大坡度铁路运输铁水探讨.doc

1、大坡度铁路运输铁水探讨【摘要】通过对钢铁厂大坡度铁路铁水运输过程中存在的问题的分析从而有针对性的提出相应的处理措施 【关键词】大坡度铁水 运输问题措施 中图分类号：F530.3 文献标识码：A 文章编号： 钢铁厂铁水运输方式目前有铁路、道路、吊车+过跨车三种运输方式，在这三种运输方式中，以铁路运输铁水方式采用最多，技术也最成熟。但由于受地形、外部交通等因素影响，国内已有几家钢厂采用较大的铁路坡度来运输铁水，从目前使用情况来，运行情况良好，值得我们借鉴。下面以某钢铁公司一段大坡道铁路 320t 鱼雷型混铁车铁水运输为例,来阐述大坡度铁路运输铁水所存在的问题及应对措施。 某钢铁公司在东区和西区之间

2、建有铁路联络线，由于该线需要下穿现有城市公路、河道、国有铁路，实现新老厂区之间的连通，导致铁路坡度最大达 13.92。该联络线全长约 1139m，最小曲线半径 R=150m。直线地段铺设型混凝土轨枕，曲线地段铺设木枕，设超高、加宽，内股钢轨带有护轨。该联络线原是根据普通货物的运输标准进行设计的，现根据钢铁公司生产规划需要，该联络线需承担新老区之间的铁水运输任务，采用 320t 鱼雷罐车和 DF10D 机车，日均运量在 1 万 t 以上。 依据钢铁企业总图运输设计规范GB50603-2010 第 11.7.6 条规定，液体金属车走行线最大坡度在一般地段不应大于 2.5，困难地段不应大于 5，但当

3、有可靠根据时，液体金属车走行线的最大坡度可大于 5。 一、存在的主要技术问题 铁水车的运输方式为：机车连挂 1 台鱼雷罐车；机车连挂 2 台鱼雷罐车。鱼雷罐车的装载量为 0320t，当机车连挂 1 台鱼雷罐车时，需要考虑鱼雷罐车不同装载量情况下运输安全性；当机车连挂 2 台鱼雷罐车时，需要考虑 2 台鱼雷罐车不同装载量组合情况下运输安全性。 （一）不利的平、纵断面线形严重威胁行车安全 本段线路设计平面内有多处小半径曲线，曲线半径 R=150m，不带缓和曲线，最小夹直线长度 16.5m。按重车走行方向，线路纵断面由 1 段13.92上坡，6 段坡度分别为13.41、4.9、4.8、12.65、7

4、.67、2.69的下坡和 2 段平坡组成。 从图 1 的线路平、纵断面示意图分析：有 4 个 R=150m 曲线位于13.92的大坡道上；第 3 个曲线和第 4 个曲线构成反向曲线，夹直线长度 16.5m；坡道长度零碎，长段不一，最小坡道长度 9m；最大坡道差27.33。 复杂的平、纵断面构成不但给养护维修工作带来困难，而且严重影响行车安全。 图 1 联络线平、纵断面设计示意图 （二）大运量对线路承载能力的影响 现有少量铁水运输已经带来了较严重的线路外股磨耗，出现道床板结，线路状态不良等问题。正常生产时，运输量将大幅增加到每天 1 万t 以上，将给线路的承载能力带来挑战。主要表现在：达到极磨耗

5、限时钢轨的承载能力，混凝土枕的承载能力，扣件系统的承载能力，道床的承载能力等。 （三）DF10D 在最大上坡道上的起动及曲线通过性能 牵引用机车为 DF10D，系 Co-Co 式三轴两转向架内燃机车，固定轴距达 3.6m，在最大上坡道上的起动或通过 R=150m 小半径曲线时机车粘着牵引力是否满足要求。 （四）长大下坡道列车制动安全性 由于鱼雷罐车本身不带制动系统，整个牵引、制动均靠机车完成，在最不利情况下需要验证车钩安全性（有无脱钩、断钩危险）,制动力能否满足制动要求，有无必要在鱼雷罐车上加装制动装置，应从技术和措施两个层面上确保大坡道制动安全。 在大坡道区段，会存在较大的制动力与大轴重垂向

6、力联合作用，严重影响行车安全，应通过最不利状态下的力学分析，保证接头安全应用。（五）隔离车的影响 车列编组中，为保护机车及工作人员安全，在鱼雷罐车与机车之间配有一辆有一定配重的平板隔离车。考虑到配重不足的情况下，很容易形成“重轻重”或“重轻重重”的编组情况，对行车安全十分不利，尤其是在大坡道、平纵断面组成复杂的联络线上。应就隔离车的设置及配重进行适当的理论分析，提出一定的编组或装载要求，以策安全。 二、现场实测 （一）轨道状态调研 试验区段内轨距状态良好，但存在诸如曲线外股侧磨、垂磨严重，对线路的承载能力构成潜在威胁。曲线地段护轨出现间歇性光带，防止轮对横向位移过大和车轮脱轨的效果明显。 （二

