關于對使用HXD3C型電力機車牽引貨物列車在南曹線平穩優化運行方案的探討

2015-07-26 07:20:21張萬睿濟南鐵路局濟南西機務段濟南250000

山東工業技術 2015年5期

張萬睿（濟南鐵路局濟南西機務段,濟南 250000）

張萬睿
（濟南鐵路局濟南西機務段,濟南 250000）

通過對HXD3C型電力機車牽引、制動性能、制動機工作特性和貨運列車平穩操縱原理的分析及研究，以此來探索HXD3C型機車牽引貨運列車的優化操縱方法。為糾正機車乘務員使用HXD3C型電力機車不良操縱習慣，提高機車乘務員優化操縱技術水平以及對人工控制列車優化運行及應用技術進行研究具有非常重要的實現安全和經濟意義。

電力機車；牽引/制動；貨運列車；長大下坡道；操縱；南曹線

1　HXD3C型機車牽引貨物列車在起伏坡道上產生沖動的原因及分析

2012年由北京二七軌道交通裝備制造了首批15臺不帶列車供電設備的HXD3C型交流傳動六軸7200KW干線貨運電力機車（6001～6015）并配屬濟南鐵路局濟南西機務段，用于擔當京滬線濟南-天津區段的貨運列車牽引任務。由于該機型到段上線時間短，機車乘務員對該機型的牽引、制動性能、制動機工作特性還沒有完全的掌握和熟練操作使用，導致在操作過程中產生較多的沖動，牽引貨物列車運行在南倉至曹莊的“魚背形”線路時尤為明顯。

HXD3C型機車牽引貨運列車在南曹線運行時產生沖動的原因主要有以下幾方面：信號及監控裝置的影響頻繁使用動力制動及起伏坡道產生的沖動；通過變坡點以及直道轉彎道或彎道轉直道、過分相頻繁調整手柄級位產生的沖動；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；啟車或停車產生的沖動。

2　HXD3C型電力機車牽引貨物列車在南曹線較長下坡道上利用動力制動控速和空氣制動控速的分析

由于南曹線南倉至曹莊間該區間為單線半自動閉塞區段，坡道起伏大，彎道過多，限速低，機車乘務員對HXD3C型機車優化操縱的基本觀點和微觀優化操縱方法知識欠缺，對列車動能有用程度認識不清，造成許多機車乘務員在此區段的實際操縱中有許多優化控制點不能夠很好地把握，給機車乘務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‰較長下坡道。例如：HXD3C型電力機車單機牽引5500t的貨物列車，以限速65km/h實際運行55km/h運行在此下坡道，如果單獨使用電阻制動能否使列車不增速可用以下公式判定：（1）式中λd——動力制動使用系數，取0.9（因為在柳青線路所至曹莊間為小半徑曲線如果機車滿負荷單獨使用動力制動時容易產生滑行，尤其在雨、雪、冰凍天氣下，為避免滑行產生數據誤差，不建議使用最大制動電流，此種情況取0.9符合現場工作實際。）

Bd——在給定速度下的機車動力制動力（HXD3C型機車當速度為55km/h時動力制動力最大為400KN)

P,G——各為機車計算重量和牽引重量,單位：t（噸）（濟南西機務段所用HXD3C型機車的軸重為25t即P=25t*6=150t,G=5500t）w'0，w''0——各為在給定速度下的機車、車輛單位基本阻力（經過計算HXD3C速度為55km/h時的機車單位基本阻力為w'0=3.64N/ KN,貨車單位基本阻力w''0=1.66N/KN）

ij——長大下坡道的加算坡度千分數，下坡取負值（南曹線柳青線路所—曹莊坡道加算千分數為12‰，下坡道ij=-12‰）。

（1）式右端為列車在長大下坡道上慣性引起的斜下的下滑力。如果計算上式成立時，說明單獨使用動力制動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輔助調速。

（1）計算列車在此長大下坡道上55km/h速度時的動力制動力

（2）計算列車在此長大下坡道上慣性引起的斜下的下滑力

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

當HXD3C型電力機車單機牽引5500t的貨物列車，以限速65km/h實際運行55km/h運行在此下坡道，單獨使用動力制動能控制列車速度不增速的牽引重量為

在此可以看出，采取降低運行速度和牽引重量的措施，都會降低機車運用效率，不利于企業的經濟效益。因此機車乘務員當HXD3C型電力機車單機牽引牽引貨物列車總噸數不超過3428t時，不宜采取過低的運行速度運行，安全條件允許的情況下，機車乘務員加強與曹莊站聯控爭取通過，減少不必要的動能損失，提高機車的運用效率及經濟效益。

3　 HXD3C型電力機車牽引貨物列車在南曹線運行優化操縱方案

由于下行南曹線南倉至曹莊間該區間為單線半自動閉塞區段，坡道起伏大，彎道過多，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會較多且曹莊站為較長下坡道尾部附近的車站，需要調速進站停車的機會較大，給機車乘務員的操作平穩性提出了更高的要求。

