朔黄铁路两万吨列车运行至北大牛站冲动大的调查与分析

谭可林

（国能朔黄铁路发展有限责任公司机辆分公司，河北 沧州 062350）

1 产生冲动大的基本情况

国能朔黄铁路两万吨重载列车从2019 年1 月～2021 年4 月在北大牛站共计发生冲动大34 件，其中2019 年冲动大件数4 件，主要发生在冬季1 月、11 月、12 月；2020 年发生20 件，集中发生在10 月～12 月（每月4 件）；2021 年1 月～4 月发生10 件，其中3 月、4月各发生4 件。

1.1 线路情况及发生冲动大位置

线路情况：北大牛一接近信号机至北大牛站内线路纵断面为12‰（380m）—10.6‰（1350m）—12.0 ‰ (402m)—10.5 ‰ (1000m)—8.3 ‰ (202m)—5.5‰(200m)—2.5‰(200m)—1.5‰(1200m)的下坡道，均处于500m 小半径曲线。

分相中心位置：位于64.200km 处且在-8.3‰下坡道处。冲动大位置：通过监控数据和视频数据分析看出，发生冲动大地点整列车位于61.800 ～64.500km 处，主控机车在64.300 ～64.700km 处，从控机车位于63.100～63.500km 处。

图1 发生冲动大位置及线路图

1.2 列车操纵情况

2 万吨列车在北大牛站过分相发生冲动大时，列车均处于带闸情况，通过分析宁武西至龙宫和龙宫至北大牛站两个区间的操纵情况如下：分析2020 年6 月至今27 列监控数据文件。宁武西至龙宫采用两把闸通过的有24 列，其中5 列停车缓风；采用三把闸通过2 列，其中1 列在站内停车缓风，两列均因控速采取追加减压措施；采用一把闸通过1 列，从列车制动力判断均属于制动力较弱车体。

（1）龙宫到北大牛间27 列中16 列采用一把闸正常通过时在北大牛过分相发生冲动大造车停车；11 列因控速或接信号追加减压停车缓风后，采用带闸过分相时发生冲动大造成停车。

（2）11 列停车缓风的列车有10 列在动车后由于控速在分相前有大再生瞬间退至200kN 以下过分相情况，包括5 列因控速在分相前追加减压。

从控机车发生冲动大位置位于第一次禁止双弓后至从控机车断电前。

1.3 车辆情况

2019 年1 月至今，北大牛带闸过分相从车发生冲动大共计34 列，现有车辆数据30 列，编组类型整列C80车体29 列，后部单元C80B 车体1 列。前部单元装载量高于后部单元装载量最大567t，后部单元装载量高于前部单元装载量最大393t。

2 冲动大的产生及原因分析

2.1 牵引情况

通过牵引计算列车在北大牛站过分相时受力情况：

计算条件：216 辆C80 车体、总重21600t、换长237.6，选择分相前速度58km/h，分相后速度54km/h，列车制动力计算不考虑曲线阻力、隧道阻力，将列车分别按两单元万吨计算列车下滑力与制动力。列车分相前58km/h 运行计算列车下滑力与制动力如表1 所示。

表1 计算列车下滑力与制动力

通过计算列车分相前运行过程中A 列合力104kN 小于B 列合力126kN，B 列对A 列呈现拉钩力，此时，A 列呈拉钩状态；主车过分相无再生力，若此时从车保持再生力越大，A 列呈拉钩状态越大。算列车下滑力与制动力如表2 所示。

表2 计算列车下滑力与制动力

列车在分相后受力：列车分相后54km/h 运行。

通过计算列车分相后运行过程中A 列合力260kN 大于B 列合力99kN，A 列对B 列呈挤压状态，此时，A 列呈压钩状态；主车过分相后再生力越大，对B 列产生的瞬间压钩力越大。

2.2 从控机车制动力

两万吨由于同步编组后机车特性的影响，主控机车在断电后从控机车会在未断电的情况下制动缸压力上升120 ～150kPa，此时，从控机车施加制动力，通过牵引计算可得出以下结果：