7、）道床阻力测试表明 混凝土轨枕道床纵、横向阻力分别约为 12kN、8kN；木枕道床纵、横向阻力分别约为 13kN、7kN。二者均达到普通铁路对于道床阻力的要求(普通线路道床纵向阻力：II 型混凝土枕 10kN/枕，木枕轨道 7kN/枕；道床横向阻力：II 型混凝土枕 8kN/枕、木枕轨道 7kN/枕)，但要防止线路爬行等线路劣化对道床稳定性影响。 （三）动测表明 1、车列通过测试区段较难将速度控制在某一目标值，为实现安全运输，驾驶员应谨慎操作。 2、轮轨作用力、钢轨和轨枕的位移和振动加速度等与速度、车列编组、运行工况的关系不明显。但不意味着可以随意编组、进一步提速和在各种工况下安全运行。 3、

8、各断面各工况脱轨系数、轮重减载率均未超过安全限值。结合现场观测到的护轨间歇性光带，表明曲线地段安全运行压力非常大，保证内侧护轨正常使用极为重要。究其原因：主要是小半径曲线上进行大轴重运输，有砟轨道上无法做到外轨超高与运营速度的完全匹配，轮轨横向力大，倒致脱轨系数较大，也可能与液态的铁水运输有关。 各断面轮重减载率总体上处于较低水平，其最大值分别为0.13、0.07、0.10、0.14。列车运行速度较低，轮轨间的冲击总体上较为缓和，使车轮的减载率较小。 4、曲线地段：轮轨横向作用剧烈，部分断面外轨最大轮轨横向力分别达 136.18kN、100.77kN。轨条、轨枕均存在纵向位移，钢轨最大纵向位移

9、达 2.81mm，轨枕达 1.83mm（纵向位移在轮载过后大部分得到恢复） 。剧烈的轮轨横向力作用和现场观察表明：轮轨之间发生轮缘接触，受到护轨的抑制，轮轨之间的这种接触以磨损的方式出现，因而可以看到车轮轮缘和钢轨工作边发生了严重了侧磨；如果没有护轨的抑制，合理的推断是将产生爬轨脱轨。 5、小量的雨雪对轮轨垂向力、横向力几乎没有影响。有控制的轻重车搭配对轮轨垂向、横向作用力也没有太多影响，未见安全性指标明显异常。 6、受重载作用和有砟轨道结构影响，各断面钢轨、轨枕垂向和横向位移均较大。 7、各测试断面的钢轨、轨枕振动水平不高。钢轨垂向加速度水平小于普通铁路，轨枕加速度与普通铁路相当，曲线地段振

10、动加速度高于直线地段。 8、各断面轨枕最大垂向位移分别2.98mm、0.65mm、2.65mm、2.24mm；最大横向位移2.83mm、0.38mm、2.65mm、1.32mm。除部分断面因扣件松脱影响外，各断面轨枕的位移均较大，宜进一步加强道床密实和轨道框架刚度，保证轨道承载能力和道床稳定性。 三、相应的分析和应对措施 （一）相应的分析 针对钢铁公司在东区和西区之间铁路联络线的运营安全性问题，采用调研、资料查询、理论分析和现场试验相结合的研究手段，进行了深入分析和研究，并得到了以下重要结论。 1、轨道结构强度检算：在正常应用条件下，各部件强度满足应用要求。 2、列车行车动力学分析： （1）D

11、F10D 机车在 R150m 曲线地段的曲线通过性能良好。低速动态通过 S 型曲线轨道时，轮轨动作用力较大，车轮和钢轨均会产生较为严重的垂磨和侧磨，应加强此类地段的养护维修工作；悬挂的横向相对位移均小于止档间隙，悬挂工作状态正常。 （2）低速行车安全性：速度变化（低速，即速度15km/h）对机车曲线通过的安全性能影响较小，但随着速度的增加，轮轨垂向力随之增大，动力效应逐渐增大。 （3）雨雪天气的粘着系数：粘着系数对机车低速（15 km/h）通过曲线时的行车安全性能影响较明显，轮轨表面有水时轮轨粘着系数将下降。雨雪天气时，粘着系数较小，轮轨横向作用力减小，安全性能指标值随之减小，对车列运营安全有

12、利。 （4）平、纵断面组合对行车安全的影响：列车（不论何种车列编组）以 15km/h 通过时，鱼雷罐车的车钩纵向力最大值接近 200kN，出现在坡度为 13.41与半径 150m 平面曲线轨道组合的位置，并且在该组合断面，车钩纵向冲动较明显，而其余平纵断面的车钩纵向力较小。各断面的轮轨安全性能指标均满足要求。 （5）设置隔离车的意义及要求：对比分析，有隔离车时，鱼雷罐车车钩纵向冲动明显得到改善，轮轨横向性能指标（轮对冲角、轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数）有所增大，而轮轨垂向性能指标（轮轨垂向力、轮重减载率）有所降低，且所有指标满足要求。对于隔离车，其配重对鱼雷罐车性能的影响不大，考虑到编组有