3.1列車在站起車加速時的平穩操縱方法

列車起動時的操縱,現今我們貨物列車啟動的經驗是壓縮車鉤起動,因為這樣可以使列車平均起動阻力較小,起動比較容易。壓縮車鉤起動,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車輛分別起動,而不是全列車一起動作,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尤為明顯。但從減小沖動的角度來講,從有利于列車平穩起動的角度考慮,車鉤應處于伸張狀態。因為車鉤在伸張狀態,列車接近整體起動,沖動較小。為了兼顧起車和減小列車沖動兩種情況，起車時壓縮車鉤的輛數不應超過整列輛數的三分之二，起車時不宜高手柄級位起車，由于HXD3C型機車持續功率為7200kw，持續牽引力為400KN(25t軸重)，起動牽引力為570KN(25t軸重),如此大的牽引力列車在起動時極易出現牽引力波動的情況，從而使列車起動時出現前后沖動的情況，造成列車不平穩。因此在列車起動后的低速加速階段，司機手柄給定級位應掌握在大于實際速度1位左右，如：列車速度為20km/h時，手柄級位維持在2.8-3.0級之間，同時在列車速度不斷升高的同時，逐步提高手柄級位，此時為防止機車牽引力波動造成列車前后沖動的情況，司機應持續適量撒砂，使列車平穩加速。

3.2機車動力制動調速時的平穩操縱方法

由于南曹線線路條件所限，貨物列車編組較長在此區段不適合做電空配合調速，單獨使用動力制動為最佳選擇，此區段坡道起伏大、彎道過多為使列車平穩運行，產生沖動較小。機車乘務員使用動力制動調速時，應根據HXD3C型機車牽引/制動的恒功率準恒速特性注意主手柄“級位預置法”，確保動力制動時的制動力產生的平穩，當機車動力制動產生后，根據需要司控器調速手柄在制動模式下由零位逐級增加制動力，例如：南曹線不適合做電空配合調速時，應遵循進站停車不超30km/h的規定，此時動力制動的平穩操縱就顯得尤為重要。曹莊進站停車進站限速不超30km/h時，如果此時列車速度為45km/h時，由于柳青線路所至曹莊進站為12‰的下坡道，列車的速度會繼續上升，機車乘務員根據需要提前將手柄預置與“*”級，此時HXD3C型機車便會產生制動力，此時制動力較小列車的沖動也較小，在“*”級停留一段時間后，處于下坡道的列車車鉤被壓縮后再逐漸增加制動力，有利于列車的平穩運行，不可將手柄直接給至較大或最大級位，這樣會使處于下坡道的列車產生較大沖動。直到列車達到目標速度，將手柄逐級回至“*”級，等待幾秒，最后將手柄回至“0”，進站準備停車。

3.3機車在南曹線運行過分相時的平穩操縱方法

南曹線南倉-曹莊間全長不到20km，但分相區共有3個加之此區段坡道起伏大，彎道過多，限速低給機車乘務員過分相時的平穩操縱增加了一定的難度。因此，在此區段過分相時操縱機車時應注意：

（1）過分相前，由于HXD3C型機車牽引力的下降較為平緩，司機在過分相前回手柄時，可直接將手柄回至“*”位，待牽引力消失后，再回至“0”位斷電，過分相即可。但處于上坡道時的過分相，如北倉-王秦莊間的分相區處于彎道的上坡道區域，司機回手柄時，應將手柄回到稍低于能夠過分相的列車速度目標級位，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，尤其是空重混編貨物列車。在機車通過分相主斷路器閉合且輔助變流器起動后，司機將手柄提至“*”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牽引力輸出，從而造成二次回手柄再提的情況。

（2）通過分相后，HXD3C型機車根據列車當時速度，給定手柄級位：

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

2）如列車處于下坡道運行時，司機給定級位要高于列車速度0.1級，例如：南倉上發場出站至北倉進站前的過分相處于下坡道區域，列車過分相之后速度14km/h，則主手柄級位給至1.4或1.5級，待牽引力輸出后，及時提高手柄級位至1.9或2.0級，避免牽引力出現波動，使列車產生沖動。

3.4列車在站停車時的平穩操縱方法

貨物列車初次制動停車減壓量盡量小一些,提倡“早減、少減”,使列車均勻降速。在牽引重載長大列車時,站外調速應以動力制動為主、空氣制動為輔或動力制動與空氣制動相結合的操縱方法，例如：當列車運行至南曹線柳青線路所至曹莊的區段時，列車最大牽引重量不超過3428t時，在較長大下坡道上單獨使用動力制動控速調速時,在列車全部進入下坡道后,將動力制動手柄提至“*”位,待列車繼續增速的同時,逐步增加制動電流，控制合適的運行速度進站準備停車。

當天氣不良時，機車乘務員應加強與車站聯控，盡量不在處于較長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生的下滑力有利動能使列車通過車站，不會造成有用動能的損失。