重载铁路运输信号系统的技术要求

重载铁路运输信号系统的技术要求

自1989年中国第一条单元用车铁路开通以来，随着对铁路运输能力的需求增加，牵引机车的动力不断提高，牵引方式和车辆结构不断变化，线路由5000吨单元列车牵引，逐步发展为1.万吨和2万吨重复铁路列车的牵引。之后，修建的还有三座铁路：3.5t高压机、神朔铁路的高压机、晋中南铁路通道和中国蒙西运输路，以及中国和蒙古西部的高压机。由于重载铁路运输是一个复杂的系统工程,不但对机车车辆、站场布置、牵引供电、同步操控系统等有较高的技术要求,对于保证行车安全、提高运输作业效率和通过能力方面起关键作用的信号系统也有着不同于普速铁路的更高技术要求。本文仅就在重载铁路设计中遇到的几种特殊站场布局下的列车信号机设置问题以案例形式进行分析,探讨此类站型信号机设置的影响因素,总结安全、合理的布置原则,为类似工程设计提供借鉴。重载铁路运输组织模式主要靠提高列车重量和增加行车密度,以及提高整列到发、编解和直通能力,最终实现提高重载铁路运输效率,保证列车安全正常运行的目标。因此,站场专业往往更多围绕充分挖掘到发和组合编解能力进行设计,在技术作业站、装车或卸车站、万吨车中间停靠站等车场,站场专业设计了不同有效长的到发线,形成长短不一的进路以满足5000t、万吨、2万t列车的停靠、集结或解编作业,由此所形成的特殊站型为与运输作业密切关联的股道列车信号机设置带来了值得研究的课题。1股道划分和作业过程1)设有多组腰岔的技术作业站以重载货运为主的线路,一般至少都有一个位于各干支线的把口处的技术作业站,其负责重载列车的集结、分解及技术检查等技术作业。为保证干线的正常运输,减少列车在技术作业站作业的集结和分解时间,提高作业效率,站场设计时会在股道中间增设若干组腰岔或中岔。一种站型将2800m左右有效长的股道中间加2~3组腰岔,将股道划分成3~4段无岔区段,如图1中(b)和图2为朔黄线神池南站局部站场示意图,以满足5000t组合成万吨或2万t列车的需要,或反之分解成5000t列车。主要作业过程为:第一列5000t列车到达,摘走本务机车,技检作业→在第1列摘机的同时,该到发线接入第2列5000t列车,停于第1组腰岔和信号机前,并由腰岔处摘走本务机车→依次在第2个和第3个腰岔和信号机前接入第3列和第4列5000t列车→连接4组车,组成2万t(20000t)列车;反之,该股道也可直接接入万吨或2万t列车停靠,再解编。2)要求能同时接发5000t和万吨列车的车站,如图1中(a)为朔黄线沧州西站局部站场示意图,站场将股道有效长设计为不小于1700m套1050m站型,万吨列车应接车至4G的S4出站信号机前,5000t车可接车至4G的腰岔或中岔前的S4L进路信号机。2股道上的发送机不能开放,如果全面提高,则则尽量上述2种站场作业需求下,必定要求每个腰岔前均应设置接发车进路信号机,完成分段进路接车、机车摘挂、调车编解、发车等作业功能。我们在类似车站设计中常常发现,存在同一股道上有显示联系的两架信号机间距离有不足800m的情况(如图1、2所示),无法满足原铁道部令29号《铁路技术管理规程》和《机车信号信息定义及分配》(TB/T3060-2002)的有关规定,即《技规》第69条规定:特殊地段因条件限制,同方向相邻两架指示列车的信号机间的距离小于制动距离时,按下列方式处理:“在列车运行速度不超过120km/h的区段,当两架信号机间距离小于400m时,前架信号机的显示,必须完全重复后架信号机的显示;两架信号机间距离在400m及其以上,但小于800m时,后架信号机在关闭时,则前架信号机不准开放。”如果出站信号机不开放,中间有1架或2架信号机与之间距不足800m,有的甚至不足600m时,则股道上的发车进路信号机也不能开放,即前后架信号机需要红灯重复显示。