關(guān)于對(duì)使用HXD3C型電力機(jī)車牽引貨物列車在南曹線平穩(wěn)優(yōu)化運(yùn)行方案的探討

張萬(wàn)睿（濟(jì)南鐵路局濟(jì)南西機(jī)務(wù)段,濟(jì)南 250000）

關(guān)于對(duì)使用HXD3C型電力機(jī)車牽引貨物列車在南曹線平穩(wěn)優(yōu)化運(yùn)行方案的探討

張萬(wàn)睿
（濟(jì)南鐵路局濟(jì)南西機(jī)務(wù)段,濟(jì)南 250000）

通過(guò)對(duì)HXD3C型電力機(jī)車牽引、制動(dòng)性能、制動(dòng)機(jī)工作特性和貨運(yùn)列車平穩(wěn)操縱原理的分析及研究，以此來(lái)探索HXD3C型機(jī)車牽引貨運(yùn)列車的優(yōu)化操縱方法。為糾正機(jī)車乘務(wù)員使用HXD3C型電力機(jī)車不良操縱習(xí)慣，提高機(jī)車乘務(wù)員優(yōu)化操縱技術(shù)水平以及對(duì)人工控制列車優(yōu)化運(yùn)行及應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究具有非常重要的實(shí)現(xiàn)安全和經(jīng)濟(jì)意義。

電力機(jī)車；牽引/制動(dòng)；貨運(yùn)列車；長(zhǎng)大下坡道；操縱；南曹線

1　HXD3C型機(jī)車牽引貨物列車在起伏坡道上產(chǎn)生沖動(dòng)的原因及分析

2012年由北京二七軌道交通裝備制造了首批15臺(tái)不帶列車供電設(shè)備的HXD3C型交流傳動(dòng)六軸7200KW干線貨運(yùn)電力機(jī)車（6001～6015）并配屬濟(jì)南鐵路局濟(jì)南西機(jī)務(wù)段，用于擔(dān)當(dāng)京滬線濟(jì)南-天津區(qū)段的貨運(yùn)列車牽引任務(wù)。由于該機(jī)型到段上線時(shí)間短，機(jī)車乘務(wù)員對(duì)該機(jī)型的牽引、制動(dòng)性能、制動(dòng)機(jī)工作特性還沒(méi)有完全的掌握和熟練操作使用，導(dǎo)致在操作過(guò)程中產(chǎn)生較多的沖動(dòng)，牽引貨物列車運(yùn)行在南倉(cāng)至曹莊的“魚背形”線路時(shí)尤為明顯。

HXD3C型機(jī)車牽引貨運(yùn)列車在南曹線運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生沖動(dòng)的原因主要有以下幾方面：信號(hào)及監(jiān)控裝置的影響頻繁使用動(dòng)力制動(dòng)及起伏坡道產(chǎn)生的沖動(dòng)；通過(guò)變坡點(diǎn)以及直道轉(zhuǎn)彎道或彎道轉(zhuǎn)直道、過(guò)分相頻繁調(diào)整手柄級(jí)位產(chǎn)生的沖動(dòng)；車鉤間隙及各車鉤緩沖裝置張力的不同、及貨物列車各種車輛的重量不同；啟車或停車產(chǎn)生的沖動(dòng)。

2　HXD3C型電力機(jī)車牽引貨物列車在南曹線較長(zhǎng)下坡道上利用動(dòng)力制動(dòng)控速和空氣制動(dòng)控速的分析

由于南曹線南倉(cāng)至曹莊間該區(qū)間為單線半自動(dòng)閉塞區(qū)段，坡道起伏大，彎道過(guò)多，限速低，機(jī)車乘務(wù)員對(duì)HXD3C型機(jī)車優(yōu)化操縱的基本觀點(diǎn)和微觀優(yōu)化操縱方法知識(shí)欠缺，對(duì)列車動(dòng)能有用程度認(rèn)識(shí)不清，造成許多機(jī)車乘務(wù)員在此區(qū)段的實(shí)際操縱中有許多優(yōu)化控制點(diǎn)不能夠很好地把握，給機(jī)車乘務(wù)員操縱造成了一定的困難，造成了巨大的不必要的能源損失和安全隱患。尤其柳青線路所至曹莊間為12‰較長(zhǎng)下坡道。例如：HXD3C型電力機(jī)車單機(jī)牽引5500t的貨物列車，以限速65km/h實(shí)際運(yùn)行55km/h運(yùn)行在此下坡道，如果單獨(dú)使用電阻制動(dòng)能否使列車不增速可用以下公式判定：（1）式中λd——?jiǎng)恿χ苿?dòng)使用系數(shù)，取0.9（因?yàn)樵诹嗑€路所至曹莊間為小半徑曲線如果機(jī)車滿負(fù)荷單獨(dú)使用動(dòng)力制動(dòng)時(shí)容易產(chǎn)生滑行，尤其在雨、雪、冰凍天氣下，為避免滑行產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差，不建議使用最大制動(dòng)電流，此種情況取0.9符合現(xiàn)場(chǎng)工作實(shí)際。）

