淺談2萬t列車長波浪制動的風險及對策

文/賀大兵

1 朔黃鐵路基本情況

朔黃鐵路西起山西省神池縣神池南站，東至河北省黃驊市黃驊港站，正線總長近598 公里，為國家I 級干線、雙線電氣化重載鐵路。朔黃鐵路地形復雜，自西向東，海拔高度差達1527m，重車線最大上坡道為4‰、最大下坡道為12‰，最小曲線半徑400m。西柏坡以西主要為山區鐵路，上下行正線曲線369 條，總延長189.99km，其中R400m≦L≦R800m 曲線223 條，總延長129.26km；橋梁133 座，總延長28.07km；隧道77 座，總延長266.37km。西柏坡以東相對平緩，朔黃鐵路2 萬t 列車編組方式為：1 臺HXD1 型交流機車+108 輛C80/C80B 型車輛+1 臺HXD1 型交流機車+108 輛C80/C80B 型車輛+可控列尾，基于LTE-R4G 無線網絡平臺并搭載TD-LTE 無線重聯設備。截至2020年6月30日，2 萬t 列車上行重車累計開行29000余列，完成煤炭運輸5.01 億噸，日均開行2 萬t列車32～38 對。

2 2 萬t 列車操縱原則及風險

2.1 2 萬t 列車長大下坡道操縱基本原則

實踐證明，2 萬t 列車在緩解后18～50s之間，從控機車將產生較大的車鉤力，特別是整列處于長大下坡道或整列處于平原起伏區段緩解后，從控機車的車鉤力更加明顯（試驗表明：同編組列車制動試驗 19 次，其中11 次出現大于1000kN 車鉤力，占比約58%，最大拉鉤力為1358kN，最大壓鉤力為1429kN）?；谏鲜鲈?，朔黃線2 萬t 列車在神池南—原平南、南灣—西柏坡兩個長大下坡道區段采用“長波浪”制動法，盡可能延長制動距離，減少制動次數。

2.2 長波浪制動的風險

“長波浪”制動法雖然延長了列車制動距離，減少制動次數，有效降低了列車緩解時產生的車鉤力，但是朔黃線神池南—原平南、南灣—小覺兩個長大下坡道區段仍然存在停不住以及停車后自然溜動的隱患。針對低速運行停不住的現象，如果采用追加減壓措施，易發生“撞墻效應”。

3 列車受力分析

3.1 典型案例

2018 年5月20日，主控HXD17008 機車、從控HXD17188 機車，擔當神池南至肅寧北間28566 次牽引任務，牽引216 輛，總重21600t，換長237.6m。因接收綠黃燈信號司機采用初減壓制動，停于龍宮至北大牛間57.973km 處，停車3 分25 秒后列車發生了自然溜動現象。數據記錄：20 時02 分10 秒，時速39km/h，44.637km 處常用減壓40kPa（滿壓590kPa）；20時13 分26 秒，時速度49km/h 機車接收綠黃燈信號，機車再生力逐步加至400kN；20 時22 分08 秒，停于57.973km 處（地面590#信號機紅燈），停車后列車管壓力為550kPa，機車閘缸壓力為300kPa；20 時25 分33 秒，同等狀態下，列車向前溜動，最高速度1km/h，司機立即采取追加減壓措施；20 時26 分，停于57.994km 處，向前共計運行了21m[1]。

3.2 案例分析

列車停留位置線路縱斷面為-11‰L475m、-12‰L800m、-11.5‰L550m、-10.5‰L858m。編組216 輛C80 車體，總重21600t，HXD1 型機車自重200t。

3.2.1 列車制動力及“下滑力”

經計算，加算坡度千分數(ij)為11.3；列車速度0km/h 時的“下滑力”為1678kN；列車速度5km/h 的下滑力為2229kN；減壓50kPa，列車速度0km/h 時的制動為2365kN，列車速度5km/h 的制動力為2292kN。

依據《牽規》：25t 軸重重載貨物列車裝有120 型制動機及高磨合成閘瓦，列車主管壓力為600kPa 時，每輛車換算閘瓦壓力(Kh)為200kN，列車管減壓50kPa 的常用制動系數（βc）為0.17。

