铁路驼峰调车场尾部停车防溜分析及停车器布置仿真研究

王哲尧

(中国铁道科学研究院 研究生部，北京 100081)

随着我国铁路驼峰溜放作业综合自动化技术的发展，驼峰调车场尾部停车防溜作业自动化程度得到大幅度提高，我国铁路编组站整体装备技术处于世界领先水平。但是，由于调车场溜放车组受停车设备、线路坡度等各类因素影响，尾部停车防溜效果仍有待提升，同时尾部停车器布置方案在设计规范上还有所欠缺。为此，通过仿真技术，改变尾部停车防溜设备布置方案，让勾车在仿真平台上溜放，以更好地为尾部停车防溜设备布置方案提供技术支持。

1 铁路驼峰调车场尾部停车防溜现状分析

1.1 驼峰调车场尾部停车防溜设备布置现状

《铁路驼峰及调车场设计规范》规定，调车场尾部主要编组直达、直通和区段等列车的线束，应在尾部平坡或反坡段设停车器或停车顶[1-2]。调车场尾部的停车器布置必须具备停车和防溜2种功能。停车是指无论勾车大小、溜放速度、钩位状态，均需在该段区域内安全停车，如果溜出将意味着车辆进入尾部警冲标防护区，造成事故隐患。防溜是指无论气象条件如何、勾车连续冲撞次数多少，必须将勾车最前端的位置控制在安全范围之内。通常尾部停车器的布置有“1 + 1”(即前后各1组停车器的方式)和“2 + 1”(即前面2组停车器，后面1组停车器) 2种方案。编尾停车器布置方案如图1所示。

为保障安全，避免大车组溜出停车区，需要在最后一台停车器和道岔警冲标之间安装防溜器或人工铁鞋，进一步保障编尾停车防溜的安全性。

图1 编尾停车器布置方案Fig.1 The arrangements of tail-end stopping-device

一般来说，每台停车器的制动能高约为0.25 ～0.35 m之间(约为192 ～ 269 kJ)，每辆总重80 t的货车以5 km/h速度溜行时动能为78 kJ，与一台停车器的制动能高相当。停车器长度约为4.8 ～ 7.2 m，车辆内轴距约为6.95 ～ 10.27 m，因此，设一台停车器时，制动过程中停车器位于内轴距位置时将处于无制动状态，连续多勾车冲撞时勾车将不断前行，最终造成勾车溜出停车器区域，存在安全隐患。当采用2 + 1布置方案时，前组停车器的全长可达10 ～ 12 m，停车器可始终处于制动作用状态，效果明显好于1 + 1方案[3]。根据现场测试，停车器1 + 1方案大多数需要人工防护，2 + 1方案很少需要人工防护，但这种方案依旧存在少数勾车溜出停车器所在位置的情况。

1.2 驼峰调车场尾部停车防溜存在问题

目前驼峰调车场尾部停车防溜存在以下问题[4]：①勾车溜放不足，如果勾车溜放存在不足，无法进入到停车器所在区域。②“拳头钩”问题。后面溜放的勾车与停在前面的勾车无法相连，前面勾车因为惯性运动而发车溜逸。③调车场调速设备制动能力不足。溜放勾车速度较大，调车场尾部调速设备制动能力不足以使勾车停下。④停车防溜设备制动能力不足或失控。在调车场尾部停留的车辆由于受到外界干扰而脱离停车设备控制，甚至进入其他线路上，进而发生勾车溜逸事故。

停车器和停车顶是实现调车场尾部自动控制的必要设备，但在实际工作中，依然存在由于溜放勾车速度太高或是由于尾部停车防溜设备制动性能不足，导致停车防溜设备的制动能力无法满足实际需要，出现溜放勾车超速连挂、勾车越过尾部停车器甚至溜逸现象。因此，许多驼峰调车场不得不在编尾增设人工铁鞋[5]，当紧急情况发生时，可以利用铁鞋防溜，避免勾车溜逸事故的发生。调车场尾部防溜人机共存，造成编组站运营成本增加。

因此，目前调车场尾部的主要问题是停车防溜设备能力不足发生车辆“溜逸”，其次是编尾依然依赖于人工铁鞋的防护[6]。

2 铁路驼峰车辆溜放仿真技术

仿真技术广泛应用于各种应用技术

和研究领域，特别是在工程应用、工程设计方面发挥着重要作用。在工程应用方面，仿真技术用于检查设计、检验效果、优化过程在工程设计中仿真技术的应用几乎无处不在，既发挥辅助作用，也发挥指导作用。驼峰车辆溜放仿真技术，主要应用于驼峰及调车场平纵断面设计、调速设备布置、控制过程优化、溜放安全评估、调速设备研发等方面。

