摘要：通过对驼峰调速系统及设备的发展过程的论述，可以看出调速系统及设备对于提高驼峰作业效率的 重要作用，通过对不同调速系统及设备的性能特点进行比较分析，特别对重载车辆条件下，简易点连式调速 系统与微机可控顶调速系统、高负荷减速顶与普通减速顶、内侧减速顶与外侧减速顸的各自适应性进行分析 探讨，为驼峰调速制式和调速设备的选择与优化提供参考。 关键词：驼峰；调速系统；减速器；减速顶；可控减速顶；高负荷减速顸；控制 中图分类号：Ｕ２８４．９３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６７４—２４２７（２０１ ５）０２—０００１—００ Ｔｈｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｏｉｃｅ ｆｏｒ Ｈｕｍｐ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｂｒａｋｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ＺＨＡＯ Ｌｉａｎ－ｘｉａｎｇ （ＴＤＪ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｒｅ，Ｈａｒｂｉｎ １ ５０００６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈｕｍｐ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｓｅｅｎ ｔｈａｔ ｈｕｍｐ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｈｕｍｐ．Ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｆｏｒ ｖｅｈｉｃｌｅ ｌｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｅ ｓｋａｔｅ ａｎｄ ｐｉｓｔｏｎ ｔｙｐｅ ｒｅｔａｒｄｅｒｓ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｒｅｔａｒｄｅｒｓ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｈｉｇｈ ｌｏａｄ ｒｅｔａｒｄｅｒ ｗｉｔｈ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｒｅｔａｒｄｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｓｉｄｅ ｏｆ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｒｅｔａｒｄｅｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｕｔｓｉｄｅ ｏｆ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｒｅｔａｒｄｅｒ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｈｕｍｐ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｕｍｐ；ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｓｋａｔｅ；ｒｅｔａｒｄｅｒ；ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｒｅｔａｒｄｅｒ；ｈｉｇｈ ｌｏａｄ ｒｅｔａｒｄｅｒ；ｃｏｎｔｒｏｌ １ 前言 影响。这些因素的变化是随机的，并且相互之间还 有影响。可见车辆溜放过程是一个受多因素影响的 随着铁路装备技术正朝向高速重载的方向发展， 对铁路运输的安全效率要求也越来越高。在铁路运 复杂过程，这也使溜放车辆速度控制的难度大大增 加。