通用敞车编组的重载列车试验分析

张天婴

（中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所，北京100081）

0 引言

货物运输是铁路运输的重要组成部分，载运货物的车辆统称为铁路货车。铁路货车主要类型有棚车、敞车、罐车、平车等。截至2018年底，全国铁路货车保有量达到90.96万辆，其中，国铁货车保有量75.35万辆，企业自备货车15.60万辆；敞车约43.60万辆，占货车总数的46.9%。按卸货方式不同，敞车可分为2类：适用于人工或机械装卸作业的通用敞车；适用于大型工矿企业、站场、码头之间成列固定编组运输且用翻车机卸货的专用敞车。敞车主要用于运送煤炭、矿石、矿建物资、木材、钢材等大宗货物，也可用于运送质量不大的机械设备［1-2］。通用敞车主要有60 t级（C60）、70 t级（C70）和80 t级（C80）敞车，C60主要车型为C64K、C62BK，C70主要车型为C70、C70E，C80主要车型为C80E（H、F）。通用敞车因其车辆特点，在重载运输时与专用敞车有明显差别，需综合考虑列车编组特点、循环制动性能、紧急制动性能、纵向力评价等。

以大秦铁路和瓦日铁路近年来的重载试验为例，比较通用敞车和专用敞车在重载列车试验中的特性，研究通用敞车应用于重载列车运输的可行性。

1 货车及编组

重载列车通常是在货运量到发集中的运输线路上采用专用货车编组，采用双机或多机牵引开行的超长货物列车。重载运输是铁路货物运输发展的重要方向，重载运输可降低大宗物资运输成本和列车开行密度，提高运输效率，实现综合效益的提升。近年来，由于大秦铁路开行2万t重载列车的发展需要，专用敞车由9 000多辆增加到3.7万辆。专用敞车车型为C80和C80B。专用敞车承担着大秦铁路等重载线路的主要煤炭运输业务，但专用敞车仍不能完全满足运输需求。因此，通用敞车编组的重载列车成为重载运输的有益补充。大秦铁路循环使用的C70和C62BK、C64K等通用敞车合计超过15 000辆。用于重载列车的主型敞车参数见表1［3-4］。

表1 用于重载列车的主型敞车参数

重载列车编组需满足线桥条件、站场长度、机车车辆限界、地面装卸配套设施、列车牵引质量和编组数量、气候条件等约束条件。在大秦、瓦日铁路等重载线路逐渐推行通用敞车编组的重载列车过程中，对通用敞车编组的重载列车性能进行多次试验测试，主要进行的试验编组情况（包括对比研究的专用敞车试验）见表2［5］。

表2 主要试验编组情况

2 编组质量

列车编组是指列车所有车辆的前后编排顺序及其辆数、总质量和换长。重载列车能运行的列车长度受车站到发线长度限制。车站到发线是办理列车到达、出发作业的线路，到发线长度是能停放列车而不影响相邻股道作业的长度，一般是出站信号机到警冲标的距离。重载线路到发线长度是结合重载专用货车设计，决定了列车可编组质量。大秦铁路初期按万吨列车设计，到发线长度设计为1 050～1 700 m，后期为了适应开行2万t列车，将部分车站到发线长度改造为2 800 m［6］。

在线路条件确定的情况下，货车每延米质量也决定了列车可编组总质量。由于通用敞车设计时需考虑不同货物的运用需求，以及不同装载方式需求，相同总质量的通用敞车车辆长度比专用敞车长，不同通用敞车每延米质量也有差异。专用敞车的每延米质量大于通用敞车，在同样站线条件下通用敞车的编组吨位小于专用敞车，因此开行通用敞车时，编组质量不一定能达到设计要求。各车型可编组质量汇总见表3。

表3 各车型可编组质量汇总

由表3可以看出，1 700 m到发线能够满足C80、C70型敞车达到万吨编组要求。因此C70、C80型敞车可以编组万吨重载列车。C60型敞车编组质量只能达到9 300 t左右，距离万吨编组相差7%。瓦日铁路试验C70、C60型敞车混编时按到发线长度编组的总牵引质量为9 560 t，距离万吨编组相差4.4%。2 800 m到发线按C80型敞车编组2万t设计，通用敞车编组质量达不到2万t。C70型敞车编组质量不到17 000 t，距离2万t编组相差大于15%。C60型敞车编组质量在15 000 t，距离2万t编组相差25%。

在万吨编组重载列车中，C70型敞车能够满足要求，C60型敞车编组相差4%～7%；在2万t编组重载列车中，C70型敞车编组相差大于15%，C60型敞车编组相差25%。在相同站线条件下，通用敞车的编组质量小于专用敞车。

3 循环制动性能

重载列车的长大下坡道运行性能既是运行安全的重要因素，也是列车优化操纵的重点。列车在经过长大下坡道时要进行循环制动调速，以满足线路条件允许的限制速度。而列车再充气时间是影响长大下坡道循环制动能力的关键参数。再充气时间主要受机车充风能力、编组质量、列车长度、货车副风缸容积等影响，因此不同编组情况再充气时间各不相同。大秦、瓦日铁路开行的各种车型不同编组试验的历次试验再充气时间见表4。

