朔黃鐵路重載列車動力分布模式探討

賈晉中，陳海濱，周 軍，王志毅

（朔黃鐵路公司，河北肅寧062350）

朔黃鐵路是國家Ⅰ級雙線電氣化鐵路，西起山西省神池南站，東至河北省黃驊港站。神池南至黃驊港間（上行）最大下坡道12‰，限制坡道4‰；黃驊港至神池南（下行）最大下坡道4‰，限制坡道12‰；最小曲線半徑400m；貨運機車SS4B、SS4G型，近期將購置8軸大功率交流機車；技術速度63km／h；萬噸列車使用C70A、108輛編組，牽引質量為10 368t，車輛總長度為1 482.4m；兩萬噸列車將使用C80、196輛編組，牽引質量為20 188t，車輛總長度為2 352m。

1 動力分布與列車運行品質

1.1 幾種常用的動力分布模式

（1）對于萬噸列車，最常用的動力分布模式為單元式和組合式。單元式是采用SS4B或SS4G直流機車牽引時為2＋0；采用大功率交流機車牽引時為1＋0。組合式是采用SS4B或SS4G直流機車牽引為1＋1。見圖1～圖3。

（2）對于2萬噸列車，從安全和運輸效率的角度出發，只有采用組合模式，但組合形式又根據牽引的機型不同分為：

SS4B或SS4G組合兩萬噸列車分為2＋2、2＋1＋1、1＋2＋1、1＋1＋1＋1等。1＋1＋1＋1由于在日常運輸組織中難度較大，運輸效率低，一般不采用。見圖4～圖7。

圖1 SS4B或SS4G單元萬噸列車動力分布模式

圖2 大功率交流機車單元萬噸列車動力分布模式

圖3 SS4B或SS4G組合萬噸列車動力分布模式

圖4 2＋2組合模式

圖5 2＋1＋1組合模式

圖6 1＋2＋1組合模式

圖7 大功率交流機車組合兩萬噸列車一般采用1＋1組合模式

1.2 動力分布對列車運行品質的影響

列車在運行中是一個非常復雜的受力體，正常情況下，列車是在軌面上做較規則的蛇行運動，一旦受力失衡，將會直接導致脫軌、顛覆等惡性事故的發生。特別是在坡道、彎道等復雜地段，更容易發生列車受力失衡。綜合考慮列車所受到的各種力，坡道的下滑力、彎道上的離心力及各種阻力等均是在外部條件的影響下產生的，是影響列車運行品質的外因；而由機車產生的牽引力、動力制動力、空氣制動力，是列車的內力，是影響列車運行品質的內因。因此，我們要提高列車的運行品質，就必須要首先抓住內因，控制好影響列車運行品質的主要因素。

1.2.1 牽引工況下的列車受力（圖6）

列車在牽引工況下運行時，受到的內力是機車牽引力，正常情況下，僅僅在需要停車時才會施加動力制動力及空氣制動力。所以機車牽引力是最主要的，也就是說在牽引工況時，我們主要應該解決的問題是能拉得動。

圖8 受力分析

列車在牽引工況下，只要牽引力足夠大，克服運行阻力，就能滿足列車運行的需要，動力的分布對列車運行品質的影響不是主要的原因。此時，線路狀況、乘務員操縱、車輛狀態等因素是影響列車運行品質的主要原因。工務、車輛專業應重點對設備的技術狀態進行檢查，使其符合列車運行要求；機務專業應在優化列車操縱辦法上下功夫，重點減小過分相、通過變坡點等情況時列車的沖動。特別是開行萬噸、兩萬噸等重載列車時，由于連掛的車輛多，列車長度大，蛇行運動更容易因沖動過大、設備技術條件不達標造成受力失衡，從而引發事故。

2.2 通過理解與思辨，激發“深度學習” 鼓勵學生在理解的基礎之上進行批判性學習，建立鼓勵批判和質疑的評價機制，使學生在思辨中加深對知識的理解，通過表象看到問題的本質，在師生和生生質疑中催生高階思維，學生在思辨中增加思維的深度和思維的廣度。在思維的發散過程中能實現新舊知識的關聯及有機整合，從而實現知識的有意義建構。在理解基礎之上的思辨還能實現知識的遷移與應用，在實際問題的解決中更能讓能力得到有效的提升[3]。

1.2.2 制動工況下的列車受力

列車在制動工況下運行時，受到的內力有機車的動力制動力、空氣制動力。特別是列車在連續長大下坡道地段運行時，為使列車能夠按規定速度平穩運行，機車乘務員將對列車實施不間斷的循環制動。在列車實施制動、緩解、再制動、再緩解不停的循環過程中，影響列車受力均衡的主要因素是車輛制動和緩解的同步性。也就是說，所有車輛制動和緩解的同步性越好，列車的受力就越均勻，列車的運行品質就越好；反之，列車的運行品質會很差。而車輛制動和緩解同步性受列車管內壓縮空氣制動波速和緩解波速的控制，波速越高，同步性越好。