在实际运营中，由于调速系统控制误差和调速 输的各个环节中，编组站作为连接各条铁路线路的 枢纽，发挥着极其重要的作用。提高编组站驼峰的 调车能力，是保证路网畅通、提高运输能力的重要 途径之一。因此，提高驼峰解体效率，是提高编组 设备的原因，致使溜放车辆往往不能达到预期的调 速效果，使溜放车辆产生超速、途停等现象，情况 严重时可能引发溜放车辆之间侧冲、超速连挂、脱 站驼峰调车能力的重要保证。而提高驼峰解体效率 的关键，取决于对驼峰溜放车辆速度的有效控制。 由于影响驼峰溜放车辆速度的因素较多，除调车作 业和调速设备因素的影响外，还受到诸如车辆种类、 车辆阻力、车辆重量、车组构成以及车辆辆数、线 轨等安全事故，严重影响了驼峰作业的安全和效率。 由此可见选择合适的调速系统和调速设备的重要性。 以下通过对驼峰调速系统和设备的的发展以及性能 和特点的分析比较，为驼峰调速制式和调速设备的 优化配置提出建议。 路曲线、道岔、风向、风力、温度、湿度等因素的 收稿Ｅｌ期：２０１５—０５—２１ １一 ２ ０ １ ５年第２期 ２驼峰调速设备的发展过程 为了提高铁路不同去向的货物车辆的解体作业 效率，人们发明了驼峰。驼峰实际上起着溜放车辆 分路器的作用。驼峰上的溜放车辆速度是由调速设 备控制的。驼峰调速设备经历了由车辆手闸制动、 铁鞋制动等人工控制到车辆减速器和减速顶等设备 控制的发展过程。不同的调速设备组成了不同的调 速系统。 ２．１车辆手闸制动 １８７６年，德国人为了提高编组站调车作业效率， 在斯毕道夫（Ｓｐｅｅｄｏｆ）编组站修建了世界上第一座 驼峰，用于货物列车的解体作业。驼峰的出现比之 前大大提高了解体车列的效率和能力。早期的驼峰 由于没有自动化调速设备，车辆速度由人工控制， 因而被称为为简易驼峰。为了不让车速升得太高， 简易驼峰机车推送车列的速度都较低，一般推峰速 度都控制在３ｋｍ／ｈ以下，车辆溜放过程中控制车辆 速度的办法是采用人工爬上车辆拧手闸制动，作业 效率低，危险程度高，劳动强度大，极易发生人身 伤亡事故。随着铁路向电气化技术发展后，许多车 站轨道上方设置有电力机车接触网，禁止人员在车 上作业，这一调速方式也逐渐被淘汰。 ２．２铁鞋制动 铁鞋是一种由人工放置在钢轨面上，在车轮压 上铁鞋随车轮一起在钢轨上向前滑行的制动设备。 它的制动原理是靠车轮压铁鞋在钢轨面滑行中产生 的摩擦力使车辆减速。采用铁鞋制动与采用手闸制 动相比，能大幅度提高驼峰作业效率和解体能力， 但它存在以下问题：一是作业安全性差。存在不易 控制车速、造成超速撞坏车辆，高速飞鞋伤人，漏 撤铁鞋还会引发事故等危及人身和作业安全问题。 二是降低了线路存车长度和驼峰解体能力。三是铁 鞋会使钢轨和车轮磨耗严重，影响设备使用寿命。 特别是会造成车轮踏面擦伤，加剧对轨道和车辆的 破坏而产生严重后果。四是铁鞋制动员的劳动强度 大，人身安全没有保障；五是使用铁鞋要求钢轨轨 型一致，铁鞋才能在轨面上滑行。由于以上原因， 铁鞋制动正逐渐被取消。 ２．３减速器 为了进一步提高驼峰解体效率和能力，减轻人 员的劳动强度，保证人身安全，实现驼峰调速作业自 动化，２０世纪初期车辆减速器被研制出来。它安装 在驼峰的溜放部分替代铁鞋和手闸制动，并控制溜 放车辆的间隔。驼峰推峰速度由３ｋｍ／ｈ提高到５ｋｍ／ｈ， 驼峰解体作业效率提高了近２０％，驼峰调车技术进入 ２一 机械化时代。 车辆减速器分为钳夹式减速器和非钳夹式减速 器，目前世界各国编组站普遍使用的是钳夹式减速 器。钳夹式减速器又分为重力式减速器和非重力式 减速器。一般大能力驼峰在溜放部分用于间隔调速 的减速器常采用非重力式钳夹减速器，而在车场内 用于目的制动的减速器常采用重力式钳夹车辆减速 器。重力式钳夹车辆减速器的制动力由车轮荷重产 生，其制动力与车重成正比。非重力式钳夹减速器 的制动力靠压缩空气等外力产生。 钳夹式车辆减速器的制动原理是利用其设在车 轮两侧制动夹板上的水平方向制动力对车轮施加压 力而产生摩擦力，从而使车辆减速。钳夹式车辆减 速器动作灵活，可以适应大能力驼峰车流性质复杂、 需要解体能力大的要求，是大能力驼峰必备的调速 设备。 