Bd——在給定速度下的機(jī)車動(dòng)力制動(dòng)力（HXD3C型機(jī)車當(dāng)速度為55km/h時(shí)動(dòng)力制動(dòng)力最大為400KN)

P,G——各為機(jī)車計(jì)算重量和牽引重量,單位：t（噸）（濟(jì)南西機(jī)務(wù)段所用HXD3C型機(jī)車的軸重為25t即P=25t*6=150t,G=5500t）w'0，w''0——各為在給定速度下的機(jī)車、車輛單位基本阻力（經(jīng)過(guò)計(jì)算HXD3C速度為55km/h時(shí)的機(jī)車單位基本阻力為w'0=3.64N/ KN,貨車單位基本阻力w''0=1.66N/KN）

ij——長(zhǎng)大下坡道的加算坡度千分?jǐn)?shù)，下坡取負(fù)值（南曹線柳青線路所—曹莊坡道加算千分?jǐn)?shù)為12‰，下坡道ij=-12‰）。

（1）式右端為列車在長(zhǎng)大下坡道上慣性引起的斜下的下滑力。如果計(jì)算上式成立時(shí)，說(shuō)明單獨(dú)使用動(dòng)力制動(dòng)能夠控制列車不增速，否則，想要使列車不增速必須使用空氣制動(dòng)輔助調(diào)速。

（1）計(jì)算列車在此長(zhǎng)大下坡道上55km/h速度時(shí)的動(dòng)力制動(dòng)力

（2）計(jì)算列車在此長(zhǎng)大下坡道上慣性引起的斜下的下滑力

以上計(jì)算得出動(dòng)力制動(dòng)力＜列車在此長(zhǎng)大下坡道上慣性引起的斜下的下滑力，（1式）不能滿足，得出如果單使用動(dòng)力制動(dòng)不能控制列車減速，需要電空配合調(diào)速。由于此區(qū)段限速低等原因，列車不能以過(guò)高的速度運(yùn)行，為防止重載列車使用空氣制動(dòng)發(fā)生低速緩解造成事故，故不提倡使用電空配合調(diào)速，則需要降低牽引重量或降低運(yùn)行速度。根據(jù)（1）式可以導(dǎo)出

當(dāng)HXD3C型電力機(jī)車單機(jī)牽引5500t的貨物列車，以限速65km/h實(shí)際運(yùn)行55km/h運(yùn)行在此下坡道，單獨(dú)使用動(dòng)力制動(dòng)能控制列車速度不增速的牽引重量為

在此可以看出，采取降低運(yùn)行速度和牽引重量的措施，都會(huì)降低機(jī)車運(yùn)用效率，不利于企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此機(jī)車乘務(wù)員當(dāng)HXD3C型電力機(jī)車單機(jī)牽引牽引貨物列車總噸數(shù)不超過(guò)3428t時(shí)，不宜采取過(guò)低的運(yùn)行速度運(yùn)行，安全條件允許的情況下，機(jī)車乘務(wù)員加強(qiáng)與曹莊站聯(lián)控爭(zhēng)取通過(guò)，減少不必要的動(dòng)能損失，提高機(jī)車的運(yùn)用效率及經(jīng)濟(jì)效益。

3　 HXD3C型電力機(jī)車牽引貨物列車在南曹線運(yùn)行優(yōu)化操縱方案

由于下行南曹線南倉(cāng)至曹莊間該區(qū)間為單線半自動(dòng)閉塞區(qū)段，坡道起伏大，彎道過(guò)多，限速低，正線京滬線客貨共用，下行貨車在曹莊站待避停車機(jī)會(huì)較多且曹莊站為較長(zhǎng)下坡道尾部附近的車站，需要調(diào)速進(jìn)站停車的機(jī)會(huì)較大，給機(jī)車乘務(wù)員的操作平穩(wěn)性提出了更高的要求。