以58km/h 计算HXD1 机车制动力如下：

【牵规】中4.7.3 表7 查得HXD1 机车每台紧急制动换算闸瓦压力：Kh=360kN。

常用制动减压50kPa 时：

机车制动力：111.6×0.17=18.9kN。

计算可得，主控机车在断电后从控机车制动缸上闸能产生18.9kN 的制动力。

2.3 仿真计算情况（北大牛过分相受力情况）

仿真过程采用龙宫至北大牛间一把闸操纵，北大牛过分相主控机车保持200kN 再生力断电，闭合后保持200kN 再生力后，从控机车前部车钩和后部车钩受力情况。仿真过程列车受力图如图2。仿真结果列车受力图如图3。

图2 仿真过程列车受力图

图3 仿真结果列车受力图

仿真结果：列车保持200kN 再生力断电后，前部单元由压钩状态逐渐释放，合闸后前部单元列车由前向后快速产生压钩力，传递至109 位达到最大值，仿真得到最大车钩力-995kN。

2.4 综合试验机车采集数据情况

两万吨综合检测试验机车在部分列车在北大牛站带闸过分相时受力情况见图4。

图4 28532 次试验机车最大车钩力1649kN 受力图

通过两万吨综合检测试验机车受力和列车操纵情况综合分析可知，龙宫至北大牛间带闸过程中两万吨列车受力可分为以下两种情况：

（1）龙宫至北大牛间大再生力控速受力情况。28126 次龙宫至北大牛间监控曲线和车钩受力图如图5。

图5 监控曲线图

图6 列车受力图

结合操纵和受力情况综合分析可以说明，在该区间使用较大再生力控速时，尾部车辆由于虚风严重，制动力变弱，造成列车前后单元万吨制动力差较明显，在北大牛过分相时由于坡道变化和断电操作诱发从控机车压钩力增大现象。2020 年12 月，北大牛站连续发生多起因冲动大导致停车案例，运管中心根据综合检测试验机车采集过分相前大再生退流断电时，易产生列车纵向力增大情况，特制定了龙宫、北大牛两个车站运行至二接近后再生力降低至200kN 以下通过分相，该措施执行后，2021 年1 月和2 月各发生1 件冲动大停车。

（2）龙宫至北大牛间小再生力控速受力情况。2021 年3 ～4 月发生多起龙宫至北大牛间小再生力通过北大牛分相时导致冲动大停车案列，通过分析监控数据以及近期综合试验机车在该区间小再生力运行时列车受力情况分析如下：2021 年4 月11 日，28242 次龙宫至北大牛间小再生力通过该区间，在过分相时发生冲动大案例，图7 是28242 次监控曲线操纵图。

图7 28242 次龙宫至北大牛间监控曲线图

通过分析2020 年4 月18 日28146 次数据，发现两万吨综合检测试验机车在龙宫至北大牛间几乎同样也是小再生力运行，分析受力数据时，发现在该区间列车车钩力呈现出有拉钩力和压钩力的规律性变化，监控曲线和车钩受力图如图8、图9。

图8 综合试验机车28146 次龙宫至北大牛间监控曲线图

图9 综合试验机车28146 次车钩受力图

详细分析28146 次列车受力情况，列车车钩受力呈现出有拉有压的变化，虽然在北大牛过分相时未发生受力增大现象，可能与列车运行速度较低有关，但是，在区间内有频繁的受力变化情况，最大拉钩力500kN，最大压钩力700kN，从控机车发生在61.296km 处受前部列车在-10.6‰处，中部及后部列车处于-11.5‰和-12‰处，因线路变化造成列车先产生拉钩力后再产生压钩力。同时也充分说明，两万吨列车在带闸运行过程中会因前后制动力差时导致列车纵向受力有明显变化情况。

北大牛过分相时结合操纵和列车受力变化情况在该区间使用小再生力控速时，列车充风时间长，尾部车辆满风，前后单元万吨制动力较为一致，或者后部制动力大于前部单元制动力时，列车受线路坡道影响，会呈现出有拉钩力和压钩力的变化过程。当列车运行至北大牛过分相时，受后部单元万吨大部分在-10.6‰下坡道时制动力较强，前部列车在-12‰和-10.5‰上，前部单元由于过分相断电造成列车拉钩力明显，合闸后叠加线路坡道变小（-8.3‰和-5.5‰），迅速由拉钩力转变成压钩力，最终导致从控机车压钩力增大，诱发冲动大情况。