10.95×216≈2365kN——（減壓50kPa，速度0km/h）

10.61×216≈2292kN——（減壓50kPa，速度5km/h）

3.2.2 列尾及BCU 數據（見表1）

通過“表1”得知：28566 次列車實際減壓49kPa，機車列車管壓力和尾部車輛列車管壓力同步下降，未出現壓力波動現象，未見主控或從控機車瞬間充風現象。

3.2.3 神池南至北大牛間循環制動數據（見表2）

通過“表2”得知：列車在神池南站始發時，車輛尾部壓力為601kPa，達到了“滿壓”狀態。之后的循環制動過程中列車尾部壓力逐漸衰減，最低586kPa，其主要原因是：“該區段是連續長大下坡道，受緩解速度不低于35km/h、制度初速不高于65km/h 及再生力不超過400kN的限制”，列車充風空間有限。隨著列車尾部壓力的衰減，列車制動效率降低，相同減壓量下所獲得的制動力也隨之降低。

表1 28566 次列車溜動前后的BCU 及列尾數據記錄

表2 28566 次列車神池南-北大牛間循環制動列尾數據記錄

3.2.4 結論

2 萬t 列車運行在加算坡度為11.3‰的長大下坡道，時速5km/h 時的“下滑力”為2229kN。由于循環制動過程中列車制動力逐漸衰減，減壓50kPa 所獲得的制動力遠遠小于理論計算值2292kN，實際制動力小于“下滑力”，列車呈加速狀態。為了防止列車超速，機車投入一定的再生力（最大400kN，主從控機車合計800kN），再生力一方面壓縮車輛緩沖器，另一方面與列車制動力一同克服了“下滑力”，控制列車呈降速狀態。當列車速度降至5km/h，機車再生力解除（HXD1 型交流機車控制特性表明，速度小于5km/h 時再生力自動解除），制動力難以克服“下滑力”，導致列車低速長時間運行，出現停不住的現象。列車在制動停車的過程中，由于前部車輛制動力較后部車輛大，前部車輛先于后部車輛停車，之后在后部車輛向前“涌動力”、車輛緩沖器“釋放力”及整列車“下滑力”的共同作用下，克服了列車制動力，導致列車停車后發生自動溜動現象。

4 長波浪制動的對策

4.1 選擇合適的時機追加減壓

2 萬t 列車運行在長大下坡道區段，遇信號、機車等設備故障導致的被迫停車時，掌握列車速度在20km/h 以上時追加減壓至70kPa（計算制動力為5151kN），防止“撞墻效應”的發生。停車20 分鐘后仍不具備發車條件，立即追加減壓至100kPa，防止列車溜逸。

4.2 減壓不足70kPa 嚴禁離開司機室

2 萬t 列車運行在長大下坡道區段，遇停車緩風、列車追蹤等信號、即停即開的情況時，停車后乘務員嚴禁離開司機室，密切注意列車動態，發現列車有溜逸跡象時果斷采取追加減壓措施；遇紅燈停車時，嚴禁停于距信號200m 范圍以內；減壓不足70kPa 嚴禁檢查機車走行部；檢查鉤緩裝置時，密切注意本列及鄰線列車動態，避免趴在或緊貼機車、車輛下部作業，防止列車自然溜動造成人身傷害[2]。

5 結語

自2016年3月9日以來，朔黃線累計開行上行2 萬t 列車29000 余列。雖然積累了一些操縱方面的經驗，但是還有很多沒有意識到或是未能有效控制的風險，如：列車處在什么樣的線路縱段面才能有效降低緩解后產生的車鉤力、如何解決帶閘過分相過程中從控機車產生的較大車鉤力及長大下坡道區段列車制動力衰減所帶來的潛在風險等。2 萬t 列車運行安全關乎朔黃鐵路運輸的長治久安，有待進一步研究和探索，不斷挖掘風險、分析緣由、制定管控措施，將2 萬t 列車安全風險降低至可承受范圍內。