3.1列車在站起車加速時(shí)的平穩(wěn)操縱方法

列車起動(dòng)時(shí)的操縱,現(xiàn)今我們貨物列車啟動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)是壓縮車鉤起動(dòng),因?yàn)檫@樣可以使列車平均起動(dòng)阻力較小,起動(dòng)比較容易。壓縮車鉤起動(dòng),由于車輛間的間隙存在加之車鉤間的彈簧的緩沖作用可以使各節(jié)車輛分別起動(dòng),而不是全列車一起動(dòng)作,但也由于間隙的存在使列車沖擊力加劇，空重混編的列車啟動(dòng)尤為明顯。但從減小沖動(dòng)的角度來(lái)講,從有利于列車平穩(wěn)起動(dòng)的角度考慮,車鉤應(yīng)處于伸張狀態(tài)。因?yàn)檐囥^在伸張狀態(tài),列車接近整體起動(dòng),沖動(dòng)較小。為了兼顧起車和減小列車沖動(dòng)兩種情況，起車時(shí)壓縮車鉤的輛數(shù)不應(yīng)超過(guò)整列輛數(shù)的三分之二，起車時(shí)不宜高手柄級(jí)位起車，由于HXD3C型機(jī)車持續(xù)功率為7200kw，持續(xù)牽引力為400KN(25t軸重)，起動(dòng)牽引力為570KN(25t軸重),如此大的牽引力列車在起動(dòng)時(shí)極易出現(xiàn)牽引力波動(dòng)的情況，從而使列車起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)前后沖動(dòng)的情況，造成列車不平穩(wěn)。因此在列車起動(dòng)后的低速加速階段，司機(jī)手柄給定級(jí)位應(yīng)掌握在大于實(shí)際速度1位左右，如：列車速度為20km/h時(shí)，手柄級(jí)位維持在2.8-3.0級(jí)之間，同時(shí)在列車速度不斷升高的同時(shí)，逐步提高手柄級(jí)位，此時(shí)為防止機(jī)車牽引力波動(dòng)造成列車前后沖動(dòng)的情況，司機(jī)應(yīng)持續(xù)適量撒砂，使列車平穩(wěn)加速。

3.2機(jī)車動(dòng)力制動(dòng)調(diào)速時(shí)的平穩(wěn)操縱方法

由于南曹線線路條件所限，貨物列車編組較長(zhǎng)在此區(qū)段不適合做電空配合調(diào)速，單獨(dú)使用動(dòng)力制動(dòng)為最佳選擇，此區(qū)段坡道起伏大、彎道過(guò)多為使列車平穩(wěn)運(yùn)行，產(chǎn)生沖動(dòng)較小。機(jī)車乘務(wù)員使用動(dòng)力制動(dòng)調(diào)速時(shí)，應(yīng)根據(jù)HXD3C型機(jī)車牽引/制動(dòng)的恒功率準(zhǔn)恒速特性注意主手柄“級(jí)位預(yù)置法”，確保動(dòng)力制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力產(chǎn)生的平穩(wěn)，當(dāng)機(jī)車動(dòng)力制動(dòng)產(chǎn)生后，根據(jù)需要司控器調(diào)速手柄在制動(dòng)模式下由零位逐級(jí)增加制動(dòng)力，例如：南曹線不適合做電空配合調(diào)速時(shí)，應(yīng)遵循進(jìn)站停車不超30km/h的規(guī)定，此時(shí)動(dòng)力制動(dòng)的平穩(wěn)操縱就顯得尤為重要。曹莊進(jìn)站停車進(jìn)站限速不超30km/h時(shí)，如果此時(shí)列車速度為45km/h時(shí)，由于柳青線路所至曹莊進(jìn)站為12‰的下坡道，列車的速度會(huì)繼續(xù)上升，機(jī)車乘務(wù)員根據(jù)需要提前將手柄預(yù)置與“*”級(jí)，此時(shí)HXD3C型機(jī)車便會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)力，此時(shí)制動(dòng)力較小列車的沖動(dòng)也較小，在“*”級(jí)停留一段時(shí)間后，處于下坡道的列車車鉤被壓縮后再逐漸增加制動(dòng)力，有利于列車的平穩(wěn)運(yùn)行，不可將手柄直接給至較大或最大級(jí)位，這樣會(huì)使處于下坡道的列車產(chǎn)生較大沖動(dòng)。直到列車達(dá)到目標(biāo)速度，將手柄逐級(jí)回至“*”級(jí)，等待幾秒，最后將手柄回至“0”，進(jìn)站準(zhǔn)備停車。

3.3機(jī)車在南曹線運(yùn)行過(guò)分相時(shí)的平穩(wěn)操縱方法

南曹線南倉(cāng)-曹莊間全長(zhǎng)不到20km，但分相區(qū)共有3個(gè)加之此區(qū)段坡道起伏大，彎道過(guò)多，限速低給機(jī)車乘務(wù)員過(guò)分相時(shí)的平穩(wěn)操縱增加了一定的難度。因此，在此區(qū)段過(guò)分相時(shí)操縱機(jī)車時(shí)應(yīng)注意：