由于减速器调速系统的造价较高，只有要求解 体效率高的大能力驼峰才要求在溜放部分设置一、 二两个制动位，采用非重力式钳夹减速器对车辆进 行间隔制动。在车场股道内设置第三制动位，采用 重力式钳夹式减速器对车辆进行目的制动。中小能 力驼峰通常只在车场内设置第三制动位，一般采用 重力式钳夹减速器。由于溜放车辆出清减速器区段 后，又失去了控制，仍然需要人工下铁鞋继续对车 辆进行控制，并没有完全实现驼峰调速自动化，直 到减速顶等设备的出现才解决了这一问题。 ２．４减速顶 它是安装在钢轨上，通过减速顶滑动油缸帽头 对车辆进行制动减速的一种液压设备。凡具有这一 基本特征的各类不同功能的调速设备统称为减速顶 调速设备。减速顶是由英国道蒂采矿设备公司（Ｄｏｗｒｙ Ｍｉｎｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｌｔｄ．）首先研制成功，命名为“道 蒂”，在我国称为减速顶。减速顶的出现解决了驼 峰调速系统中，溜放车辆目的制动的安全连挂问题。 由于减速顶结构简单，性能可靠，无需外部能源和 控制设备，维修方便，造价低，无污染，因而很快 引起世界各国铁路同行的重视。 ２．５我国铁路驼峰调速设备发展过程 我国２０世纪５０年代末试制成功ＤＫ一５９型减速 器并开始在各铁路调车场广泛推广应用。１９７４年哈 尔滨铁路局减速顶调速系统研究中心技术人员在日 本ＥＰ一３ １和前苏联ＤＫ一５９减速器的基础上，设计研 制了中国第一代风动非重力式曲线间隔调速减速器， 并命名为ＴＪＫ型。首先用于哈尔滨二调进行驼峰改 造，后来用于全国大多数机械化驼峰的间隔制动位。 驼峰调速系统及设备的发展及应用选择 难控制。难、易钩车组合的连续推峰速度一般都不 超过３ｋｍ／ｈ。如果遇到相邻两钩车溜入相邻股道，需 要作业人员目测走行状态。如果间隔问题比较严重 还需要峰顶停轮，无疑增加了安全隐患。目前安装 简易驼峰减速器的调车场不少都采用单钩溜放，降 低了驼峰的效率。 驼峰微机可控顶调速系统在驼峰加速坡及道岔 区安装不同临界速度的可控顶，其主要作用是调整 前后钩车的溜放间隔。测试证明，对于难、易钩车 组合，该系统能够达到以５ｋｍ／ｈ的连续推峰速度。 因此在驼峰断面相同情况下，微机可控顶调速系统 比简易点连式调速系统的驼峰解体效率高。 另外，可控顶可以安装在曲线上，可以节省线 路有效长。而减速器一般只能安装在直线段内，必 然会吃掉大量的线路有效长，减少了容车长度，增 加了调车作业难度，降低了驼峰使用效率。 （２）安全方面 可控顶能适应铁路编组站的所有货车。减速器 对油轮车、薄轮车和大轮车控制不良，容易发生失 控情况。在作业过程中突然断电情况下，可控顶可 以在ＵＰＳ作用下继续对已溜放的车辆进行制动，不 会产生失控，而电动减速器不具备这样的功能。 可控顶分若干段，个别控制段发生故障不会对 车辆走行产生很大影响，设计中预留的安全余量足 以控制车辆速度在要求的范围以内。而减速器一旦 出现故障将严重危及调车安全，或者直接导致该股 道停止使用。 可控顶在从驼峰加速坡至股道的所有部位安装， 从而连续控制车辆平稳走行，随时调整难、易行车的 走行间隔。同时，微机可控顶数量和段数都比较多， 对车辆的控制精度远高于减速器。而减速器只安装在 第三制动位，对于走行在道岔区的车辆无法控制，难 以保证钩车溜放间隔，因此只能降低驼峰推峰速度。 减速器制动力不可调，安全性低。目前大量使 用的均是制动力不可调的重力式减速器，不能实现 均衡制动，影响系统的整体控制效果，并且车轮容 易被挤出而易发生脱线事故 ］。 （３）车辆速度控制的灵活性 微机可控顶采用测速传感器（简称测速踏板） 记轴和获取车辆速度信息，测速踏板安装在每个可 控顶段前，控制简单、灵活，实时性强。三部位可 控顶群进行目的制动时，它可对车辆实行变速出口 控制，即当空车经过可控顶群以及线路内停留车较 远或股道空线时，顶群可不制动或部分制动，使空 车高速出口，增加了系统的控制距离。如果重车经 过可控顶群，或在线路即将满线时，钩车一出清顶 群就降至５ｋｍ／ｈ，满足钩车安全连挂需要。