（1）萬噸列車

經過公司進行的萬噸列車靜、動態試驗，我們得出數據如表1～表3。

表1 靜態試驗數據

表2 動態試驗數據

表3 動態試驗數據

從表1中可以得出結論，萬噸列車1＋1和2＋0編組在下坡道運行實施循環制動時，由于受制動波速、制動空走時間、緩解充風時間的影響，1＋1組合列車中車輛受力的同步性明顯優于2＋0編組的單元列車。另外2＋0編組的列車要想滿足循環制動的條件，必須降低列車制動后的緩解速度，此時將大大影響運輸效率。通過試驗，我們看到在12‰下坡道列車循環制動時，1＋1編組列車的緩解速度可以達到54km／h，而2＋0必須在速度降為47km／h以下緩解才能滿足循環制動的要求。

從表2中的列車各種受力指標看，我們可以很直觀的看到1＋1的運行品質明顯優于2＋0編組的列車，這也和表1中得到的數據相符。從表3中列車在12‰下坡道實施緊急制動后的數據來看，2＋0編組的萬噸列車充風時間為1＋1編組列車的兩倍多，且2＋0編組列車在動力制動配合的情況下，充風時間不能滿足循環制動的需要。

（2）2萬噸列車

2萬噸列車較萬噸列車而言，由于長度、質量均成倍增加，列車在運行中的受力更加復雜多變，所以列車的運行品質難以控制，稍有不慎，將帶來嚴重后果。大秦線開行2萬噸組合列車后，發生過多次脫軌事故，據了解，主要原因是列車在制動時，沖動過大，造成中部附近車輛脫軌。大秦公司管內線路狀況、牽引機型與朔黃鐵路公司十分接近，他們的經驗教訓，值得我們借鑒。

大秦公司于2004年底開始著手進行2萬噸列車的試驗，最初使用的是4臺SS4G機車分4小列編組，即1＋1＋1＋1編組模式。2006年鐵道部決定在大秦線進行2×10 000t組合列車試驗，用和諧號機車牽引，組合方式為1＋1＋1，即一個主控機車，中部掛一個機車，尾部掛一個機車，兩個機車間牽引10 000t。這種開行模式，大大緩解了大秦線起始站湖東站的編組壓力，減少了站場改造工作量，為運輸組織解決了重大難題。

2008年鐵道部對大秦線2萬噸組合模式的機車牽引進行了動力學試驗，得出結論，1＋1＋1組合模式下，在牽引過程中，主要使用頭車和中部機車進行牽引，尾部機車并不參與牽引。尾部機車是在下坡道制動時參與制動，以防止慣性沖動造成車輛脫軌。根據這個試驗結論，同時根據大秦線線路的實際情況和和諧號機車牽引定數，決定在大秦線進行可控列尾試驗，既進行1＋1＋可控列尾編組模式，取消尾部機車，加上可控列尾，這樣，每個2萬噸編組取消了一個機車，節約了成本。經過對大秦鐵路公司近幾年的運用數據來看，這一組合方式日趨成熟。

2 朔黃鐵路公司設備改造及萬噸列車開行情況

經過前期的試驗論證，公司最終確定萬噸列車重車采用1＋1編組，空車采用2＋0編組的模式。自2009年10月15日開行萬噸列車以來，由最初的日均接發1＋1編組重車3列，到目前日均接發1＋1編組重車14.6列，2＋0編組空車10列。

目前在朔黃鐵路公司管內運用的SS4B、SS4G機車制動機為DK－1G型和DK－1型，即將采購的交流機車采用DK－2型制動機，風源系統采用的是螺桿泵壓縮機，打風量為3.0m3／min；C64、C70及將要采購的C80車輛的制動系統均采用120－Ⅰ型制動分配閥，采用TECTROMS－Ⅰ型同步操縱系統，CHTLW－Ⅰ型列尾裝置。列車在高坡地段運行時，機車乘務員使用空電配合下山，在最困難區段的制動周期約為4min，每次空氣制動的初次減壓量約為50kPa。

公司在開行萬噸列車前，組織制定并不斷完善萬噸列車行車組織辦法，更換75kg／m無縫鋼軌及Ⅲ型枕，對線路、橋涵進行加固處理，對過負荷嚴重的牽引變電所及其他供電設備采取增容措施。合理的列車編組方式及各專業對行車設備的精心維護，持續改進，有利保障了萬噸列車安全開行。

3 結束語

通過對朔黃鐵路公司萬噸及大秦公司兩萬噸列車試驗及實際運行數據的分析，得出以下結論：

對于萬噸列車，重車方向應采用1＋1的編組方式，空車方向既可采用1＋1也可采用2＋0的編組方式。經過公司兩年多重車1＋1編組運行及近一年空車2＋0編組運行的實踐證明，與試驗數據基本吻合，方案可行。

對于兩萬噸列車，應結合公司實際情況，最大限度的提高運能，減小編組兩萬噸列車對車站的影響。我們認為在公司進行兩萬噸試驗時，應重點對直流車的2＋2＋可控列尾及交流機車的1＋1＋可控列尾兩種編組方式進行試驗。在交流機車達到一定數量時，交流機車用于兩萬噸列車的牽引，直流機車用于萬噸列車的牽引，并均采用1＋1＋可控列尾的編組模式。

［1］神華神朔、朔黃鐵路萬噸列車牽引試驗報告（2008）JS（SYBG）第Z001號［R］.株州：南車株州電力機車有限公司技術中心檢測試驗站.

［2］耿志修.大秦鐵路重載運輸技術［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.