km，按最高速度90 km/h运行，计算结果见表2。

表2 太中银线区间运行时分计算结果

由表2可知，定压600 kPa与定压500 kPa相比，上、下行方向运行时分分别缩短246 s和84 s。

2.2 不同定压下的列车运行试验

为进一步研究货物列车制动主管500 kPa与600 kPa定压值对列车运行的影响，在西康线田王至柞水间对货物列车常用全制动停车及紧急制动停车两种工况进行了试验。

(1)运行试验编组

下行方向(田王至柞水)编组如下：

HXD 11178机车+SY 999300试验车+51辆货车。

上行方向(柞水至田王)编组如下：

HXD 11178机车+51辆货车+SY 999300试验车。

为了模拟列车在6%关门车下的制动距离，运行试验全程上下行均将第4、6和50位共计3辆货车(货车计数不包括试验车和机车)人为设置为关门车。

(2)测点布置及测试设备

本次试验共布置测点10个，测点布置与测试设备见表3所示。

表3 测点布置与测试设备

(3)常用全制动停车测试结果及分析

2种列车管定压共进行了长大下坡道和平道常用全制动停车共计8次试验，两种定压平道及坡道常用全制动试验位置基本一致，试验结果统计见表4所示。

表4 常用全制动停车试验结果统计

由表4可知：

平道常用全制动工况下，600 kPa定压时两次制动平均初速为79.9 km/h，平均制动距离为839 m；500 kPa定压时两次制动平均初速为79.4 km/h，平均制动距离为884 m。定压500 kPa比600 kPa平均值增加45 m，增加约5.4%。

坡道常用全制动工况下，600 kPa定压时两次制动平均初速为80.4 km/h，平均制动距离为1 215 m；500 kPa定压时两次制动平均初速为80.2 km/h，平均制动距离为1 330 m。定压500 kPa比600 kPa平均值增加115 m，增加约9.5%。

(4)紧急制动停车测试结果及分析

2种列车管定压共进行了长大下坡道和平道紧急制动停车共计8次试验，两种定压平道及坡道紧急制动试验位置基本一致，试验结果统计见表5所示。

由表5可知：

平道紧急制动工况下，600 kPa定压时两次制动平均初速为80.7 km/h，平均制动距离为673 m；500 kPa定压时两次制动平均初速为80.8 km/h，平均制动距离为758 m。定压500 kPa比600 kPa紧急制动距离平均值增加75 m，增加约11.1%。

表5 紧急制动停车试验结果统计

坡道紧急制动工况下，600 kPa定压时两次制动平均初速为80.2 km/h，平均制动距离为725 m，与限值800 m相比安全余量为10%；500 kPa定压时两次制动平均初速为80.6 km/h，平均制动距离为791m，与限值800 m相比安全余量为1%。定压500 kPa比600 kPa紧急制动距离平均值增加66 m，增加约9.1%。

可见，定压600 kPa较500 kPa时紧急制动距离更短，安全余量更大。

3 两种制动主管压力对列车运行影响及统一方案分析

由于制动主管压力500 kPa、600 kPa在充风时间、制动缸压力等制动特性上的不同，使货物列车在制动距离、百吨换算闸瓦压力、制动限速、列车操纵等运用上也体现出一定的差异。货物列车统一采用何种制动主管压力需要综合考虑各种因素的影响[7]。

3.1 制动主管压力统一至500 kPa可行性

根据货车设计计算及相关线路试验结果，货物列车制动主管压力500 kPa满足制动距离要求。国铁I级线路(普速)的最大限制坡道为12‰(内燃)和15‰(电力)，货物列车按最高速度80 km/h运行基本没有限制，若按最高速度90 km/h在5‰及以上的下坡道时需要限速运行。由于列车运行时分受到线路限速、分相、坡道等多重因素制约，相对于制动主管压力600 kPa的货物列车，坡道限速对列车运行时分影响很小。将货物列车制动主管压力统一至500 kPa具有一定的可行性。

货物列车制动主管压力统一采用500 kPa目前仍然存在现实性问题需要解决。大秦、瓦日、唐呼等重载线路及宝成、太焦等高坡线路，自开通以来，货物列车制动主管压力始终为600 kPa，经过了一系列的运行试验及理论研究，也经过了多年的时间验证，形成了成套的、成熟的技术体系和理论体系，如将其制动主管压力统一至500 kPa，势必要经过大量的试验和研究。若货物列车制动主管压力统一采用500 kPa、重载线路及高坡线路采用600 kPa，主管压力500 kPa、600 kPa并存的局面仍然会在相当长的时间内存在，制动主管压力转换带来的列车“抱闸”运行等安全风险仍无法彻底消除，影响运输效率的问题仍然存在[8]。