同时可控 顶群具有速度判别智能，一旦速度降到临界速度以 下，就自行”缓解”，不会出现减速器”夹停”现象， 而且具有对大组车”让头拦尾”控制的功能。 （４）对线路的影响 减速器是大能量的制动设备，会在短距离内对 车辆产生很大的制动力，由于多数三部位减速器没 有设计专用基础，只是用普通轨枕，对线路稳定性 影响非常大，长时间使用会对线路造成破坏，危及 行车安全。同时由于线路发生变化造成调速系统控 制不准确。尤其目前２３ｔ及以上轴重重载车辆日益增 多，这一问题会更加突出。 （５）节能环保 一是减速器在制动过程中噪音过大（噪音超过 １００ｄＢ），噪音严重污染环境和影响人体健康。二是 减速器能源消耗过大，不利于节能减排。 相比之下可控顶在能耗和噪音方面要小得多， 符合国家节能环保的发展方向。 （６）工程投资大小和施工难易 由于微机可控顶调速系统减少了附属设备，降低 了调速设备和控制设备的费用。因此该系统具有投资 省、施工安装作业简单方便、见效快的特点。安装完 一股道即可开通使用一股道，对车站作业的影响小。 （７）设备制动原理 一是由于钳式减速器制动原理的原因，减速器对 “三轮车” （即大轮车、薄轮车和油轮车）以及整体 加工碾钢轮和新型提速货车（采用动态平衡轮）等特 殊轮对车辆制动能力会下降，车辆容易产生超速。二 是雨、雪、霜、雾、露等天气原因使减速器的制动能 力下降。如图４所示，ｆ为制动钳夹的压力，ｒ为制动 钳和车轮的磨擦系数，ｄ为车轮的厚度。钳夹式减速 器的制动原理是利用制动钳口夹车轮的侧面产生制动 力ＦＲ，ＦＲ＝ｆ・ｒ。制动轨和车轮之间的摩擦系数减小， 使减速器对车轮的制动力减小。而减速顶的制动方式 不受车轮及湿滑气候因素的影响，如图５所示。 图４减速器制动原理 ２ ０ １ ５年第２期 图５减速顶制动原理 这些问题不仅我国有，世界上其他应用减速器 较多的国家如美国、俄罗斯等也存在同样的问题。 例如我国阜阳北编组站引进了美国ＵＳ＆Ｓ公司的驼峰 控制系统，尽管减速器控制精度与国内其它编组站 比较相对较高，但仍然产生大量车辆超速问题，造 成严重经济损失。主要都是由于钳夹式减速器制动 原理的缺点造成的。 根据减速器出现的问题，国内外的专业技术人 员都在积极探索解决方案。一是在作业方法上采取 一些特殊措施，如降低推峰速度、用钓鱼溜放降低 势能等办法，但这些都是以牺牲驼峰作业效率为代 价的。二是采取在减速器出口处设置脱鞋道岔进行 人工上铁鞋，对超速车辆进行制动，三是超速时由 人工上车拧手闸制动，但这些办法在保证车辆安全 的同时又对人身安全造成威胁［３－５］。 要解决薄轮车、大轮车、油轮车的制动力损失， 必须从制动原理上根本解决。利用可控减速顶对车 辆轮缘进行制动，为此哈中心研制了“可控顶速度 控制单元”，辅助减速器对超速车辆进行控制。 ５连挂区减速顶的选型比分析 随着铁路牵引动力的发展，近年来货车轴重提 高很快，由原来的２１ｔ提高到当前的２３ｔ、２５ｔ，而且 已经完成了２７ｔ轴重货车编组站驼峰溜放适应性试 验。从试验结果和现场的实际运营情况看，一是现 场减速顶的数量对于重载车辆明显不足，需要根据 货车总重变化进行调整；二是注重适应货车重载发 展趋势的新型减速顶的开发。解决方法：一是增加 减速顶的数量，二是采用高负荷减速顶。 对于点连式调速系统在连挂区增加减速顶的数 量，虽然能保证易行车的溜放作业，但对难行车来 讲是很不利的，因为减速顶的数量增加，就意味着 减速顶的阻力功也同时增加，这就给难行行车的走 一６一 行造成了一定的困难。重载车辆在轴重增加的同时， 本身的自重变化不大，因此空车和重车在重量上相 差越来越大，对连挂区减速顶的制动性能和安全性 能提出更高要求。而采用高负荷减速顶更符合将来 现场实际的需要＿６】。 （１）高负荷减速顶与普通减速顶比较 高负荷减速顶不仅完全符合ＴＢ／Ｔ２４６０《铁道车 辆减速顶》标准要求，而且高负荷减速顶的各项性 能指标要远远高于标准的规定要求。对于因为标准 中没有提及高负荷字样而排斥使用高负荷减速顶的 说法是完全站不住脚的。