随之产生的问题是,当车站接万吨列车至有效长为不小于1700m的股道停车时,如果该股道出站信号机不开放,则股道中部的发车进路信号机也不能开放,那么万吨列车就不能越过股道中部的发车进路信号机到股道头部的出站信号机前停车。同理,对于接2万t列车至有效长为2800m股道停车,如果出站信号机不开放,中间有两架信号机间距离不足800m时,则股道上的发车进路信号机也不能开放,那么2万t列车或集结时第一列5000t列车就不能越过股道中的发车进路信号机到股道头部的出站信号机前停车。如此带来的问题是:要么设特殊信号允许列车以极低速度通过进路信号机,降低作业效率;要么拉长股道长度以满足显示要求,但土建费用随之加大。上述问题给我们带来了思考:是否按照以往设计做法无论正线或侧线上的列车信号机都一律按照小于800m间距即红灯重复显示呢?能否挖掘出提高作业效率的潜能呢?我们作了分析:对于编组100余节车辆的万吨列车而言,为防止紧急制动(全制动)造成车钩断裂,或如此长大列车因制动后惯性挤压中部车辆掉道等带来的危险,一般列车换算制动率取全值的75%~80%,即采用常用制动。随着列车在接入侧线股道运行过程中,其运行速度将随之降至道岔曲线段线路限速值以下,在尾部未出清咽喉道岔区之前,司机是不应提速的,在不同的初始速度下其列车制动距离是不同的,以一般车站经12号道岔侧向接车为例,对于重载铁路万吨重车或空车而言,其双机重联机车牵引制动距离如表1、2所示(注:常用制动距离采用计算固定信号机间距离的方法,即列车换算制动率取全值的80%,安全距离为100+0.5×V,并考虑可控列尾因素)。如果是利用同步操控的组合牵引列车,则列车制动距离还将较之有所缩短;考虑重载铁路车站站坪一般宜设在平道上,困难条件下,可设在不大于1.0‰的坡道上;特殊困难条件下,区段站和中间站咽喉区的正线坡度不得大于2.5‰。可见,一列以45km/h运行至股道的货物列车,其最大常用制动距离一般不超过600m,即意味着《技规》中的小于800m(120km/h速度旅客列车紧急制动距离)则红灯重复的条件,对于货运铁路非正线股道上设置的前后两架列车信号机而言是过于严苛了,在最大限度保证安全性的前提下,留出了过多的余量,如此设计将限制工程设计的能力发挥,制约作业效率的提高。由此,可以通过合理建立信号机显示与机车信号码序的对应关系实现运输安全及作业效率的提高。为满足万吨及2万t列车接发或编解作业的需要,在满足列车最大允许运行速度即制动距离要求的前提下,通过对股道上列车信号机及机车信号显示关系的研究,有以下二种信号设计方案可供选择。2.1s1l发进路信号机+下受力关系方案一:两架信号机设置间距不足800m时采用蓝灯方案参考以往重载铁路的设计经验,对在同一股道上有显示联系的两架信号机间距离不足800m的,发车进路信号机可增设蓝色信号灯光显示。当该发车进路信号机显示蓝色信号灯光时,表示允许列车以较低速度越过本架进路信号机至前方接车进路末端信号机停车,从而使万吨或2万t列车能不停车运行至后一架信号机前,满足车站的接车作业。结合后一架信号机开放情况及两架信号机间距离,地面信号和机车信号设计为以下组合关系。1)当后架出站(或发车进路信号机)未开放允许信号时,其股道接近区段发HU码,本架信号机点亮蓝色信号灯光。此时,当两架信号机间距离小于600m(如图1中(a)的S4出站和S4L发车进路信号机)时,本架S4L信号机股道接近区段发HB码,允许列车以不大于调车速度越过本架信号机,准备在后一架S4信号机前停车;两架信号机间距离大于600m但小于800m(如图1中(b)的神池南站XI-14出站和XI-14L5、XI-14L3发车进路信号机)时,为提高行车效率,XI-14L5或XI-14L3本架进路信号机股道接近区段可升级发UU码,可实现允许列车以不大于45km/h的速度越过本架信号机,准备在后一架信号机前停车。2)当后架出站(或发车进路信号机)开放允许信号时,其股道接近区段发UU码。