（3）综合上述两种情况，两万吨列车在龙宫至北大牛间因线路坡道变化和两万吨列车在该区间的运行特性，尾部风压太虚或者太满都会引起列车带闸过程中因线路坡道变化和过分相操作诱发列车纵向受力增大，从而导致列车压钩力增大现象，造成冲动大停车。

3 初步原因分析

3.1 线路坡道及分相位置影响

结合牵引计算结果、仿真数据、两万吨综合检测试验机车数据综合分析结果如下：两万吨列车运行至北大牛过分相前受线路坡道影响，前部单元合力104kN 小于后部单元合力126kN，后部列车对前部列车呈现拉钩状态，由于主控机车断电过分相失去再生力，造成前部单元拉钩力增大，此时，从控机车保持断电前再生力，加剧前部单元拉钩力。当列车通过分相后前部单元列车进入-8.3‰和-5.5‰变坡点时，前部单元合力260kN 大于后部单元合力99kN 时，前部单元对后部单元呈挤压状态，叠加主车过分相后再生力迅速增大，必然会对后部单元造成压钩力增大现象。

3.2 前后部单元万吨载重差影响

分析30 列车辆编组信息，发生在整列C80 型车体居多，共计29 列占比97%，后部C80B 型车体1 列，占比3%，装载状态存在不同程度的载重差现象，前部单元高于后部单元装载量最大567t，后部单元高于前部单元装载量最大393t。根据列车载重差直接影响列车制动力和下滑力，如后部载重大、尾部虚风，造成满再生控速运行至北大牛过分相快速退再生断电易产生冲动大，执行二接近200kN 再生后可控制部分列车在过分相时压钩力突然增大现象；如前部载重大，满风状态，整个区间小再生控速或者小零位控速时，列车运行至北大牛分相前-10.6‰前部-12‰后部-10.6‰影响，造成前部单元车钩完全拉开在进入小坡道车钩迅速压缩时，易发生压钩力增大。

3.3 尾部管压585kPa 影响（如表3）

表3 585kPa 执行前后充风时间对比记录表

2020 年8 月下发的机辆分公司重载列车行车安全措施中，制定了两万吨列车减压前尾部风压不低于585kPa，如低于585 执行停车缓风，造成部分列车出现了龙宫至北大牛间制动时等尾部风压情况，通过对2000多列两万吨列车监控文件分析，2019 年11、12 月和2020 年11、12 月两万吨列车在龙宫站内缓解至再制动时充风时间情况，发现2020 年比2019 年平均充风时间多21 秒，初制动速度比2019 年低3km/h，最终形成两万吨列车尾部车辆充风太满，在龙宫至北大牛间带闸过程中列车纵向受力频繁变化，从而导致过分相时出现纵向力大情况。

3.4 机车动力差影响

主控机车过分相断电后，从控机车保持再生力输出，加剧了前部单元列车车钩拉伸状态。

3.5 操纵影响

制动力判断不准确，造成列车空气制动和动力制动配合使用不合理，如满再生控速或者小零位控速。

3.6 机车特性影响

两万吨列车由于同步编组后机车特性的影响，主控机车在断电后从控机车会在未断电的情况下，制动缸压力上升120kPa-150kPa，此时，从控机车产生的制动力可能会增加一部分机车对前部列车的拉钩力，但是由于产生的制动力较小，不是主要影响产生冲动大的因素。

4 综合分析

两万吨列车运行在龙宫至北大牛区间63.900km 处，主控机车断电后，由于坡度差和动力制动差的影响，前部单元列车车钩由压缩状态逐渐变为拉伸状态；主控机车合闸后，后部单元列车处于-12‰～-10.5‰变坡点处，此时，后部单元万吨下滑力增大，与前部单元万吨列车逐渐进入（-8.3‰和-5.5‰）凹型坡道后下滑力减小，从控机车受前部单元和后部单元纵向作用造成列车车钩出现先拉伸后压缩的变化过程，导致中部机车承受较大的挤压力，极易造成列车发生较大冲动，加之发生地点在小半径曲线易发生车钩偏转角增大造成车体错位现象，当线路条件、过分相、车辆装载量、列车减压量、再生配合使用等多种因素叠加后造成两万吨列车在该地点易发生较大冲动。