铁路向重载方向发展，重 载货车不断增多已经是不争的事实，今后减速顶应 该适应重载车辆的发展方向，向高负荷方向发展。 高负荷系列减速顶与普通减速顶比较如下： 一是安全性更高。壳体及滑动油缸加长，以增 加导向长度，进一步提高安全性能。 二是与普通减速顶相比，高负荷系列减速顶设 备具有制动功大、阻力功小、机体强度高、临界速 度精度高、散热面积大、整体导向好、承载力好等 特点。 三是制动能力强。这是高负荷减速顶最大的优 势。通过一系列技术改进，成功地提高了至少１５％ 的单顶制动功。 四是布顶效率更高。由于该顶具有较大的单元 制动能力，相同的系统制动能力下，所用的顶数比 普通顶要少，可相应的减少布顶区段的长度或有效 的提高顶群的系统制动能力。尤其在道岔区有限的 空间内或者顶群区，在无法增加布顶数量的前提下， 提高单顶制动功，可以有效的提高整个系统的制动 能力。 五是阻力功不变。高负荷减速顶的阻力功与既 有减速顶的阻力功基本相同，用高负荷减速顶替代 现用减速顶时系统总阻力功保持不变。在提高了制 动能力的前提下，并未增加对车辆的阻力。 六是临界速度精度高。高负荷减速顶的速度阀 采用局部阻尼型结构，其临界速度精度比普通减速 顶提高了３０％以上。由于精度的提高，使其判速更 为精准，减少了由于判速误差导致的制动功损失。 七是机体强度高。该顶加大了滑动油缸和活塞 杆直径，增加壳体、滑动油缸的壁厚，提高了抗冲 击能力，增加耐磨性，延长使用寿命，使其具有较 好的安全性能。 八是减小维修量。由于该顶一次性密封寿命更 长，因此整体维修量小，适应减速顶向少维修、无 维修方向的发展。同时由于布顶数量少，降低了施工、 驼峰调速系统及设备的发展及应用选择 维修的工作量，降低了维修人员的劳动强度，又能 减少零配件的消耗数量，给维修和管理带来了方便。 综上所述，随着铁路货车轴重越来越高，高负 朝着高速重载方向发展，编组站的钢轨轨重不断增 加，钢轨轨头变宽后，车轮踏面与外侧顶帽头接触 的搭接量变小，致使油缸下滑行程减少，制动功将 变得更小，甚至无法进行安装，因此制动能力低的 问题将会更加严重。另外，由于车轮踏面与外侧顶 帽头接触的搭接量变小，拔顶现象会更加严重。 综上所述，驼峰调速系统及设备对于提高驼峰 作业效率起着至关重要的作用。对于中小驼峰来说， 微机可控顶调速系统能够提高驼峰作业效率，在比 荷减速顶取代普通减速顶将是编组场减速顶调速系 统的发展趋势。而那些短、小、轻、薄的减速顶由 于行程短而易导致打压偏高，在减速顶做功时升温 较快，而产生不安全因素。同时由于系统布顶数较 多对施工安装和维修管理等带来不便，也增加了系 统总造价和运营成本，特别对于重载车辆更为不利。 （２）内侧顶与外侧顶比较 一选时应首先考虑。而对于适应当前重载车辆来说， 高负荷减速顶和内侧顶应该作为首选。 参考文献 ［１］吴家豪．中国铁路车辆减速顶调速系统设计优化［Ｍ］，中国铁 道出版社，２００８． 是内侧顶单顶制动能力较大。 二是与外侧顶相比，由于内侧顶可以双侧安装， 系统制动能力较高，占用线路有效长较短。 三是内侧顶可以在道岔区和曲线段安装。 四是外侧顶对线路要求较高。根据ＴＢ／Ｔ２４６０《铁 道车辆减速顶》的规定，在安装有外侧顶的线路上， 轨距的标准公差为１４３５＿＋２４ｍｍ。然而在实际应用过程 ［２］王继廉．韶关微机可控顶自动化调速系统［Ｊ］，减速顶与调速技 术，１９９２．２． ［３］包振峰．自动化驼峰基础设备【Ｍ］，中国铁道出版社，２００８． ［４］苏杰．编组站三部位减速器超速分析与对策『Ｊ１，上海铁道科技， ２００７．４． 中，工务对线路的维护也很难达到这种特殊要求， 而内侧顶则无此要求。 五是外侧顶车轮容易拔顶。由于外侧顶安装在 钢轨的外侧，车轮踏面与顶的帽头相接触，车轮拔 油缸的现象时有发生，当止冲装置失效后，容易导 ［５］姜站亮．浅谈自动化驼峰超速连挂问题及对策【ＪＪ，科技信息， ２００７．２５． ［６］中国铁道学会减速顶委员会．减速顶４０周年学术会论文集［Ｃ］， ’ｎ１４ 致脱线事故的发生，给运输生产安全带来极大隐患。 六是外侧顶不适用于重型钢轨。随着铁路运输 ７一
