大饭铺至马栅铁路长大下坡道取值分析研究

车 燕

（铁道第三勘察设计院集团有限公司 运输规划处，天津 300251）

大饭铺至马栅铁路(简称大马铁路) 位于内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗境内[1]，北与准(格尔旗) 东(胜) 铁路接轨后与大(同) 准(格尔旗) 线、呼( 和浩特) 准(格尔旗) 线连通，南端直接与朔( 州) 准(格尔旗) 线贯通。线路起点为准东铁路大饭铺西线路所，沿线设西黑岱站、榆树塔站、碾子湾站、龙口站，最终引入朔准线上的马栅站，线路全长约 60km。该铁路项目主要为开发准格尔煤田南部矿区所修建，运煤专线沿线产生的煤炭部分经朔准线、北同蒲线、大(同) 秦(皇岛) 线去往秦皇岛港水运，另一部分经准东线、呼准线、集(宁) 包( 头) 线、集(宁) 张(家口) 线、张(家口) 唐(山) 线去往曹妃甸港水运，是大秦线、张唐线的煤运集运通道之一。

1 大马铁路运输组织方式分析

1.1 大马铁路煤运通道内各线概况

大马铁路煤炭外运通道内各线路限制坡度及牵引质量如表1 所示。

由表1 可知，大马铁路煤炭外运通道各线(除大秦线、北同蒲线外) 牵引质量多为 5 000 t、10 000 t。根据项目设计及运营情况，通道内各线开行的煤炭列车以组织 10 000 t、20 000 t 为主，限制坡度多为重车方向 6‰、轻车方向 12‰～14‰。

1.2 大马铁路运输组织方式

根据通道内各线概况，大马铁路运输组织分为组织 10 000 t 重载循环直达货物列车和组织 5 000 t直达货物列车 2种运输方案。以下分别从技术标准、运输组织、能力适应性等方面进行方案比选。

（1）技术标准协调性。大马铁路至曹妃甸港的煤炭通道中，准东、呼准、集包、张集、张唐等线均为 10 000 t 技术标准；大马铁路至秦皇岛港的运输通道中，连接的朔准线是大秦线集运系统的重要部分，为 10 000 t 技术标准；因此大马铁路牵引质量为 10 000 t 时，能与通道各线技术标准相协调；牵引质量为 5 000 t 时，与通道内各线技术标准的协调性较差。

（2）运输组织。大马铁路牵引质量为 10 000 t时，与通道内水运大宗运量牵引质量一致，运输组织简单灵活，运输效率高；大马铁路牵引质量为5 000 t 时，运营成本增大，运输效率低，与我国煤炭运输通道开行重载万吨及以上列车的趋势不符。

（3）能力适应性。①大马铁路牵引质量为10 000 t 时，通道内近期除朔准线、大秦线能力饱和外，其余各线能力可以满足需求；远期张集线能力接近饱和，朔准、北同蒲线则能力不足；②大马铁路牵引质量为 5 000 t 时，通道内近期朔准线、大秦线能力不足；远期通道内张集线、朔准线、北同蒲线、大秦线能力不足。

综上所述，为方便组织装车地至卸车地的煤炭直达运输，减少列车中途增减轴作业，提高运输效率，减少通道压力，大马铁路运输方案为开行 10 000 t 重载货物列车。

2 大马铁路限制坡度方案

大马铁路主要承担煤炭外运，以碾子湾站为分界，分别去往准东、朔准线，因而采用与相邻线路一致的限制坡度有利于实行机车长交路，提高运输质量，加速机车车辆的周转。目前，在国内生产的电力机车中，HXD系列可以在 6‰ 的坡度上牵引 4 000～7 000 t，既有 SS4系列机车可以牵引5 000 t。

表1 大马铁路煤炭外运通道坡度及牵引质量表

以节约投资、有利运输组织为原则，大马铁路重车方向推荐 6‰ 的限制坡度。碾子湾站至准东线区段，重车方向一路上坡，采用 6‰ 的限制坡度基本能适应地形，10 000 t 列车采用电力机车双机牵引；而碾子湾站至朔准线区段，重车方向地形连续下坡，形成长大下坡道，对列车制动及操纵控制要求很严，成为制约运行安全的关键因素。因此，需要从制动安全性角度分析合适的长大下坡道的坡度取值。

3 长大坡道坡度取值的计算方法

3.1 计算原则

由于重载列车的牵引质量大，当其在长大下坡道运行时，机车制动力相对薄弱，需依赖空气制动的周期进行制动调速。《 列车牵引计算规程 》( 简称《 牵规 》) 中规定“长大下坡道的牵引辆数受制动机充风时间和空走时间的限制”[2]。因此，合理的长大下坡道坡度取值需保证重载列车在下坡道运行进行周期制动时，缓解充风时间加制动空走时间小于(或等于) 列车从缓解初速至限速的时间，以保证制动安全。公式表达为