13、利于安全运输的角度，建议隔离车配重不小于 30t。 （6）车钩优化：国内外重载货运车辆车钩类型较多，我国目前重载列车逐渐采用 16/17 型车钩。对于 13 号车钩（上开大摆角） ，配用 MT-3缓冲器，为了使其具有更大摆角的功能，建议改良方案为：在现有基础上，将 13 号车钩钩尾部与钩尾框连接的扁销改为圆销连接，车钩尾部与从板接触的平面改为弧面，并采用大摆角车钩缓冲装置。 鱼雷罐车稳态通过平面曲线几何关系计算表明鱼雷罐车的车钩最大偏角为 11.15，小于允许车钩偏角，满足稳态通过半径为 150m 平面曲线的几何要求，不会出现别卡现象。 （7）大坡道牵引或制动：机车与 2 台鱼雷罐车编组，当机

14、车在大的上坡道牵引运行时，值远远小于 13 号车钩的静拉破坏强度，不会发生由于车钩力大而产生的断钩情况；机车与 2 台鱼雷罐车编组，通过大的下坡道时，当列车以 5km/h 及以下速度制动时，可保证列车在此坡道上停车；而当列车以 5km/h 以上速度制动时，列车将继续加速，仅仅依靠机车制动，则不能保证列车在大的下坡道上安全停车，因此建议鱼雷罐车加装车辆制动系统。 （8）坡度代数差对车钩安全性影响：列车通过联络线的变坡点时，由于线路坡度代数差引起的车钩摆角小于车钩在垂直面内最大自由摆角，不会导致列车在纵向产生拱曲，可顺利通过。 （9）正常情况下，列车最多可牵引 2 个满载铁水鱼雷罐车运营；能保证大

15、坡道、小半径地段正常起动。 雨雪天气，一般情况下最多宜牵引 1 个满载铁水鱼雷罐车运营，除非通过洒砂的方法获得大于或等于正常情况时的粘着系数，方可牵引 2个满载铁水鱼雷罐车运营；极端情况下（粘着系数很小时，诸如小雨天气、雪天清扫后，钢轨处于潮湿状态） ，机车不能牵引铁水车正常运营。 雨雪天气，不通过洒砂或多机牵引，车列无法连挂 1 个及以上铁水包车在大坡道、小半径地段起动。 综合理论与实测分析，认为：在正常状态下（道床稳定性得到充分的保证、轨道各部件正常工作） ，车辆运行安全性满足要求；轨道强度满足要求；但线路的安全运营储备非常有限，存在较大的安全压力，迫切需要进行必要的改进与优化，以提高安全

16、储备。 （二）采起的措施 1、轨道改造及养护措施： （1）对该段线路按冶车线A 级进行改造，轨道日常养护维修中，应保证钢轨接头螺栓扭矩不低于 500 N.m，以确保螺栓及夹板受力不超限。（2）建议该线路养护维修标准，按重载铁路标准执行，以确保线路的平顺性和列车的运行安全性。 （3）扣件系统经常涂油、复紧和检查，保证其处于正常工作状态，防止松脱、空吊或部件破损、断裂。 （4）道床饱满，道床砟肩适当堆高，建议堆高 510cm，保证道床稳定性。 （5）大坡道地段植入短枕木，加强轨道框架刚度；加装防爬设备，防止轨条爬行、道床稳定性降低等。 （6）密切关注曲线外轨侧磨，防止侧磨超标造成承载能力不够，危及

17、行车安全。 （7）加强护轨养护，保证其工作状态正常；护轨应适当延伸出曲线两端 ZY、YZ 点。 2、轨道改良措施： （1）尽可能均布枕间距，正常安装扣件系统，充实道砟。 （2）整治道床板结，恢复道床的弹性，防止轨道部件损毁加剧。 （3）更换新轨，消灭再用轨可能存在的潜在安全隐患。 3、 车辆改进措施： （1）鱼雷罐铁水车加装制动装置； （2）改进 13 号车钩：在现有基础上，将 13 号车钩钩尾部与钩尾框连接的扁销改为圆销连接，车钩尾部与从板接触的平面改为弧面，并采用大摆角车钩缓冲装置。 4、其它： （1）在线路条件满足上述要求和改进后，单个鱼雷罐车最大装载量可按试验最大装载量控制（建议不超过

18、 300T） 。 （2）考虑到车列质量大，目前为单一的机车制动，线路线型复杂，实际速度不易掌控，司机应审慎操作，为保证有效制动，行车速度宜控制在 5km/h。 （3）雨雪天气一定要加强洒砂，增大轮轨粘着系数，否则不利牵引和起动；铁水鱼雷罐车应加装制动装置，否则无法保证有效制动；当车列洒砂仍无法有效牵引和起动时，加机牵引。 （4）为防止雨雪天气对联络线运营的影响，可以考虑对该段线路加盖防雨防雪棚，安设融雪设备或配备除雪设施等措施，保持轨道干燥，从而从根本上解决雨雪天气可能带来的牵引、制动等问题。 （5）当连挂两个鱼雷罐车时，为策安全，宜采用两车毛重之差不得超过 150t，重车在前，轻车在后的编组模式。 【参考文献】 1潘永飞 陈金锋 章建国 大型钢铁厂铁水运输方式的比较宝钢技术 2012(4)