3.2 制动主管压力统一至600 kPa可行性

通过前述分析可以看出，制动主管压力600 kPa的货物列车制动能力、运输效率等方面，均能满足运输安全生产需求，已有部分铁路局集团公司将管内货物列车制动主管压力统一至600 kPa。将货物列车制动主管压力统一至600 kPa同样具有一定的可行性[9]。

目前，从理论分析和运用实践来看，货物列车采用主管定压600 kPa有3个问题需要深入研究：

(1)相对于制动主管压力500 kPa的货物列车，制动主管压力600 kPa的货物列车初充风时间较长，是否对运输效率造成影响仍需研究。

(2)制动主管压力600 kPa相对于500 kPa，车辆制动系统压力更高，在环境温度较低的情况下，特别是在东北、西北的冬季，车辆制动系统泄漏的概率可能会增加。

(3)制动主管压力600 kPa相对于500 kPa，大减压量特别是紧急制动工况下，轮轨关系还需进一步深入研究。

3.3 制动主管压力执行标准建议

(1)制动主管压力统一至600 kPa

综合考虑制动主管压力500 kPa、600 kPa利与弊，建议将货物列车主管压力统一至600 kPa。

①更有利于确保行车安全。在全制动、紧急制动时，制动主管压力600 kPa相对于500 kPa，制动距离更短，能够在紧急情况下，留给司机更多的反应及处置时间，对确保行车安全极为有利；能够彻底消除制动主管压力600 kPa、500 kPa转换地点及编组站等枢纽地区调车作业中，因制动主管压力转化带来的安全风险。

②更有利于提高运输效率。目前，快速货物班列运行速度120 km/h，大部分货物列车运行速度80 km/h，部分区段货物列车提速至90 km/h运行。在当前的货物列车运行速度体系下，制动主管压力500 kPa、600 kPa对列车运行时分的影响较小，但制动主管压力600 kPa的货物列车在每百吨列车质量换算闸瓦压力与坡道、速度的关系中，具有更大的优势，可以为货物列车提速预留更大的空间，从铁路运输发展的长远来看是有利的。

③更有利于统一技术标准。当前，旅客列车、特快及快速货物班列制动主管压力为600 kPa，其他列车制动主管压力500 kPa、600 kPa并存。货物列车制动主管压力统一600 kPa后，我国所有列车制动主管压力将实现真正意义上的统一，在机车车辆设计制造标准、配套相关试验设备技术标准、作业人员作业标准等方面实现简统。

(2)制动主管压力统一至600 kPa保障措施

制动主管压力600 kPa相对于500 kPa列车初充风时间长，多发生在列车产生紧急制动、货车解体保留等制动主管压力为零的情况下，此类场景属小概率事件，对运输效率也无太大影响。

①深入研究车辆制动系统密封性与制动主管压力、环境温度、使用年限的关系。在既有的技术设备条件下，可考虑在环境温度达到一定值的前提下，适当放宽“列车制动主管的压力1 min内泄漏不得超过20 kPa”的限制，哈尔滨局集团公司已有先例。

②深入研究货物列车允许开车的制动主管最低压力。理论上，列车全列缓解即可启动列车，一方面可提高运输效率，另一方面也可降低人为关闭列车管折角塞门导致列车放飏的可能性。货物列车允许开车的制动主管最低压力，应综合考虑列车编组、线路条件、列车调速时机等因素确定，不能一概而论。

③深入研究车辆车轮擦伤的深层次原因及其与货物列车制动主管压力的关系。结合列车运行速度、机车工况、制动力、机车车辆技术状态、天气条件等情况，建立模型，开展大数据分析，查找车辆车轮擦伤的规律性因素，研究车辆车轮擦伤与货物列车制动主管压力的关联性，以便采取针对性措施。

4 结束语

统一货物列车制动主管压力执行标准非常必要，也尤为迫切。客观上讲，货物列车制动主管压力统一至500 kPa或600 kPa均具有可行性，按照趋利避害的原则，统一至600 kPa更为有利。货物列车制动主管压力统一至600 kPa后，还应在一段时间内，持续对相关情况进行写实分析，开展基础性、应用性系列研究及试验，针对运用中暴露出的问题，制定针对性整治措施，确保统一货物列车制动主管压力执行标准平稳过渡，持续安全。