2.1 停车防溜系统设计和检算

驼峰及调车场的运用环境是随机性很强的自然环境，在不同气温条件下，车辆的溜放状态和阻力差别较大，风的变化也带来走行阻力的差异。此外，驼峰车辆类型、勾车辆数、车辆载重等参数也具有随机变化的特性。驼峰调车场停车防溜仿真技术提供了适宜的技术手段，通过溜放仿真，可以准确给出各种车辆在不同位置的速度，可以检验停车防溜效果，为编尾防溜系统设计提供数据支持，也为驼峰调车场防溜设计提供决策依据。

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2.2 驼峰及调车场调速设备计算

驼峰溜放仿真技术可以提供各种条件下的调速设备能力检算，评估控制的可靠性，辅助设计人员判断设备数量是否合理、车辆走行是否到位、纵断面设计与调速设备配置是否协调、编尾停车防溜设备制动能力是否满足需要、是否存在驼峰的安全条件等，通过仿真能够提出准确的评判数据，为设计决策提供可靠的数据支撑。

2.3 溜放效果评估

驼峰溜放仿真技术可以提供各种条件下的驼峰运用仿真，仿真中各种条件可以采用特定或随机的数据，在一定程度上扩展了驼峰运用评估的范围，使评估条件更为贴近实际、贴近运营，仿真结果更为真实、更为合理。例如，可以根据驼峰勾车辆数分布、车辆载重分布、调车线溜车数量分布、减速器控制误差分布、车辆溜放阻力分布等随机条件，进行驼峰溜放过程仿真和调车场连挂与防溜仿真，通过仿真提出更加准确的驼峰溜放效率、能力、安全连挂率、编尾防溜效果等统计数据，通过仿真数据评估系统设计、设备布置、运用效果，而这种评估数据是其他任何方法难以提供的。

2.4 研究试验和标准化设计

利用驼峰溜放仿真技术的快速计算、多方案比选、多因素试验验证等功能和特点，可以进行大量仿真试验，通过仿真数据提出设计的关键参数。例如，在编尾停车防溜系统设计时，可以根据具体条件提出停车器布置方案，包括停车器位置、布置数量、停车器间隔、防溜逸设备等，并通过仿真评估运用效果。在标准化设计研究中，根据一般性设计条件，提出标准的设计方案，为设计规范提供技术支撑。

2.5 驼峰调车场车辆连挂及尾部停车防溜仿真系统

驼峰调车场车辆连挂及尾部停车防溜仿真系统主要用于调车场调速设备与尾部停车防溜设备的设计评估。仿真基本数据包括线路数据、减速顶数据、停车器数据和车辆数据。仿真流程包括数据输入编辑、溜放计算、防溜结果分析与输出等步骤。通过调车场防溜仿真，可以实现3个作用：①判别线路上减速顶的布设数量是否达到有效控制车辆运行；②判定停车器安装的位置和数量能否实现可靠停车；③编尾防溜设备是否有效防止车辆溜逸。驼峰调车场车辆连挂及尾部停车防溜仿真系统模拟界面如图2所示。

图2 驼峰调车场车辆连挂及尾部停车防溜仿真系统模拟界面Fig.2 Simulation interface of vehicle suspension and tail stopping and anti-running simulation system in hump shunting yard

3 不同停车器间隔下停车防溜效果比较

目前，驼峰调车场尾部停车器布置方案仍旧缺乏规范的设计标准[7]。在停车器布置方案的诸多变化因素中，停车器间隔的不同往往会在一定程度上影响停车防溜效果，而对于编尾停车器间隔的研究却很少。利用驼峰调车场车辆连挂及尾部停车防溜仿真系统研究编尾停车器间隔对停车防溜效果的影响，不仅可以节约时间和成本，还可以对实验数据进行统计分析，进而得出所需结论[8]。通过仿真实验选取停车器“2 + 1”布置方案，针对前

2组停车器不同间隔下勾车溜放情况进行探究，找到停车位置随停车器间隔变化的规律，为驼峰调车场尾部防溜设备布局提供参考依据。

3.1 线路有效长850 m停车器间隔对停车防溜效果的影响

3.1.1 线路情况及勾车参数

表1 调车场尾部停车器不同间隔仿真勾车数据(线路有效长850 m)Tab.1 Simulation of hook-up data at different intervals of stopping-device in hump shunting yard tail (the effective length of the line is 850 m)

3.1.2 停车防溜设备

停车器采用“2 + 1”布置方式进行模拟仿真，以减速器出口位置作为基点，其中第1台停车器入口位置730 m，出口位置734.8 m，制动能高0.25 m；第1台停车器位置保持不变，其他停车器按照停车器间隔的变化安装在相应的位置，第2台、第3台停车器间隔50 m。

尾部第1台防溜器(铁鞋)布设在820 m，摩擦系数0.15；第2台防溜器(铁鞋)布设在823 m，摩擦系数0.15；脱鞋器位置843 m。

3.1.3 仿真结果

通过相关参数调整，模拟了到发线有效长850 m，前2组停车器间隔距离从1 m至10 m情况下不同尾部坡度(-1‰和0‰)，以及不同勾车连挂方案下的勾车溜放最远距离变化情况。前2组停车器间隔距离与车辆溜放最远距离关系(线路有效长850 m)如图3所示。从模拟结果看，一是由于尾部反坡作用，尾部坡度为0‰时的勾车溜放最远距离大于尾部坡度为-1‰的方案；二是前2组停车器间隔距离越小停车防溜效果越好，在尾部平坡或反坡情况下勾车溜放距离逐渐减小，但到发线有效长利用率降低。