对于单元万吨重载列车，C80、C70、C80E的再充气时间分别为160、129、132 s。专用敞车为C80，其副风缸容积为60 L，编组为105辆，总长度1 260 m。通用敞车中，C70副风缸容积为50 L，编组为108辆，总长度为1 510 m；C80E副风缸容积为50 L，编组为96辆，总长度为1 340 m。通用敞车相同编组的长度虽然比专用敞车略长，但副风缸容积略小，通用敞车的再充气时间小于专用敞车。

组合万吨和组合1.5万t重载列车，从控机车可给第1小列的后部货车供风，充气模式比较合理，再充气时间为40～60 s。而专用敞车单元万吨再充气时间为150～180 s。组合万吨和组合1.5万t重载列车的再充气时间明显小于单元万吨和组合2万t的再充气时间。

大秦铁路各编组在2个典型长大下坡道的最短可用再充气时间约为200 s，因此，通用敞车在单元万吨、组合1.5万t等编组情况下均能满足长大下坡道再充气时间要求。

长大货物列车能否开行的关键因素是重载列车的纵向冲动。由表4可以看出，在循环制动过程中，不同机车牵引的2种1+1组合2万t编组列车最大车钩力达到900～1 600 kN，其他编组形式列车车钩力均在500～700 kN。文献［7］指出1+1组合2万t编组列车车钩力拉压变化与列车空气制动有明显关系，是由于该编组方式列车在缓解过程中存在严重的不同步性。综合各次试验纵向力测试结果表明，同样是单元万吨重载列车，通用敞车与专用敞车纵向力水平相当。

表4 循环制动试验结果

4 紧急制动距离

货车设计时，紧急制动距离要求按轴重分为2类：轴重25 t及以上货车（包括25 t轴重C80专用敞车和27 t轴重C80E通用敞车），要求初速100 km/h时紧急制动距离小于1 400 m；轴重23 t及以下货车（C70和C60），要求初速120 km/h时紧急制动距离小于1 400 m。专用敞车的减速度要求约为通用敞车的70%［8］。

为了满足制动距离的要求，C70和C60的重车制动率为17.4%和18.2%，C80为15.1%～15.9%；C80E的重车制动率与C70一致，使用的GM915系列高摩合成闸瓦的摩擦系数约为C70使用的407G高摩合成闸瓦的81%。各种紧急制动距离试验结果见表5。

由表5可以看出，在初速度为80 km/h左右的条件下，专用敞车C80单元万吨编组列车制动距离为：平道632～662 m，12‰下坡道为948～1 030 m；组合2万t编组列车制动距离为：平道671 m。C60/C70组合万吨编组列车紧急制动距离为652 m；C80/C70混合1.5万t编组列车紧急制动距离为613～694 m；C80E单元万吨编组列车紧急制动距离为757 m。轴重25 t及以上货车紧急制动距离明显长于轴重23 t及以下货车，与设计要求一致。

综合以上试验结果，在编组质量相同、制动初速相同的条件下，通用敞车紧急制动距离小于专用敞车，能够满足重载列车紧急制动距离的要求。

5 纵向力评价指标

根据货车设计的不同阶段、用途、材料变化等条件，货车车体强度设计标准逐步提高。现阶段货车强度要求按TB/T 1335—1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》的要求，其纵向力按第一工况拉伸1 125 kN、压缩1 400 kN，第二工况压缩2 250 kN进行考核。

为了适应货车的运用需求，2003、2004年在原铁道部批复对应技术条件时分别对25 t轴重运煤专用敞车、23 t轴重通用货车提高了考核标准。2012年发布的《大轴重货车总体技术条件（暂行）》规定了27 t轴重通用货车、30 t轴重专用货车的纵向力考核标准。而在1996年之前设计的货车（C62BK等）按照TB 1335—1978《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》的要求，其标准低于TB/T 1335—1996。各标准和文件对货车纵向力考核标准的要求见表6［9］。

综合上述各次试验纵向力测试结果，在循环制动和紧急制动工况中，1.5万t编组最大纵向力一般小于1 000 kN；单元万吨和组合2万t编组列车纵向力均大于1 000 kN，最大达到1 931 kN，编组方式对纵向力影响明显；C80E单元万吨编组列车最大纵向力为1 558 kN；C60/C70混编的组合万吨列车紧急制动时的最大纵向力为1 778 kN，大于类似编组专用敞车结果，远大于C70组合1.5万t编组列车的结果，这与多种车型混编有较大关系。

表5 紧急制动距离试验结果

表6 纵向力考核标准 kN

因货车本身强度的差别，对通用敞车的列车纵向力要求应区别于专用敞车，尤其是对于早期设计的通用敞车等的列车纵向力指标应控制在2 000 kN。按照表6的要求，前述各次通用敞车试验的最大纵向力均满足对应货车的强度标准要求。

6 结束语

通过对通用敞车应用于组合万吨、单元万吨、组合1.5万t编组进行了多次试验，循环制动性能、紧急制动距离和纵向力都满足重载列车的技术要求。在相同站线条件下，虽然通用敞车的编组质量小于专用敞车，但通用敞车更适用于货物的分流和用户方装卸设备多样化等需要，可作为重载运输专用敞车的有效补充。从重载列车的技术要求及货物运输的需求看，通用敞车应用于重载列车运输是可行的。