式中：tc为缓解充分时间，s；tk为制动空走时间，s；tz为缓解增速时间，s；t'k为缓解留闸时间，s。

3.2 副风缸再充风时间

《牵规》附录 K 指出货物列车制动机副风缸充风时间与编组辆数和减压量有关，还与列车管定压有关。《铁路技术管理规程》规定“长大下坡道区段及重载列车自动制动机主管压力由铁路局规定，报铁道部批准”[3]。

从全路重载列车运行情况分析，不少铁路局的长大下坡道区段运行的列车及重载列车的主管压力大部分为 600 kPa。但是，由于货物列车制动主管定压 600 kPa 存在弊端，建议主管定压恢复至 500 kPa[4-5]。因此，计算列车制动主管压力时采用定压 500 kPa，空气制动常用制动调速的减压量采用 100～120 kPa(对应常用制动系数约为 0.8)，10 000 t 重载列车的编组辆数约为100～126 辆。

不同编组辆数列车的副风缸充风时间如表2 所示。由于《 牵规 》对货物列车再充风时间只列到80 辆，大于 80 辆按曲线外延估算取值，带“ * ”号的数据采用内插法得到。

表2 不同编组货物列车再充风时间表 s

3.3 空走时间

货物列车常用制动空走时间采用下式计算。

式中：n 为牵引辆数；r 为列车管减压量，kPa；ix为列车所经过的下坡道加算坡度千分数(包括曲线折减)，下坡取负值。

3.4 列车在长大下坡道的增速时间

采用分析法，按速度间隔计算增速时间的公式为

式中：v1，v2为所取速度间隔的初速和末速(注意不能跨机车动力制动力特性曲线的拐点取速度间隔)，km/h；c 为该速度间隔内作用在列车上的单位合力(按速度间隔平均速度计算)，N/kN。

在列车使用动力制动运行时，单位合力的计算公式为

式中：w0为列车单位基本阻力，N/kN；bd为列车单位动力制动力，N/kN。

式中：Bd为机车动力制动力(按速度间隔平均速度取值)，kN。

3.5 缓解留闸时间

缓解留闸时间按制动空走时间和制动缸排风时间的比值拟定。当下坡道 ix<15‰ 时，t'k= 0.5 tk；当 ix≥15‰ 时，t'k= 0.25 tk。

4 计算实例

4.1 基础数据

以 SS4B型机车双机牵引的万吨重载列车为例，对 12‰ 以上的长大下坡道周期制动安全性进行分析。

4.1.1 编组形式

万吨重载列车按以下 2种形式进行编组，如表3 所示。

表3万吨重载列车编组形式表

4.1.2 货物列车制动限速值及最低缓解速度

本次检算最低缓解速度按《 机车操作规程 》[6]第二十四条规定，对重载列车按 30km/h考虑，货物列车在长大下坡道的制动限速值按《 铁路技术管理规程 》第二十条规定取值，具体如表4 所示。

表4 货物列车制动限速表

4.2 检算结果

下坡制动安全性分析结果如表5 所示。当减压量为 100 kPa 时，理论计算单元万吨列车能适应的最大下坡为 15‰，组合万吨列车则适应到 17‰；当减压量为 120 kPa 时，理论计算单元万吨列能适应的最大下坡为14‰，组合万吨列车则适应到 16‰。

表5 下坡制动安全性分析

综上所述，大马铁路采用 17‰ 的限制坡度，仅能开行组合万吨列车，运输模式单一；如果采用14‰ 的限制坡度，既可以开行单元万吨列车，也可以开行组合万吨列车，模式多样，运输组织灵活。

5 结论

从运输概况及运输组织分析，大马铁路为开行10 000 t 重载货物列车的运煤专线。从重载列车在长大下坡道运营安全的角度出发，以满足周期制动要求为前提，计算不同万吨列车编组形式适应的最大下坡道取值方案理论值。结合各种列车的运营需求，建议大马铁路重车方向长大下坡道取值最大不超过 14‰。

[1]新建铁路大路西至马栅线大饭铺西至马栅段可行性研究报告[R]. 天津：铁道第三勘察设计院集团有限公司，2012.

[2]中华人民共和国铁道部. TBT / T 1407-1998 列车牵引计算规程[S]. 北京：中国铁道出版社，1999.

[3]中华人民共和国铁道部. 铁路技术管理规程[S]. 北京：中国铁道出版社，2006.

[4]闫永平，王奇钟. 重在列车制动主管定压应恢复为500 kPa[J]. 铁道机车车辆，2008(2)：69-70.

[5]张中央，孙中央. 关于取消货物列车600 kPa 列车主管定压的建议[J]. 中国铁路，2000(12)：51-52.

[6]中华人民共和国铁道部. TG / JW 104-2012 机车操作规程[S]. 北京：中国铁道出版社，2000.