此时,若本架进路信号机与后一架出站(发车进路)信号机间距离小于800m时,本架信号机显示U色信号灯光,其接近区段同样发UU码,允许列车以不大于45km/h速度越过本架信号机,进入后架信号机接近区段并按其地面信号显示和发码行车。方案二:两架信号机间距离750~800m采用黄灯方案以朔黄线的神池南站站型为例,考虑万吨列车在侧线接车股道上运行最高速度一般不超过道岔侧向允许速度,按照此速度下万吨列车安全制动距离表的安全侧考虑,为了提高作业效率,对于同一股道设置的前后两架信号机间距离大于750m但小于800m的情况(如图2所示),当后架出站或发车进路信号机关闭(或开放允许)信号时,其接近区段发送HU(对应后架开放,或发UU码);此时,本架发车进路信号机可以点黄色灯光,其接近区段发U码(对应后架信号开放)、或发U2码(或当发车进路为经18号道岔侧向时),列车按进路信号机的标准黄灯显示含义和机车信号运行,运行至后一架信号机接近区段再按其地面和机车信号显示运行。值得注意的是,此种情况司机在LKJ监控下不得提速运行。方案一:S4L至S4按列车进路办理,S4L仍开放蓝灯。由于两信号机间距不满足列车制动距离,此前4G2发的是HU码,收到HU码的列车是不可以再启动的,只有LKJ解锁方可看蓝灯前行,此方案蓝灯含义模糊,与技规不符;方案二:当4G2有车占用后,必须办理S4L至S4的调车进路,开放白灯,按调车作业前行至S4。此方案显示含义明确,操作规范。结论:推荐采用方案二,并在站细中做相应规定。3特殊信号机的设置以S4L距离S4信号机小于800m为例,该进路信号机建议选择符合规范的发车进路信号机构,但将L(绿)灯灯位改为A(蓝色灯光),设置成“白、蓝、黄、红”四显示特殊信号机,如图1、2所示。3.1信号机进路信号1)S4L点灯电路如图3所示,其中A(蓝灯)信号灯位点灯条件为:S4L信号继电器吸起、前方S4信号继电器落下条件(信号没有开放),且没有以此进路信号机为始端办理的调车进路。2)信号显示定义一个红色灯光——不允许列车或车列越过该信号机,对列车和调车起阻挡作用。一个黄色灯光——表示前方出站或进路信号机在开放状态,准许列车越过本信号机进入次一架信号机接近区段,司机按机车信号和LKJ监控装置提供的监控速度驾驶列车。一个蓝色灯光——不准越过该信号机调车,仅对调车起阻挡作用,对接入的列车不起阻挡作用。一个白色灯光——准许越过该信号机调车。灭灯为信号机的故障状态——表示该信号机在关闭状态,不允许列车或车列越过该信号机。3.2信号联锁设计案例当办理上行至4G2接车时,办理方式为:顺序按压为进站信号按钮和X4LA;当办理上行至4G1接车时,办理方式为:顺序按压为进站信号按钮和D23LA。当办理了上行至4G2接车后,不能再办理S4L至S4的列车(S4L开放蓝灯)进路,只能办理S4L至S4的调车进路。其他案例,重载铁路信号设计中,对于没有编解作业的万吨通过或待避作业的中间车站,由于车站正线股道较长,车站正线进站至出站信号机间的距离可达到2300~3500m,因此在车站股道中间适当地点增设接发车进路信号机,可增加正线通过能力。该接发车进路信号机位置可设于同方向正线股道上位于进站和出站信号机间中间适当位置,距离出站信号机。满足不小于1050m为宜。总之,深入研究特殊作业场景下技术规范的运用,合理制定重载铁路复杂站场下的信号机布置原则,是车站集中联锁系统设计非常重要的基础内容之一,完善的信号联锁设计,才能为司机安全驾驶、提高车站作业效率提供重要的基础保障。以上案例具有一定的代表性,随着重载铁路的不断发展,我们必将积累更多的设计经验与大家分享。方案一和方案二均突破了现行原铁道部有关技术规定,技术上均可行,运用上有所区别,哪种方案更适宜运输要求,设计时应结合站场情况充分论证选择。2.2长、短列车接车例如沧州西站S4L至S4的进路(长度小于600m)