（1）過(guò)分相前，由于HXD3C型機(jī)車牽引力的下降較為平緩，司機(jī)在過(guò)分相前回手柄時(shí)，可直接將手柄回至“*”位，待牽引力消失后，再回至“0”位斷電，過(guò)分相即可。但處于上坡道時(shí)的過(guò)分相，如北倉(cāng)-王秦莊間的分相區(qū)處于彎道的上坡道區(qū)域，司機(jī)回手柄時(shí)，應(yīng)將手柄回到稍低于能夠過(guò)分相的列車速度目標(biāo)級(jí)位，待牽引力消失后，再將手柄回至“*”位，稍停后再回至“0”位，不要直接回到“*”位，更不能直接回“0”位，避免列車沖動(dòng)，尤其是空重混編貨物列車。在機(jī)車通過(guò)分相主斷路器閉合且輔助變流器起動(dòng)后，司機(jī)將手柄提至“*”位，觀察原邊電流上升后，再提手柄，這樣可避免初次提手柄無(wú)牽引力輸出，從而造成二次回手柄再提的情況。

（2）通過(guò)分相后，HXD3C型機(jī)車根據(jù)列車當(dāng)時(shí)速度，給定手柄級(jí)位：

1）如列車處于上坡道或平道運(yùn)行時(shí)，如北倉(cāng)-王秦莊間的分相區(qū)處于彎道上坡道區(qū)域，加速時(shí)注意采取持續(xù)撒砂的方法，防止機(jī)車牽引力波動(dòng)，列車前后沖動(dòng)，造成列車運(yùn)行不平穩(wěn)的情況發(fā)生，為過(guò)分相創(chuàng)造良好的平穩(wěn)運(yùn)行和速度條件。為防止手柄給定級(jí)位高于列車速度使機(jī)車前沖造成列車沖動(dòng)的情況，因此手柄級(jí)位要與列車速度相等或稍低0.1級(jí)，例如：列車速度45km/h，則手柄給至4.4 或4.5級(jí)，待列車速度自然下降、機(jī)車牽引力輸出上升并穩(wěn)定后，再將手柄給至固定級(jí)位。

2）如列車處于下坡道運(yùn)行時(shí)，司機(jī)給定級(jí)位要高于列車速度0.1級(jí)，例如：南倉(cāng)上發(fā)場(chǎng)出站至北倉(cāng)進(jìn)站前的過(guò)分相處于下坡道區(qū)域，列車過(guò)分相之后速度14km/h，則主手柄級(jí)位給至1.4或1.5級(jí)，待牽引力輸出后，及時(shí)提高手柄級(jí)位至1.9或2.0級(jí)，避免牽引力出現(xiàn)波動(dòng)，使列車產(chǎn)生沖動(dòng)。

3.4列車在站停車時(shí)的平穩(wěn)操縱方法

貨物列車初次制動(dòng)停車減壓量盡量小一些,提倡“早減、少減”,使列車均勻降速。在牽引重載長(zhǎng)大列車時(shí),站外調(diào)速應(yīng)以動(dòng)力制動(dòng)為主、空氣制動(dòng)為輔或動(dòng)力制動(dòng)與空氣制動(dòng)相結(jié)合的操縱方法，例如：當(dāng)列車運(yùn)行至南曹線柳青線路所至曹莊的區(qū)段時(shí)，列車最大牽引重量不超過(guò)3428t時(shí)，在較長(zhǎng)大下坡道上單獨(dú)使用動(dòng)力制動(dòng)控速調(diào)速時(shí),在列車全部進(jìn)入下坡道后,將動(dòng)力制動(dòng)手柄提至“*”位,待列車?yán)^續(xù)增速的同時(shí),逐步增加制動(dòng)電流，控制合適的運(yùn)行速度進(jìn)站準(zhǔn)備停車。

當(dāng)天氣不良時(shí)，機(jī)車乘務(wù)員應(yīng)加強(qiáng)與車站聯(lián)控，盡量不在處于較長(zhǎng)下坡道尾部附近的曹莊站停車，這樣可利用柳青至曹莊的下坡道產(chǎn)生的下滑力有利動(dòng)能使列車通過(guò)車站，不會(huì)造成有用動(dòng)能的損失。

4　總結(jié)

通過(guò)根據(jù)機(jī)型、運(yùn)行線路及列車運(yùn)行限制條件的各種參數(shù)進(jìn)行比對(duì)計(jì)算形成優(yōu)化操縱指導(dǎo)方案，再結(jié)合優(yōu)化調(diào)度、優(yōu)化操縱系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究機(jī)車運(yùn)用狀態(tài)及操縱方法，具有一定的企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和確保運(yùn)輸安全生產(chǎn)的意義。

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