3.2 线路有效长1 050 m停车器间隔对停车防溜效果的影响

3.2.1 线路情况及勾车参数

对于有效长1 050 m的调车场线路，尾坡选取0‰和-1‰ (正值为下坡，负值为上坡)作为试验线路。线路设置减速顶264台，制动功按850 J/轮次计算。引入调车场尾部停车器不同间隔仿真勾车数据(线路有效长1 050 m)如表2所示。

3.2.2 停车防溜设备

停车器采用“2 + 1”布置方式进行模拟仿真，以减速器出口位置作为基点，其中第1台停车器入口位置930 m，出口位置934.8 m，制动能高0.25 m；第1台停车器位置保持不变，其他停车器按照停车器间隔的变化安装在相应的位置，第2台、第3台停车器间隔50 m。

第1台防溜器(铁鞋)布设在1 020 m，摩擦系数0.15；第2台防溜器(铁鞋)布设在1 023 m，摩擦系数0.15；脱鞋位置1 043 m。

图3 前2组停车器间隔距离与车辆溜放最远距离关系图(线路有效长850 m)Fig.3 Diagram of the relationship between the distance between the first two groups of stopping-device and the farthest distance between vehicles running (the effective length of the line is 850 m)

表2 调车场尾部停车器不同间隔仿真勾车数据(线路有效长 1 050 m)Tab.2 Simulation of hook-up data at different intervals of stopping-device in hump shunting yard tail (the effective length of the line is 1 050 m)

3.2.3 仿真结果

通过相关参数调整，模拟了到发线有效长1 050 m，前2组停车器间隔距离从1 m至10 m情况下不同尾部坡度(-1‰和0‰)，以及不同勾车连挂方案下的勾车溜放最远距离变化情况。前2组停车器间隔距离与车辆溜放最远距离关系图(到发线有效长1 050 m)如图4所示。从模拟结果看，一是由于尾部反坡作用，尾部坡度为0‰时的勾车溜放最远距离大于尾部坡度为-1‰的方案；二是前2组停车器间隔距离越小停车防溜效果越好，在尾部平坡或反坡情况下勾车溜放距离逐渐减小，但到发线有效长利用率降低。

图4 前2组停车器间隔距离与车辆溜放最远距离关系图(到发线有效长 1 050 m)Fig.4 Diagram of the relationship between the distance between the first two groups of stopping-device and the farthest distance between vehicles running(the effective length of the line is 1 050 m)

3.3 驼峰调车场尾部停车防溜分析及设备布置建议

通过对到发线有效长850 m和1 050 m 2种情况下调车场尾部不同停车器布置模式的仿真计算，可以得到以下结论。

（1）驼峰调车场尾部停车防溜效果会受到尾部坡度和溜放勾车辆数的影响。从安全性的角度分析，驼峰调车场尾部采用反坡设计优于平坡，可以更好地实现停车防溜效果。车辆在解编时，每组勾车辆数不宜过大，适当减小每组勾车辆数，可以有效提高编尾停车防溜性能。

（2）停车器布置一般应采用“2 + 1”布置方案。这是由于“1 + 1”布置方案前组的一台停车器有效长度小于车辆内轴距，如果车轮没有压在停车器上将不受制动作用。而2台停车器紧密布置时，停车器长度大于车辆内轴距，车辆总有车轮位于停车器制动轨之内，因而停车防溜效果更好。

（3）驼峰调车场尾部停车器间隔的变化会对停车防溜效果产生影响。在保证溜放安全的前提下充分利用调车线有效长，适当减小前2组停车器间隔，可以有效提高勾车停车防溜效果。尾部坡度和单组勾车辆数发生改变，停车器间隔对停车防溜效果的影响规律也会发生相应变化。相对而言，勾车辆数较大或尾部采用平坡设计时，停车器间隔变化对勾车制动性能影响较大。因此，在实际工作中，可以同时兼顾经济效率和安全性，合理采用各种停车防溜措施。

4 结束语

铁路驼峰调车场尾部的停车防溜性能对于保障编组站的安全作业至关重要，提升编尾停车防溜性能，也是调车场综合作业自动化的必然要求。尾部停车器是停车防溜的关键环节，探究编尾停车器间隔的变化对停车防溜的效果的影响具有重要意义。通过对仿真技术的应用，可以改变驼峰调车场尾部停车防溜系统的相关参数，对编尾停车器不同间隔下的溜放距离进行比较，实现对停车器间隔的仿真分析，得出停车器间隔影响停车防溜效果的规律，进而为驼峰调车场尾部停车器的标准化布置提供依据。